2017年二等奖-新型YB45小盒包装机供胶装置的研制

,2017年度QC成果材料,创新型,广东中烟工业有限责任公司梅州卷烟厂卷接包车间翱翔QC小组2017年6月,新型YB45小盒包装机供胶装置的研制,一、前言,1,（一）课题背景,在生产过程中，YB45型小盒包装机（下称包装机）的商标纸需通过胶缸进行上胶后包装成型。现阶段胶缸的供胶系统采用的是气压式供胶装置。其作用是将胶桶中的白乳胶通过胶管输送到胶缸中，供给商标纸与内框纸铝包组合时所需要的胶液。如果不能向胶缸中提供稳定的胶液，会造成胶液断流，无法满足生产的需要，造成小盒盒皮短边粘贴不牢等质量问题。,摄图：刘铭海；时间：2016年6月7日,图1：小盒短边粘贴不牢,（二）名词解释,粘贴不良：在生产过程中，由于商标纸、胶水量等原因导致在包装过程中使得胶水不易渗透进盒皮纸张内部，出现了纸张之间的“虚粘”现象，最终导致了小盒盒皮短边粘贴不牢等现象的出现。,白乳胶：是一种水溶性胶粘剂，主要成分是醋酸乙烯，它的PH值一般为37，乳白色稠厚液体，无毒无副作用，是一种水溶性环保液。白乳胶具有稀释性好、粘接性强、固化速度快、抗压强度高、不含有机溶剂等特点。目前，卷烟搭接、包装成型等领域广泛地应用白乳胶作为粘接剂。,（三）YB45小盒包装机上胶工艺流程,商标纸的大部分上胶在商标纵向输送通道上完成。如图2所示，在输送胶轮的作用下商标由左至右输送，上胶由上面一对压轮和商标纸第二胶缸（下称胶缸）上胶轮共同作用下完成。,1、商标纸堆输送带2、横向输送带3、商标纸直向输送4、商标纸上胶轮,图2：商标输送及烟包成型示意图,图3：商标输送及烟包成型示意图,如右图所示，商标纸从胶缸上胶轮和压轮之间穿时即在商标纸的非印刷面二侧和中间各上胶点涂上胶水，涂上胶水的商标纸将由快速输送往5号轮的左下方。,制图：刘铭海；时间：2016年6月7日,制图：刘铭海；时间：2016年6月7日,二、小组概况,2,表1：小组概况,制表：刘铭海；制表时间：2016年6月7日；完善时间：2017年3月28日,3,技术力量,三、选择课题,4,5,制表：管雅嫦；时间：2016年6月10日,制图：管雅嫦；时间：2016年6月10日,（一）问题调查,表2：2016年5月13日-18日两班上胶用时统计表,单位：分钟,图4：人工加胶用时柱状图,单位：分,单位：分,日班人工加胶用时柱状图,中班人工加胶用时柱状图,6,近来，不断有操作人员、维修人员反映车间各包装机普遍存在商标纸供胶故障，其中14#包装机尤其突出。为此，我们小组快速响应，查阅了2016年1-5月份14#YB45小盒包装机的运行记录和维修记录，发现导致商标纸上胶故障的原因主要有三点：一、密封失效；二、过滤器堵塞；三、胶缸液位检测电容式开关失效。数据统计如下：,表3：上胶故障维修工时、次数统计表,制表：麦猛庆；时间：2016年6月10日,根据上胶故障维修次数作柱状统计图：,制图：管雅嫦；时间：2016年6月10日,图5：供胶装置故障维修次数统计图,单位：次,（二）问题提出,7,（1）经过现场的跟踪调查，发现原供胶装置的胶桶及桶盖易结垢，导致胶桶盛放胶水的容积变小，同时易出现上述密封失效等供胶故障。小组针对此问题查阅了14#机2016年4月份的加胶间隔时间，如下表所示：,表4：14#机2016年8月份的加胶间隔时间表,制表：叶惠；时间：2016年6月11日,（2）为了进一步了解胶水的消耗量，小组查阅了14#机2016年3-5月份的胶水消耗量，如下表示：,表5：14#机2016年3-5月份胶水耗用表,（3）原供胶装置每个月末需进行彻底的清洁保养工作，工作量大，难度高，耗时长。