柔性控制技術(shù)在包裝機械中的應用

李宗晟

摘 要：中國包裝機械行業(yè)的起步相對較晚，雖然在近幾年中取得了一定的發(fā)展，但是還存在著設備的通用性差、技術(shù)含量較低和產(chǎn)品生產(chǎn)單一等問題。柔性控制技術(shù)主要用來滿足自動化系統(tǒng)中產(chǎn)品的需求，將其應用在包裝機械中將改善我國包裝機械當前的困境。該文從柔性控制技術(shù)的應用原理入手，首先分析了柔性控制技術(shù)應用在包裝機械中的優(yōu)點，然后研究了柔性控制技術(shù)在包裝機械中應用的路線，為柔性控制技術(shù)在包裝機械中的應用研究提供了可參考的意見。

關(guān)鍵詞：柔性控制技術(shù) 包裝機械 應用

中圖分類號：TS486.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0085-03

1 柔性控制技術(shù)的應用原理

柔性控制技術(shù)是相對傳統(tǒng)的“剛性”而言的，在傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)線中，剛性的設備可以大批量地生產(chǎn)單一的產(chǎn)品，實現(xiàn)了生產(chǎn)效率的最大化。而且，由于剛性系統(tǒng)生產(chǎn)對設備的利用率較高，所以其生產(chǎn)的成本也較低。在我國包裝機械發(fā)展的初期，剛性控制系統(tǒng)被最大范圍地應用，使我國的包裝機械行業(yè)取得了一定程度的發(fā)展。但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對生產(chǎn)系統(tǒng)有了更高的要求，傳統(tǒng)的剛性制造在滿足市場需求的時候出現(xiàn)了疲軟的現(xiàn)象，基于此，柔性控制系統(tǒng)開始出現(xiàn)在人們的視線中。

1.1 柔性控制系統(tǒng)主要內(nèi)容

柔性控制系統(tǒng)對生產(chǎn)提出了兩方面的要求，它們分別是機器的柔性和工藝的柔性。機器的柔性是指生產(chǎn)同一系統(tǒng)的不同類型產(chǎn)品時，機器可以改變零件的加工程度，從而滿足不同產(chǎn)品的需求。這點對包裝機械本身的性能提出了更高的要求，要求包裝機械改變原本的功能模塊，在使用中有更多的可能性選擇。在這方面，德國的包裝機械可以給我國的包裝機械發(fā)展提供一定的參考意見，他們在包裝機械中創(chuàng)新地應用模塊化的設計，模塊化設計是建立在分析產(chǎn)品功能基礎(chǔ)上的，在選擇前需要商家根據(jù)自身的需求選擇模塊。因此，模塊需要根據(jù)種類做出劃分，以方便客戶的選擇。通過這種設計，用戶可以選擇模塊的組合來決定產(chǎn)品的性能，以此來應對市場的快速變化。同時，這種設計也減緩了包裝機械更新?lián)Q代的速度，用類似半智能化的設計手段來促進包裝機械的發(fā)展。這種模塊化的設計最大化地滿足了包裝機械的柔性需求，有很強的借鑒意義。

工藝的柔性是柔性控制系統(tǒng)對包裝機械提出的另一個要求，它是指用不同的生產(chǎn)流程來應對產(chǎn)品和生產(chǎn)原料的變化，最終達到柔性控制的目的。工藝的柔性對整個生產(chǎn)的過程提出了更高的要求，要實現(xiàn)工藝的柔性不僅需要提高包裝機械本身的性能，還需要改變原本的生產(chǎn)線，使生產(chǎn)的工藝能夠根據(jù)產(chǎn)品的需求變化而變化。

1.2 柔性控制設計的主導思想

柔性控制設計的主導思想是建立在對產(chǎn)品進行分析的基礎(chǔ)上的，根據(jù)產(chǎn)品功能和規(guī)格進行分類，然后將統(tǒng)一屬性的歸類到功能模塊中，最后通過模塊之間的組合來實現(xiàn)包裝機械滿足市場需求的目的。設計的主導思想是這樣的，但是在具體地實施中也有很多難題。首先，產(chǎn)品的種類和規(guī)格之多就很難具體地分類，而且任何包裝設備在技術(shù)層面都存在其共性，很難把柔性控制設計的主導思想落實在具體中。

