紙自動糾偏裝置第1頁/共66頁前言

ZJ112卷煙機是常德煙機公司生產的卷煙生產設備，由于初期設計問題，水松紙偏移后只能依靠人工手動調節。而依靠人工監控和調節存在不能實時監控，調節量無法精確判斷，報廢煙支無法剔除等弊端。為此，我們小組通過QC活動，應用QC思維，針對卷煙機ZJ112水松紙糾偏的問題進行攻關。第2頁/共66頁序號姓名職務/職稱小組分工組內分工1張宗盛生產部部長組長總體策劃2鄒守俊生產部副部長組員總體組織3許東生卷包車間主任組員生產協調、技術指導4雷炳煥卷包車間副主任組員統籌實施5韓偉中設備管理員組員協調實施6甘尤零備件管理員組員協助實施7何振坤機修班長組員機械設計、具體實施8肖瑞云機械維修組員機械設計、具體實施9易項安機械維修組員機械設計、具體實施10馬振宇電修班長組員電氣設計、具體實施11劉敬珣品質工程師組員數據統計、質量驗證12古勁聲電器維修組員數據收集、協助實施13柴繼存設備管理員組員數據收集、資料整理課題名稱研制ZJ112卷煙機水松紙自動糾偏裝置課題類型創新型小組名稱聯合QC小組成立時間2012年1月注冊日期2012年1月課題注冊號SY/QC-1201活動時間2012年1月至2013年2月小組人數13人

小組主要由管理人員和技術人員組成，專業背景涉及電氣、機械、工藝等，具有較強的技術能力和豐富QC活動經驗。一、小組概況第3頁/共66頁2012年初，根據機臺操作人員反映，并結合質檢站提供的2011年第四季度車間卷煙外觀質量檢測結果得知，近期ZJ112卷煙機的卷煙外觀質量中”接裝紙長短”問題嚴重。以下為2011年第四季度的外觀質量檢測結果圖：二、選擇課題第4頁/共66頁

小組成員進一步統計了2011年10-12月以來所有ZJ112卷煙機的“接裝紙長短”缺陷出現的次數，11#卷煙機情況最為嚴重，小組決定以11#機為試點解決此問題。機臺號7#8#9#11#12#13#14#16#17#缺陷次數28322341282662418抽檢次數17717114016217216742174170缺陷頻次0.1580.1870.1640.2530.1630.1560.1430.1380.106表2-1ZJ112卷煙機組2011年第四季度“接裝紙長短”缺陷統計表制表人：古勁聲制表時間：2012年1月注：缺陷頻次=抽檢缺陷次數/抽檢總次數第5頁/共66頁水松紙偏移不合格產品損害公司和消費者利益接裝紙長短缺陷解決ZJ112卷煙機水松紙的偏移課題方向第6頁/共66頁現狀1：水松紙偏移的主要原因1、源頭：紙盤裝載不到位2、過程：機械振動、導紙輥松動、導紙輥粘膠等3、過程：水松紙拼接紙不齊4、終端：無實時糾偏裝置第7頁/共66頁現狀2：解決水松紙偏移的方法開機/接駁接裝紙長短不一？手動旋轉糾偏桿進行調節正常生產檢查成品煙支否是第8頁/共66頁存在問題：1、不能實時監控水松紙狀態；2、人工手動調偏；3、憑經驗調偏。第9頁/共66頁

