2017年一等奖-济南卷烟厂研制YJ212接装机搓板自动清洁装置

山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂卷包车间,卷包车间彩虹QC小组王金晨丁宁,目录,CONTENTS,2.选择课题,4.提出方案并确定最佳方案,6.对策实施,1.小组概述,3.确定目标,5.制定对策,7.确认效果,8.标准化,9.总结及下一步打算,一、小组概况,ZJ112卷接机组由常德烟草机械有限责任公司生产，额定生产能力为10000支/分钟，是目前加工能力较高的国产卷接设备之一。它承担着我厂近40%的生产任务，因此，保证其生产效率尤为重要。,二、选择课题,二、选择课题,1问题提出,MAX搓板堵塞,行业难题,因此本课题根据卷包数采系统，选取统计了2015.11-2016.1卷包车间25#-31#机台MAX搓板堵塞停机。,从统计表中可以看出，7台设备MAX“搓板堵塞”三个月总停机次数多达3584次，累计3942分钟，平均每日每机台停机8次，平均单次停机时间为66秒。,分析造成MAX搓板堵塞的原因很多，如在搓接过程中烟支的抖动、设备的脏污、滤棒破损等等，均无法彻底避免，也不能很好的解决MAX搓板的堵塞问题。当MAX搓板堵塞时，清洁搓板是必不可少的工作。,二、选择课题,因此，缩短清理时间可以有效减少MAX搓板堵塞的故障停机时间。,二、选择课题,小组成员针对不同操作工清洁时间进行统计，平均为44S。,2月10日19日25#31#机组操作工清理搓板堵塞时间,二、选择课题,搓板堵塞后，操作工需扳动搓板控制开关，打开防护罩，用铜丝刷对搓板进行清理。清理完毕后，关闭防护罩，扳动搓板开关，然后开机。针对清洁搓板流程绘制组合线图。,通过以上调查分析可以看出，ZJ112卷接机组搓板堵塞及清洁存在以下问题：,搓板堵塞停机次数多，清洁次数频繁。严重影响设备连续作业率。,清洁需要7个步骤，步骤繁琐，耗时时间长。不但影响了生产效率，又增加了操作工和维修工的劳动强度。,二、选择课题,研究一种高效的搓板清理装置是当前亟待解决的问题。,以关键词“搓板”和“清洁”分别于中国知网查询文献和专利情况,二、选择课题,通过查新可以发现，之前有兄弟烟厂和烟机厂做过相关研究，只是靠单纯的吹气清洁，结合我们操作工清洁步骤，包括吹气与清扫，因此我们认为单纯的吹气不能实现在“搓板堵塞”时的全自动清洁。,因此，我们小组确定了此次活动的课题：,研制YJ212接装机搓板自动清洁装置,二、选择课题,三.确定目标,设定目标：结合实际情况，小组成员将目标设定为：活动后YJ212接装机搓板堵塞清洁耗时由原来的44秒/次降低为19秒/次。,三.确定目标,目标可行性分析,理论分析：从搓板清洁流程图中可以看出，用时44秒中，共7项步骤。其中直接涉及到清洁搓板的共有1项，用时约19秒，其它6项均是清洁搓板的准备工序，无用动作，占整个清洁用时的57%。若将清洁过程中的无用动作消除，保守估计，可以将清洁时间减少到19s，当然也可能会有小惊喜。,三.确定目标,目标可行性分析,技术分析：原理方面，已有相关专业人员对搓板的清洁问题做过研究，为我们提供了一定的技术保障；机械方面，通过研究发现，在搓接鼓轮与组合鼓轮之间有较大的空间，可以安装清洁装置；电气方面，小组成员对ZJ112卷接机组的控制程序进行了详细解读，为后期开发控制程序奠定了基础。技术保证：小组成员多为车间的技术骨干，多项ZJ112创新成果申请专利以及获得省市级奖项。,3月15日，小组成员进行模拟试验：在“设备堵塞”故障发生后，打开防护罩，准备好风枪和铜丝刷，并放下搓板，操作工同时进行吹气和铜丝刷清洁，直至将搓接鼓轮和搓板上的污物清理干净，只记录清洁过程时间，如下表所示。