项目实施方案技术路线组织方式与课题分解Word格式.docx

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5.3技术应用和产业化前景 20

5.4获取自主知识产权的情况 21

(六)项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解 21

6.1课题开发与实施技术总路线 21

6.2课题的组织管理措施 21

6.3组织方式 23

6.4课题分解 24

(七)计划进度安排 24

(八)现有工作基础和条件 26

8.1项目负责单位简介 26

8.2项目协作单位简介 27

(九)经费预算 29

(一)、引言

1.1发泡材料的分类及特性.

21世纪是科学技术迅猛发展的时代,高分子材料发展的基本方向是不断赋予其高性能化、高功能化和智能化。

橡胶和塑料作为传统工业中应用比较广泛的两类高分子材料。

而发泡技术完全能够将这两种高分子材料功能化并密切联系起来。

发泡材料是现代橡胶工业和塑料工业的重要组成部分。

发泡材料的品种和数量随着橡胶和塑料原料工业的迅速发展以及发泡材料制造工艺和设备的改进正在大幅度的增加。

发泡材料迅猛增长的首要原因是其可以降低产品的成本,另一个原因是发泡材料具有质轻、隔音、隔热、缓冲性能好及比强度高等一系列优异的性能。

目前,发泡材料已广泛应用于汽车、建筑、包装、军事、航海及民用等各个领域。

近年来,随着工业技术的发展和人们生活水平的提高,对发泡材料的质量要求也更加严格。

橡胶或塑料聚合物发泡材料的应用以遍及全世界,其中日本和美国占有的市场份额较大,而在北美市场上,发泡塑料主要用于工业生产。

发泡材料品种繁多,其分类方法也多种多样。

按发泡倍率可以分为高倍率发泡材料和低倍率发泡材料:

根据发泡质地的软硬程度不同可以分为硬质发泡材料、半硬质发泡材料和软质发泡材料;

根据泡孔的结构可以分为开孔发泡材料闭孔发泡材料;

根据泡体的结构又可以分为一般的发泡材料和结构发泡材料。

与纯高聚物相比,发泡高分子材料具有很多可贵的性能。

(1)密度小发泡高聚物中含有一定量的气体,因而它比纯高聚物轻几倍至几十倍甚至更高,可以用来制作日常用品和包装材料。

(2)比强度高发泡高聚物的机械强度一般随发泡倍数的增加而下降,且由于发泡体体积大,故与纯高聚物相比,其比强度大。

常用于制造如门窗、隔板等各种建筑器材以及制造家具。

(3)隔热性好发泡高聚物的导热系数比纯高聚物低得多,因为气体的热导率比高聚物的热导率低近一个数量级。

特别是对于闭孔结构发泡高聚物,因其中的气体互不连通,这样就削弱了对流传热,提高了发泡高聚物的隔热能力。

因此,发泡材料可用于做各种隔热、保温器材的衬壁。

(4)吸收冲击载荷能力强发泡高聚物受到冲击时,泡孔中的气体通过滞流和压缩,使外来作用的能量被消耗,散逸。

泡体以较小的负加速度,逐步终止冲击载荷。

因此,发泡高聚物具有较好的缓冲能力,是理想的减震包装材料。

(5)隔音效果好发泡材料的隔音途径主要有两个,一是吸收声波的能量,使声波不能反射或传递,二是消除共振,减少噪音。

一方面,当声波到达泡体壁时,泡体将受到的能量通过对泡体中气体的压缩和滞流,使能量消耗和散逸,以达到吸收声波能量的目的。

另一方面,可通过增加泡体本身的刚性,以消除或减少发泡体由于受到声波冲击而引起的共振及产生的噪声。

因此,发泡高聚物具有良好的隔音能力而用作建筑内墙材料。

1.2发泡材料的制备方法

早在20世纪40年代发泡材料在工业上就已经有了多种应用,1941年美国杜邦公司首先制成聚乙烯发泡塑料。

随着工艺技术和制造设备的发展,以及发泡材料所具有的特殊物理性能和化学性能,发泡材料越来越受到人们的青睐。

发泡制品品种繁多,制备方法也有所不同。

根据发泡方法不同可分为机械发泡法、物理发泡法和化学发泡法;

