液體包裝機(jī)械發(fā)展綜述

摘 要：近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，市場中液體產(chǎn)品層出不窮，大量的市場需求使得液體包裝機(jī)械行業(yè)得到了較好的發(fā)展，各國液體包裝機(jī)械市場競爭也日益激烈。本文通過分析中國及美國、德國、意大利、日本四大包裝機(jī)械強(qiáng)國在液體包裝機(jī)械行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展現(xiàn)狀，預(yù)測出世界未來液體包裝機(jī)械將向著自動(dòng)化、智能化、集成化、柔性化和綠色化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：液體包裝機(jī)械；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TS203 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1003-5168（2018）10-0046-03

Overview of Development of Liquid Packaging Machinery

MA Ziling ZHANG Xiaoying LI Zhenxiao CHEN Zhen

（School of Mechanical Engineering， North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450045）

Abstract： In recent years， with the development of economy and the progress of science and technology， liquid products emerge endlessly. Because of the massive market demand， liquid packaging machinery industry developed very well， in which competition is increasingly fierce. This paper analyzed the development of technology innovation in the liquid packaging machinery industry in China and the United States， Germany， Italy and Japan， the four major packaging machinery powers， and predicted that the world's future liquid packaging machinery would develop in the direction of automation， intelligence， integration， flexibility and green.

Keywords： liquid packaging machinery；developing situation；growing trend

隨著人民生活水平日益提高，牛奶、果汁等液體產(chǎn)品的消費(fèi)量有了很大提高，液體包裝衛(wèi)生和安全逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。使用無菌全自動(dòng)液體包裝機(jī)械來完成液體包裝的成型、充填、清洗等工作既能保證產(chǎn)品的安全和衛(wèi)生，又能提高生產(chǎn)效率，節(jié)約基建投資。

基于大量的市場需求，我國和世界各國，尤其是美、德、意、日四個(gè)包裝機(jī)械巨頭國家都在致力于液體包裝機(jī)械的研究，力求做到更安全、更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)。由此可見，液體包裝機(jī)械行業(yè)前景廣闊。目前，各國液體包裝機(jī)械行業(yè)均處于快速發(fā)展階段，正在嘗試研發(fā)新的技術(shù)。未來液體包裝機(jī)械將向著自動(dòng)化、智能化、集成化、柔性化和綠色化方向發(fā)展。

1 液體包裝機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外液體包裝機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，美、德、意、日液體包裝機(jī)械四大強(qiáng)國引入航天、微電子、信息處理、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)機(jī)器人、圖像傳感器和新材料等高新科技，不斷研發(fā)生產(chǎn)出高自動(dòng)化、高生產(chǎn)率的液體包裝機(jī)械，其技術(shù)和品質(zhì)代表了世界液體包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢[1]。

1.1.1 美國。美國是公認(rèn)的第一包裝大國，包裝機(jī)械工業(yè)起步早，更新速度快，液體包裝機(jī)械也毫不遜色。

早在21世紀(jì)初，主導(dǎo)市場的學(xué)生奶還是紙盒包裝時(shí)，美國奶制品管理公司Dairy Management Inc.品牌部副總監(jiān)Jose Cubillos先生就指出，塑料瓶裝的學(xué)生奶將會(huì)改善牛奶在年輕人心目中的形象，促進(jìn)牛奶的消費(fèi)量。相關(guān)調(diào)查結(jié)果也表明，相比于紙盒，學(xué)生更喜歡塑料包裝的奶飲料，其表示飲用時(shí)更時(shí)髦，有新鮮感[2]?？梢姡绹谝后w包裝機(jī)械方面的意識(shí)超前且具有較大創(chuàng)新性。

經(jīng)過多年發(fā)展，美國的液體包裝工業(yè)已經(jīng)逐步建立起包括包裝材料、包裝工藝和液體包裝機(jī)械相對完整而獨(dú)立的工業(yè)體系，其自動(dòng)化操作程序已應(yīng)用于更多先進(jìn)的液體包裝系統(tǒng)中[3]。未來美國將會(huì)開發(fā)新的技術(shù)，使液體包裝機(jī)械向自動(dòng)化、高效率化、節(jié)能化發(fā)展。

1.1.2 德國。德國包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)值占據(jù)國家市場的五分之一，出口額達(dá)到了世界市場的三成，液體包裝機(jī)械對此有著很大貢獻(xiàn)。

德國HORAUF公司是世界聞名的包裝機(jī)械制造企業(yè)，成立至今已有80多年的歷史。德國研發(fā)、生產(chǎn)和銷售涉及的包括糊殼機(jī)、紙杯機(jī)、包裝容器制作設(shè)備、無菌灌裝線及瓦楞紙板保護(hù)型包裝機(jī)械等產(chǎn)品領(lǐng)域中，HORAUF代表了世界頂尖的技術(shù)和質(zhì)量水準(zhǔn)。2016年，德國HORAUF公司中國子公司——浩友夫機(jī)械有限公司在第六屆中國國際全印展上展出了BDM 20經(jīng)典型高速全自動(dòng)糊殼機(jī)、OKM 11經(jīng)典型粘內(nèi)襯機(jī)和BMP 100緊湊型高速全自動(dòng)紙杯機(jī)[4]。這幾款產(chǎn)品具有產(chǎn)量高、精度準(zhǔn)、質(zhì)量優(yōu)等優(yōu)勢，受到亞洲客戶的廣泛歡迎。

速度快、可靠性高、包裝質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)使德國的液體包裝機(jī)械在灌裝生產(chǎn)線和大型制袋、充填、充氣、封口包裝機(jī)等機(jī)型上具有很大的優(yōu)勢，在世界市場中受到廣泛歡迎[5]。