为此，小组详细记录了三名操作工清洁保养供胶装置的耗时表，如下所示：,表6：原供胶装置清洁保养项目耗时表,制表：叶蕙；时间：2016年6月11日,制表：叶惠；时间：2016年6月11日,（三）提出条件,小组结合设备特点、厂部相关管理规定及精益管理（生产）的相关要求，分析并总结出了本次课题所必须满足的6个条件如下：,制表：侯桂东；时间：2016年6月12日,表7：方案选择需求条件一览表,小组将上述6个需满足的条件的制作成参数一览表如下：,8,制表：侯成青；时间：2016年6月12日,制图：侯成青；时间：2016年6月12日,9,针对胶桶内的乳胶易结垢的情况，可在胶桶内安装气动搅拌器，以完成对胶桶内的乳胶搅拌，搅拌设置为定时启动一段时间，在不需要搅拌时停止，启动间隔时间和每次搅拌时长通过程序控制。气动搅拌器使用压缩空气为动力，不产生火花。马达的转速可通过供气的压力、流量进行调节。,（四）提出课题,针对YB45小盒包装机气压式供胶装置出现的系列故障，小组提出了三个课题进行改善，并依据上述所提出的的6个条件，对这三个课题进行选择确认。,表8：改进方案条件匹配表,图6：胶水气动搅拌装置,胶水全自动集中供应系统采用全密闭管道输送与胶水供给点适时施加的方式，阻止胶水在系统设备中的存储与输送过程中与空气的接触，很大程度上避免或延缓了高黏度胶水结膜与干结情况的发生，同时工厂计划性停机或节假日期间系统内的胶水也不会结膜或干结，减少了因清洗而造成的原材料浪费，节约了开资，降低了生产成本。如右图示，胶水由供应胶水主机单元、主管道系统，胶水远距离接收装置与系统控制单元等组成。实施集中自动供应后，供胶系统可以直接将胶水供应至每一个胶缸。,表9：胶水全自动集中供应系统改进方案条件匹配表,制表：刘铭海；时间：2016年6月13日,10,同时对胶水全自动集中供应系统进行验证，如下：,制图：刘铭海；时间：2016年6月13日,图7：胶水全自动集中供应系统示意图,卷包1#线,卷包2#线,卷包3#线,卷包16#线,表10：改进方案条件匹配表,制表：侯桂东；时间：2016年6月13日,制图：侯桂东；时间：2016年6月13日,由于气压式供胶装置存在的固有特性，我们只能在供胶方式上进行创新，将供胶量难以控制的靠气压被动供胶，改为主动供胶，才能达到可控式主动供胶，避免因空气进入胶水罐导致胶水干结，从而引起供胶装置的故障。,11,图8：新型供胶系统示意图,新型YB45小盒包装机供胶装置的研制,课题确认,12,（五）成果查新,在初步确定小组课题后，小组相关成员对拟开展的课题向上海烟草机械有限责任公司等厂家进行了咨询，经了解，烟机厂没有相关的工作装置，同时小组成员继续在国家知识产权局等平台进行了专利及相关文献的搜索，未发现相关专利及文献报道。,图9：查新成果报告截图,截图：黄优东；时间：2016年6月14日,选定课题之后小组成员根据PDCA原则制定了活动日程推进表，并结合活动中的实际情况，按活动推进表实施。,表11：小组活动日程推进表,13,四、设定目标,14,在问题调查时，14#包装机半年上胶故障次数为30次，即每个月平均5次。小组经反复研究讨论，决定将活动目标设定为：研制一种新型供胶装置，供胶故障的频次为：1次/月。,图10：课题目标设定图,制图：刘铭海；时间：2016年6月15日,15,在问题调查时，14#包装机上半年上胶故障是30次。其中供胶故障（胶桶密封失效和过滤器堵塞）次数为26次，占比87%。新型供胶装置将采取全新的供胶方式，不再采用气压差式，那么由于气压而导致的胶桶密封失效问题和胶水干结而导致的过滤器堵塞问题将得到彻底的解决。如果新型供胶装置可以解决供胶故障的95%，计算如下：,87%（1-95%）=4.35%（4.35%+13%）5=0.86次/月,小组利用自流式供胶方式模拟取消气压式供胶装置的实验10次，实验数据如下：,表12：目标可行性分析模拟实验表,图11：自流式供胶模拟新型供胶装置示意图,16,制表：麦猛庆；时间：2016年6月15日,制图：麦猛庆；时间：2016年6月15日,1、下胶控制电磁阀2、气控换向阀3、胶桶开关4、胶桶5、消声器,五、提出并选择方案,17,2016年7月，小组通过互联网查询、行业内咨询，未发现可直接使用的产品,通过讨论，确定解决方案设计思路，并提出了多种技术方案，具体归纳整理图表如下：,（一）提出方案,制图：刘铭海；时间：2016年7月2日,图13：方案提出分析图,解决方案一,重力式供胶装置,胶罐与胶缸保持一定的高度差。