根据成型方法不同又可分为模压发泡、注射发泡及挤出发泡。

现对以上发泡方法及新型制备方法简介如下。

1.2.1物理发泡方法

物理发泡方法是利用物理原理实施发泡的方法。

常用的物理发泡剂有低沸点的烷烃、氟碳化合物及超临界二氧化碳和氮气。

物理发泡剂主要有以下类别:

1).正戊烷

2).正己烷

3).正庚烷

4).石油醚

5).三氯氟甲烷(Freon11)。

6).二氯二氟甲烷(Freon12)

7).二氯四氟乙烷(Freon114)

8).超临界二氧化碳

9).氮气

1.2.2机械发泡方法

机械发泡法是采用强烈的机械搅拌使空气卷入树脂乳液、悬浮液或溶液中形成均匀的混合体,然后再经过物理或化学变化使之凝胶,固化成型。

为缩短成型周期可通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。

其优点是无需特别加入发泡剂,缺点是对所需设备要求高。

模压发泡成型方法

发泡橡胶制品的硫化方法基本上可分成模型法与非模型法两大类。

模型法是指胶料在模具内硫化发泡成型,根据装胶量是否满模又可分为跳模法和充模法。

非模型法是指胶料经预成型后在加热介质内硫化发泡的工艺,亦可称之为自由发泡。

不同成型工艺所用胶料的配方有明显的区别,一般来说一定的胶料配方只能适合某一种或几种硫化发泡工艺。

模压发泡成型主成型设备按其功能可分为两大类:

成型设备和混合设备。

成型设备主要包括平板硫化机及模具;

混合设备包括捏合机、塑炼机、密炼机和挤出机。

模压发泡成型最大的缺点是比较复杂的制品成型困难,而且制品形状难保持,对于精度要求较高或复杂制品要进行二次加工。

注射发泡成型方法

注射发泡是结构泡沫制品的主要成型方法,属于一次成型。

热塑性塑料的注射发泡成型是60年代初出现的,初始阶段采用PS为原料。

N60年代术,几乎所有可用于注射成型的热塑性塑料均可以采用这种工艺方法进行发泡成型。

注射发泡成型的主要优点是一次成型,大大简化了泡沫制品的生产工艺,且产量高产品质量好,特别是对于形状比较复杂、尺寸精度要求较高的泡沫制品,更能显示出其优越性。

其缺点是对模具要求高,制品多为低发泡制品。

结构泡沫制品应用较多的有以下几个方面:

a.要求质地轻巧的结构材料和工业制品,如各种容器、集装箱、冷藏箱。

b.家具、建筑材料以及仿木制品。

C.隔热、隔音材料。

注射发泡成型工艺过程由原料配制、塑化、合模、注射、发泡、冷却定型、启模、顶出以及制品后处理等部分组成。

影响注射成型工艺的要素主要有三个:

压力、温度和时间。

为了提高制品的质量,三个要素必须合理选择、相互配合。

注射发泡成型工艺主要设备为注射机。

注射机又分为注射发泡成型机、高压注射发泡成型机和多组分注射发泡成型机。

挤出发泡成型方法

无模硫化适用于长条发泡制品,如门窗密封条的连续生产。

半成品胶坯通常由挤出机(特别是抽真空挤出机)挤出,然后进入连续硫化装置进行硫化发泡。

常见的硫化方法有盐浴法、沸腾床法、微波法和热空气法等四种。

其中热空气连续硫化发泡工艺由于设备相对简单,调节方便等优点,近年来在生产高倍率发泡制品中发展较为迅速,如橡胶管材和板材。

一般来说,用于此类成型的发泡胶料应具有快速硫化的特征,特别是高倍发泡制品,要求其硫化起点快,否则泡孔壁强度不足,难以抵抗气体压力使气体逸出,造成开孔结构和粗糙的表皮。

因此在配方设计时,硫化速率与发泡速率的匹配要求最为严格,即硫化起点要快于发泡,而在发泡进行过程中两者的速度接近。

因而,这一匹配的范围较窄,胶料的混炼、挤出速度、加工温度等因素都要严格控制,否则会导致发泡倍率不够或产品爆裂现象。

挤出发泡基本工艺有两种:

