自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用

安寧

摘 要：包裝機(jī)械工作的速度較快，而且出現(xiàn)故障后的損失非常大。所以企業(yè)對(duì)包裝機(jī)械提出了生產(chǎn)率高和可靠性強(qiáng)的要求。根據(jù)當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)水平，要提高包裝機(jī)械的可靠性和生產(chǎn)率，可以從自動(dòng)化技術(shù)入手，將電子信息和檢測(cè)等技術(shù)和包裝機(jī)械融合。該文從我國包裝機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀與存在的問題入手，首先分析了包裝機(jī)械中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，然后研究了我國包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展對(duì)自動(dòng)化的要求，為自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用研究提供了可參考的意見。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化技術(shù) 包裝機(jī)械 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：F426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（a）-0087-03

1 我國包裝機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀與存在的問題

1.1 我國包裝機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀

我國包裝機(jī)械的起步是在20世紀(jì)的70年代，當(dāng)時(shí)我國的機(jī)械研究所在參考日本包裝機(jī)械的基礎(chǔ)上創(chuàng)造了我國的第一臺(tái)包裝機(jī)械。到如今，已經(jīng)經(jīng)過了將近40年的發(fā)展，取得了傲人的成就。包裝機(jī)械企業(yè)在我國民營和股份制的居多，占到了總數(shù)的80%以上，國有的包裝企業(yè)卻寥寥無幾。所以，雖然包裝機(jī)械已經(jīng)成為我國機(jī)械工業(yè)中的支柱產(chǎn)業(yè)，卻仍然沒有太多的自主科技。改革開放以來，我國包裝機(jī)械的品種已經(jīng)有超過1 350種，但是大部分都不能直接投入到生產(chǎn)中，還處在測(cè)試和改善的階段，完全無法滿足市場(chǎng)的需求。和發(fā)達(dá)的國家相比，我國的包裝機(jī)械行業(yè)還有一定的差距，需要繼續(xù)完善和改革。

1.2 我國包裝機(jī)械行業(yè)存在的問題

我國包裝機(jī)械行業(yè)存在很多問題，一些尖端的包裝機(jī)械還是從德國和日本等國進(jìn)口。具體而言，我國包裝機(jī)械行業(yè)存在的問題主要有以下幾種。

（1）創(chuàng)新不足。我國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)不高。我國包裝機(jī)械的起步較晚，雖然發(fā)展得較快，但是并沒有掌握真正頂端的科技。設(shè)計(jì)人員應(yīng)用的設(shè)計(jì)理論和參考的設(shè)計(jì)規(guī)范比較陳舊，滿足不了包裝機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的需求。而且，科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)結(jié)合不夠緊密。我國關(guān)于包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的研究并不少，但很少能夠應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)中。因此，我國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)研究無法及時(shí)地在生產(chǎn)中實(shí)踐，驗(yàn)證其可行性。最后，我國包裝機(jī)械行業(yè)的資源配置不合理。我國對(duì)包裝機(jī)械的宏觀調(diào)控?zé)o法和包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的速度相匹配，而且國有的包裝機(jī)械企業(yè)幾乎沒有，無法發(fā)揮社會(huì)主義集中力量辦大事的優(yōu)勢(shì)。上述的幾種原因，導(dǎo)致了我國包裝機(jī)械行業(yè)的創(chuàng)新不足，阻礙包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

（2）包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的方法不足。我國包裝機(jī)械的模型模仿性質(zhì)高，設(shè)計(jì)時(shí)，往往是根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)書的特征，尋找同類型的樣機(jī)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)自己的包裝機(jī)械。整個(gè)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新的程度較低，參數(shù)模仿的痕跡很明顯。再者，我國包裝機(jī)械的性能指標(biāo)不夠自主。我國包裝機(jī)械在確定設(shè)計(jì)任務(wù)后，機(jī)械設(shè)備的技能指標(biāo)和技術(shù)性能的數(shù)據(jù)在很大程度上是仿造樣機(jī)的參數(shù)。因此，設(shè)計(jì)的包裝機(jī)械性能和樣機(jī)相比無太多進(jìn)步之處。

綜合上述的原因，我國包裝機(jī)械行業(yè)要想發(fā)展，必須提高自主創(chuàng)新的能力，提高包裝機(jī)械制造企業(yè)的內(nèi)部管理，引入先進(jìn)的技術(shù)，以此來給包裝機(jī)械行業(yè)注入新的活力，促進(jìn)我國包裝機(jī)械的行業(yè)的發(fā)展。根據(jù)時(shí)代的需求和科學(xué)技術(shù)水平，將自動(dòng)化技術(shù)引入到包裝機(jī)械行業(yè)是一個(gè)很好的方法，可以使包裝機(jī)械最大化地滿足市場(chǎng)的需求，在下文中將具體分析自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用。