当发出供胶信号时，压差驱动胶液自流。重力为驱动力的一种供胶方式。,解决方案二,解决方案三,由电控器件发出供胶信号，胶泵执行供胶。此种供胶方式为主动式供胶，操作简单，供胶平稳，供胶量精确。,采用胶泵电机循环强制性供胶，可根据机器的速度自行调节供胶量，并将多余的胶液经回流槽返回胶罐，以供循环使用。,制图：刘铭海；时间：2016年7月2日,循环式供胶装置,抽吸式供胶装置,18,图12：活动方案讨论结果亲和图,重力式供胶,设置一定高度差,压缩空气直接作用于烟末,被动供胶,利用重力势能,循环式供胶,压缩空气直接作用于烟末,被动式供胶,电磁阀控制,抽吸式供胶,胶量可调节,压缩空气直接作用于烟末,胶泵电机根据机速控制注胶量,抽吸式供胶,研制新型YB45小盒包装机供胶装置,利用胶泵供胶,循环式供胶,利用胶泵供胶,电磁阀控制,电磁阀控制,19,在提出以上三种方案，为了对三种方案进行量化筛选，小组通过查阅相关规范文件、调研车间生产现状等，通过小组会议确定了以下3个筛选条件：,表13：方案设计需求条件表,制表：刘铭海；时间：2016年7月3日,图14：方案需求条件图,制图：刘铭海；时间：2016年7月3日,（二）方案筛选条件,（三）选择方案,20,如图所示，在胶缸液面检测器对胶缸内乳胶储量进行判别后，若胶缸内的胶量不足则触发控制供胶开关的电磁阀1，电磁阀动作引入压缩空气作用在气控换向阀2上，使换向阀置于通路状态，此时在胶桶开关3打开的情况下，乳胶将从胶桶4内依靠重力作用下经供胶嘴流入胶缸。,图15：重力式供胶装置示意图,制图：麦猛庆；时间：2016年7月5日,1、采用重力式供胶装置进行3次试验：2、操作人数：4人；3、操作时间：由于胶桶位置较高，在向胶桶内注胶时需用登高凳1件，1人作业，1人传递胶液，1人监护，1人操作设备。用时如下表所示：4、成本：胶桶，胶管共约2000元。5、优点：成本低，原理简单；6、缺点：耗人、耗力，胶桶位置较高，存在安全隐患。,制表：麦猛庆；时间：2016年7月6日,表14：人工加胶耗时统计表,1、下胶控制电磁阀2、气控换向阀3、胶桶开关4、胶桶5、消声器,21,图16：循环式供胶装置,制图：侯成青；时间：2016年7月7日,如图所示，循环式供胶装置采用胶泵电机循环强制性供胶，可根据机器的速度自行调节供胶量，并将多余的胶液经回流管返回胶罐，以供循环使用。胶泵电机3由伺服电机驱动，输送的胶水压力可以调节，胶水压力和胶水量及设备的运行速度有关，可以根据不同的设备运行速度动态地调整胶水压力。,1、采用循环式供胶装置进行5次试验；2、操作人数：1人3、操作时间：打开胶桶，注入胶液，设备供胶共5分；4、成本：胶泵电机、电器元件，胶桶，胶管费用共10000元。5、优点：操作简便，省时省力；6、缺点：成本偏高，稳定性差，电机噪音大，容易产生电火花有安全隐患。,1、控制器2、胶桶3、胶泵电机4、胶缸5、回流管,22,图17：抽吸式供胶装置示意图,制图：侯桂东；时间：2016年7月8日,如图所示，当胶缸液位下降至检测器4的设定值时，控制器1控制胶泵5工作，胶水被胶泵输送至胶缸6中。当胶缸液位上升至检测器4设定值时，胶泵停止。由胶桶液位检测装置检测胶桶内的胶量。当胶桶内胶水少于一定值时，检测器报警，设备停机。,1、采用抽吸式供胶装置进行5次试验：2、操作人数：1人；3、操作时间：打开胶桶，注入胶液，设备供胶共3分钟4、成本：胶泵、胶桶、控制器，胶管费用共约6000元。5、优点：供胶平稳、控制精准、操作简单、安装简便；6、缺点：电控器件控制，胶泵成本较高。