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圆型朴切压烫一体机设计

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软件简介

 顺应当今高智能化、高自动化的社会发展趋势,服装的制作设备也是从手工设备逐渐发展到了自动化设备。但是,由于服装的柔软性和多样性,服装生产在总的工业生产的自动化进程中,远远比不上其他工业生产的自动化进程,在其他工业生产已经实施多个流水线自动化的同时,服装生产只能实现单台设备的自动化或者仍需要人工参与生产的半自动化和无自动化。当然,大多数需要人工参与的半自动化和无自动化,仍然有很多可以改善的地方。如何进一步提升我们的效率就成为了我们的重中之重。本次研究的圆形朴切压烫一体机,是基于原来需要大量人工定位的前提下,进行了项目设计,达到了减少工人繁琐的定位提高生产效率的目的。与原有的机器相比,不仅能实现压烫功能,还能自动完成切圆形朴和定位的动作,而且造价更低占地面积更小。总体而言,改善后的机器,更具有实用性。


关键词: 自动化; 服装; 圆形朴; 切压烫一体


Cutting, pressing and ironing the rounded interlining all-in-one machine

Abstract

Conform to the trend of social development which should be high-intelligentization and have highly automated equipment production. However, because of the softness and the diversitive of the clothing, the degree of automation in clothing production is not in the same street as others. While others are already achieving a number of automated assembly line, clothing production is only achieving the automatization of single equipment even just using handwork. Of course, there are a lot of ways to make better to impreove in many areas due to the fact that lots of clothing productions are semi-automatic and manual intevention without automation. It’s the most important for us to improve our production efficiency. This study name called cutting, pressing and ironing the rounded interlining all-in-one machine, which is based on the following original premise requires a lot of manual positioning. The results of this study can reduce the tedious of manual positioning to improve the production efficiency. Compared with the original machine, the new one only can cahieve ironing function, but also can cutting the rounded interlining and positioning automatically. And then, the area of this new machine is very small and everything that is in it at much less of the expense. All in all, this new machine is much more practical than before.


Keywords: automated; clothing; the rounded interlining; cutting, pressing and ironing all-in-one

目 录


1. 概述 (1)
1.1 学术背景 (1)
1.1.1 什么是自动化及其涉及范畴 (1)
1.1.2 自动化的发展历程 (2)
1.1.3 PLC的发展及前景 (3)
1.2 项目背景 (4)
1.2.1 朴及烫圆形朴工序的定义和意义 (4)
1.2.2 工序工艺流程 (4)
1.2.3 工序工艺流程的分析 (6)
1.3 课题来源 (6)
1.4 课题目标及意义 (6)
2. 总体方案设计 (7)
2.1 方案初步构思及需解决问题 (7)
2.2 元件 (10)
2.2.1 元件列表 (10)
2.2.2 元件功能 (11)
2.3 机械部分及参数计算 (12)
2.3.1 切朴部分 (12)
2.3.2 加热部分 (14)
2.3.3 压烫部分 (15)
2.4 电气部分 (20)
2.4.1 I/O分配 (20)
2.4.2 PLC选型 (20)
2.4.3 动作设计及动作流程图 (21)
2.4.4 接线图设计 (23)
3. 成果展示 (24)
3.1 机械及电路实物 (24)
3.1.1 圆形朴切压烫一体机实物展示 (24)
3.1.2 控制电路箱及部分程序 (25)
3.2 温度控制器控制加热曲线 (27)
3.2.1 温度控制器原理 (28)
3.2.2 温度控制器的PID参数 (28)
3.2.3 工作过程中加热曲线记录 (30)
3.3 项目效益分析与改善 (32)
3.3.1 项目效益 (33)
3.3.2 项目待改善地方 (33)
4. 总结 (34)
参考文献 (34)
谢辞 (35)
附录 (36)
正 文

1.概述
1.1 学术背景
自动化,从以往的不完善的概念——机器人(包括计算机)不仅能替代人的体力劳动而且还能代替或辅助人的脑力劳动,以自动地完成特定的作业的不完善的概念,逐步发展到如今更广义内涵——包括以下几点:在功能方面,自动化代替人的体力和脑力劳动,仅仅是自动化功能目标体系的一部分;在形式方面,代替或辅助人的脑力劳动及代替人的体力劳动,制造系统中整个人机系统的协调、管理、控制和优化;在范围方面,制造自动化不仅涉及到具体生产、制造的过程,而是涉及到产品生命周期所有的过程。 [1]
人类穿衣的历史最早可以追溯到约7.2万年前,即服装的出现,如此经久不衰的制衣行业,却没赶上自动化的早班车,确实让人痛心,不过,这又是一个不得不接受的现实。制衣行业本质上就是一个劳动力密集型产业,在自动化概念及技术并不完善的当时,仅仅认为自动化就是替代人的体力劳动,碍于衣服布料的多样性及柔软性,自动化基本上在制衣行业寸步难行,难以完全替代人的体力劳动。因而,制衣行业的自动化远远没有落实。如今,当人们对自动化的概念加以完善以及自身对自动化的深入了解,自动化被赋予了新的认识之后,制衣行业逐步走向了自动化的进程。从一个传手工的劳动密集型产业逐渐地成为一个低劳工成本、高产能科技密集型产业。

