自動(dòng)化，包裝機(jī)械發(fā)展的必然趨勢(shì)

文/宋慧欣

據(jù)相關(guān)調(diào)查，全球的包裝機(jī)械需求每年以5.3%的速度在增長(zhǎng)，隨著需求量的不斷提升，國(guó)際包裝機(jī)械市場(chǎng)這塊蛋糕的哄搶也愈加劇烈。國(guó)外包裝機(jī)械行業(yè)充分利用科技和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，根據(jù)現(xiàn)代化商品包裝多樣性的需求，發(fā)展多品種、小批量的通用包裝技術(shù)及設(shè)備，同時(shí)不斷應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展和開(kāi)發(fā)應(yīng)用高新技術(shù)的現(xiàn)代化專用型包裝機(jī)械。就目前看來(lái)，國(guó)外包裝機(jī)械的總體趨勢(shì)是“三高”——高速、高效、高質(zhì)量。發(fā)展重點(diǎn)趨向于能耗低、自重輕、結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、效率高、外觀造型適應(yīng)環(huán)境和操作人員心理需求、環(huán)保需求等。

而我國(guó)包裝機(jī)械始于20世紀(jì)70年代，相較于那時(shí)國(guó)外包裝工業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國(guó)起步較晚。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，特別是改革開(kāi)放之后，包裝機(jī)械已經(jīng)成為機(jī)械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為我國(guó)包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效地保障。預(yù)計(jì)到“十二五”規(guī)劃末期，國(guó)內(nèi)包裝工業(yè)產(chǎn)值有望達(dá)到6000億元。但是有專家預(yù)計(jì)，未來(lái)我國(guó)包裝工業(yè)長(zhǎng)期存在的產(chǎn)能過(guò)剩、過(guò)度依賴能源資源消耗、自主創(chuàng)新能力弱、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模與經(jīng)濟(jì)效益不相稱等結(jié)構(gòu)性和素質(zhì)性缺陷將凸顯出來(lái)。延伸包裝工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，做深做大包裝工業(yè)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，將是未來(lái)包裝工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。包裝機(jī)械設(shè)備的市場(chǎng)需求量的提高在很大程度上激勵(lì)著行業(yè)的技術(shù)升級(jí)。全新的、具有智能化、自動(dòng)化功能的包裝機(jī)型將逐步替代傳統(tǒng)成為未來(lái)的主流。

應(yīng)用于包裝機(jī)械的自動(dòng)化技術(shù)

包裝機(jī)械上使用的自動(dòng)化產(chǎn)品主要有控制系統(tǒng)（嵌入式產(chǎn)品、PLC、IPC、現(xiàn)場(chǎng)總線）、傳動(dòng)系統(tǒng)（變頻器、直流減速）、運(yùn)動(dòng)控制（伺機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器）、人機(jī)界面（文本顯示器、觸摸屏、平板電腦）、傳感器以及機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)。

(1) 傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)產(chǎn)品在包裝機(jī)械上的使用主要是為了調(diào)整主工藝速度和控制電機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程速度的周期性變化。在現(xiàn)代包裝機(jī)械自動(dòng)化中，變頻器充當(dāng)了極為重要的角色，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作方便、節(jié)能效果顯著等一系列的優(yōu)點(diǎn)。由于變頻器具有上述優(yōu)點(diǎn)，因而在大型包裝機(jī)和包裝生產(chǎn)線上得到了廣泛地應(yīng)用。

（2）人機(jī)界面。包裝機(jī)械的HMI以文本顯示器為主，通常與PLC或者單片機(jī)配合使用，用以設(shè)定生產(chǎn)工藝參數(shù)，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，記錄設(shè)備生產(chǎn)歷史。少數(shù)高端機(jī)械使用了觸摸屏。

（3）運(yùn)動(dòng)控制。運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品在包裝機(jī)上的應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步，主要通過(guò)伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，伺服電機(jī)具有自動(dòng)調(diào)整、響應(yīng)速度快、低振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于裝卸、輸送、打標(biāo)、碼垛、卸垛等工序。

（4）控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、程序設(shè)計(jì)方便靈活、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，包裝機(jī)械的大部分控制系統(tǒng)選擇使用了PLC控制系統(tǒng)。調(diào)查顯示PLC系統(tǒng)在5年以內(nèi)將是包裝機(jī)械的主流控制系統(tǒng)。

（5）傳感器技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化，在設(shè)備上安裝傳感器是必不可少的． 如在食品飲料存儲(chǔ)罐的監(jiān)控、灌裝封裝、混合及加工、冷卻及加溫、清潔、包裝等工序中都要用到傳感器．在包裝機(jī)械上可應(yīng)用的傳感器有電感傳感器、壓力傳感器、光電傳感器、電容傳感器等。