經調查發現，操作人員會不定期對煙支進行自查，一旦發現存在偏移較大的情況，為了徹底消除質量隱患，會把可能存在問題的煙支報廢處理。2012年1月16日到20日，小組成員統計了11#卷煙機兩臺班由于水松紙偏移而報廢的煙支數量，統計為期一周，統計結果見表2-2。表2-211#卷煙機組2012年1月16-20日“接裝紙長短”報廢煙支統計表制表人：古勁聲制表時間：2012年1月現狀3：水松紙長短導致煙支報廢的情況統計日期1-16早班1-16中班1-17早班1-17中班1-18早班1-18中班1-19早班1-19中班1-20早班1-20中班平均值報廢煙支數量（支）24432553248025632657246625852476255025572533第10頁/共66頁解決ZJ112卷煙機水松紙偏移問題的備選課題機臺增設質量巡檢人員機臺增加一名輔助人員加大卷煙質量考核力度增加質量巡檢次數課題一：增加人員，加強考核輥輪傳動改為齒輪傳動減少傳送輥輪數量增大傳送輥輪與水松紙接觸面的摩擦力增加水松紙傳送機構的穩定性課題二：優化傳動機構增加水松紙偏移報警功能代替人工手動糾偏，實現自動糾偏增加水松紙狀態實時顯示利用舊件，研制偏移報警并及時糾正的裝置課題三：研制自動糾偏裝置在傳動輥上增加水松紙的卡位槽沿水松紙傳送路徑安裝水松紙限位槽增加水松紙托輥課題四：研制水松紙卡位槽第11頁/共66頁課題課題一增加機臺人員，加強考核課題二優化傳動機構課題三研制自動糾偏裝置課題四加裝水松紙卡位槽優點分析1、可優化人員配置，減輕其他操作人員壓力；2、可兼顧其它方面的質量監控。1、增加傳動機構的穩定性；2、傳動較為精準；1、可實時監控水松紙狀態；2、可快速響應，實現自動糾偏功能；3、大大減輕操作人員壓力；4、操作方便、顯示直觀；5、成本較低。1、便于維修；2、成本低；3、安裝簡單。缺點分析1、不能實時監控水松紙狀態；2、仍需憑經驗手動調節；3、招聘人數多，周期較長，人員不能及時到位；4、成本較高。1、需改變設備部分結構；2、需重新加工傳動部件；3、安裝難度大；4、成本較高。1、系統設計較為復雜；2、機械加工難度大；3、維護難度較大。1、偏移嚴重時會導致水松紙褶皺甚至斷裂；2、需設計加工機械部件；3、不便于觀察。結論課題三具有實時監測水松紙偏移狀態、快速響應、自動糾偏等優點，因此選擇課題三為活動課題。備選課題的綜合評估分析第12頁/共66頁

由表2-1數據可知，17#卷煙機“接裝紙長短”缺陷頻次為9臺同型機中最低，為0.106

。因此，根據最佳水平我們設定課題目標值如下：

研制一套ZJ112卷煙機水松紙自動糾偏裝置，實現自動糾偏功能，使11#卷煙機“接裝紙長短”缺陷頻次降低至0.106。三、目標設定第13頁/共66頁0.10611#卷煙機“接裝紙長短”缺陷頻次由0.253降低至0.106，降幅約58%。第14頁/共66頁四、提出各種方案并確定最佳方案方案是裝置成功研制的關鍵，為此，經小組成員充分討論，確定以下思路進行方案選擇：能夠檢測出微小偏移的檢測技術能夠滿足響應和處理速度的控制器滿足調節精度的步進電機和具體硬件選型123核心技術第15頁/共66頁研制ZJ112卷煙機水松紙自動糾偏裝置基于機器視覺技術的自動糾偏裝置方案一基于激光檢測技術的自動糾偏裝置方案二基于光纖檢測技術的自動糾偏裝置方案三第16頁/共66頁方案方案一：基于機器視覺技術的自動糾偏裝置方案二：基于激光檢測技術的自動糾偏裝置方案三：基于光纖檢測技術的自動糾偏裝置優點1、檢測精度高，可達到亞微米級；2、可較為精確地計算出水松紙偏移距離；3、友好的人機界面，可直觀的觀察圖像。1、檢測精度高，可達到微米級；2、所需要安裝檢測傳感器的空間較?。?、響應頻率高、穩定性好；4、可實現實時在線檢測；5、系統設計和維護簡單。1、所需要安裝檢測傳感器的空間較?。?、可實現實時在線檢測；3、系統設計和維護簡單；4、價格為三個方案中最低。缺點1、系統設計和維護復雜；2、燈源、工業相機對安裝空間的要求較為苛刻；3、要滿足高檢測頻率、高處理速度，系統開發價格高，至少8萬以上。1、對激光的安全性要求較高；2、小功率反射型傳感器檢測距離短，約600mm以內。1、檢測精度較激光低，精度可達到亞毫米級；2、光束易發生散射，光斑直徑最小為0.1mm，焦點距離僅為7±2mm；3、光纖頭需要保持干凈。系統要求1、安裝空間小，檢測裝置最大安裝空間為150mm*220mm*250mm；