一种是自由发泡工艺,另一种是可控发泡工艺。

前者的缺点是不需控制熔体压力和气体溶解力的匹配,因此难以得到低密度和平滑均匀的外表皮。

后者利用“赛路卡”法基本原理,以控制表观密度及得到发泡倍率较低的硬皮。

前者往往限于较小面积的制品生产,后者可用于较大截面制品的生产,但是费用较前者高。

旋转模压发泡成型方法

旋转模压发泡成型方法适用于生产厚度均匀、无底边、生产批量较小的大型泡沫制品。

如聚乙烯泡沫块材、聚乙烯泡沫容器等,所用容器为加热釜及模具。

该方法的优点是设备简单、投资少,主要缺点是生产周期长、脱模困难,特别是对于那些要求内外结构一致的发泡制品不适宜使用此方法成型。

低发泡中空成型方法

低发泡中空成型通常是采用冷却后的胚件进行低发泡并吹塑成型的方法。

可发性聚乙烯粒料可利用此方法进行成型,所得制件有珍珠光泽、白度高,并有独立发泡、使得制件富有绝热性、反冲性、柔软性的特点。

该方法所用的设备为双头式中空成型机和注射成型机,而对于要求高发泡倍率的制件,多采用模压发泡成型。

1.2.3化学发泡方法

化学发泡法是在发泡过程中伴随着化学反应产生气体而进行发泡的方法。

化学发泡剂是指经加热可以分解放出二氧化碳和氮气等气体,并在聚合物基体中形成泡孔的化合物。

化学发泡剂主要有以下几类:

1).偶氮化合物(如AC)

2).磺酰肼类化合物(如OBSH)

3).亚硝基化合物(如H)

在化学发泡剂中主要使用的是发泡剂AC(偶氨二甲酰胺)、发泡剂H(DPT)(二亚硝基五亚甲基四胺)、发泡剂OBSH。

发泡剂H价格低廉,发气量也大,但其分解副产物为有毒的甲醛和具有强烈异味的六亚甲基四胺(易燃品),难以操作,因此其应用前景受到限制。

发泡剂AC和发泡剂OBSH在卫生等方面不存在问题,因此其用量在不断增加。

发泡剂OBSH受水分影响较小,因此它特别适用于三元乙丙橡胶的挤出硫化发泡。

该发泡剂无污染性,可制得白色发泡橡胶。

发泡剂OBSH的缺点是发气量小,用量多时会显著延缓硫化,并引起跑气,因此即使用量很大也很难制得高发泡倍率的发泡材料。

此外,OBSH的分散也是一个问题。

本研究中主要采用的也是化学发泡和机械发泡相结合的方式,使用发泡剂AC,现将AC简介如下。

AC(azodicarbonamide)发泡剂化学名称为偶氮二甲酰胺(H2NCON)2,由二脲氧化制得,为淡黄色或桔黄色结晶粉末,分子量为116,分解热为359。

可以推知AC分解放出的气体主要是氮气(65%),一氧化碳(32%)和少量二氧化碳(3%)。

分解固体残渣主要是联二脲、氰脲酸、脲唑。

AC分解时略有氨昧且不易燃、有自熄性。

AC发泡剂广泛使用于聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、乙烯.醋酸乙烯共聚物,ABS树脂以及各种橡胶等加工过程中,在日本发泡剂年消耗量预计约8400吨。

在发泡剂中用量最大。

发泡剂AC单用时分解温度为200℃左右,但在有氧化锌、硬酯酸锌和含锌促进剂等配合的胶料中,其分解温度会大大降低,在橡胶硫化温度范围(130℃~190℃)就能很好地分解。

因此AC在国内外应用最为广泛。

此外,该发泡剂具有发气量较大,分解时间短,不助燃、无毒、无臭味、不污染、不变色、颗粒细,易分解以及在常压、加压下均可使用的特点。

1.3EVA的结构和性能

EVA是乙烯和乙酸乙烯酯的无规共聚物,它的性质随着VA含量的变化而变化,即VA越低,其共聚物的性质越接近PE,VA含量越高,共聚物的性质越接近橡胶。

对于塑料而言,VA的含量约为10%-20%,VA大于20%的可作为弹性材料。

EVA发泡材料是以EVA为基体而内部具有微孔的制品,气相的存在使得EVA发泡塑料具有密度低、比强度高、能隔音、隔热及能吸收载荷等特点,因此用途广泛,近几年取得了很大的发展。

