包裝機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)對自動(dòng)化系統(tǒng)的需求
發(fā)布時(shí)間：2024-03-15 點(diǎn)擊：193
一、永遠(yuǎn)不變的是變化
包裝機(jī)械是最為廣泛而又充滿變化的市場，因?yàn)榘b機(jī)械所針對的對象的生產(chǎn)在無時(shí)不刻的變化，例如包裝容器的材料(塑料、玻璃、金屬、紙制)、容量（100ml,100mg,1l,1kg）、形狀(圓形、方形、異形)，包裝組合(如藥品內(nèi)部瓶裝、外部盒裝等，盒子再裝更大的盒)，其它的機(jī)械制造業(yè)沒有一個(gè)行業(yè)像包裝機(jī)械這樣具有如此多的變化。并且，按照其包裝對象和材料等的不同也劃分了很多包裝領(lǐng)域。
1.食品與飲料-這包含了啤酒、可樂、白酒、牛奶、巧克力、咖啡、雞蛋、糖果、礦泉水等日常食品包裝；
2.瓦楞紙包裝-包含了瓦楞紙?jiān)O(shè)備、裁切設(shè)備、折盒糊盒訂箱等設(shè)備；
3.醫(yī)藥包裝-例如泡罩包裝的片劑、針劑、制劑的盒裝、袋裝、瓶裝等方式。
4.煙草包裝-這就包含了軟盒、硬盒、條裝、箱裝等的變化。
5.保鮮類包裝-牛奶、酸奶、水果、雞蛋等
所有這些包裝的變化對機(jī)械和控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)，如何去適應(yīng)這如此多的變化？
二、包裝技術(shù)的發(fā)展趨勢以及對自動(dòng)化系統(tǒng)的需求
1.聯(lián)線生產(chǎn)的需求
聯(lián)線生產(chǎn)是將原來的各個(gè)分立的單元進(jìn)行組合為一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過程，取消了物料在生產(chǎn)過程中的搬運(yùn)、在線儲存等環(huán)節(jié)，降低在線物流和取消中間物流環(huán)節(jié)從而大大提高效率。
在2010年的chinabrew上krones-這一全球最知名的灌裝線整體方案提供商展出了他們的一體化機(jī)器，將吹瓶、清洗、在線檢測、灌裝、壓蓋、貼標(biāo)、熱膜包裝、堆垛、裝箱整個(gè)構(gòu)成一條生產(chǎn)線，這樣，飲料制造商就可以在最為高速的情況下生產(chǎn)，因?yàn)槿∠苏麄€(gè)生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)的周轉(zhuǎn)時(shí)間，使得整廠效率大幅度提升。另外，整個(gè)生產(chǎn)過程在嚴(yán)格的管理系統(tǒng)監(jiān)控之下，數(shù)據(jù)可以被集成在一個(gè)大的整廠架構(gòu)下，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)過程中的品質(zhì)數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和進(jìn)行工藝改善和質(zhì)量追溯，這一切都能使得整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)效率得到大幅度的提升。
而在瓦楞紙展上我們也看到國內(nèi)的制造商開發(fā)出從瓦楞紙板的開槽印刷、模切、糊盒、碼垛一體化的機(jī)器，這些都將整個(gè)生產(chǎn)過程效率得到大幅度的提升，包括預(yù)印的柔版技術(shù)，也能將面紙與瓦楞線進(jìn)行集成，使得，瓦楞紙板直接就可以進(jìn)行裁切使用，而無需經(jīng)后道的印刷即可，不僅提高了效率，而且也提高了品質(zhì)，因?yàn)轭A(yù)印技術(shù)能夠更好的保持瓦楞面的強(qiáng)度。
在嬰兒紙尿褲的生產(chǎn)線中將各種材料的放卷、裁切、壓合、理片、碼垛、裝包、熱封、裝箱進(jìn)行復(fù)合，能夠快速的生產(chǎn)出各種不同的產(chǎn)品。
聯(lián)線生產(chǎn)對于自動(dòng)化的要求在以下幾個(gè)方面：
1）. 開放而靈活的接口設(shè)計(jì):一個(gè)開放的系統(tǒng)才能連接到各個(gè)傳感器、儀器儀表、安全系統(tǒng)、這不僅包括了設(shè)備的之間的互聯(lián)，也包括了與上位的erp/mes,cims等系統(tǒng)的互聯(lián)能力，包括開放的接口如opc server，與數(shù)據(jù)庫的連接等。
2.） 靈活的硬件設(shè)計(jì)-首先要有完整的產(chǎn)品線來滿足各種控制系統(tǒng)的產(chǎn)品，如b&r的gmc就包含了針對同步伺服、異步伺服、直流、步進(jìn)、液壓等的控制，同時(shí)也包含了機(jī)器人和cnc庫的支持能力。
2.更為柔性的生產(chǎn):快速工藝切換