2、檢測精度<0.1mm；3、可實現在線實時檢測；4、維護簡單、方便。結論綜合比較得知，方案二可較好地滿足系統要求，因此我們選用方案二。第17頁/共66頁基于激光檢測技術的自動糾偏裝置基于PLC控制的自動糾偏裝置方案一基于單片機控制的自動糾偏裝置方案二基于DSP控制的自動糾偏裝置方案三第18頁/共66頁方案方案一：基于PLC控制的自動糾偏裝置方案二：基于單片機控制的自動糾偏裝置方案三：基于DSP控制的自動糾偏裝置優點1、編程容易，電氣技術人員即可完成；2、控制系統構成簡單，通用性強；3、模塊化設計，容易擴展；4、設計、實施、調試周期短；5、抗干擾能力強，維護簡單。1、成本低廉；2、編程靈活性高；3、開發和應用較為成熟；4、在控制和事務處理上具有優勢。1、數據處理能力強；2、運行速度很快，可達到百萬次/秒；3、編程靈活性高；4、適用于大型、數據處理快速的控制系統。缺點1、成本偏高；2、適用于單一、重復數少的工程。1、編程復雜；2、設計、調試周期長；3、處理程序較難可靠穩定運行；4、維護難度大。1、系統結構復雜；2、編程復雜；3、維護難度大；4、設計、調試周期長。系統要求1、響應速度應優于卷煙機生產速度，約為8500支/分鐘；2、系統設計與實施容易；3、抗干擾能力強、穩定性好；4、維護簡單、方便。結論綜合比較得知，方案一可較好地滿足系統要求，因此我們選用方案一。第19頁/共66頁系統構成第20頁/共66頁可編程控制器（PLC）步進電機PLC控制程序監控程序激光傳感器觸摸屏基于激光檢測技術的自動糾偏裝置基于PLC控制的自動糾偏裝置研制ZJ112卷煙機水松紙自動糾偏裝置硬件軟件第21頁/共66頁4觸摸屏2PLC3步進電機系統硬件1激光傳感器第22頁/共66頁激光傳感器應最終實現高準確率的識別，但高準確率的識別受光斑直徑、檢測距離和機器運行速度的影響。為了找到最優組合值，我們進行了相關試驗。1.光斑直徑2.檢測距離激光傳感器的選擇3.機器運行速度(支/min)第23頁/共66頁根據工藝要求，水松紙偏移極限為±0.5mm，而從技術角度出發，考慮到響應時間等因素，檢測的精度應在0.1mm范圍內。因此，光斑直徑應小于0.1mm（100μm）。小組成員查閱了基恩士公司的激光傳感器資料，在常用的激光傳感器中，光斑直徑小于0.1mm的有三種型號可供選擇，具體參數見下表。光斑直徑的選擇第24頁/共66頁型號LV-NH32型LV-NH35型LV-NH37型光斑類型可調整光斑直線光束同軸結構超小光斑光斑直徑80μm100μm50μm檢測距離MEGA750mm1200mm70±15mm(所有電源模式下通用)ULTRA600mm1000mmSUPER450mm750mmTURBO300mm500mmFINE150mm250mmHSP100mm200mm環境溫度-10至+55℃制表人：張宗盛制表時間：2012年2月第25頁/共66頁由于設備上安裝空間的限制，檢測距離應控制在80mm以內。再根據備選的三種激光傳感器的參數，我們選擇了65mm、70mm、75mm三個距離進行測試。檢測距離的選擇65mm70mm75mm第26頁/共66頁機器運轉速度的快慢對檢測的效果也有一定影響，為了不影響生產效率，我們選擇了設備正常生產時的三種常用速度，即8500、8000和8800支/min。機器運行速度的選擇850080008800第27頁/共66頁正交試驗（1）試驗目的：通過正交試驗優選檢測單元的最佳組合；（2）考察的指標：識別準確率（％）；（3）考察的因素：光斑直徑、檢測距離、機器速度3個因素；（4）選位級：根據工藝、設備安裝、生產等實際需求，形成因素位級表：因素位級A光斑直徑(μm)B檢測距離(mm)C機器速度(支/min)1806585002100708000350758800（5）設計試驗方案：選用L9(34)正交表，共做9組試驗，為了保證結果的準