1.1.1什么是自动化及其涉及范畴
自动化的广义内涵包括:功能方面——代替人的体力和脑力劳动,仅仅是自动化功能目标体系的一部分;形式方面——代替人的体力劳动,代替或辅助人的脑力劳动,制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化;范围方面——制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程,而是涉及产品生命周期所有过程。所以,自动化是一个系统的工程。[1]
作为一个系统工程,它由程序单元、作用单元、传感单元、制定单元以及控制单元这5个单元组成:
程序单元——决定做什么和如何做;
作用单元——施加能量和定位;
传感单元——检测过程的性能和状态;
制定单元——对传感单元送来的信息进行比较,制定和发出指令信息;
控制单元——进行制定并调节作用单元的机构。 [1]
自动化的应用,可极大地提高工作效率和社会生产率,节约能源以及减少原材料的消耗,提高并保证产品的质量,改善劳动条件,改进生产工艺和管理体制,加速社会的产业结构的变革以及社会信息化的进程。[1]
如今,自动化设计的范畴很广,如农业、工业、商业、军事、科学研究、交通运输、医疗、服务和家庭等方面。自动化设备能够克服人的局限性即“生理阈值”,完成人无法完成的工作,如:(1)人容易出现错误,而自动化设备与系统完成作业的一致性与重复性要远高于人,这将大幅度地提高生产出来的产品的质量;(2)人的视觉、手,无法完成精确(精细)动作,而高精尖的自动化设备可以替代人手完成这一动作;(3)受限于人的躯体,无法在窄小空间中作业,而制造出小型的机器人,就能完成人类所不能完成的一系列动作,如管道(油管、水管)内的检修;(4)相比于机器人,人无法承受高温、高压、深水、核等环境下的工作,因而,机器人对环境的适应性要远强于人。
自动化跟我们的生活息息相关,自动化的出现,改善了我们的生活,提高了我们的生活质量。如何让自动化更加成熟,继续为人类所服务,仍需要我们坚定不移地在这条路上探索与挖掘。

1.1.2自动化的发展历程
1946年,美国福特公司的机械工程师D.S.哈德最先提出“自动化”一词,并用来描述发动机气缸自动传送和加工的过程。到1948年,N.维纳发表《控制论》,宣告了这么新兴学科的诞生。其提出了,自动控制的理论为闭环控制给出的定义为:

“Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance.”

N.维纳提出的闭环控制


至此,自动化与现代控制理论的到了很好的结合,上世界50~70年代中,自动化的应用开始逐步地面向复杂的、大规模的控制系统及大规模企业,如大型电力系统、钢铁联合企业等。在80年代,随着计算机网络的迅速发展,管理自动化取得较大的进步,出现了办公自动化,决策支持系统,管理信息系统等。
时至今日,自动化依旧大规模地应用在各个领域,自动化是现代科学技术和现代工业的结晶产物,它的发展充分体现了科学技术的综合利用。

1.1.3 PLC的发展及前景
PLC(Programmable Logic Controller)即是可编程控制器,基本构造由中央处理器(CPU)、电源、存储器、输入输出接口电路、功能模块及通信模块构成的一种专为在工业环境应用而设计出来的数字运算系统。该运算系统通过将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体,成为实现单机,车间以及工厂自动化的核心设备,具有编程简单、使用方便;功能强,性价比高;齐全的硬件配套,用户使用方便、组合灵活;可靠性高、抗干扰能力强;系统的设计、安装、调试工作量少;维修方便等优点。随着技术的进步,其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为后来的复杂的连续控制和过程控制。[2]
随着微处理器的出现,大规模及超大规模集成电路技术的高速发展以及数据通讯技术的不断进步,PLC行业也得到了飞速的发展,其发展历程大致可以概括为3个阶段:
(1) 早期(20世纪60年代末—70年代中期),PLC一般被称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点替代继电器控制装置的意味。一般情况下,PLC的主要功能只用于单一工序的自动控制,PLC的硬件上以准计算机的形式出现,电路上,为了使之可以更适应工业控制现场的要求,在 I/O 接口作出了改进。装置中的器件,主要采用分立元件和中小规模集成电路,采用磁芯存储器。另外为了提高其抗干扰的能力,还采取了其他措施。在软件编程上,采用到了梯形图——广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式。因此在早期,PLC的性能要优于继电器控制装置,优势包括简单易懂,体积小,便于安装,能耗低,有故障检测,能重复使用等。[2]
(2) 中期(20世纪70年代中期—80年代中后期),因为微处理器的出现,使PLC 发生了巨大的变革。得益于美国,日本,德国等厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元(CPU),使得 PLC功能得到了大大的增强。功能增强后的PLC,在软件方面上,不仅使其保持原有的功能——逻辑运算、计时、计数,与此同时,还增加了数据处理,传送和算术运算,通讯,自诊断等功能。在硬件方面上,在增加了远程 模拟量模块,I/O 模块等各种特殊功能模块的同时,依旧保持了原有的开关模块,并且扩大了PLC中存储器的容量,增加了各种逻辑线圈的数量,同时还具备了一定数量的数据寄存器,大大扩大了PLC的应用范围及其功能。[2]
(3)近期(20世纪80年代中后期至今),得益于超大规模集成电路技术的迅速发展,使得微处理器的市场价格大幅下跌,更使得各种类型的PLC中的微处理器的档次得到普遍提高。而且各制造厂商还纷纷参与研制开发PLC专用的逻辑处理芯片,目的是为了进一步提高PLC的运算处理速度。这使得PLC 在软硬件功能上得到了飞速的发展,至今在工业生产仍发挥着不可或缺的重要作用。[2]
展望未来,PLC将会有更大的发展空间。首先,从技术上看,可编程控制器的设计和制造上将会更多地应用计算机技术的新成果,会有运算速度更快,存储容量更大,智能更强的品种出现。而且还深信,未来的人机界面将更加友好,网络通讯能力将大大加强,同时,将打破现阶段各制造商的产品之间的兼容性差的障碍,使PLC的开放性和互操作性有很大的突破。当然,最重要的一点就是,功能将会进一步增强,对工业生产也起着至关重要的作用。[2]