由于包裝對象的巨大變化能力，對于生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性提出了巨大的挑戰(zhàn)，一方面，工藝要快速切換，另一方面，無需為一個(gè)新的生產(chǎn)設(shè)計(jì)新的機(jī)器，這就體現(xiàn)在生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)范圍上，而生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)工廠的組織、流程的優(yōu)化，在執(zhí)行面上，由自動(dòng)化系統(tǒng)提供的則是快速的工藝切換，以及帶來的生產(chǎn)范圍的擴(kuò)展。在這個(gè)方面，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)帶來的貢獻(xiàn)頗為巨大，運(yùn)動(dòng)控制如何改變了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性呢？我們從幾個(gè)例子可以看到：
2.1裁切：最為常見的包裝動(dòng)作是熱封動(dòng)作，無論在臥式還是立式的食品包裝機(jī)械里都存在這個(gè)單元，而裁切動(dòng)作變化的是尺寸和壓力，而這些最容易在運(yùn)動(dòng)控制上來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹恍枰粋€(gè)裁切尺寸和壓力的扭矩輸出值的變化就可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而原有的系統(tǒng)則需要根據(jù)參數(shù)的變化進(jìn)行機(jī)械的調(diào)整。
2.2灌裝：系統(tǒng)可以根據(jù)瓶子的容量需求自動(dòng)調(diào)整灌裝過程，根據(jù)不同的飲料例如碳酸飲料、啤酒、水修改各閥的動(dòng)作邏輯，這些對于自動(dòng)化系統(tǒng)而言都是非常簡便的。
對于控制技術(shù)而言，例如，b&r的運(yùn)動(dòng)控制acopos可實(shí)現(xiàn)電子凸輪的在線切換，可以“邊運(yùn)動(dòng)，邊算”-它是依賴于實(shí)時(shí)通信技術(shù)來保證各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸之間的關(guān)系快速切換，實(shí)現(xiàn)在線的工藝切換能力。
3.安全技術(shù)
隨著終端用戶以及政府對于人身安全的重視，系統(tǒng)的安全性必須得到重視，這是強(qiáng)制性的，尤其是中國的包裝機(jī)械制造商如果想要進(jìn)入歐洲市場的話，這個(gè)是必須去考慮的。
遵循iec61508定義了整個(gè)產(chǎn)品生命周期里的安全技術(shù)，從系統(tǒng)安全的識別、評估、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試、運(yùn)行、維護(hù)與拆除的整個(gè)過程都定義對應(yīng)的方法與標(biāo)準(zhǔn)，包括en 62601,61784等定義了整個(gè)安全設(shè)計(jì)，以及en61800-5-2定義的可調(diào)速系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，即safe motion的sls,ss1,ss2,sbc等的定義。
為此各自動(dòng)化廠商均推出了具有滿足sil3和pl e等級的的safelogic,safe motion以及safety fieldbus技術(shù)，而值得一提的是b&r推出的opensafety技術(shù)，它可以運(yùn)行在不同的現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)技術(shù)之上，對于最終用戶和機(jī)械制造商而言均可使用，并且它是一項(xiàng)開源技術(shù)（open source technology）
4.omac/packml
omac組織由全球知名的包裝用戶如p&g,netstle,coca cola及知名的自動(dòng)化廠商rockwell ab, siemens, b&r等共同組建的國際組織，一直致力于使得包裝機(jī)械具有一致的操作界面，并且具有程序上的公用性模塊化設(shè)計(jì)，使得終端生產(chǎn)者如p&g,coca cola,netstle等可以在安裝無論哪家廠商的機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)時(shí)都可以自如操作，因?yàn)樗械牟僮鹘缑姹辉O(shè)計(jì)為統(tǒng)一的，任何人都可以快速的實(shí)現(xiàn)對機(jī)器的操作，而即使對于維護(hù)人員而言，軟件的模塊化和開放性也使得他們能夠快速的進(jìn)行程序的修改以及為工藝調(diào)整而進(jìn)行的程序調(diào)整。
packml定義了機(jī)器的不同狀態(tài)如starting,suspended,stopping,aborted等，機(jī)器的運(yùn)行過程是在這些過程之間的切換和組合，無論機(jī)器的運(yùn)行多么復(fù)雜，而展示給操作者的是簡單的易于學(xué)習(xí)的畫面。
同時(shí)，omac也定義了機(jī)器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的統(tǒng)一架構(gòu)，包含了基于pc,plc和驅(qū)動(dòng)器為控制中心的各種不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
