基于组合赋权和功效系数法的卷烟物理质量综合评测方法与流程

1.本发明涉及卷烟制造领域，尤其涉及一种基于组合赋权和功效系数法的卷烟物理质量综合评测方法。


背景技术：

2.烟支物理指标是直接反映卷烟质量水平高低的物理特性，通常包括重量、圆周、长度、吸阻、总通风率和硬度，其中又以重量、吸阻和总通风率三项指标对卷烟内在质量的影响最为显著，有研究表明：香气、余味随烟支重量、总通风率增加先增加，然后降低；杂气随总通风率的增加而增加，随烟支重量、吸阻的增加而降低；刺激性随吸阻的增加而降低。因此，如何对卷烟烟支的物理指标进行科学评测就成为了卷烟生产过程中的一项关键环节，当前的主要评测方法主要是基于合格率，即当出现一项指标超出技术标准的允许范围时，该烟支就会被判定为不合格烟支，此方法计算简单、容易理解，但也较为粗放，无法更好地反映出烟支整体质量水平的高低。
3.在对卷烟物理指标进行综合评价时，由于不同的指标重要程度不一样，需要赋予一定的权重系数。权重的确定一般可分为主观赋权和客观赋权两大类，主观赋权受人为因素影响较大，包括专家打分法和层次分析法；客观赋权法是根据原始数据之间的关系通过一定的数学方法来确定权重，具有较强的数学理论依据，包括熵权法、标准差法、critic法、信息量权重法等，但所得权重有时候会与属性的实际重要程度相差较大。


技术实现要素：

4.鉴于上述，本发明旨在提供一种基于组合赋权和功效系数法的卷烟物理质量综合评测方法，以减少赋权过程中的随意性，并兼顾主观和客观赋权机制的双重优势，解决无法准确反映烟支整体质量水平的问题。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种基于组合赋权和功效系数法的卷烟物理质量综合评测方法，其中包括：
7.获取烟支制品的物理质量指标的样本数据；
8.按预设策略，获取所述物理质量指标的主观权重以及客观权重；
9.对所述主观权重和客观权重进行组合赋权，得到组合权重；
10.利用功效系数法计算所述物理质量指标的量化得分；
11.根据各所述物理质量指标的量化得分以及所述组合权重，计算烟支制品的综合得分。
12.在其中至少一种可能的实现方式中，所述获取所述物理质量指标的主观权重包括：与实际生产操作关联，对所述物理质量指标进行层次分析。
13.在其中至少一种可能的实现方式中，获取所述物理质量指标的客观权重的方式包括：
14.基于标准差法求取所述物理质量指标的第一权重；
15.基于熵值法求取所述物理质量指标的第二权重；
16.基于critic法求取所述物理质量指标的第三权重。
17.在其中至少一种可能的实现方式中，在获取所述物理质量指标的客观权重之前，对所述物理质量指标进行预处理，所述预处理包括数据归一化。
18.在其中至少一种可能的实现方式中，所述利用功效系数法计算所述物理质量指标的量化得分包括：
19.根据预设的所述物理质量指标的技术标准，通过功效函数将每项物理质量指标转化为百分制，并确定划分合格烟支制品以及不合格烟支制品的预设分数线。
20.在其中至少一种可能的实现方式中，所述计算烟支制品的综合得分包括：
21.分别计算合格烟支制品和不合格烟支制品各自的综合得分，所述不合格烟支制品是指至少一项所述物理质量指标的量化得分低于所述预设分数线，并基于所述预设分数线计算不合格烟支制品的综合得分。
22.在其中至少一种可能的实现方式中，所述综合评测方法还包括：
23.按单一权重以及组合权重分别求取预设时间段的综合得分，并获取对应该预设时间段的制品合格率数据；
24.结合各综合得分以及合格率数据进行线性回归分析。
25.在其中至少一种可能的实现方式中，所述物理质量指标包括重量、圆周、吸阻、长度、总通风率以及硬度。
26.本发明的主要设计构思在于，以卷烟烟支重量、圆周、吸阻、长度、总通风率、硬度六项物理指标为基础，基于层次分析法、熵权法、标准差法和critic法，通过加权计算建立了新的组合赋权策略，并以组合权重为基础，将功效系数法计算得到的各项卷烟物理质量指标的量化得分归一化为综合得分，建立了基于组合赋权和功效系数法的卷烟物理质量综合评测新方法。本发明提出的组合赋权可将主观权重和客观权重有机结合，客观兼顾了决策者偏好和数据间的内在规律，从而获得综合评测得分与产品合格率具有良好的线性关系，并准确反映了烟支的整体质量水平，可为卷烟卷制班组、机组和卷包机质量参数优化等提供可靠依据。
附图说明
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
28.图1为本发明实施例提供的基于组合赋权和功效系数法的卷烟物理质量综合评测方法的流程图；
