看到高中生在给予时间、资源和一些策略指导的情况下所能做的事情是令人惊讶的。科普利高中俄亥俄州科普利的一所普通教育学校，9-12年级约有1135名学生。学校没有专门的专业，这使得我们工程团队的成就更加引人注目。
参与我们工程项目的学生共同建立了一个组装和包装系统，以帮助残疾人在劳动力中提高生产力。这个由学生设计的系统每年将用于组装和包装超过100万个部件。
韦弗ProPak这家公司位于俄亥俄州凯霍加瀑布市，是一家合同制造商，也是一家非营利组织。他们是AbilityOne计划，为残疾人提供工作机会。AbilityOne是美国重大残疾人士的最大就业来源
全国有超过550家非营利组织雇佣这些人，并以有竞争力的市场价格提供优质的产品和服务。像任何其他制造企业一样，Weaver必须跟上客户的需求，它需要提高与喷嘴组件组装和包装相关的效率。韦弗没有与专业的包装机制造商合作，而是与我们合作，找到了一个具有成本效益的解决方案。
我们的学生努力为韦弗的客户设计、设计和建造集成喷嘴组装机和包装站，Fomo产品，生产发泡保温密封材料及应用设备。AutomationDirect该公司是一家在线工业控制和零部件超市，提供了大部分所需的自动化设备。
AutomationDirect参与了许多SourceAmerica项目，并帮助建立了我们与该项目的关键联系。这个项目很成功，我们的团队在360支参赛队伍中获得了全国第四名SourceAmerica设计挑战这是一项为残疾人设计工作场所技术的全国性工程竞赛。
在开始的时候
Copley工程团队的学生们开始参加SourceAmerica设计挑战，以帮助残疾人。SourceAmerica指派我们与Weaver一起工作，让我们的学生在学习工程原理的同时，为他们的工人提供关键的帮助。
有了这个非常实际和令人满意的好处，让我们的学生更加参与这个项目，知道他们将在AbilityOne项目中帮助残疾工人。我们建立的系统帮助非营利组织保持低成本，使其能够保持其劳动力有收入的就业。这个项目是我们的团队为Weaver构建的第二个系统，它提供了一个很好的机会来扩展我们在第一个项目中学到的东西。
除了设计和构建系统之外，该项目还有其他部分。我们需要向评委提供深入的信息，包括项目背景、开发过程和预期收益。作为支持文件的一部分，我们制作了一个视频解释了我们所取得的成就他还写了一篇10页的论文，深入研究项目的细节。
项目的挑战
不幸的是，该地区为发展障碍讲习班提供的资金正在减少，许多讲习班正在关闭。韦弗要想继续经营下去，就必须创造更多的收入，这意味着它面临着和任何制造商一样的压力——提高产量和效率。我们系统的目标是帮助韦弗提高产量和降低成本，同时解放工人，承担新的合同和任务。
在我们与Weaver的第一个项目中，Copley工程团队从检查Weaver现有的喷嘴生产线开始，并立即发现了问题:整个过程都是手工完成的。工人们使用手动轴压机将混合器插入到每个喷嘴中，每次一个，将零件箱搬运到每个工位，并手工包装所有物品。每个喷嘴组装过程至少需要15秒，这太慢了，无法维持生产目标。增加产量的努力受到了阻碍，因为只有最熟练的工人才能完成组装过程。挑战是显而易见的:流水线必须实现自动化，这样非营利性组织的任何工人——无论他们的残疾是什么性质——都可以组装和包装产品。
设计、工程师和建造
科普利高中工程团队的第一个Fomo喷嘴生产和包装系统是为单一特定的喷嘴模型设计的。它包括一个完整的解决方案，自动组装和运输喷嘴组件，然后将它们包装在带有凝胶包和说明书的套件中。一旦我们的第一个系统建立和安装，Weaver实现了比现有人工操作的显著增产。
我们被分配的第二个系统是为了适应公司计划在2015年12月推出的一个新的Fomo喷嘴。然而，由于生产需求低，Fomo取消了合同。
最终，这个挫折被证明是一个好处，因为它创造了一个意想不到的机会。我们改变了工作方式，重新设计了新的系统，使用了可变的工具和编程来处理Fomo目录中的每个喷嘴。这个新系统取代了我们去年为Weaver创建的第一个项目，增加了更多的通用性和更小的占地面积更快的生产速度。
虽然新系统在较早的模型上有一些松散的基础，但它是从零开始建立起来的。我们的学生设计、制造和测试它的所有部件。他们指定了所有的电子器件，并为可编程逻辑控制器(PLC)编写了梯形逻辑。AutomationDirect指导了他们的工作，并帮助回答了许多问题。