2 包裝機(jī)械中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展影響了多個(gè)行業(yè)，表現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)，最明顯的就是促進(jìn)了其自動(dòng)化的發(fā)展。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)本身信息的反饋和負(fù)反饋，從而滿足機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)，降低了人力在生產(chǎn)中的作用。包裝機(jī)械并不是獨(dú)立的個(gè)體，從自動(dòng)包裝到檢測(cè)是一整條的生產(chǎn)線。所以，自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用，也需要從不同的設(shè)備和元件分析。就以目前的情況而言，自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 包裝機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)可以將未包裝的物品運(yùn)送到包裝機(jī)械中，然后將包裝好的物品傳送到指定的位置。所以，傳動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)包裝機(jī)械實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的包裝機(jī)械，是通過控制電機(jī)來控制包裝機(jī)械的生產(chǎn)速度。但是在PLC和變頻器出現(xiàn)后，包裝機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)將PLC和變頻器應(yīng)用在其中，實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)化。

當(dāng)前較為先進(jìn)的變頻器集合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)等，它可以根據(jù)設(shè)備檢測(cè)到的信號(hào)主動(dòng)調(diào)節(jié)速度和精度，極大提升了動(dòng)作響應(yīng)的速度和運(yùn)行的效率。基于上述的幾種優(yōu)點(diǎn)，包裝機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)在應(yīng)用了變頻器后取得了一定的發(fā)展，所以其使用的范圍愈發(fā)廣泛。目前，包裝機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的變頻器主要的品牌有西門子和施耐德等，我國還沒有較為成功的自主變頻器品牌。

2.2 包裝機(jī)械的顯示器

包裝機(jī)械在應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)后，會(huì)有很多的模擬信號(hào)，這些模擬信號(hào)在被接手后會(huì)顯示在顯示器上，人們可以根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)來判斷包裝機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，然后直接在界面上進(jìn)行相應(yīng)的操作，這種信號(hào)再反饋給包裝機(jī)械，改變其生產(chǎn)的各種狀態(tài)。目前的包裝機(jī)械還是以文本顯示器為主，少數(shù)較為先進(jìn)的包裝機(jī)械采用了觸摸屏的形式。

顯示器是人為控制生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)包裝機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)問題后，信號(hào)會(huì)最先反映在顯示器上，然后就可以實(shí)現(xiàn)人為調(diào)節(jié)的操作。也就是說，顯示器也同時(shí)相當(dāng)于控制器，是人與包裝機(jī)械之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換器。目前，這種人機(jī)操作界面的顯示器生產(chǎn)商主要是西門子和三菱等企業(yè)，我國也有一些品牌的人機(jī)操作界面顯示器，但是和德國與日本等發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距。

2.3 包裝機(jī)械的控制系統(tǒng)

包裝機(jī)械的自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要是通過PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，PLC可以將人們編寫的程序語言邏輯化地反映在包裝機(jī)械的生產(chǎn)中。而且，PLC控制系統(tǒng)還有可靠性強(qiáng)、設(shè)計(jì)較靈活和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，PLC的應(yīng)用極大提高了包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度，滿足了生產(chǎn)對(duì)包裝機(jī)械的需求。所以，PLC在包裝機(jī)械中的應(yīng)用愈加廣泛，兩者相互促進(jìn)。

生產(chǎn)飲料包裝和方便食品包裝的包裝機(jī)械大多采用PLC的控制系統(tǒng)，變頻器和PLC共同支撐起了整個(gè)包裝機(jī)械的自動(dòng)化生產(chǎn)。以目前的情況而言，在未來的幾年中，PLC還將是主流的包裝機(jī)械控制系統(tǒng)。包裝機(jī)械的PLC系統(tǒng)主要由三菱、西門子和施耐德等企業(yè)生產(chǎn)，基于PLC的優(yōu)點(diǎn)分析，它在包裝機(jī)械中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，促進(jìn)包裝機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展。