將柔性控制技術(shù)應用在包裝機械中，不僅要應用柔性控制原理，還要將機械、電子和檢測等技術(shù)綜合地分析，然后有機地結(jié)合在一起，最終實現(xiàn)包裝機械設備總體的柔性化，在提高包裝機械智能化水平的基礎(chǔ)上進行包裝機械的改革。

2 柔性控制技術(shù)應用在包裝機械中的優(yōu)點

柔性控制技術(shù)出現(xiàn)的初衷就是改善包裝機械原本固定和單一的生產(chǎn)，因此，將柔性控制技術(shù)應用在包裝機械后，可以大幅度改善包裝機械的現(xiàn)狀，體現(xiàn)兩者結(jié)合的優(yōu)點。具體而言，將柔性控制技術(shù)應用在包裝機械中的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）提高包裝機械控制系統(tǒng)的智能化。柔性控制技術(shù)的核心就是用模塊化的形式來設計產(chǎn)品的功能，因此，包裝機械在應用了柔性控制技術(shù)后可以大幅度提升其智能化的水平。在具體的操作中，主要是將機電一體化的技術(shù)應用在包裝機械中，然后預先設定相應的參數(shù)。在生產(chǎn)中，若參數(shù)發(fā)生變化，即對產(chǎn)品的需求有變化時，計算機就可以根據(jù)參數(shù)的變化改變包裝機械的工作狀態(tài)，使其自動化程度達到85%以上。這樣就可以減少生產(chǎn)中人力的需求，降低生產(chǎn)的成本，提高企業(yè)的競爭力。

（2）促進產(chǎn)品的快速成型。傳統(tǒng)的加工是依靠工人逐步利用機械加工的，在包裝機械生產(chǎn)產(chǎn)品時需要進行多個工序。但是柔性控制技術(shù)最大限度地優(yōu)化了產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，只需要事先將產(chǎn)品的三維模型輸入到計算機中，然后計算機就可以根據(jù)離散的有序單元生成數(shù)控代碼，使原本的加工變成最優(yōu)化的加工過程，極大地降低了加工的難度，促進了產(chǎn)品的快速成型。這種優(yōu)點可以提高包裝機械生產(chǎn)的效率，在同等時間內(nèi)生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品，提高了適應市場的能力。

（3）實現(xiàn)激光切割技術(shù)的應用。經(jīng)濟的發(fā)展使人們對產(chǎn)品有了更多的要求，特別是在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，人們將產(chǎn)品的包裝作為選擇的重要參考因素。因此，如何實現(xiàn)包裝的新穎和高檔就成了包裝關(guān)注的重點。一些高檔的產(chǎn)品包裝需要涉及到水晶和金屬等物質(zhì)，給包裝的生產(chǎn)帶來了一定的難度。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)中，都是通過人工控制的形式，很難以激光操作，增加了廢品率，也降低了生產(chǎn)的效率。但是在將柔性控制技術(shù)應用在包裝機械中后，可以實現(xiàn)計算機對生產(chǎn)過程的控制，就可以用激光刀代替原本的機械刀，使包裝的生產(chǎn)更加快速和精確。而且，由于是用計算機控制，所以不會對工件的表面產(chǎn)生太大的損傷，使整個生產(chǎn)過程無污染，極大地提升了包裝機械的性能。