从表中可以看出，如果排除清洁搓板的无用动作，操作工只进行吹气和铜丝刷清洁，平均用时为14.5秒，且每次时间都小于19秒。,三.确定目标,目标可行性分析,4.模拟试验,目标可行性分析,Alwaysbelievethatsomethingwonderfulisabouttohappen.,目标可行,四、提出方案并确定最佳方案,确定课题目标后，小组成员通过“头脑风暴法”，最终确定了自动清洁装置共分为三个部分，下面，我们针对三个部分进行方案选择。,四、提出方案并确定最佳方案,方案一：齿轮齿条传动机构,方案二：皮带驱动式机构,方案三：气压驱动式机构,1.机械清洁机构方案,四、提出方案并确定最佳方案,1.机械清洁机构方案,方案一：齿轮齿条传动机构,方案二：皮带驱动式机构,方案三：气压驱动式机构,四、提出方案并确定最佳方案,1.机械清洁机构方案,方案一：齿轮齿条传动机构,方案二：皮带驱动式机构,方案三：气压驱动式机构,四、提出方案并确定最佳方案,小组成员于4月15日，对三个方案绘制了因果矩阵图进行了分析。,通过分析，小组成员决定采用方案三，气压驱动式机构为最佳实施方案。,较好9分一般3分较差1分,四、提出方案并确定最佳方案,2.吹气清洁机构方案,经过小组成员多次观察，在停机清洁时，搓板与搓接鼓轮之间有一定距离，因此需要两路压缩空气分别对搓接鼓轮和搓板进行清洁。,考虑到搓接鼓轮为圆柱形，而搓板为近似平面的圆弧形，因此选择圆弧形气管和直线形气管，并分别配合一定数量的圆柱型小孔进行吹气清洁。,搓接鼓轮,搓板,压缩空气,圆弧形气管,直线形气管,搓接鼓轮,搓板,四、提出方案并确定最佳方案,3.控制系统方案,方案一：继电器控制,方案二：设备原有主PLC控制,方案三：外加PLC控制,四、提出方案并确定最佳方案,方案一：继电器控制,方案二：设备原有主PLC控制,方案三：外加PLC控制,3.控制系统方案,四、提出方案并确定最佳方案,方案一：继电器控制,方案二：设备原有主PLC控制,方案三：外加PLC控制,3.控制系统方案,四、提出方案并确定最佳方案,小组成员于4月25日，对三个方案通过因果矩阵图进行了分析。,所以选定最佳方案：方案二，设备原有主PLC控制。,较好-9分一般-3分较差-1分,3.控制系统方案,四、提出方案并确定最佳方案,最佳方案汇总：,四、提出方案并确定最佳方案,2.方案细化,（1）气压驱动式机构的细化,气压驱动式机构,气缸,气缸支架,铜丝刷支架,四、提出方案并确定最佳方案,小组成员首先计算气缸的参数，由于安装空间的限制，应采用无杆气缸，运用气缸选型系统，输入气缸主要工作参数。,选择SLM-25-250-KF-A系列气缸.,气缸,气缸支架,铜丝刷支架,1.气压驱动式机构细化,四、提出方案并确定最佳方案,结合系统要求，对气缸进行了最终的选型：SLM-20-250-KF-A-G-CV-CH-NV-NH-HV-HH-E。,20缸径D=20mm250行程L=250mmKF循环滚珠轴承导轨A通过接近开关G基本单元为气缸CV首端液压缓冲器组件CH后端液压缓冲器组件NV首端带NPN型接近开关NH后端带NPN型接近开关HV首端行程调节HH后端行程调节E带安装导轨,气缸,气缸支架,铜丝刷支架,1.气压驱动式机构细化,四、提出方案并确定最佳方案,A.材料选择,通过综合分析，选用45钢作为气缸支架材料。,气缸,气缸支架,铜丝刷支架,1.气压驱动式机构细化,四、提出方案并确定最佳方案,B.结构设计,由于气缸在工作过程中，会对气缸支架造成一定的冲击，因此我们决定采用T型结构对气缸进行安装固定。,气缸采用四孔安装的方式，左右孔距离为260mm，上下孔距离60mm。,气缸,气缸支架,铜丝刷支架,1.气压驱动式机构细化,四、提出方案并确定最佳方案,A.材料选择铜丝刷支架与气缸支架对材料的要求相同，与气缸支架选用相同的材料，选用45钢作为铜丝刷支架材料。