新的设计使Weaver的任何工作人员都可以操作系统，包括只有一只手的人，或有计数或记忆障碍的人。该设计还有助于确保最终产品的准确性，所有部件在每个包装的正确数量。
喷嘴组装机需要两名操作人员以全速生产——每边一人。它使用气动压力机组装喷嘴，然后使用喷射器自动卸载部件，将它们从压力机固定装置中放入料仓或送到传送带上，每一种情况都用于运输到包装站。
包装站的一名工人检查组装好的喷嘴，并将它们分为25组，必要时使用计数板进行辅助。每组包装有三袋凡士林和一份说明书。整个包装操作耗时48秒。所述包装工位包括手动取袋、自动分标签、自动吹袋开袋器、计数板验证数量和自动脚控封袋器。装配机与包装工位可组合使用，也可单独使用，以适应生产需要。
Fomo喷嘴生产和包装系统将完全手工的流程转变为半自动的精益设计。与手动操作的15秒相比，自动喷嘴总成将每个部件的循环时间缩短至6秒。手动系统需要至少6名工人，而自动化系统只需要3名工人。生产随着人员的减少而增加，使韦弗能够从其他客户那里承担更多的工作，并使他们的非营利运作更能自我维持。
自动化系统的细节
装配站的大部分部件来自AutomationDirect，包括气动设备，如气缸，过滤器，调节器，压力表，阀门，螺线管，流量控制和配件。AutomationDirect还提供了许多电气元件，如CLICK PLC，电源，按钮，选择开关和指示灯。这是一个很大的帮助，能够购买大部分的气动和控制系统硬件从这个单一的来源。
手动刀杆压力机被AutomationDirect NITRA 1.5英寸孔，7英寸行程气动气缸，和气动成品零件喷射器与NITRA 1.5英寸孔，3英寸行程气缸取代。
操作人员将喷嘴和混合器部件装入夹具中，并通过按下两个按钮触发操作。当气动压力机关闭时，必须按住按钮，使混合器插入到喷嘴中。其中一个安全按钮可以由授权的主管用一个按键操作的选择开关来绕过，因此如果需要，一个人只用一只手就可以操作机器。
系统的主控制器是一个AutomationDirect CLICK PLC，安装在一个小的控制面板中。该装置机载有8个离散输入和6个离散输出，并增加了一个额外的8点输出模块。所有离散输入和输出均在24 VDC下运行。
学生们使用AutomationDirect的CLICK PLC编程软件编写了装配机的自动顺序，我们的学生能够实现其简单的指令集，很少的问题。幸运的是，30天的免费在线培训包括在内，当培训失败时，AutomationDirect的技术支持为我们指明了正确的方向，而不需要额外的费用。
可喜的结果
最初的安装和启动很顺利。带着轮子的组装机，学生们只是把它滚到生产车间，插上120伏交流电电源，并连接到压缩空气供应。它从一开始就运作得很完美，而且一直如此。最后一次检查，韦弗工业用它组装和包装了超过一百万个喷嘴。
该Fomo喷嘴生产和包装系统可以由工厂的所有工人操作，无论他们是否残疾。该系统的设计和符合人体工程学的操作，确保所有员工都可以组装或包装产品。
第二代系统的性能超过了我们合作伙伴的要求，使Weaver能够增加产量。总体而言，该系统的运行速度是人工方法的两倍多，使用了一半的工人，所需的返工也少得多，与人工方法相比，该系统的生产率提高了500%。包装系统运行更顺畅，误差更少，确保较低的整体成本。
对我们的学生来说，这是一次很好的学习经历。他们喜欢设计过程，也喜欢构建、集成和测试系统。布线、管道铺设和为机器编写代码都是他们学到的宝贵技能，为将来的制造业做准备。
有很多机器人程序和比赛，但SourceAmerica强调建造机器来解决现实应用的实用性，帮助残疾人是非常有益的。Copley高中学生Aaron Hesketh和Deniz Tektas在他们的SourceAmerica设计挑战生产和包装改进报告中指出，这台机器保持韦弗与其他顶尖公司在该地区的竞争力，同时为残疾人提供机会。Weaver不仅更具竞争力，而且由于新系统提高了效率和产量，他们现在可以承担更多的合同。
Kirby Harder在过去的20年里一直在Copley Fairlawn City学校教授技术、工程和设计课程。他把这个程序从学生手工绘图发展到使用SolidWorks和Aspire等复杂的3D软件。零部件制造和机器组装已经从严格的手工活动发展到使用3D打印机、数控路由器和激光切割机。这为他的学生提供了设计、开发、构建和测试真实应用项目的工具。