29.图2为本发明实施例提供的物理质量指标的层次关系示意图；
30.图3为本发明实施例提供的卷包机不同风分参数下烟支制品的综合得分曲线示意图。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描
述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
32.本发明提出了一种基于组合赋权和功效系数法的卷烟物理质量综合评测方法的实施例，具体来说，如图1所示，其中包括：
33.步骤s1、获取烟支制品的物理质量指标的样本数据，所述物理质量指标包括重量、圆周、吸阻、长度、总通风率以及硬度；
34.在实际操作中可以从生产班组、设备机组、试验样品等来源获得全年的烟支物理质量指标测试数据。
35.步骤s2、按预设策略，获取所述物理质量指标的主观权重以及客观权重；
36.进一步地，所述获取所述物理质量指标的主观权重包括：与实际生产操作关联，对所述物理质量指标进行层次分析。
37.具体地，按照层次分析法对影响卷烟物理质量指标评测的因素进行分析，不同物理质量指标的层次递进关系如图2所示。其中，依据操作人员的专家经验，重量、圆周和长度三个指标为直接影响生产操作的指标，而吸阻、总通风率和硬度则无法在生产过程中直接表现出来。因此将前述六种指标划分为图2所示的三个层次，并可以定义出变量属性等。
38.进一步地，获取所述物理质量指标的客观权重的方式包括：
39.基于标准差法求取所述物理质量指标的第一权重；
40.基于熵值法求取所述物理质量指标的第二权重；
41.基于critic法求取所述物理质量指标的第三权重。
42.具体可参考如下：
43.1、标准差是数据偏离均值程度的一种度量，对于某个评测指标而言，如果标准差越大，表明其提供的信息量就越多，其应赋予的权重也越大。计算前先采用归一化对数据进行预处理(下文式4)，第j项指标权重如式1所示，式中，sj为第j项指标观测值归一化后的标准差，m为指标数量，wi为第i项指标的权重。
[0044][0045]
2、熵值法是根据不同指标检测值信息量的大小来确定权重，计算前先采用归一化对数据进行预处理(下文式4)，权重计算步骤：(1)计算第j项指标下第i个观测值所占的比重，(2)计算第j项指标的熵值，其中k＝1/in(n)；(3)计算第j项指标的信息熵冗余度，dj＝1-ej；(4)计算权重：
[0046][0047]
3、critic法是一种客观权重赋权法，该方法通过评测指标的变异性和指标之间的冲突性来综合计算指标的客观权重，计算前先采用归一化对数据进行预处理(下文式4)，权重计算步骤：(1)计算第j项指标的变异性，指标的变异性采用标准差σj进行表征；(2)计算
第j项指标的冲突性，其中r
ij
为第i项和第j项指标间的相关系数；(3)计算权重：
[0048][0049]
进一步地，在获取所述物理质量指标的客观权重之前，对所述物理质量指标进行预处理，所述预处理包括数据归一化。
[0050]
如前文提及，由于不同指标之间的量纲不一致，利用标准差法、熵值法、critic法计算客观权重前，优选对数据先进行归一化处理(式4)，式中，max(xi)为第i项指标的最大值，min(xi)为第i项指标的最小值。
[0051][0052]
步骤s3、对所述主观权重和客观权重进行组合赋权，得到组合权重；
[0053]
本领域技术人员可以理解地，前述权重的计算过程可以认为是单一赋权机制(第一、第二、第三权重，以及基于层次分析法的权重)，但由于主观权重具有一定的主观局限性，而客观权重对数据的依赖性较强，无法根据实际情况做出适合的主观偏向，具有一定的客观局限性。因此，为更好地将主观权重和客观权重结合在一起，本发明提出进行组合赋权，具体可以参考如下：第j项指标的组合权重wj'计算公式如式5所示，其中n为权重计算方法的数量，m为评测指标数量。
[0054][0055]
步骤s4、利用功效系数法计算所述物理质量指标的量化得分；
[0056]
功效系数法是基于多目标规划原理而建立的，根据多个指标进行综合分析的定量评测方法。在实际操作中，可以根据预设的所述物理质量指标的技术标准，可通过功效函数将每项物理质量指标转化为百分制，使合格烟支的得分在60以上，不合格烟支的得分在60以下。具体地，第i支卷烟的第j项指标得分s
ij
的计算方法如式(6)所示，式中kj为预设的第j项指标质量控制的中心值，ej为预设的第j项指标质量控制允差值的最大值。
[0057][0058]
步骤s5、根据各所述物理质量指标的量化得分以及所述组合权重，计算烟支制品的综合得分。
[0059]