確性，每組進行二十次重復性試驗。第28頁/共66頁

試驗計劃試驗結果因素光斑直徑A(μm)

檢測距離B(mm)機器運行速度C(支/min)識別準確率（％）：正確識別次數/試驗次數*100%

列號試驗號123411（80）1（65）1（8500支/min）180212（70）2（8000支/min）285313（75）3（8800支/min）37542（100）123655223175623127073（50）1329083213959332185ⅠⅡⅢ240235245210255235270230240720R602510“看一看”的好方案是第8號試驗結果，其組合為A3B2C1“算一算”:從位級之和（越大越好）可以看出，較優方案是A3B2C1

，可見，“看一看”的好方案與“算一算”的好方案一致。極差分析：主次關系為A>B>C第29頁/共66頁綜合分析：可明顯看出，檢測單元的最佳組合為A3B2C1,如下表：激光傳感器的選擇光斑直徑檢測距離機器運行速度50μm70mm8500支/min因此，我們選擇LV-NH37型激光傳感器。第30頁/共66頁1激光傳感器系統硬件2PLC4觸摸屏3步進電機第31頁/共66頁西門子PLCS7-200（CPU224）松下PLCFP-X

C14R可編程控制器（PLC）方案1方案2

控制器的方案選擇第32頁/共66頁選擇要求實現數據處理和系統控制功能，良好的穩定性和抗干擾性，響應速度符合現場需要選擇方法根據成本、編程方式、穩定性、抗干擾性和響應速度選擇規格西門子S7-200（CPU224）松下FP-XC14R選用成本人民幣約2700元，有替換備件人民幣約1600元，有替換備件編程方式LAD、STL、SCLLAD、STL、SCL穩定性穩定一般抗干擾性較好一般響應速度15000-20000支/分鐘8000-10000支/分鐘結論ZJ112卷煙機生產速度約為8500支/分鐘，考慮到信號傳輸等因素帶來的延時影響，我們選擇了響應速度更快，穩定性和抗干擾性更好的西門子S7-200PLC（CPU224）作為控制器。第33頁/共66頁1激光傳感器2PLC3步進電機系統硬件4觸摸屏第34頁/共66頁白山DM5654型太平洋科技POWERMAXII步進電機方案1方案2

步進電機的方案選擇第35頁/共66頁選擇要求要求電機調節精度可滿足實際需求，且使用壽命長選擇方法從成本、尺寸、調節精度、發熱量和使用壽命幾個方面選擇規格白山DM5654型太平洋科技POWERMAXII型（M21NSXC-LDN-NS-02）選用成本人民幣約4880元人民幣約11980元尺寸符合性符合符合調節精度約0.1-0.2mm約0.05-0.1mm發熱量和震動發熱量較高、震動較大發熱量較低、震動較小使用壽命2年5-8年結論POWERMAXII步進電機調節精度高，可滿足實際需求，且使用壽命長，因此選用該型號步進電機。第36頁/共66頁4觸摸屏1激光傳感器2PLC3