EVA发泡产生的方法也有物理发泡法和化学发泡法,本系统采用化学发泡法,由于发泡剂AC是通用的有机发光剂中发气量最大(250-300ml/g),并且发热量小、分散性好等特点,故采用AC作为发泡剂。

EVA发泡的特点:

加工性:

无接头,且易于进行热压、剪裁、涂胶、贴合等加工。

防震/缓冲性:

回弹性和抗张力高,韧性强,具有良好的防震/缓冲性能。

保温性:

隔热、保温防寒及低温性能优异,可耐严寒和曝晒。

隔音性:

闭泡结构,隔音效果好。

EVA主要应用在以下方面:

汽车、空调、冰箱、冰柜、家用电器、工程制冷及冷藏和冷冻等;

鞋的内衬材料;

运动鞋垫,箱包背垫,冲浪板,跪垫;

电子产品的包装领域等。

(二)立项的背景和意义

2.1项目的立项背景

自从我国改革开放以来,我国GDP以10%左右的速度快速发展,特别从2001年中国加入世界贸易组织以来,我国经济发展进入快车道阶段,其中以制造业的发展最为迅速。

而由于80年代我国实行计划生育政策的影响,近年来人口老年化问题日益凸显,我国经济发展的人口红利也逐步消逝,用工荒的现象逐渐从广东、浙江等沿海省市向全国蔓延。

特别是在劳动环境恶劣、劳动强度大、产品利润低的行业,需投入较多的人工成本来维持企业的运行,进一步降低了企业的利润和发展空间。

发泡材料是现代橡胶工业和塑料工业的重要组成部分,我国现有的EVA平板发泡生产企业数千家,其生产工艺多数是采用人工配料,后人工装入密炼机进行密炼,密炼完成后人工移入开炼机进行开炼,开炼过程需要多次压片并数次打三角包,人工割胶后最终压片,压片后收片,装模,发泡,其中的所有工序都是通过人工衔接的,其中的配料环节,由于是人工进行,容易产生生产配料与工艺配方有较大的偏差,造成产品质量不合格,变成废料,在密炼过程中,完全由操作工根据经验进行炼制,对人员经验要求很高,稍有不慎,也会出现过度炼制的问题,开炼环节,多次压片打三角包用割胶,对操作工的体力要求很高,整个工序用工5-

7人,同时由于生产车间温度较高,环境很恶劣,对人的体力消耗很

大,是典型的重体力劳动,并且气味也很重,急需要进行改善生产工艺设备及生产条件。

2.11质量难以保证

在很多橡塑企业,生产都是由人工在进行配料、炼胶生产,对于橡塑企业,产品对工艺过程控制要求较为严格,这样就产生一些问题,质量难以保证,生产产品的质量很大程度上决定于从业人员的素质、情绪和责任心,采用的设备也都是比较原始的,生产出的产品参差不齐,质量无法保证。

2.12人员劳动强度大

通常的生产中采用的设备如75L密炼机,每次产量约80KG原料,采用人工配料、搬运和投料,对操作工的体力要求很高,开炼环节,多次压片、打三角包、割胶等工序,对操作工的体力要求也很高,人工单工序生产,工序与工序之间由人来传递,整个工序用工7-9人,费时费力,效率也低。

2.13劳动环境差,容易产生职业病

冬天还好,夏天气温高达40度以上,设备内部都要求温度100度以上,有的设备高达150度以上,因为材料大部分是塑料和硫磺等,气味很重,气味大,温度高,体力消耗又大,这直接导致人工严重难招,和生产效率,又容易产生职业病,直接的结果就是人工严著蝮*工资低了根本招不到人。

2.14用人多,导致费用增加

岗位劳动条件差,就必须提高工资水平,全部又是由人工手工操作,人数又多,就会导致用人成本不断增加。

2.2项目意义

填补国内空白,改变整个行业的设备结构。

挤出成形是泡沫塑料成型加工的主要方法之一。

由于挤出发泡成型方法的连续性,一般的异型材、板材、管材、膜片、电缆绝缘层等发泡制品都采用挤出成型方法。

挤出发泡成型法有两种:

物理发泡法和化学发泡法。

理论上两种方法都是适用的,但实际上应用最多的是化学发泡法。

化学发泡法在聚烯泡沫材料挤出成型中得到广泛应用。

整个系统采用机械发泡和化学发泡相结合的方法,实现自动化生产,完成最佳发泡量。

(三)国内外研究现状和发展趋势

3.1国外研究现状

目前世界EVA需求量在1.8Mt/a左右,其中北美占25%,西欧占36%o由于我国是制造业大国,从事EVA发泡的企业有三千多家,占全球生产总量的15%左右,很多企业都是手工作业,效率低,质量也参差不齐,受到员工情绪和熟练程序影响极大。

3.2国内现状

我国从事EVA发泡的企业有三千多家企业中,多数的生产工艺及设备与我们前述的相同或相近,没有更先进的工艺及设备采用,国内没有我们自己的生产线,因此我们研发的这条生产线是填补国内空白的。

2.2发展趋势

放大到整个国内的制造业,我国的很多行业自动化装备、机器人工业还处于初步发展状态,基本上都在使用的通用的工业机器人O因而从上下料机械手入手,成熟后并推广到其他实用行业是有必要也是必须做的事情,机器人以及机器换人在各行各业井喷式应用的时代就要到来。

(四)项目研究开发内容、技术关键及主要创新点

4.1主要研究内容

由于发泡材料用途广泛,目前通常采用平板发泡及注射(挤出)发泡成型两种完全不同的工艺,平板以泡通常用于发泡后需要再次加工分割的发泡产品,而注射(挤出)发泡成型通常用于注射后一次成形的产品,两种工艺的配方及效率不同;

平板发泡由于一次发泡量较大,通常采用批次生产,批次混炼的工艺,其中需要较多的人力投放,而注射(挤出)发泡成型通常是近于连续生产,单线产量较低,而自动化程度较高,因此本项目期望以较为小的配方改动,以较低的设备投入及生产成本,达到连续或近于连续的混炼生产过程,最大限度的减少人力的投入,实现产业的升级。

主要的研究内容有:

(1)设计全新的EVA平板发泡工艺,通过全新的生产工艺,将配料、捏炼、开炼包崐、初混炼、混炼、出片、裁片等过程,改造成自动配料、捏炼、自动挤出,自动出片的工艺过程,后期装模发泡可选装机器人装模及自动出模裁边,取装繁重的体力劳动。

(2)对现有的EVA平板发泡的产品配方进行优化,使优化后的配方更加适合于改进后的挤出工艺。

(3)研究最优的挤出螺杆长径比及相关参数,以适应较低的挤出温度和较多的再生EVA原料,主要由挤出系统、加料系统、温控系统和传动系统组成。

(4)研究设计挤出后配套工艺设备:

冷却定型装置,冷却定型部分对发泡材料的最终性能以及尺寸稳定性的影响非常显著;

牵引装置,该装置对制品的密度、泡孔结构、尺寸和出料的均匀性有很大的影响;

)切割装置,该装置的作用是将制品的长度控制在要求的尺寸以内;

收料部分,收取挤出的料片或堆放部分将制品存放待用。

总之,挤出后发泡的工艺方法最大优点是实现了生产的连续性

取消了开炼包根的繁重体力,便于大规模工业化生产。

EVA平板发

泡自动化生产线的研发就是基于这种思想而设计的,由于EVA平板发泡工艺要求较严格,设备比较复杂,要完成从配料、混合、炼胶、压片、装模、发泡的全线自动化生产线,减少人员的使用,使产品的品质更稳定,效率更高,主要完成以下工作:

1.进行工艺设计,根据工艺方案进行相关实验。

2.市场技术调研,确定技术参数,进行系统的初始设计。

3.设计EVA发泡自动配料系统

4.设计EVA发泡原料预混合系统

5.设计密炼机的自动上下料系统

6.设计EVA片材挤出系统

7.设计EVA片材挤出系统的自动收料系统

8.可选设计EVA片材自动装模机器人工作站

9.整个EVA发泡系统的连线控制。

新的工艺路线大体是自动配料,自动投料,自动预混,自动炼胶,自动挤出(片材),自动切断,自动收料,选装机器人装模,发泡,用来代替原有工艺路线,原先的人工配料,人工投料,人工密炼,人工开炼1,人工开炼2,压片,收片,装模,发泡,全部改为全自动方式运行,1台设备由1人操作,达到机器换人的目的。

