包装生产线机械设备的自动化

包装生产线机械设备的自动化

丁黎光,李伯胜,丁伟

(广西工学院,广西柳州545006)

[摘要]　分析包装线上设备的构成、专业化程度,提出包装设备半自动及全自动的需求,尤其指出重袋包装线实现自动化的构想。

关键词:　包装生产线;装备;自动化

中图分类号:TB486+.3　　文献识别码:R　　文章编号:1001-3563(2001)04-0033-04

The Automation of Mechanical Equipment on Packing Product Line

DING Li-guang,LI Bo-sheng,DING We

(Guangxi Institute of Technology,Guangxi Liuzhou545006,China)

A bstract:　In this paper,the equipment comp osition and the degree of specialization on packing product line is ana-

lyzed.The req uirements of full-automation and half-automation of packin g equipment,especially the conception to actu-alize packing line automation of heavy bag are proposed.

Key words:Packing product line;Equipment;Automation

　　据统计,截止到90年代末全国约有1000多家企业生产包装设备,从企业规模看,全国包装设备企业职工人数在1000人以上的只有18.5%,也就是说包装设备的企业规模是以中小企业为主,大型企业虽然数量不多,但也有一定比例,具有一定能量和影响,对开发技术含量高和较复杂的产品提供了有利条件。

从专业化程度看,目前国内包装设备专业化程度还不高,57%的企业是兼业生产,只有沿海地区省、市专业厂较多。

从企业的产品构成来看,我国的包装设备主要集中在卷烟、饮料、轻工业方面比较多;化学工业、建材工业、冶金工业、制糖业、以及粮食加工方面的包装设备很少,即所谓重袋包装生产设备很少。由于重袋包装设备在自动化方面要求比较高,科技含量也比较高,涉及机械、电气、电子、仪表、计算机、传感器、以及气液等方面,专业性强,需要投入的研制经费多,所以科研单位及生产厂家也很少。

我国包装设备制造工业经近十年的努力,在数量、品种、质量、水平方面均有较大发展,但是,离国际水平还存在很大一段距离,尤其是在包装设备科技含量上的差距更大,使得我国在建材工业、粮食加工业、冶金、制糖等需要包装活动的行业不能摆脱繁重的体力劳动,因而这些行业劳动生产率低下、生产成本高、产品质量不稳定、浪费大,严重困扰这些行业的发展。如在广西目前还没有一家生产自动重袋包装线的厂家。

人工包装与自动包装所产出的经济成本及市场前景是截然不同的,我国即将加入世界贸易组织。国际上以先进生产技术以及管理,生产出来的价廉物美的产品,将给我国的生产方式及产品产生极大冲击。过去我们传统的手工作坊式的生产方法,生产出来的产品很难在国际上竞争。本文将就包装生产线自动化问题作一定层面上的探讨。

1　自动包装线及设备

收稿日期:2001-04-28

作者简介:丁黎光(1937-),男(汉族),湖北武汉人,硕士生导师,广西工学院教授。从事机械制造及自动化研究,发表专著2部,学术论文40余篇。

33　　自动包装线的生产流程大致如图1所示。

来自主厂房的物料※

传感器称

重料斗

※电子称重机组※封口机※码垛系统

※仓库图1　自动包装线流程图

　　包装机械设备按复杂程度可分为:简单、半自动和全自动三大类。而全自动包装生产线设备主要由二大部分组成:全自动包装设备和全自动码垛设备。

1.1　全自动包装设备

全自动包装机由自动上袋系统、包装秤(视需要可设计为单秤或多秤)、平台、整形设备、拆边机、批号及生产日期打印机、输送机(含倒袋输送机、立袋输送机和平袋输送机),还可设置收尘装置等组成。自动上袋系统是全自动包装和半自动包装的主要区别。自动上袋系统对包装袋的质量要求比较严格,当包装袋涂膜不符要求时,自动上袋系统的故障率随包装袋质量下降而上升。如果非出口产品、贵重产品及对产品包装有严格要求的物品包装,从降低包装袋的成本和包装机的价格着想,建议采用半自动包装机。

自动包装机,每小时可包装50kg的物品500袋,最大可达800袋到1200袋;称重精度达0. 2%,最高可达0.1%。

1.2　全自动码垛系统

全自动码垛系统由码包机、垛型加固机、物品姿态控制装置、输送系统、控制系统等部分组成。全自动码垛系统有高架式和低架式两种形式。

高架式码垛机的班产量大于低架式码垛机的班产量。码垛按每层五袋,每袋40～50kg,每垛40袋计算,则每小时可码垛600袋,最高可达每小时码垛1200袋。

全自动码垛机配叉车储运,则有装车机动灵活,运输、码垛、拆垛、搬移等任务都可实现机械化操作。使作业时间大为缩短,作业劳动强度大大减轻。一条全自动包装码垛生产线,建议操作人员2～3人为好。