,小组结合结构分析、现场调研，将新型YB45小盒包装机供胶装置的研制分成5个子方案：,（四）确定初步方案,23,图18：子方案提出示意图,制图：刘铭海；时间：2016年7月8日,图19：确定初步方案系统图,胶泵选择,结构选择,调节选择,检测选择,制图：刘铭海；时间：2016年7月8日,一级方案,二级方案,三级方案,24,小组成员通过互联网查询的方式了解了当前主要的泵体类型有以下四种：,制表：刘铭海；时间：2016年7月9日,图20：泵体类型图,柱塞泵,齿轮泵,离心泵,气动隔膜泵,表15：泵体类型图,制图：刘铭海；时间：2016年7月9日,25,表16：固定方式选择对比表,制表；侯桂东；时间：2016年7月10日,在确定采用气动隔腊泵后，小组就泵体的固定方式进行了讨论，具体分析如下：,图21：固定方式选择示意图,制图：侯桂东；时间：2016年7月10日,备注：人工加胶时间方面，小组通过研究发现，若采用地面定置的形式则胶泵与胶桶需采用管道连接，操作人员在加胶水时必须先拆除管道，然后进行加胶作业，因此对端盖螺丝固定的形式，地面定置的形式加胶时间长，而且定置成本高。,端盖螺丝定置,地面定置,地面定置VS端盖螺丝固定,26,制表；黄优东；时间：2016年7月11日,小组对供胶装置的结构方面进行了讨论，具体分析如下：,图22：供胶装置结构示意图,制图：黄优东；时间：2016年7月11日,上下分层,左右分区,左右分区VS上下分层,小组通过讨论，上下分层结构对比左右分区结构，其具有占地面积小、设计简易的优势，因此在结构选择方面采用上下分层结构。,不锈钢,A3钢材,塑料,表17：材料选择对比表,27,一、胶缸液位检测选择,二、胶桶容量检测选择,表18：胶桶容量检测开关对比表,制表：薛靖燕；时间：2016年7月12日,微动开关,光电开关,接近开关,通过前面问题调查发现，YB45小盒包装机供胶系统中，胶缸液位检测采用了光电式检测开关，此类型检测准确度高。因此为节约成本，小组决定沿用原检测开关。,小组经过互联网查询的方式了解到当前的胶桶容量检测类型主要有以下三种：,28,制表人：侯成青；时间：2016年7月13日,制图：侯成青；时间：2016年7月13日,自动调节示意图,气动隔膜泵通过调节气压大小来改变其供给流量。因此，在气压调节方面有以下两种方案：,自动调节VS手动调节,表19：调节选择条件匹配表,手动调节示意图,图23：调节方式示意图,29,制表人：侯成青；时间：2016年7月13日,制图：侯成青；时间：2016年7月13日,常规仪表调节,图24：调节选择示意图,自动调节VS手动调节,针对新型供胶装置的手动流量调节仪表，小组提出常规仪表调节和三色标记调节两种方案。针对该两种方案的优劣筛选，小组采取现场模拟测验的方法进行选取，通过操作工的现场模拟操作，并按既定标准量化打分，具体统计如下表。,表20：调节选择条件匹配表,三色标记调节,30,图25：选择方案系统图,制图：黄优东；时间：2016年7月14日,表21：对策实施分目标表,制表：黄优东；时间：2016年7月14日,（五）选择方案,六、制定对策,31,表22：对策表,32,制表:陈志坚；时间：2016年7月18日,图26：对策实施流程图,制图:陈志坚；时间：2016年7月18日,七、对策实施,33,34,图27：胶桶盖设计示意图,制图:刘铭海；时间：2016年8月10日,制图:侯桂东；时间：2016年8月10日,1、弹簧2、检测器3、胶桶4、胶桶盖5、活动盖,图28：弹性升降设计示意图,35,图29：气动隔膜泵,通过调查分析和实验计算，气动隔膜泵须满足以下要求：（1）泵体材质为聚丙烯工程塑料；（2）满足供胶量需求：8L/小时；（2）供胶驱动单元的扬程要求：2M；（3）最大工作压力不小于车间压缩空气供给压力6bar。,根据以上几点要求，小组选取ARO品牌，型号为PD01P-HPS-PAA-A的气动隔膜泵。