（4）提高包裝機械的可靠性。傳統(tǒng)的包裝機械是一個獨立的個體，在生產(chǎn)的過程中只有輸入的過程，并沒有反饋和負反饋的存在。在這種狀態(tài)下，包裝機械的故障只能靠人工檢驗，有一定的錯誤率存在，而且很難及時發(fā)現(xiàn)故障的原因和所在地。因此，傳統(tǒng)的包裝機械可靠性并不高，發(fā)生故障后需要浪費大量的時間和精力。將柔性控制系統(tǒng)應用在包裝機械后，增加了計算機在生產(chǎn)中的作用，因此就能夠以計算機為基礎(chǔ)，引入狀態(tài)檢測診斷系統(tǒng)。狀態(tài)檢測診斷系統(tǒng)是在包裝機械的主要工作區(qū)貼上應變片，然后把機械信號轉(zhuǎn)化為點信號，然后經(jīng)過放大后直接用相應的儀器接收，起到檢測包裝機械運作狀態(tài)的作用。在包裝機械生產(chǎn)的過程中，狀態(tài)檢測診斷系統(tǒng)一直在運作，檢測各種信號的穩(wěn)定性。當故障剛剛發(fā)生時，就可以激發(fā)警報，給人們提示。而且，這種狀態(tài)檢測診斷系統(tǒng)還可以根據(jù)信號直接找到發(fā)生故障的地方，方便了維修和管理。所以，將柔性控制系統(tǒng)應用在包裝機械中，還可以增加整個機械系統(tǒng)的可靠性。

（5）簡化包裝機械的操作。傳統(tǒng)的包裝機械很依賴人力在整個生產(chǎn)中的作用，整個機械的操作也需要很高的技術(shù)含量。因此，在工作人員上崗之前都要經(jīng)過長時間的培訓，然后還需要老師傅帶著熟悉整個機械的操作和工作流程。但是，將柔性控制技術(shù)引入到包裝機械后，整個生產(chǎn)過程在很大程度上依賴電腦的操作，只需要輸入簡單的指令就可以完成生產(chǎn)的過程。在此基礎(chǔ)上，弱化了人力在生產(chǎn)中的作用，同時，這種方式也降低了誤差的存在。對于企業(yè)而言，節(jié)省了大量的人力輸出，還縮短了新員工培訓的實踐。所以，將柔性控制技術(shù)引入到包裝機械中可以簡化其操作，提高準確性，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

（6）降低能源的消耗。將柔性控制應用到包裝機械中可以大幅度地降低能源消耗，這主要體現(xiàn)在三方面上。首先，柔性控制下的包裝機械是用變頻電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的異步電動機，根據(jù)生產(chǎn)的需要不斷調(diào)整輸出的頻率，這就可以降低超過40%的能源消耗。其次，智能化的生產(chǎn)還降低了產(chǎn)品的廢品率，這也在一定程度上降低了生產(chǎn)過程中能源的消耗。最后，柔性控制下的包裝機械是根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品個性化地設計其流程，所以會降低傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的能源消耗。

柔性控制在包裝機械行業(yè)中的應用是時代發(fā)展的趨勢，不論是實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高和智能化程度的提高還是降低能源消耗上，都符合包裝機械行業(yè)發(fā)展的方向。因此，結(jié)合上述的幾種優(yōu)點，柔性控制在包裝機械行業(yè)的大范圍應用將是時代的選擇。

3 柔性控制技術(shù)在包裝機械中應用的路線

3.1 客戶需求是首要考慮因素

將柔性控制技術(shù)應用在包裝機械行業(yè)的根本目的改善包裝機械的性能，使之滿足市場的需求。市場的需求是由客戶決定的，因此在將柔性控制技術(shù)應用在包裝機械中時，首先要考慮的就是客戶的需求。市場的發(fā)展和技術(shù)的進步給包裝機械的客戶提供了更多的考慮空間，所以他們的需求也發(fā)生了一定的變化。首先，他們要求提高包裝機械生產(chǎn)的效率。生產(chǎn)效率是成本的保障，提高生產(chǎn)的效率就提高了自身的市場競爭力。其次，客戶還追求包裝機械和生產(chǎn)機械的一體化，要求生產(chǎn)商改變生產(chǎn)的思路和方向。這兩點要求都體現(xiàn)了客戶對包裝機械柔性的需求，是包裝機械在應用柔性控制技術(shù)時考慮的重點。

