1. 引言
GDX6S包装机具有操作稳定、自动化程度高等优良性能。其中商标胶缸采用了先进的超声波检测，控制商标胶缸胶水的储量。为了保障商标胶缸内胶水浓度的稳定同时防止检测失效，设备设定每涂胶12000张商标，检测器必须至少测出一次胶缸储量在设备要求的最低水平及以下，向胶缸注胶。然而在使用中GDX6S经常发生商标胶缸涂胶12,000张商标，其间检测器没有测出胶缸储胶量在设备要求的最低水平及以下，设备出现“错误涂胶的商标纸”故障停机。该故障增加了GDX6S包装机停机频次，降低了机器运行效率。为了减少因“错误涂胶的商标纸”故障停机，保证设备的有效作业率，针对GDX6S包装机“错误涂胶的商标纸”故障停机频次高的现象，提出加装下端开口的内衬管的方法 [1] 。
2. 存在问题
GDX6S商标胶缸的工作原理如图1所示，在商标上胶的过程中，当商标胶缸内的胶水使用到一定程度，随着胶水液面的下降检测器检测到液面下降到液面高度的下限时，即提示注胶口加胶，在加胶过程中，胶水液面上升，当达到液面高度的上限时，注胶口停止加胶。在设备运行过程中，发现商标胶缸的胶水液面高度检测孔处经常出现结胶皮的现象，这样就会导致检测器检测到的液面高度实际是结胶皮的高度，而不是真实的胶水液面高度，进而导致胶水使用到其液面下限一下时，设备仍然不提示注胶口加胶，设备出现“错误涂胶的商标纸”故障停机。
Figure 1. Schematic diagram of trademark glue cylinder
图1. 商标胶缸结构示意图
为了进一步确定导致商标胶缸检测孔处出现结胶皮的原因，对商标胶缸检测口处的胶水浓度进行检测，在设备正常运行中，对检测口处的胶水浓度每隔15分钟，进行了2个小时的统计，统计数据如表1所示。
Table 1. Statistical table of the change of the concentration of the trademark glue cylinder glue liquid over time
表1. 商标胶缸胶液浓度随时间变化统计表
为了确定胶液浓度随时间变化的规律，对统计数据进行线形回归分析，计算得到：伴随概率P = 1.33 × 10−6，拟合优度可决系数R = 0.97。拟合结果如图2所示。
Figure 2. The fitting curve of the concentration of the trademark glue cylinder glue liquid varies with time
图2. 商标胶缸胶液浓度随时间变化规律拟合曲线
通过上述分析可以发现，胶液浓度随时间逐渐升高，并相关性好，同时可以看出在注胶完成后，近100分钟后胶液浓度大于80%，根据GDX6S设备说明书可知此时胶水会出现干胶 [2] ，说明胶缸检测孔处缺少防结胶皮装置，确实会出现结胶皮现象。经上述分析可知，商标胶缸检测口处出现结胶皮的现象，进而导致“错误涂胶的商标纸”故障的主要原因是设备在运行一段时间后由于检测口处的胶水长时间与外界空气接触，水分流失较大，浓度升高，出现结胶皮现象。
3. 改进方法
针对商标胶缸检测口处由于胶水与空气长时间接触导致水分流失较大，浓度升高，出现结胶皮现象，利用连通器原理提出在检测口处加装下端开口的内衬管的方案。具体如下：
在实施模型的设计中，考虑到开孔方向、开孔的尺寸、加水量等对改进效果有显著影响，在设计时，将这三个方面作为设计参数进行分析，并采用minitab了设计L9(34)正交试验已确定三因素的最佳组合 [3] 。参数树图如图3所示。
制定相应的因素水平表，其表格如表2所示。
Table 2. The factors and levels graph
表2. 因素水平表
通过分别对下端开孔的开孔方向、开孔尺寸及加水量的研究确定了每一个因素的3个水平。小组进行了三因素三水平的正交试验。其实验数据如表3所示，分析结果如表4所示。