4.2技术关键

1.设计全新的EVA发泡生产工艺路线〃研究加工工艺条件对EVA挤出发泡的影响,包括成型温度、螺杆转速、挤出压力、冷却方式等成型工艺参数和螺杆压缩比、长径比等设备结构参数,并对挤出加工工艺过程进行优化。

2.根据新EVA发泡生产工艺路线,完成工艺的实现

3.新发泡工艺的设备功能实现

4.新发泡工艺的整线产品的物流实现。

5.机器人自动装模工作站的实现

6.全白动生产线功能的实现

7.全自动的上下料功能的实现

8.3主要创新点

(1)生产线基本上实现“机器换人”,整条生产线基本上由一人来操作,节省人力。

(2)提升产品档次,生产线上全部使用专用设备和机器人,定位准确,既提高了精度,提高了质量,也提高了效率。

(3)物流实现自动化,中间物流全部采用专用设备运输,实现自

动传输,无须人工干预,空间利用紧凑,空间利用率高。

(4)采用新的混炼工艺及设备,减少或取消原橡塑行业的低效设备,取消橡塑行业沿用至今的打三角包的开炼工艺,采用新的螺杆混合挤出的工艺及设备,满足连续自动化生产的需求,提高了生产效率的同时保证了产品品质的一致性。

(5)采用自动配料及预混料系统,保证产品原料配方的一致性。

(五)项目预期目标(主要技术经济指标、社会效益、技术应用和产业化前景以及获取自主知识产权的情况)

5.1主要技术经济指标

5.11主要技术指标

1、连续生产每小时炼胶约700.900KG。

2、配方自动管理,可以有2000个以上配方。

3、自动配料可以为10种以上的料进行全自动配料、运输和投料

配料精度可达5%:

4、自动炼胶,取消炼制环节的人员重体力操作,节约2.5人;

5、自动挤出、压片和收片,每小时最高挤出产量900KG;

6、电源要求:

电压:

380V,100A:

5.11主要经济指标

1、按年产7000吨计算,年产值能达到1亿以上。

2、节省人工成本40%

3、降低生产损耗5%

4、缩短生产周期40%

5、提高生产能力60%

6、提高客户满意度50%

7、降低产品废品率10%

5.2社会效益

全国有3000家发泡塑料生产厂家,每一家都需要几套这样的设备,如果按5套计算,大约需要上万套这样的设备,再加上一套可节省4-5个工人,生产效率大大提高,产品质量大大提高,产品质量更加稳定,产品的附加值也大大增加,无论是对于发泡工厂,还是对于设备制造商,都会有非常可观的效益,这样带给社会的效益非常之大。

5.3技术应用和产业化前景

此项目用到化学学科、机械学科、电子学科和机器人学科等,是多学科综合的一个研发类项目,难度比较大,需要投入不少人力物力来完成,但此种设备企业需求极大,产业化前景非常广阔。

5.4获取自主知识产权的情况

项目完成后,可申报发明专利1项,实用新型专利3项。

(六)项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解

6.1课题开发与实施技术总路线

本项目属于材料科学、计算机科学和控制理论交叉学科的应用研究,将按照系统工程的方法开展研究工作,既强调技术的前瞻性,又重视国情与实际;

既强调技术创新,又注重系统实现与应用验证:

既强调技术的重点突破、技术的成套性和系统的整体性,又强调项目的实用性。

实施技术总路线如下:

1.先设计总体自动化生产的工艺路线

2.设计分步工艺环节的工艺路线

3.验证各分步工艺路线

4.总体控制系统方案设计

5.设计各分步工艺路线所还需要的设备

6.总体控制系统详细设计、连线及调试

6.2课题的组织管理措施

为全面做好本项目的协调、管理和实施工作,在组织措施方面,本项目设立项目总体组、项目技术组、项目实施组。

为明确相应的责权利及应承担的义务,项目负责单位及协作单位共同制定与项目实施相关的文件和制

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