自從我國提出可持續(xù)發(fā)展的概念后，整個社會都在追求可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展方式。當前發(fā)展的是可持續(xù)的經(jīng)濟，要求機械設備產(chǎn)生的污染物較少，產(chǎn)生的噪聲也要小，這就對包裝機械內(nèi)含的科技提出了更高的要求。但是當前我國的包裝機械在這方面做得還不夠好，設計和生產(chǎn)的包裝機械還是以追求利益和生產(chǎn)為主，忽視了機械設備附屬的價值。另外，包裝機械設備的競爭力在某種程度體現(xiàn)在價格上，客戶想用最低的價格購買性價比最高的產(chǎn)品。這種性價比更多體現(xiàn)在包裝機械設備的科技內(nèi)涵上，包含的科技越高端，其本身的附屬價值就越高，同等資源消耗，可以用更快的速度和更高的質(zhì)量產(chǎn)出更好的商品。

基于上述內(nèi)容的分析可以得出，客戶對包裝機械的需求發(fā)生了變化。因此，再將柔性控制技術(shù)引入到包裝機械中時，需要從客戶的需求入手，分析合理的優(yōu)化方案，最終將柔性控制技術(shù)融合到包裝機械中，使之能完美地迎合市場的需求，進而取得長足的發(fā)展。

3.2 結(jié)合機電一體技術(shù)

柔性控制技術(shù)的核心是實現(xiàn)包裝機械的智能化生產(chǎn)，因此要引入柔性控制系統(tǒng)，必須采取機電一體化的生產(chǎn)模式。機電一體化是將電子技術(shù)應用在機械設備中，它起到的作用主要有以下幾點。

（1）檢測設備的運行狀態(tài)。包裝機械在生產(chǎn)的過程中，可能會出現(xiàn)各種故障，這種故障并不一定會被很明顯地觀察出來，就成了潛在的威脅，一旦積累到臨界點，將使設備徹底失去繼續(xù)工作的能力，嚴重影響正常的生產(chǎn)。機電一體化可以很好地實現(xiàn)對包裝機械生產(chǎn)狀態(tài)的檢測，根據(jù)收集到的參數(shù)分析設備是否有故障存在，提高設備運行的可靠性。

（2）實現(xiàn)信號的反饋和負反饋。柔性控制技術(shù)旨在實現(xiàn)包裝機械生產(chǎn)的智能化，要實現(xiàn)這一目的，信號的反饋和負反饋在整個系統(tǒng)中必不可少。信號的反饋和負反饋依靠計算機系統(tǒng)在包裝機械中的作用，而信號產(chǎn)生的基礎(chǔ)就是電子技術(shù)。因此，機電一體化是實現(xiàn)包裝機械智能化生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。

根據(jù)上述的分析，要將柔性控制技術(shù)完美地融合在包裝機械中，必須以機電一體技術(shù)為基礎(chǔ)，然后才能完成整個的應用過程。以目前的情況而言，我國的機電一體技術(shù)發(fā)展已經(jīng)取得了初步的成就，剩下的就是考慮再將柔性控制技術(shù)融入的過程。

3.3 以柔性控制技術(shù)為主導思想

將柔性控制技術(shù)應用在包裝機械中，其核心就是柔性控制思想的體現(xiàn)。因此，在應用的過程中，以柔性控制技術(shù)為主導思想是整個應用的關(guān)鍵。在具體的操作中，首先要分析整個生產(chǎn)的過程，然后在機械單元之間導入電子技術(shù)和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化的控制和生產(chǎn)。然后，要對整個包裝機械設備的兼容性進行測試，檢查其能否滿足不同條件下的工作要求。最后，就是根據(jù)市場的需求進行參數(shù)修正，實現(xiàn)設計的目標。

柔性控制技術(shù)實現(xiàn)包裝機械設備生產(chǎn)多樣化的關(guān)鍵所在，主要的過程就是從需求入手，然后設計不同的功能模塊，最后通過計算機的信號，控制整個包裝機械的生產(chǎn)過程。這是時代發(fā)展的趨勢，也是我國包裝機械發(fā)展的方向所在。

4 結(jié)語

機械設備本身并沒有太多的發(fā)展方向，但是可以通過附屬功能提高其本身的價值，而將高科技技術(shù)應用在包裝機械設備中的過程就是提高其附屬功能的途徑。柔性化控制是從市場的需求入手，模塊化整個包裝機械的功能，所以能夠滿足客戶的多種需求。將柔性控制技術(shù)應用在包裝機械中，將為包裝機械的發(fā)展提供新的思路和方向。

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