1) 以电压误差为指标，RC > RA > RB，表明各因素对电压误差的影响程度依次为C (加水量) > A (开孔方向) > B (开孔尺寸)，加水量的影响最大。以结胶皮时间为指标，RC > RA > RB，表明各因素对结胶皮时间的影响程度依次为C (加水量) > A (开孔方向) > B (开孔尺寸)，同样加水量的影响最大。
2) 为了直观地反映试验结果，我们根据表3中的K值来标绘各因素、水平对电压误差和结胶皮时间两指标的影响变化趋势图如表5所示。
Table 3. Scheme and results of orthogonal test
表3. 正交试验方案与结果
Table 4. Statistical table of the change of the concentration of the trademark glue cylinder glue liquid over time
表4. 正交试验的极差分析
根据趋势图确定电压误差指标的最佳组合为A2B3C1，结胶皮时间指标的最佳组合为A3B1C3。综合考虑电压误差和结胶皮时间两个指标，对比两指标K1、K2、K3的差异，在结胶皮时间中K2、K3差异微小，而电压误差中K2明显小于K3，因此选择A2 (面向下胶孔的方向)，在电压误差中B2与B3非常相近，在结胶皮时间指标中B3不满足条件，因此选择B (开孔尺寸)选择B2 (9 mm)的开孔尺寸，对于C (加水量)两指标的优选值刚好相反，为了兼顾两指标，选择C2 (3 ml加水量)，因此最终确定的最佳组合为A2B2C2。即开孔方向面向下胶孔的方向、开孔尺寸9 mm、加水量3 ml，在此组合条件下试验，得到电压误差64 mv，结胶皮时间7.09 h。
4. 内衬管的加工与安装
确定了内衬管模型参数后，设计内衬管加工图纸 [4] ，并完成零件的加工。内衬管零件图纸如图4所示，其安装示意图如图5所示，安装完成前后的商标胶缸对比图如图6和图7所示。
Figure 5. Installation diagram of lining
图5. 内衬管安装示意图
Figure 6. The trademark glue cylinder before add lining
图6. 增加内衬管前的商标胶缸
Figure 7. The trademark glue cylinder after add lining
图7. 增加内衬管后的商标胶缸
完成了内衬管的安装后，对B1#GDX6S商标胶缸加装检测孔开孔内衬管后，在胶缸注胶完成后，加入3 ml的水，每15分钟统计胶缸检测孔处胶水浓度。统计结果如表6：
Table 6. The statistical table of glue concentration at the testing hole of glue cylinder after improvement
表6. 改进后胶缸检测孔处胶水浓度统计表
上述统计结果显示，加装检测孔开孔内衬管后，胶缸检测孔处胶水浓度在机台的6小时工作时间内浓度均小于结胶皮的临界浓度80%，6小时工作时间内，胶缸检测孔处胶水不会结胶皮。
为进一步确定实施后的效果，调查了2018年8月份B1#-B4#四组GDX6S商标胶缸出现故障停机的情况，调查结果如表7：
Table 7. The trademark cylinder error of the trademark paper glitch table of B1#-B4# in August
表7. B1#-B4#机台8月份商标胶缸出现错误涂胶的商标纸故障统计表
通过上述统计数据，B区设备商标胶缸停机的频次为3.6次/天，在设定的目标范围内，同时满足车间对设备的要求，此装置运行稳定。
5. 结论
针对设备频繁出现“错误涂胶的商标纸”故障停机，通过在检测孔处加装下端开口的内衬管的方法，在一定的时间间隔在内衬管中加水，从而稀释检测口处的胶水防止检测口处的胶水结胶皮，进而实现检测器对胶水液面高度的准确检测。应用效果表明，改造后的GDX6S包装机出现“错误涂胶的商标纸”故障停机频次由改造前的15.4次/台/天下降到3.6次/台/天，改进效果显著。
NOTES
*通讯作者。