,铭牌型号：PD01P-HPS-PAA-A泵驱动方式：气动泵材质：聚丙烯最大流量（L/min):20L/min空气进口（内螺纹）：1/4(F)流体进口：3/8“(F)流体出口：1/4(F)；最大工作压力：6.8bar扬程（m）：86m,二、选择调压阀型号,一、选择气动隔膜泵型号,根据气动泵型号接口要求，小组选择了AR2000型调压阀，其自带10公斤压力表和支架。,制图:陈志坚；时间：2016年8月12日,制图:陈志坚；时间：2016年8月12日,图30：调压阀选型,36,原供胶装置拆除,固定装置,气动泵、调压阀等安装,摄图:叶蕙；时间：2016年8月15日,37,表23安装完后上胶故障次数统计表,制表：潘江逸；时间：2016年9月4日,2、同时，我们针对原供胶装置出现的两个问题也进行了调查并记录数据如下：,制表：潘江逸；时间：2016年9月4日,问题1：原胶桶盛放胶水的容积变小。,表2414#机2016年8月份的加胶间隔时间表,单位：分,38,3、此外，小组活动由于解决了原供胶装置胶水结垢变稠的问题，小组讨论并通过试验的方式把设备停机后开机的烟包（商标胶水干涸）剔除数降低。由原来的18包设置为8包。如下图所示：,问题2：清洁保养耗时长的问题。安装新型供胶装置后，不再采用原保养方式。操作工只需启动气泵把管道清洗一次即可，花费时间不超过10分钟。,通过试验可知,设置参数改变后,不会影响不合格品的剔除.这样就大大减少了停机后废品的剔除数量,提高了产品的合格率.下面数据是改进后的14#机10个班次商标纸胶水干涸剔除数统计表：,通过上表可知，活动后14#的单箱剔除数为1.783包/箱。,摄图:薛靖燕；时间：2016年9月4日,图31：IPC胶水干涸剔除界面,八、效果检查,39,2016年10月-2016年12月，小组组织相关成员对14#包装机上胶故障情况进行跟踪调查，具体情况如下表所示：,表25：14#包装机上胶故障次数统计表,制图：黄优东；时间：2017年1月6日,制表：黄优东；时间：2017年1月5日,40,故障次数月,图32课题目标完成情况,在效果检查期内，小组组织相关成员每天对新型供胶装置使用情况进行跟踪检查，考虑到该装置所使用的空气压力和流量为可控范围内，小组相关成员只对各连接管道是否漏气从而增加了相关能耗进行检查，结果如下表所示：,41,表26：新型供胶装置能耗检查表,制表：黄优东；时间：2017年2月25日,制表：黄优东；时间：2017年2月25日,表27：2016年10月-2017年2月压缩空气耗用表,m/箱,在效果检查期内，小组组织相关成员每天对新型供胶装置使用情况进行跟踪检查，并详细记录了14#的胶水消耗量，并与活动前的消耗量进行对比，如下所示：,42,表28：胶水消耗量统计表,制表人：黄优东；时间：2017年2月25日,制图人：黄优东；时间：2016年2月25日,图33：胶水消耗量统计图,KG/箱,43,活动前0.36kg/箱，活动后0.31kg/箱，减少了13.9%。,备注：上述计算公式中的数据说明：（1）34.4为厂年度生产总量；（单位：万箱）（2）40包是上胶故障发生后的废品烟包数量；（3）3569.16是商标纸平均价格；(单位：元/万张)（4）16.9是商标纸用胶水的单价；（单位：元/kg)（5）1.783是现单箱商标纸干涸剔除数，4.01175是原单箱商标纸干涸剔除数；（单位：包/箱)（6）0.03是作抛条卷烟节约成本，以上数据均来源于梅州卷烟厂2016年度主要原辅材料单价对照表。,本次QC活动通过研制新型供胶装置，成功地将商标纸上胶故障从5次/月下降至0.33次/月，降幅达93.4%，胶水单箱耗用量降幅达13.9%，单箱商标纸胶水干涸剔除数降幅达55.6%。,1、彻底解决商标纸胶水干涸的问题；2、活动可推广至卷接、成型等设备的供胶系统；3、提高了包装设备的有效作业率；降低了相关维修人员与机台操作人员的劳动强度。,根据S=DQC=0.3609=29.0680万元,40（5