1.2项目背景
1.2.1朴及烫圆形朴工序的定义和意义
“朴”的定义——指衣服内衬,如衣服衣领里面、袋盖里等,分为布朴与纸朴两种,有一面粘胶的,也有双面有粘胶的。加入内衬的意义,有的是为了防止静电,有的是因为面料太薄,有的是为了方便衣服的塑性,还有的是为了给衣服布料定型。[3]
“烫圆形朴工序”的定义——把一面粘胶的布朴切割成为一个个直径为25mm的小圆形朴,在165°的温度下,压烫并保压4S,最终使粘胶的一面粘贴在裁片上,实现定型的作用。

1.2.2工序工艺流程
利用切朴机(如图1)把长达一米多两米的长卷朴切割成为一卷卷宽度为30~40mm的小卷朴(如图2),最后再让工人使用特定的工具去将小卷朴切割成为一个个的小圆形朴(如图3),最终经过人工定位,把圆形朴平放在裁片上,再使用压烫机(如图4)实现压烫。

(图1)工人操作如图所示切割机切割 (图2)获得如图所示小卷朴


(图3)再次切割而成的小圆形朴

(图4)工人操作压烫机压烫


(图5)压烫完成后的样品
1.2.3工序工艺流程的分析
负责单位 采用方式 最终获得

梭织4楼裁床 人工 裁片
梭织4楼裁床 切割机 小卷朴
梭织1楼 人工 圆形朴
梭织4楼裁床 人工 压烫后成品

(表1)工序工艺流程分析
最后经过梭织4楼员工搬运压烫后成品,使其送至针织车缝部进一步加工
很显然,从(表1)可以看出,这一个工序的工艺流程很复杂。但是真正而言,此工序产生效益的只是最后的压烫成成品的工序(此工序需要工人的人工定位,每个定位用时约5~7s),而碍于加工设备的原因,不得不分开多个楼层协助完成。所以,此工序有很大的空间可以改善的,不论是人员的分配上还是设备的改造上。


1.3 课题来源
基于对工序工艺流程的分析,首先我们希望引入一个设备,能直接完成将小卷朴切割为圆形朴的操作。若能实现,则可省去梭织1楼员工使用工切割小卷朴切割成为小圆形朴的步骤,并且省去了来回搬运的人手与时间。于此同时,由于针织车缝部缺少压烫机,所以,希望自身也能完成一台小成本的压烫机。基于这两个想法,个人希望针织车缝部能拥有一台能自动完成切小圆形朴的机械并靠机械传动能将其送至压烫机的发热台上,最终经过压烫、保压,完成这一工序。


1.4 课题目标及意义
课题目标:(1)切压烫一体机具备切割出圆形朴后,自动送至压烫的区域内,而且还要具有较高的精度;
(2)压烫机需要有温控模块,其作用是能根据裁片的不同加以调节PID参数和温度补偿以及调节最高设定温度;
(3)有产量计数模块用于计算产量;
(4)具有较高的稳定性。

课题意义:(1)国内外尚无发现有类似于切压烫一体机的机器,制衣行业也就只有普通的烫花机,因此,如果能完成,将是一个很实用的创新;
(2)切压烫一体机能省去人工定位这一繁琐的步骤而直接完成压烫,因而只要能保证其工作过程中的稳定性,完成单个成品的用时将更少,效率更高,;
(3)具备可调节性,可以适应不同的工作环境以及不同布料。

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