統(tǒng)一而標(biāo)準(zhǔn)的操作，是包裝機(jī)械的未來發(fā)展需求，而大型的終端用戶的加入必然使得這一趨勢得到實(shí)現(xiàn)。
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1.食品與飲料-這包含了啤酒、可樂、白酒、牛奶、巧克力、咖啡、雞蛋、糖果、礦泉水等日常食品包裝；
2.瓦楞紙包裝-包含了瓦楞紙?jiān)O(shè)備、裁切設(shè)備、折盒糊盒訂箱等設(shè)備；
3.醫(yī)藥包裝-例如泡罩包裝的片劑、針劑、制劑的盒裝、袋裝、瓶裝等方式。
4.煙草包裝-這就包含了軟盒、硬盒、條裝、箱裝等的變化。
5.保鮮類包裝-牛奶、酸奶、水果、雞蛋等
所有這些包裝的變化對機(jī)械和控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)，如何去適應(yīng)這如此多的變化？
二、包裝技術(shù)的發(fā)展趨勢以及對自動(dòng)化系統(tǒng)的需求
1.聯(lián)線生產(chǎn)的需求
聯(lián)線生產(chǎn)是將原來的各個(gè)分立的單元進(jìn)行組合為一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過程，取消了物料在生產(chǎn)過程中的搬運(yùn)、在線儲存等環(huán)節(jié)，降低在線物流和取消中間物流環(huán)節(jié)從而大大提高效率。
在2010年的chinabrew上krones-這一全球最知名的灌裝線整體方案提供商展出了他們的一體化機(jī)器，將吹瓶、清洗、在線檢測、灌裝、壓蓋、貼標(biāo)、熱膜包裝、堆垛、裝箱整個(gè)構(gòu)成一條生產(chǎn)線，這樣，飲料制造商就可以在最為高速的情況下生產(chǎn)，因?yàn)槿∠苏麄€(gè)生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)的周轉(zhuǎn)時(shí)間，使得整廠效率大幅度提升。另外，整個(gè)生產(chǎn)過程在嚴(yán)格的管理系統(tǒng)監(jiān)控之下，數(shù)據(jù)可以被集成在一個(gè)大的整廠架構(gòu)下，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)過程中的品質(zhì)數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和進(jìn)行工藝改善和質(zhì)量追溯，這一切都能使得整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)效率得到大幅度的提升。
而在瓦楞紙展上我們也看到國內(nèi)的制造商開發(fā)出從瓦楞紙板的開槽印刷、模切、糊盒、碼垛一體化的機(jī)器，這些都將整個(gè)生產(chǎn)過程效率得到大幅度的提升，包括預(yù)印的柔版技術(shù)，也能將面紙與瓦楞線進(jìn)行集成，使得，瓦楞紙板直接就可以進(jìn)行裁切使用，而無需經(jīng)后道的印刷即可，不僅提高了效率，而且也提高了品質(zhì)，因?yàn)轭A(yù)印技術(shù)能夠更好的保持瓦楞面的強(qiáng)度。
在嬰兒紙尿褲的生產(chǎn)線中將各種材料的放卷、裁切、壓合、理片、碼垛、裝包、熱封、裝箱進(jìn)行復(fù)合，能夠快速的生產(chǎn)出各種不同的產(chǎn)品。
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1）. 開放而靈活的接口設(shè)計(jì):一個(gè)開放的系統(tǒng)才能連接到各個(gè)傳感器、儀器儀表、安全系統(tǒng)、這不僅包括了設(shè)備的之間的互聯(lián)，也包括了與上位的erp/mes,cims等系統(tǒng)的互聯(lián)能力，包括開放的接口如opc server，與數(shù)據(jù)庫的連接等。
2.） 靈活的硬件設(shè)計(jì)-首先要有完整的產(chǎn)品線來滿足各種控制系統(tǒng)的產(chǎn)品，如b&r的gmc就包含了針對同步伺服、異步伺服、直流、步進(jìn)、液壓等的控制，同時(shí)也包含了機(jī)器人和cnc庫的支持能力。
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由于包裝對象的巨大變化能力，對于生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性提出了巨大的挑戰(zhàn)，一方面，工藝要快速切換，另一方面，無需為一個(gè)新的生產(chǎn)設(shè)計(jì)新的機(jī)器，這就體現(xiàn)在生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)范圍上，而生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)工廠的組織、流程的優(yōu)化，在執(zhí)行面上，由自動(dòng)化系統(tǒng)提供的則是快速的工藝切換，以及帶來的生產(chǎn)范圍的擴(kuò)展。在這個(gè)方面，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)帶來的貢獻(xiàn)頗為巨大，運(yùn)動(dòng)控制如何改變了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性呢？我們從幾個(gè)例子可以看到：