,B.结构设计铜丝刷支架与气缸连接板采用螺栓连接，铜丝刷支架安装螺孔距离与气缸连接板相同为80mm，铜丝刷支架与铜丝刷连接处采用长孔设计，便于调整铜丝刷的高度。,（1）气压驱动式机构的细化,由于操作工在清洁过程成一直使用铜丝刷，并且效果良好，因此本课题直接选择铜丝刷作为清洁工具。,气缸,气缸支架,铜丝刷支架,1.气压驱动式机构细化,四、提出方案并确定最佳方案,（2）吹气机构的细化,2.方案细化,四、提出方案并确定最佳方案,2.吹气机构的细化,通过统计与实验，圆弧形气管需要7个吹气孔与承烟槽相对应，所占的角度为114.5。,圆弧形吹气管,直线形吹气管,四、提出方案并确定最佳方案,根据不同孔径的吹气实验统计，可以得出结论：只有孔径为1.5mm时，可以清理干净。因此，小组成员决定将吹气孔直径确定为1.5mm。,2.吹气机构的细化,圆弧形吹气管,直线形吹气管,四、提出方案并确定最佳方案,根据圆弧形吹气管的实验，直线形吹气管也采用1.5mm的孔径，吹气管长度与搓板宽度相同，为80mm，对于吹气管上吹气孔的数量，小组成员决定通过实验确定。,通过实验得出结论：设置2个吹气孔即可以将污物吹干净。,2.吹气机构的细化,圆弧形吹气管,直线形吹气管,四、提出方案并确定最佳方案,（3）控制系统的细化,2.方案细化,主PLC控制系统,电路设计,程序设计,四、提出方案并确定最佳方案,电路设计的原则,可靠性,在保证原设备功能的基础上，增加搓板清扫功能所用电路,安全性,通过在动作输出回路串联安全继电器的辅助触点确保设备和人员安全,搓板自动清洁装置的电气控制系统的使用原PLC，不额外增加控制器，因此，通过增加PLC控制程序实现。,3.控制系统的细化,电路设计,程序设计,四、提出方案并确定最佳方案,1.自动/手动转换开关采用三位置转换开关，分别为手动、关闭和自动；2.搓板位置下检测采用VISOLUX公司的接近开关，用于检测搓板是否处于下侧位置；3.清扫气缸位置检测采用电磁耦合原理，即通过气缸内安装磁环的方式检测气缸是否动作到位；4.搓板动作和清扫气缸动作电磁阀均采用双作用电磁阀；5.吹气电磁阀采用高速单作用快速电磁阀。,3.控制系统的细化,电路设计,程序设计,四、提出方案并确定最佳方案,工作模式关闭模式：设备维持原有功能，搓板清洁系统不动作；自动模式：当设备正常开动过程中，出现“搓板堵塞”信号时，在设备停稳后，执行清洁功能；手动模式：在设备停止时，若需清洁系统清洁搓板，需要将转换开关从“关闭模式”切换到“手动模式”，清洁系统执行清洁功能。输入/输出点PLC的输入输出点分配如下表所示，为了保证设备和操作安全，程序设计时需要考虑设备静止监视和上下防护罩检测信号。,3.控制系统的细化,电路设计,程序设计,工作模式,输入/输出点,动作流程,安全措施,四、提出方案并确定最佳方案,搓板清洁装置动作流程2016年5月23日，小组成员调查操作工日常清洁搓板的步骤，多是先用风枪吹掉烟支和水松纸片等，再用铜丝刷清扫搓板表面，最后再用风枪吹掉搓板上的污垢等。,吹气清扫吹气,？秒,？次,？秒,3.控制系统的细化,电路设计,程序设计,工作模式,输入/输出点,安全措施,动作流程,四、提出方案并确定最佳方案,A.吹气时间,第一次吹气实验。,根据试验结果，第一次吹气时间确定为1S。,第二次吹气实验。,根据试验结果，第二次吹气时间确定为3S。,吹气清扫吹气,1秒,？次,3秒,3.控制系统的细化,电路设计,程序设计,工作模式,输入/输出点,安全措施,动作流程,四、提出方案并确定最佳方案,铜丝刷来回动作模拟试验。,通过统计表可以得出结论，铜丝刷来回动作2次及以上即可将搓板上的污物擦离搓板。,吹气清扫吹气,1秒,2次,3秒,B.清扫次数,3.