在实际操作中，分别计算合格烟支制品和不合格烟支制品各自的综合得分，所述不合格烟支制品是指至少一项所述物理质量指标的量化得分低于预设分数线，并基于所述预设分数线计算不合格烟支制品的综合得分。
[0060]
具体地，合格烟支第i支卷烟的综合得分计算公式如式(7)所示，而不合格烟支制品的综合得分计算方式，则可以结合所述预设分数线，例如六项指标的量化得分至少有一项在0-60分，为使不合格烟支制品的综合得分小于60分，可参考式8进行计算。需指出的是式7和式8中的wj既可以表征单一赋权的权重，也可以是组合权重，也即是说，在由前述过程获得指标权重系数后，实际操作中可以套用下述式7和式8，以单一赋权(例如三种客观权重之一或一种主观权重)计算出基于单一赋权的综合得分，同样地，也可以采用组合权重w
j’计算综合得分。
[0061][0062][0063]
进一步地，为了确保本发明提出的评测策略的可靠性，所述综合评测方法还包括：
[0064]
按单一权重以及组合权重分别求取预设时间段的综合得分，并获取对应该时间段的制品合格率数据；
[0065]
采用皮尔逊相关系数，对各综合得分与合格率数据进行线性回归分析。
[0066]
具体地，可以根据前述各单一赋权法和组合赋权法计算得到的月度综合得分以及对应的制品合格率，采用皮尔逊相关系数计算各综合得分与合格率的相关性(参考式9)，式9中，si为第i种赋权法计算得到的月度综合得分，y为月度合格率。
[0067][0068]
为了便于理解前述各项示例，这里结合数据进行下述具体说明：卷烟六项物理指标的描述性统计结果见表1。从表1可以看出，外生变量中烟支重量的波动相对偏大，其变异系数为2.39％，圆周和长度的质量稳定性则较好，其变异系数依次仅为0.38％和0.17％；而内生变量指标的波动性整体偏大，总通风率、硬度和吸阻的变异系数依次达到10.68％、5.32％、4.58％。偏度系数中重量、长度、吸阻、总通风率四个指标为右偏，峰值靠左，右边拉长尾；圆周、硬度两个指标为左偏，峰值靠右，左边拉长尾。峰度系数中硬度小于0，数据分布为平阔峰，比较分散，其余五个的指标峰度均大于0，数据分布为尖峭峰，相对集中。
[0069]
表1卷烟物理指标的描述性统计
[0070]
烟支物理指标平均值标准差变异系数偏度系数峰度系数重量(g/支)0.6690.0162.39％0.0390.139圆周(mm)20.000.0760.38％-0.0720.339长度(mm)87.880.1480.17％0.3270.344吸阻(kpa)1.3530.0624.58％0.1410.134总通风率(％)15.741.68110.68％0.3991.369硬度(％)63.133.3585.32％-0.011-0.060
[0071]
接着，分别采用层次分析法、标准差法、熵值法、critic法四种单一赋权法对卷烟烟支六项物理质量指标进行赋权，并根据单一赋权结果计算组合权重，结果如表2所示。从
表2中可以看出，主观赋权法和三种客观赋权法计算得到的权重系数差异较为明显，从四种单一赋权法的权重结果来看，指标间权重系数差异最大的是层次分析法，其变异系数为79.9％，最小的为标准差法，其变异系数为9.3％；指标内权重系数差异最大的为吸阻，其变异系数为44.5％，最小的为重量，其变异系数为14.0％。
[0072]
进一步地，基于四种单一赋权法得到的权重系数计算组合权重，组合权重中最大的是吸阻指标，为0.284，最小的是硬度指标，为0.093。其中，直接影响消费者抽吸体验的吸阻被赋予了最高权重，对主流烟气中焦油量和co等有害成分有较大影响的总通风率被赋予了第二高权重，重量、圆周、长度三项指标作为外生变量，直接反映了生产过程的质量波动情况，重量的组合权重排序与层次分析法一致，圆周和长度的组合权重排序与层次分析法存在差异，主要是由于长度的客观权重较高，对该卷烟牌号而言，赋予长度指标较高的权重有利于更好地控制整体质量。总体上，单一赋权法指标间权重差异较大，而组合赋权法既兼顾了决策者偏好，又综合考虑了数据间的内在统计规律，将主观权重和客观权重有机结合，为卷烟物理质量综合评测与应用提供了新方法和科学决策。
[0073]
表2不同赋权方法的权重系统
[0074]
指标层次分析法标准差法熵值法critic法组合赋权法吸阻0.3940.170.1670.1590.284总通风率0.2970.1410.1740.1360.212重量0.1360.1790.1840.1380.168圆周0.0830.150.1210.1640.106长度0.0540.180.1980.2150.137硬度0.0360.180.1560.1880.093
[0075]