2.4 包裝機(jī)械中的模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)是包裝機(jī)械為了應(yīng)對(duì)包裝機(jī)械生產(chǎn)較為單一的情況，同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)是一種用功能決定包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的手段，它可以最大化滿足客戶的需求，應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的變化。這種設(shè)計(jì)也減緩了包裝機(jī)械更新?lián)Q代的速度，用類似半智能化的設(shè)計(jì)手段來促進(jìn)包裝機(jī)械的發(fā)展。通過包裝機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)，包裝機(jī)械在生產(chǎn)中有了更多的選擇，包裝機(jī)械的控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求切換到不同的模塊，實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械生產(chǎn)的自動(dòng)化。

將模塊化設(shè)計(jì)這種自動(dòng)化的手段應(yīng)用在包裝機(jī)械中的優(yōu)點(diǎn)有很多，首先，可以建設(shè)包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要從多個(gè)需求入手，然后分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能，最后綜合機(jī)械設(shè)計(jì)的原則和指標(biāo)，完成包裝機(jī)械的整個(gè)設(shè)計(jì)。但是模塊化的設(shè)計(jì)卻可以極大程度地簡(jiǎn)化包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)過程，原本的模塊是固定的，只要根據(jù)功能需求選擇相應(yīng)的模塊，然后綜合在一起，就可以基本完成整個(gè)設(shè)計(jì)。其次，產(chǎn)品柔性程度高。模塊設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)不同，它可以獨(dú)立存在，隨時(shí)將最新的技術(shù)應(yīng)用在自身。因此，模塊化設(shè)計(jì)的更新?lián)Q代是極快的。在此基礎(chǔ)上，生產(chǎn)商可以通過模塊設(shè)計(jì)。再者，成本較低。模塊化的包裝機(jī)械在設(shè)計(jì)和制造的過程中都可以通過選用相應(yīng)的模塊來完成，再加上設(shè)計(jì)的柔性較高，可以實(shí)現(xiàn)小批量的生產(chǎn)，降低了包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)制造成本。由上述分析可以得出，模塊化設(shè)計(jì)這種自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用，直接面向市場(chǎng)，在提高包裝機(jī)械自動(dòng)化程度的基礎(chǔ)上，還很有利于包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

2.5 包裝機(jī)械中的檢測(cè)系統(tǒng)

包裝機(jī)械生產(chǎn)并不能夠包裝生產(chǎn)的有效性達(dá)到100%，所以還是會(huì)有廢品的出現(xiàn)。企業(yè)通過包裝機(jī)械生產(chǎn)的產(chǎn)品也有不合格的，要通過檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)包裝出的產(chǎn)品是否合格，然后將不合格的產(chǎn)品挑出來。目前，包裝機(jī)械的檢測(cè)系統(tǒng)都是自動(dòng)化進(jìn)行的，首先傳動(dòng)系統(tǒng)將包裝的成品運(yùn)送到檢測(cè)的指定位置，然后通過探傷等檢測(cè)手段，檢驗(yàn)產(chǎn)品的合格性。若產(chǎn)品合格，傳動(dòng)系統(tǒng)將成品運(yùn)送到下一個(gè)環(huán)節(jié)，若不合格，將用機(jī)械手臂把不合格的產(chǎn)品挑選出來。整個(gè)過程都是自動(dòng)化地進(jìn)行，無需投入太多的人力。

傳統(tǒng)的包裝機(jī)械生產(chǎn)成品檢驗(yàn)是通過人力完成，效率很低，而且有極大的錯(cuò)誤率，企業(yè)不僅需要投入大量的資金，還無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量。自動(dòng)化檢測(cè)應(yīng)用在包裝機(jī)械行業(yè)后，改善了整個(gè)包裝機(jī)械成品檢驗(yàn)的過程，提高了檢驗(yàn)的可靠性，也提高了生產(chǎn)的效率，降低了企業(yè)的投入。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)其實(shí)是傳感器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合，檢測(cè)到的信號(hào)通過傳感器率先反饋給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，然后計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)收到的信號(hào)做出邏輯判斷，發(fā)出不同的指令，指揮機(jī)械的運(yùn)作。

上述的幾種都是自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用，包裝機(jī)械作為配套的設(shè)備，若想滿足市場(chǎng)的需求，必須繼續(xù)再度提高自身的自動(dòng)化水平，盡量將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在每一個(gè)可能的設(shè)備和環(huán)節(jié)中。

3 我國包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展對(duì)自動(dòng)化的要求

3.1 包裝機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)

包裝機(jī)械行業(yè)還在快速的發(fā)展中，各種新的思想和技術(shù)都在不斷地應(yīng)用在包裝機(jī)械中。具體而言，包裝機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)上。