（6）現(xiàn)場(chǎng)總線等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。在食品包裝機(jī)械上使用PROFIBUS-DP、CC-Link和DeviceNet等現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、遠(yuǎn)程I /O 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)可發(fā)揮了自動(dòng)化產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，為整個(gè)生產(chǎn)線的無(wú)人化操作以及為設(shè)備的傳動(dòng)、檢測(cè)等工序的無(wú)縫銜接提供便利。

包裝機(jī)械的自動(dòng)化需求

提高包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度，已成為全球包裝企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的共同需求。提升包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度的作用主要體現(xiàn)在五個(gè)方面：

（1）可提高生產(chǎn)效率，高速食品包裝機(jī)械要求與前道工序要有相關(guān)銜接（包括控制銜接），不需搬運(yùn)環(huán)節(jié)，整個(gè)生產(chǎn)線按生產(chǎn)及包裝工序排列要做到倒序啟動(dòng)、順序停機(jī)。

（2）具有自動(dòng)功能，可適應(yīng)產(chǎn)品的更新變化，設(shè)計(jì)具有好的柔性和靈活性。因?yàn)楫a(chǎn)品的生命周期遠(yuǎn)短于設(shè)備的使用壽命，所以設(shè)備的靈活多變只需要變更產(chǎn)品及包裝而不至于更換昂貴的包裝生產(chǎn)線。

（3）設(shè)備故障預(yù)診斷、預(yù)維護(hù)。為了提高包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度，保證設(shè)備的利用率和生產(chǎn)率，有必要建立包裝機(jī)械的故障診斷和監(jiān)控系統(tǒng)。在廣泛收集設(shè)備在工作過(guò)程中發(fā)生的故障現(xiàn)象、故障原因和故障位置的基礎(chǔ)上，建立設(shè)備的故障診斷專家系統(tǒng)。利用多傳感器信息融合的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可利用設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，快速幫助用戶確定和解決故障。

（4）綠色環(huán)保，減少環(huán)境污染。在食品加工過(guò)程中的自動(dòng)化作業(yè)中，減少噪聲、風(fēng)塵等污染，并盡量減少?gòu)U棄物顯得尤為重要。沒(méi)有廢棄物、沒(méi)有污染以及綠色包裝的價(jià)值，大大超過(guò)食品加工方面的價(jià)值。

（5）實(shí)現(xiàn)安全檢測(cè)。由機(jī)械來(lái)完成配料的精準(zhǔn)，不論是操作設(shè)備，還是其它都要達(dá)到配料的高精準(zhǔn)度，還要能夠追溯配料品種、操作人、設(shè)備編號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間等信息，這些都要通過(guò)溫濕度或稱重傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的安全檢測(cè)。

（6）滿足全廠智能化的需求。智能工廠已成為制造業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于包裝機(jī)械來(lái)說(shuō)，具有智能化的控制模塊以及網(wǎng)絡(luò)接口也將成為未來(lái)的普遍需求。企業(yè)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也很容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和設(shè)備故障診斷、自動(dòng)排除，減少人工參與，保證包裝機(jī)械生產(chǎn)的產(chǎn)品在生產(chǎn)中沒(méi)有人為接觸和污染，產(chǎn)品質(zhì)量均勻統(tǒng)一，安全衛(wèi)生。 同時(shí)借助現(xiàn)有的商用網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備制造商可以很輕松實(shí)現(xiàn)異地對(duì)生產(chǎn)線的監(jiān)控、診斷和修改，提高自己的產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

包裝機(jī)械行業(yè)屬于現(xiàn)代工業(yè)的配套行業(yè)，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多領(lǐng)域，特別對(duì)食品行業(yè)和飲料行業(yè)影響比較大。正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的中國(guó)經(jīng)濟(jì)，要想讓自己的產(chǎn)品提高產(chǎn)品附加值，提高產(chǎn)品的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須努力發(fā)展科技，提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)努力發(fā)展包裝機(jī)械行業(yè)，改變目前包裝機(jī)械落后的局面。在我國(guó)加入WTO后，這對(duì)包裝機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品的出口提供了機(jī)遇，但也是對(duì)我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，要想縮小我國(guó)與歐美國(guó)家之間的差距，就必須將自動(dòng)化技術(shù)引入到包裝機(jī)械，實(shí)現(xiàn)高速、優(yōu)質(zhì)、低耗和安全生產(chǎn)，推動(dòng)中國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)走上健康發(fā)展的自動(dòng)化道路，從而為我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變做出貢獻(xiàn)。