对于年产量大于10万吨的企业,采用全自动包装码垛,可以产生极大的经济效益和社会效益;年产量在5万吨至10万吨的企业,也有明显的经济和社会效益;年产量在5000吨以上的企业,建议采用半自动包装码垛生产线,也可获得大的经济和社会效益。1.3　全自动包装码垛生产线

全自动包装码垛生产线的特点:

(1)　自动化过程已逐步实现。包装材料或包装容器的自动整理、输入以及产品的输出;单机及机组和生产线的自动协调工作和故障的自动处理;对包装质量的在线自动检测和自动剔除不合格品;为适应多品种、小批量生产包装设备的实际需要,可实现柔性化自动包装码垛。

(2)　包装码垛设备成套性较强。包装设备多为连续作业的单机联动线和机组,成套性较强,其成套方式有:把具有不同功能的单机或机组与辅助设备配套成龙为连续作业;设计制造具有多种功能的作业线,现代化生产中包装机械不仅将制袋、充袋、封口、称量、码垛、运输等功能组合在一起,而且将清洗灭菌、计量、贴标、打印、检测和传递输送等功能也结合起来组成成套作业。

(3)　可靠性较高。全自动包装线系统功能多,工位多,机构复杂,要求运动准确,动作迅速、协调,工作可靠。在现代化工业生产中包装设备已是生产流水线上的关键设备。为此采用了必要的检测和监控措施,对故障及时显示或报警,针对常见故障和误操作,设置安全防护措施,使设备即使在意外情况下也不致损坏。在报警发出后,由操作人员干预,使设备恢复正常运转。

(4)较强的通用性。包装设备的通用化、系列化、标准化,更有利于实现包装自动化。工业包装线及装备的构成应该模块化。每一个特定用户在物料的性质、称量精度、生产率以至码包、封口方式等方向都可能有不同的需要,但是有很多动作是相同或相似的,只是尺寸大小不一样,粮食类谷物自动包装与化肥、矿物颗粒自动包装以及小包装的动作也有相似之处。因此,可以将包装装备的组件设计成通用化。国外,有的国家包装机械的通用化程度已达70%～90%。

1.4　半自动包装系统

由于产量及其他原因,由人工完成如供袋和封口作业,有时不要求进行在线整治、质量复核、检测、打印和垛型加固等作业,这时系统也称为半

34自动包装系统。

2　包装线对自动化装备的需要

很久以来,包装生产线只到把物料包装好为止,尤其是25kg以上的重袋包装更是如此,至于后续的搬运工作则完全由搬运工人来完成。造成这样局面有多方面的原因,但主要是我国生产力水平较低,劳动力便宜,资金缺乏,科研人才少,管理落后等。

2.1　包装行业存在的问题

要想进一步发展以及参与国际竞争还必须找出自身缺点和不足,纵观20余年的发展过性,不难发现我国包装机械行业中存在某些明显的不足,概言之有以下几点:

(1)低水平产品重复生产多。如小型自动封口机、真空包装机、小型灌装机、小食品生产设备等。这些设备技术难度小、成本低、起步快。因此,不少企业选中它做“入门”产品,以此积累资金再展鸿图。这样,就造成产品不可避免地重复,产品积压卖不出去,自然又影响设备的更新,最终使得生产水平难以提高。

(2)高技术含量的产品尚未有人生产。如高压杀菌设备,连实验室阶段也未进入;又如多层共挤设备,其共挤头也是从美国购来配套的。

(3)自主开发能力较弱。一方面是我们企业起步较晚,还未摸清市场的规律;另一方面是科技力量薄弱,高科技人才资源不足,掌握先进的设计、应用CAD的人还不多,许多企业是看好别人已生产的产品市场不错,买来图纸依样画葫芦,结果不理想。有的企业照搬国外产品测仿,达到了样机水平则称为“国际先进水平”,实际上是早已淘汰的产品。如均度机,人家已有适应高温、高压、高粘度物料的,均质粒度可达1μm的设备问世,我们还拿3μm的普通设备标上国际先进水平。这样固步自封影响了产品的开发,即使有新产品,其档次也不高。又如,由于目前科技迅猛发展,超细粉状或准纳米级粉状的包装流动性很差,应该研究提高流动性的机构,以满足自动生产线的要求。