步進電機系統硬件第37頁/共66頁威綸觸摸屏（MT6070i）西門子觸摸屏（6AV6648-0AC11-3AX0）觸摸屏方案1方案2

觸摸屏的方案選擇第38頁/共66頁選擇要求要求對PLC的輸入輸出快速響應，良好的人機界面選擇方法根據成本、硬件配置、軟件穩定性、通訊速度和使用壽命選擇規格威綸MT6070i型觸摸屏西門子SMARTLINE700觸摸屏（6AV6648-0AC11-3AX0）選用成本人民幣約6000元人民幣約9600元硬件配置屏幕色彩一般，分辨率較低，內存容量較小屏幕色彩還原度高，分辨率高，內存容量較大軟件穩定性一般穩定與PLC通訊速度較慢較快使用壽命2-5年6-8年結論西門子觸摸屏與所選的西門子S7-200PLC可以實現更快速、更穩定的通訊，且存在硬件配置好、使用壽命長等優點，適合用于生產自動控制，因此選用西門子SMARTLINE700觸摸屏。第39頁/共66頁系統軟件Step7-Micro/WIN

PLC編程PLC控制程序WinCC2008HMI編程監控程序系統的軟件由所選的硬件決定，可直接應用軟件進行程序編寫：1、選擇西門子S7-200PLC，有相應的Step7-Micro/WIN

PLC編程軟件；2、選擇西門子觸摸屏，有相應的WinCCHMI編程軟件。軟件選擇第40頁/共66頁可編程控制器（PLC）激光傳感器基于激光檢測技術的自動糾偏裝置基于PLC控制的自動糾偏裝置研制ZJ112卷煙機水松紙自動糾偏裝置硬件軟件西門子S7-200

PLC（CPU224）基恩士LV-NH37激光傳感器觸摸屏西門子SMARTLINE700步進電機太平洋科技POWERMAXII監控程序WinCC2008HMI編程PLC控制程序Step7-Micro/WIN

PLC編程最佳方案拓撲圖第41頁/共66頁序號對策目標措施地點完成日期負責人1安裝激光傳感器實現兩個傳感器間間距可調節。1.根據正交試驗中得到的最佳檢測距離，設計并制作傳感器支架；2.固定安裝傳感器支架，保證檢測距離為70mm。車間現場2012年4月鄒守俊韓偉中何振坤2安裝步進電機可旋轉調節水松紙偏移量1、根據電機安裝要求，改進步進電機固定支架；2、固定安裝步進電機。車間現場2012年4月雷炳煥易向安肖瑞云3安裝電器設備電器設備分布合理，通電后狀態正常1、設計電氣接線圖紙；2、固定安裝電器設備并接線；3、通電檢查設備狀態是否正常。車間現場2012年4月張宗盛馬振宇古勁聲4編寫控制程序和監控程序PLC無故障報警，系統通訊正常，可實現廢煙剔除功能。1、用STEP7編程軟件編寫控制程序，增加剔除廢煙的功能；2、用WinCC軟件編寫監控和操作程序；3、將程序下載到PLC和觸摸屏，并進行調試。車間現場2012年4月許東生馬振宇古勁聲5系統運行測試檢測并完成自動糾偏及剔廢成功率達95%以上。1、正常開機時，觀察自動糾偏裝置是否影響設備正常生產；2、模擬水松紙偏移情況，統計系統檢測并實現自動糾偏次數。車間現場2012年4-5月許東生劉敬珣甘尤五、制定對策第42頁/共66頁六、對策實施對策一：安裝激光傳感器實施措施：1、根據正交試驗中得到的最佳檢測距離，設計傳感器支架圖紙；

2、按照圖紙加工支架；3、固定安裝傳感器支架，保證檢測距離為70mm。設計圖紙加工成品時間：2012年4月負責人：鄒守俊、韓偉中、何振坤第43頁/共66頁傳感器距離調節傳感器整體進出調節實施安裝安裝后效果結果確認：對策1實施后，設計的支架實現了固定功能外，同時可以調節兩傳感器間距離。第44頁/共66頁對策二：安裝步進電機實施措施：1、根據電機安裝要求，改進步進電機固定支架；2、固定安裝步進電機。時間：2012年4月負責人：雷炳煥、易向安、肖瑞云電機結構圖實施安裝安裝后效果圖水松紙位置調節旋桿結果確認：對策2實施后，實現了步進電機自動或人為手動旋轉水松紙位置調節旋桿，