2.1裁切：最為常見的包裝動(dòng)作是熱封動(dòng)作，無論在臥式還是立式的食品包裝機(jī)械里都存在這個(gè)單元，而裁切動(dòng)作變化的是尺寸和壓力，而這些最容易在運(yùn)動(dòng)控制上來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹恍枰粋€(gè)裁切尺寸和壓力的扭矩輸出值的變化就可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而原有的系統(tǒng)則需要根據(jù)參數(shù)的變化進(jìn)行機(jī)械的調(diào)整。
2.2灌裝：系統(tǒng)可以根據(jù)瓶子的容量需求自動(dòng)調(diào)整灌裝過程，根據(jù)不同的飲料例如碳酸飲料、啤酒、水修改各閥的動(dòng)作邏輯，這些對于自動(dòng)化系統(tǒng)而言都是非常簡便的。
對于控制技術(shù)而言，例如，b&r的運(yùn)動(dòng)控制acopos可實(shí)現(xiàn)電子凸輪的在線切換，可以“邊運(yùn)動(dòng)，邊算”-它是依賴于實(shí)時(shí)通信技術(shù)來保證各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸之間的關(guān)系快速切換，實(shí)現(xiàn)在線的工藝切換能力。
3.安全技術(shù)
隨著終端用戶以及政府對于人身安全的重視，系統(tǒng)的安全性必須得到重視，這是強(qiáng)制性的，尤其是中國的包裝機(jī)械制造商如果想要進(jìn)入歐洲市場的話，這個(gè)是必須去考慮的。
遵循iec61508定義了整個(gè)產(chǎn)品生命周期里的安全技術(shù)，從系統(tǒng)安全的識別、評估、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試、運(yùn)行、維護(hù)與拆除的整個(gè)過程都定義對應(yīng)的方法與標(biāo)準(zhǔn)，包括en 62601,61784等定義了整個(gè)安全設(shè)計(jì)，以及en61800-5-2定義的可調(diào)速系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，即safe motion的sls,ss1,ss2,sbc等的定義。
為此各自動(dòng)化廠商均推出了具有滿足sil3和pl e等級的的safelogic,safe motion以及safety fieldbus技術(shù)，而值得一提的是b&r推出的opensafety技術(shù)，它可以運(yùn)行在不同的現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)技術(shù)之上，對于最終用戶和機(jī)械制造商而言均可使用，并且它是一項(xiàng)開源技術(shù)（open source technology）
4.omac/packml
omac組織由全球知名的包裝用戶如p&g,netstle,coca cola及知名的自動(dòng)化廠商rockwell ab, siemens, b&r等共同組建的國際組織，一直致力于使得包裝機(jī)械具有一致的操作界面，并且具有程序上的公用性模塊化設(shè)計(jì)，使得終端生產(chǎn)者如p&g,coca cola,netstle等可以在安裝無論哪家廠商的機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)時(shí)都可以自如操作，因?yàn)樗械牟僮鹘缑姹辉O(shè)計(jì)為統(tǒng)一的，任何人都可以快速的實(shí)現(xiàn)對機(jī)器的操作，而即使對于維護(hù)人員而言，軟件的模塊化和開放性也使得他們能夠快速的進(jìn)行程序的修改以及為工藝調(diào)整而進(jìn)行的程序調(diào)整。
packml定義了機(jī)器的不同狀態(tài)如starting,suspended,stopping,aborted等，機(jī)器的運(yùn)行過程是在這些過程之間的切換和組合，無論機(jī)器的運(yùn)行多么復(fù)雜，而展示給操作者的是簡單的易于學(xué)習(xí)的畫面。
同時(shí)，omac也定義了機(jī)器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的統(tǒng)一架構(gòu)，包含了基于pc,plc和驅(qū)動(dòng)器為控制中心的各種不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
統(tǒng)一而標(biāo)準(zhǔn)的操作，是包裝機(jī)械的未來發(fā)展需求，而大型的終端用戶的加入必然使得這一趨勢得到實(shí)現(xiàn)。
印前使用專色時(shí)應(yīng)注意些什么問題呢？
中國納斯達(dá)在佳能訴訟中敗北：侵權(quán)墨盒禁止銷售
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