爆珠滤棒密度数据处理系统的设计与实现

爆珠滤棒密度数据处理系统的设计与实现

 孙选才,晁衡,通讯作者：夏鲁平

（山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂，山东 济南 250000）

摘  要： 为解决传统爆珠滤棒关键质量特性判定方法中存在的效率低、准确性差等问题，以爆珠滤棒密度数据为切入点，设计并开发了基于Python语言的密度数据处理系统。系统采用C/S架构模式，利用Python语言强大的数据处理能力，通过对数据进行一系列处理流程操作，快速给出爆珠有无、爆珠位置以及爆珠完好性等关键质量特性的准确判断结果。经验证，系统判定准确率为100%，数据处理平均用时为5.6秒，能够满足爆珠滤棒检验人员的实际需求，解决了传统判定方法中存在的问题，同时，系统运行稳定可靠，有效强化爆珠滤棒质量监控机制，提高质量管理水平。

关键词：爆珠滤棒；密度数据；质量特性；判定方法；Python语言

近年来，随着消费者对卷烟制品个性化需求的日益明显，滤棒加香、接装纸添加调味剂逐渐成为赋予产品特征香味、突出卷烟产品个性化的重要技术手段[1]。爆珠加香技术就是其重要手段之一，凭借爆珠包裹香精香料技术能够达到持久保存、可控释放的效果，深受广大消费者的喜爱[2]。因此，烟草行业也致力于研发多种类型的爆珠滤棒，并成功推广应用。然而，随着爆珠滤棒的大批量生产，其质量检测也是一个非常重要的环境。由于爆珠包裹在成型纸和丝束之间，爆珠有无、爆珠位置、爆珠完好性等关键质量特性检测效率低下、准确性差。为了解决该问题，以滤棒微波检测仪所测得的滤棒密度数据为切入点，利用多种方法进行数据处理，采用信息化的手段设计并实现相应的软件系统[3]，对于强化爆珠滤棒质量监控机制以及提高爆珠滤棒质量管理水平具有重要作用。

1 系统架构

根据爆珠滤棒质量检验员的实际需求，借助Python语言开发环境，以JetBrains公司的PyCharm Community Edition 2019为开发工具[4]，采用MySQL数据库，构建了爆珠滤棒密度数据处理系统[5]，其C/S架构模式体系结构[6-8]如图1。该系统不仅能够支持多种格式的密度数据导入，还能够在多种操作系统环境下稳定运行。系统功能模块包括：用户登录模块、参数管理模块、数据处理模块、结果查询模块、用户信息模块以及用户管理模块等，其中数据处理模块是系统的核心功能模块。

2 系统实现

2.1数据处理算法

数据处理算法是从原始数据到获取处理结果整个过程的一系列处理流程和计算方法[9-10]，爆珠滤棒密度数据数据处理算法具体步骤如下。

2.1.1  计算参数准备

计算参数包括①单双峰判定阈值H：数值范围为0-1②密度峰取值数量n：爆珠的设计直径D除以检测单元长度S，用进一法得到的整数商作为n③密度系数上限阈值AU：判定爆珠状态④密度系数下限阈值AL：判定爆珠状态⑤爆珠设计位置：待测爆珠滤棒各个爆珠设计位置值⑥爆珠设计区域：待测爆珠滤棒各个爆珠设计区间值。

2.1.2  端部数据修正

端部数据修正计算公式为：ρi = aiρi 0+ bi

2.1.3  爆珠密度计算

    爆珠设计区域是指滤棒端面除去0.5mm后与与其邻近两爆珠中心线间的所有测量单元，或相邻的两邻近爆珠中心线间的所有测量单元。爆珠密度是指爆珠设计区域或缩减后设计区域内最大的密度值。

（a）不位于爆珠设计区域端部的爆珠密度计算公式为：Pi=max{ρi,1、ρi,2、ρi,3……ρi,n }

（b）滤棒第1颗爆珠爆珠密度位于爆珠设计区域端部的计算公式为：

P1= max{ρ1,1、ρ1,2、ρ1,3……ρ1,k }

（c）滤棒第i颗爆珠爆珠密度位于爆珠设计区域端部的计算公式为：

P′i = max{ρi,k、ρi,k+1、ρi,k+2……ρi,n }

（d）滤棒第m颗爆珠爆珠密度位于爆珠设计区域端部的计算公式为：

Pm= max{ρm,k、ρm,k+1、ρm,k+2……ρm,n }

2.1.4  密度峰计算

密度峰计算公式为：

2.1.5  状态系数A、位置系数B计算

密度峰二次拟合函数y=a0x2+b0x+c0中a0，b0计算公式为：

（7）

2.1.6  爆珠状态判定

用密度系数a与密度系数上限阈值AU、密度系数下限阈值AL比较：若a>AU，则判定为爆珠完整；若AL≤aj≤AU，则判定为爆珠破损；若aj ＜AL，则判定为爆珠缺失。

2.1.7  爆珠位置计算

爆珠位置计算公式为：（10）

2.1.8 爆珠偏移量计算

爆珠偏移量计算公式为：△L j = L j - L0（11）

2.2  系统实现

根据系统架构和用户的实际需求，对各个功能模块进行细化整理，同时进行数据库的设计与实现，最后对数据处理算法、系统表示层、应用层和数据层进行编码实现。

3 应用效果

爆珠滤棒密度数据处理系统基于Python语言强大的数据处理功能，实现了对批量密度数据进行快速准确的处理。该系统完成了参数设定、参数管理、批量数据导入、模型建立、数据处理、判定结果展示及查询等功能，利用信息化的科学方法取代传统的人工、半人工模式，使滤棒检验人员在判定滤棒质量特性时更加快捷、精准。通过对系统近半年的运行使用情况进行分析，系统判定准确率高达100%，数据处理平均用时由使用系统前的25.3分钟缩减到5.6秒，大大减少了检验人员的工作强度，有助于提高企业质量管理水平和产品质量管理水平。

参考文献

[1]朱亚峰,胡军,唐荣成,盛培秀.卷烟滤嘴加香研究进展[J].中国烟草学报,2011,17(06):104-109.

[2]朱瑞芝,詹建波,蒋薇,李振杰,司晓喜,程量,张凤梅,尤俊衡,苏钟璧,刘志华.GC-MS/MS法分析爆珠关键成分在卷烟中的转移行为[J].烟草科技,2018,51(06):58-63.

[3]冯玉. 基于C/S架构的成品仓储管理系统的设计与实现[D].北京工业大学,2018.

作者简介：孙选才，男，出生于1990年7月，山东济南人，工学硕士，主要研究方向烟用材料研究、软件开发。

晁衡，男，出生于1992年3月，山东菏泽人，本科学历，主要研究方向为烟草物流、机械工程及其自动化

通讯作者：夏鲁平，男，出生于1994年3月，山东齐河人，本科学历，主要研究方向为烟草工艺、机械工程及自动化技术。