從而實現對水松紙偏移的糾正調節。第45頁/共66頁對策三：安裝電器設備實施措施：1、設計電氣接線圖紙；2、固定安裝電器設備并接線；3、通電檢查設備狀態是否正常。時間：2012年4月負責人：張宗盛、馬振宇、古勁聲設計電氣接線圖安裝接線第46頁/共66頁通電檢查設備狀態結果確認：對策3實施后，電氣設備接線正確，通電后狀態正常，完成目標。第47頁/共66頁對策四：編寫控制程序和監控程序實施措施：1、用STEP7編程軟件編寫控制程序；

2、用WinCC軟件編寫監控和操作程序；3、將程序下載到PLC和觸摸屏，并進行調試。時間：2012年4月負責人：許東生、馬振宇、古勁聲編寫PLC程序編寫監控和操作程序第48頁/共66頁功能設計要求：糾偏功能：當水松紙偏移量超過規定范圍（±0.5mm）時，電機自動調整水松紙位置，直至偏移量達到正常允許范圍（±0.5mm）。2.剔廢功能：當水松紙連續偏移超過設定范圍（±1mm）時，系統產生剔除。在觸摸屏上有報警燈指示當前是否有廢煙剔除。同時屏幕會記錄當前剔除煙支總數。第49頁/共66頁程序調試后，PLC和觸摸屏狀態圖：結果確認：對策4實施后，PLC運行正常，所有設備通訊正常，同時實現了剔除因水松紙偏移過大而產生的廢煙的功能，完成目標。第50頁/共66頁對策五：系統運行測試實施措施：1、正常開機時，觀察自動糾偏裝置是否影響設備正常生產；

2、模擬水松紙偏移情況，統計系統檢測并實現自動糾偏次數。

時間：2012年4-5月負責人：許東生、劉敬珣、甘尤日期模擬水松紙偏移次數正確檢測偏移次數檢測準確率自動糾偏次數糾偏準確率模擬水松紙偏移極限次數正確剔除次數剔除準確率4月27日44100%4100%44100%4月28日44100%4100%44100%5月2日44100%4100%44100%5月3日44100%4100%44100%5月4日44100%4100%44100%合計2020100%20100%2020100%制表人：甘尤制表時間：2012年5月第51頁/共66頁模擬測試完成后，小組成員跟蹤了5月7—31日，11#卷煙機“接裝紙長短”缺陷抽檢情況，抽檢次數36次，發現缺陷次數為0，效果良好，結果如下圖：結果確認：對策5實施后，正常情況下，自動糾偏裝置不影響正常生產，模擬測試偏移檢測、自動糾偏及剔除廢煙成功率均達到了100%，實際生產糾偏效果較好，完成目標。第52頁/共66頁七、效果檢查

糾偏裝置在11#卷煙機安裝完成后，小組成員對11#卷煙機6—8月份的卷煙外觀質量進行了連續三個月的跟蹤檢查，統計結果如下：缺陷類型空頭油污

重量（卷接）

圓周（卷接）翹邊接裝紙長短刺破漏氣缺陷次數203161000抽檢次數170170170170170170170170抽檢缺陷頻次0.01200.0180.0940.006000表7-111#卷煙機2012年6-8月卷煙外觀質量缺陷統計表制表人：柴繼存制表時間：2012年9月第53頁/共66頁活動后，“接裝紙長短”缺陷抽檢頻次為0，圓滿完成目標！0.106第54頁/共66頁2012年8月20日到24日，小組成員統計了11#卷煙機“接裝紙長短”產生的報廢煙支自動剔除情況，并對比2012年1月16日到20日的統計數據，結果如下：表8-111#卷煙機組2012年8月20-24日“接裝紙長短”報廢煙支統計表制表人：古勁聲制表時間：2012年8月統計日期8-20早班8-20中班8-21早班8-21中班8-22早班8-22中班8-23早班8-23中班8-24早班8-24中班平均值報廢煙支數量335359364348357351349360342345351項目實施后，11#機臺每班平均剔除煙支數由2533支降至351支，效果顯著。第55頁/共66頁推廣實施

鑒于11#