之后，采用功效系数法(式6)对抽检烟支的质量得分进行计算，再根据每项指标的质量得分和对应的权重系数采用式7或式8进行单支卷烟综合得分的计算，2020年全年抽检烟支在不同权重系数下计算得到的月度综合平均得分和对应的合格率如表3所示。通过卷烟样品月度综合得分与合格率的线性回归分析，其相关系数大到小依次为：组合赋权法(0.9190)》critic法(0.9124)》标准差法(0.9087)》熵值法(0.8958)》层次分析法(0.8617)，这表明组合赋权法和单一的critic法与卷烟产品合格率均具有良好的线性关系，但critic法中的卷烟长度、硬度权重系数均高于重量和吸阻(表2)，难以客观反映消费者的抽吸偏好和数据间的内在规律性。由此可见，组合赋权法作为卷烟物理质量综合评测的新方法具有良好客观性和优越性。
[0076]
表3不同权重系数下月度综合得分及合格率情况统计
[0077]
月份层次分析法标准差法熵值法critic法组合赋权法合格率(％)1月87.4288.0987.9987.9587.8497.962月86.9087.8687.7187.7187.4498.083月87.2587.9587.8487.7787.6897.334月85.8186.1085.8485.8286.0497.686月85.1884.8384.8184.5385.1994.637月84.9885.4785.3585.2785.3995.678月84.0483.9683.9583.6884.1892.96
9月84.3783.8583.7283.3483.5791.6710月86.0286.3086.3786.186.3395.9311月85.6685.9585.7785.6485.9096.5612月86.7886.8886.8086.6786.9896.50
[0078]
表3备注：卷烟物理指标质量要求“中心值
±
允差”为重量0.670
±
0.070g/支、圆周20.0
±
0.20mm、长度88.0
±
0.5mm、吸阻1.380
±
0.200kpa、总通风率20
±
10％、硬度60
±
10％。
[0079]
最后，结合采用本发明进行实际质量评测的应用案例进行辅助性说明：
[0080]
根据每支卷烟的综合得分，再对应到月份、班组和机组，可以计算得到班组和机组的月度得分情况(表4)。从班组得分上看，一班和二班全年平均得分差异不大，一班全年平均得分为86.02，二班为86.16。从机组得分上看，6号、7号和8号机组的全年平均得分分布为85.62、86.62和86.42，6号机组的得分最低，7号机组的得分最高。整体上看，从1月到12月班组和机组得分均呈先下降再回升的趋势，8月和9月得分整体偏低。
[0081]
表4卷烟物理指标质量月度得分情况统计
[0082][0083][0084]
通过调整卷包机的参数，并计算不同参数值下所生产烟支的质量得分，结果如图3所示。由图3可知，卷包机“一次风分”参数分别处于高位(12mm)、中位(6mm)和低位(0mm)时烟支的综合得分均大于60分，说明其合格率均为100％，难以有效区分不同参数值的优劣，但通过功效系数法并结合组合权重计算烟支质量的综合得分可以看出，“一次风分”参数处于低位时卷烟烟支的平均得分最高，其均值为94.34分，而中位为93.24分，低位为91.89分，这表明卷包机“一次风分”参数宜调整为低位，与单纯的烟支合格率相比，基于组合赋权和功效系数法建立的卷烟物理质量综合评测新方法，更能客观反映卷包机参数调整过程中烟
支的整体质量水平，可作为卷包机质量参数优化的可靠依据。
[0085]
综上所述，本发明的主要设计构思在于，以卷烟烟支重量、圆周、吸阻、长度、总通风率、硬度六项物理指标为基础，基于层次分析法、熵权法、标准差法和critic法，通过加权计算建立了新的组合赋权策略，并以组合权重为基础，将功效系数法计算得到的各项卷烟物理质量指标得分归一化为综合得分，建立了基于组合赋权和功效系数法的卷烟物理质量综合评测新方法。本发明提出的组合赋权可将主观权重和客观权重有机结合，客观兼顾了决策者偏好和数据间的内在规律，从而获得综合评测得分与产品合格率具有良好的线性关系，并准确反映了烟支的整体质量水平，可为卷烟卷制班组、机组和卷包机质量参数优化等提供可靠依据。
[0086]
本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示单独存在a、同时存在a和b、单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0087]
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。