（1）生產(chǎn)效率的不斷提高。包裝機(jī)械生產(chǎn)產(chǎn)品的效率越高，生產(chǎn)成本就越低，這是企業(yè)一直追求的目標(biāo)。所以，自動(dòng)化在包裝機(jī)械中應(yīng)用的趨勢(shì)是不斷提高其生產(chǎn)的效率。

（2）適應(yīng)產(chǎn)品的變化。商品的包裝變化性很強(qiáng)，所以要求包裝機(jī)械有很強(qiáng)的柔性，能夠適應(yīng)包裝物品的變化。換言之，當(dāng)商品的要求發(fā)生變化時(shí)，不用相應(yīng)地更換包裝機(jī)械的生產(chǎn)線，只需做出相應(yīng)的調(diào)整即可。

（3）故障少，易排除。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在包裝機(jī)械中的作用，方便故障的診斷和排除。包裝機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)要求輸入指令后計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能自主地檢測(cè)其中的故障，也可以通過遠(yuǎn)程診斷排除設(shè)備的故障。

（4）有一定的自動(dòng)識(shí)別能力。包裝機(jī)械的生產(chǎn)效率要提高，必須具備一定的自動(dòng)識(shí)別功能，該功能通過傳感器和邏輯程序?qū)崿F(xiàn)，如上文分析的PLC系統(tǒng)主要就是為了滿足包裝機(jī)械的自動(dòng)識(shí)別要求。增加自動(dòng)識(shí)別能力后，包裝機(jī)械的整個(gè)生產(chǎn)就可以在一定的范圍內(nèi)成為獨(dú)立的個(gè)體，滿足生產(chǎn)的各種需求。

（5）污染少。當(dāng)前發(fā)展的經(jīng)濟(jì)是可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)，要求生產(chǎn)中產(chǎn)生盡可能少的污染和垃圾，同時(shí)還要求在同等消耗的前提下生產(chǎn)盡可能多的產(chǎn)品。因此，包裝機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)也包括著減少環(huán)境污染的要求。

3.2 包裝機(jī)械發(fā)展對(duì)自動(dòng)化的要求

包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是向著生產(chǎn)的高效率、柔性強(qiáng)、故障易排除、有自動(dòng)識(shí)別能力和污染少的方向。所以，相應(yīng)的包裝機(jī)械發(fā)展對(duì)自動(dòng)化技術(shù)也有了一定的要求，具體如下。

（1）傳感器技術(shù)。傳感器技術(shù)是收集和接受信號(hào)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)及其內(nèi)部自主控制的基礎(chǔ)。因此，要提高包裝機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化程度，必須加強(qiáng)傳感器在其中的應(yīng)用。

（2）物流自動(dòng)化技術(shù)。物流自動(dòng)化技術(shù)是整個(gè)包裝生產(chǎn)線傳動(dòng)的基礎(chǔ)，因此物流自動(dòng)化可以將包裝生產(chǎn)連成一個(gè)整體，大幅度節(jié)省人力和物力的輸出?；诖?，必須加強(qiáng)物流自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用，提高其自動(dòng)化的程度。

（3）安全檢測(cè)技術(shù)。檢測(cè)技術(shù)是傳遞信號(hào)的基礎(chǔ)，檢測(cè)設(shè)備通過各種手段將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號(hào)傳遞給傳感器，再通過計(jì)算機(jī)的處理形成新的指令，指揮包裝機(jī)械的生產(chǎn)動(dòng)作。因此，安全檢測(cè)技術(shù)在包裝機(jī)械的自動(dòng)化中也是必不可少的一部分。

4 結(jié)語

隨著時(shí)代的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的要求也來越高。在包裝機(jī)械行業(yè)，其更新?lián)Q代的速度較快，對(duì)機(jī)械設(shè)備的柔性要求很高。因此，要滿足市場(chǎng)的需求，必須加快包裝機(jī)械自動(dòng)化程度的發(fā)展。我國包裝機(jī)械行業(yè)的起步較晚，要趕上發(fā)達(dá)國家的步伐，必須將智能化的概念引入到包裝機(jī)械中，應(yīng)用機(jī)電一體和自動(dòng)化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高和智能化的生產(chǎn)。文中研究的包裝機(jī)械自動(dòng)化只是包裝機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展的一部分，還有更多的技術(shù)值得我們研究。相信隨著科技的發(fā)展，包裝機(jī)械必將滿足所有的市場(chǎng)需求。

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