控制系统的细化,电路设计,程序设计,工作模式,输入/输出点,安全措施,动作流程,四、提出方案并确定最佳方案,加装搓板上下到位检测，防止出现搓板未抬起就启动设备或搓板未落下就启动清扫气缸的情况。,手动或自动的清扫过程都要求在上下防护罩均关闭的情况下进行。,清扫动作须在设备完全静止的条件下进行，若无静止信号，则不启动清扫过程。,搓板控制开关分“上”、“下”两个位置，上：手动和自动清扫流程；下：清扫过程正常，但在清扫过程结束后，搓板手动抬起。,措施一,措施二,措施三,措施四,安全措施,3.控制系统的细化,电路设计,程序设计,工作模式,输入/输出点,安全措施,动作流程,四、提出方案并确定最佳方案,通过以上的分析与细化，确定了本装置三个部分的最优方案配置：,五、制定对策,对策实施表,六、对策实施,对策实施一：机械图纸绘制,实施过程：（1）绘制气路图,（2）绘制气缸支架图纸,（3）绘制铜丝刷支架图纸,（4）绘制圆弧形吹气管图纸,（5）绘制直线形吹气管图纸,目标检查：小组成员于2016年7月28日，在实施完成后，对图纸进行检查，图纸尺寸标注等均符合相应的国家标准，同时技术说明清晰，全面。达到了实施目标的要求。,对策实施二：机械仿真分析,请看制作的动画，设备正常运转中，搓接鼓轮进行烟支搓接，然后MAX搓接鼓轮发生堵塞故障后停机，设备静止后，气路首先进行工作，之后搓板放下，吹气1S，铜丝刷进行2次清理，再次吹气3S，完成清理全过程，设备继续运行，整个过程无干涉现象，达到目标要求。,六、对策实施,对策实施三：电路设计,实施过程：（1）绘制元件清单说明表,（2）绘制电路图,目标检查：小组成员于2016年8月31日对绘制的电路图进行了检查，其标号、线号等均符合国际标准，满足要求。,六、对策实施,对策实施四：程序设计与仿真,实施过程：（1）绘制输入/输出参考清单,（2）设计搓板清洁装置程序流程,采用STEP7仿真软件对编写的程序进行仿真，如图所示，经仿真测试，控制程序满足工艺流程。,（3）程序仿真,目标检查：小组成员于2016年9月20日，在实施完成后，对实施效果进行检查，动作流程符合要求，达到了实施目标。,六、对策实施,对策实施五：零件采购及加工制作,实施过程：（1）零件采购根据电气元件选型表和气缸选型采购元件。,（2）零件加工制作根据绘制的图纸加工元件。,目标检查：小组成员于2016年9月29日，在实施完成后，首先对照元件选型表对采购的元件进行检查，型号符合设计要求；并采用千分尺、游标卡尺、万能角度尺等量具检测，加工零件的各项参数均符合图纸技术要求，达到了实施目标的要求。,六、对策实施,对策实施六：接线、安装调整及程序下载调试,实施过程：（1）电气元件安装并接线,（2）机械零件安装调整,六、对策实施,对策实施六：接线、安装调整及程序下载调试,（3）程序下载调试,目标检查：小组成员于2016年10月10日，在实施完成后，对清洁装置进行复检，通过测试观察运动状态，均符合要求，达到了实施目标的要求。,六、对策实施,对策实施七：测试,安装完毕后上机实验，设备运行过程中，出现搓板堵塞故障。设备停机，然后搓板放下，吹气1S，铜丝刷进行2次清理，再次吹气3S，搓板抬起，完成清理全过程。,目标检查：小组成员于2016年10月19日，在26#试验机台对搓板自动清洁装置进行测试，测试结果表明，清洁流程均能正常启动，清洁效果良好，达到了实施目标的要求。,七、确认效果,1.目标确认YJ212接装机搓板自动清洁装置研制完成后，小组成员进行了多次试验，并于2016年10月20日-30日对26#卷接机组YJ212接装机搓板堵塞自动清洁情况进行10次实验,平均时间为711，即为7秒。,由表中我们可以看出：活动后由原来的人工清洁的44s/次下降到7s/次，效率提升（44-7）/7*100%=528.