(4)普遍存在可靠性问题。企业不太注意产品质量,表现在两个方向:一是自身加工的零部件,有的精度不够,有的材质不好,有的该热处理的没热处理,该锻压的没锻压。往往不到一个月即严重磨损,以至不能使用。有的企业设备落后,包装产品偏差大,废品率高。有的企业为了低价位竞争,应该用钢板支座的改为铸铁支座。另一方面是配套件,进货把关不严格,有意购进低价劣质产品,以致于有的产品开机就卡壳。密封件、传动件问题也不少。

(5)产品防护未能重视。设备安全方面采取措施少。防护罩、防护门大部分未安装,有的虽装有,但又不能实行安全连锁,只起消极防护。尤其重袋包装,工人劳动强度大,安全性更是至关重要,一定要引起足够重视。

2.2　包装自动化的需要

为了改变包装行业现状,对包装装备的自动化有以下要求或者发展趋势:

(1)　机电仪综合技术是包装码垛生产线的发展主流。自动化程度是衡量包装机械技术水平的重要标志。其内容包括工艺过程、工艺参数、物料流动、产品质量、运行故障、安全防范等的自动控制和包装物、包装袋或容器、包装产品、包装过程的自动检测两个方面。由于大量采用了微电子、远红外、传感等高新技术,特别是微型计算机的应用,使水平迅速提高,从而减少了人工操作,提高了包装质量。

(2)　在促进单机高速化的同时,注意提高系统的效率。

高速化是提高包装机械生产效率的主要途径,为此,不断提高包装速度已成为总的发展趋势,其主要途径是在提高自动化水平的同时不断改进结构。还将更多的注意力投向提高整个包装系统的生产效率,使高速化向深层发展,使包装系统更加经济合理。

(3)　在发展专用机的同时,积极开发通用机型。

对于某些形状、尺寸基本固定,生产批量较大的包装物,为了提高生产效率,简化产品结构,便于专业化生产,往往有各种相应的专用设备进行包装。但由于多品种小批量的商品市场需求以及中、小型用户的发展,多功能通用包装机械发展十分迅速,其适应范围也愈来愈广。这类包装机械的特点是单件小批生产,甚至同种设备因客户要

35求不同也可能有一些变化。有些企业为追求效益只希望生产少数儿个品种,最好是一次投一批料生产多台,企业要求各异,设备亦可设计成模块化的,功能可以加减,控制亦可以简繁,这样也便于把设备做精、做好。要提高标准化水平,发展“积木式”包装机械和生产线。为缩短包装机械制造周期,降低生产成本,便于自动化生产及方便用户使用和维修,整机和部机的标准化、系列化将逐步深化。通过不同传动装置及执行机构等的组合,便于产生不同的效果。

(4)　大力开发辅助设备,促进连续包装生产线的发展。

单机联线生产效率的提高,除主机外,各种辅助设备也相当重要。为此,全面系统地开发各种包装辅助设备已引起普遍关注,如用于包装容器,包装物的整理、转向、运送装置、检测装置、打印装置等的开发,大大提高了包装生产线的效率和自动化程度。在辅助设备中按要求在线印刷也是不可忽视的。包装作业将会更加灵活,有可能一些产品完全没有印刷包装,当它们高速传送到装填作业时,用某种色彩装饰它们。在线印刷需要开发一种适合各种型号可塑性胶层、非常灵活的装饰技术,比如:彩色塑料、染色塑料和塑料容器或袋。可以有选择地通过激光照明改变色彩,软件控制激光系统将有极大灵活性。其优点:快速装饰,对市场趋势反应灵敏,减少库存,便于印刷各种语言,无需湿溶剂,提高包装塑料回收利用率等。

(5)　码垛系统将发挥越来越重要的作用。

在自动化生产线的终端,产品以每小时数吨以至数十吨的速度源源而来,必须即时处理。这相当于每小时要称量、包装、堆码数十袋以至上千袋货物,尤其是重袋,如此繁重、精确的工作,已经不是人力所能胜任。据我们近期在一些地区调查,如矿粉、面粉等重袋堆码还是靠人力,这种状况的改变已刻不容缓。因此,码垛系统是自动化生产线的重要组成部分,处理不当往往变成生产线的瓶颈环节。而码垛系统要适应目前生产发展的需求,必须采用模块化结构。模块化结构不仅可最大限度地满足不同用户的使用要求,还可以简化设备的设计与制造,缩短生产周期,降低成本。

3　结论

我国包装设备制造工业,近20年的努力,在数量、质量、水平方面均有较大的进展。“八五”期间,包装机械以每年12%的速度发展,在机械行业中已占有重要的地位,有了一定基础。为了进一步发展,满足市场的需求,参与国际竞争,包装生产线装备的自动化是当务之急,势在必行的事。我们认为只要观念转变、资金落实、技术具备及管理科学,实现自动化也是不难的,发展是不可估量的。

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