1.1.3 意大利。意大利的液體包裝機(jī)械行業(yè)在液體包裝機(jī)械出口領(lǐng)域占據(jù)世界第二的位置。其特點(diǎn)主要是客戶定制化和專業(yè)化。意大利包裝機(jī)械制造商Senzani Brevetti曾對一位西班牙客戶采用過來自Pilz的一整套自動(dòng)化解決方案，實(shí)現(xiàn)安全性和生產(chǎn)力之間的最佳平衡。方案里的灌裝線一方面包括執(zhí)行特定和一般位置監(jiān)測的非接觸式編碼安全開關(guān)PSENcode，另一方面包括安全門系統(tǒng)PSENslock。兩者均保證安全性達(dá)到符合EN ISO 13849-1和EN IEC 62061的最高級別PLe。得益于RFID應(yīng)答器技術(shù)，編碼安全開關(guān)提供了非常高的操縱保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，而且尺寸緊湊，可以取代以前使用的機(jī)械開關(guān)[6]。

意大利食品與飲料產(chǎn)業(yè)的需求占據(jù)液體包裝機(jī)械總需求的40%，尤其飲料產(chǎn)業(yè)是主要服務(wù)對象。其優(yōu)勢在于可以按照客戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量與生產(chǎn)質(zhì)量[5]。

1.1.4 日本。1910年，日本開始研究開發(fā)玻璃瓶包裝，拉開了液體包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)的序幕。從時(shí)間上來看，可以分為兩個(gè)階段：20世紀(jì)70年代以前，日本積極引進(jìn)歐美等發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)裝備，對其進(jìn)行改造消化；70年代以后，機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的重心轉(zhuǎn)移到對新的技術(shù)設(shè)備的研發(fā)與運(yùn)用上。日本液體包裝機(jī)械工業(yè)的成功很大程度上歸結(jié)于兩種核心技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的引進(jìn)使得工業(yè)生產(chǎn)效率快速提高，輔助馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)用使得液體包裝機(jī)械生產(chǎn)性能更加穩(wěn)定。其憑借機(jī)械自身所具有的獨(dú)特性和完善性在世界液體包裝機(jī)械市場上獲得了廣泛認(rèn)可[7]。

調(diào)查顯示，日本的液體包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)有四百余家，中小型企業(yè)占多數(shù)。因此，雖然日本的液體包裝機(jī)械在世界中占據(jù)重要位置，但出口量相對較少[5]。

1.2 國內(nèi)液體包裝機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

改革開放四十年來，我國包裝機(jī)械行業(yè)有了很大的發(fā)展，且取得了巨大成就，但與發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定差距，液體包裝機(jī)械亦是如此。

我國液體包裝機(jī)械正處于快速發(fā)展階段。目前，國內(nèi)知名企業(yè)江蘇新美星包裝機(jī)械股份有限公司在已有的技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出了一系列加工與灌裝技術(shù)，帶來了多功能吹灌旋一體機(jī)、倉儲(chǔ)機(jī)器人、無人智能叉車，以及通過第二代智能工廠管控平臺(tái)展示智能工廠產(chǎn)存一體化的系統(tǒng)解決方案。其多功能吹灌旋一體機(jī)，可同時(shí)滿足多品種飲料的生產(chǎn)需求，一機(jī)多用滿足用戶產(chǎn)品快速迭代的需求。而倉儲(chǔ)機(jī)器人、無人智能叉車能幫助用戶實(shí)現(xiàn)智能化、無人化的生產(chǎn)和管理[8]。

杭州中亞機(jī)械股份有限公司歷經(jīng)20余年，建立了一套高效而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹圃炝鞒毯凸芾眢w系，在SWOP 2017展會(huì)上出展的用于高粘度乳品灌裝的充填設(shè)備雖然體積不大，但功能齊全，具有從乳品充填開始的所有包裝功能，而且是一臺(tái)超潔凈設(shè)備[9]。

這些技術(shù)的開發(fā)正是我國在液體包裝機(jī)械行業(yè)上科技創(chuàng)新的體現(xiàn)。未來他們將在灌裝等設(shè)備方面繼續(xù)保持核心競爭力，最大程度上滿足用戶對灌裝的需求。

四大包裝機(jī)械強(qiáng)國液體包裝機(jī)械發(fā)展的共同特點(diǎn)是提高液體包裝機(jī)械自動(dòng)化和智能化程度，全面進(jìn)行液體包裝機(jī)械的更新?lián)Q代，適應(yīng)大用戶的需求變化等，這充分說明了技術(shù)的重要性。因此，我國液體包裝機(jī)械行業(yè)必須始終堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新和“質(zhì)量第一”，這樣才能最終實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展、跨越式發(fā)展。

2 液體包裝機(jī)械發(fā)展趨勢

基于市場需求和國內(nèi)外行業(yè)現(xiàn)狀，液體包裝機(jī)械的總體發(fā)展趨勢是自動(dòng)化、智能化、集成化、柔性化和綠色化的。

2.1 自動(dòng)化

對液體包裝機(jī)械行業(yè)來說，提高自動(dòng)化水平等于提高效率、降低成本和節(jié)約資源，即等于更大的盈利空間。

自動(dòng)化技術(shù)由控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、人機(jī)界面、傳感器及機(jī)器視覺六部分組成?？刂葡到y(tǒng)采用可編程邏輯控制器PLC系統(tǒng)，利用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為整個(gè)生產(chǎn)線的無人化智能操作及檢測提供無縫銜接。傳動(dòng)系統(tǒng)采用變頻器調(diào)速系統(tǒng)，范圍廣、精度高、響應(yīng)快、節(jié)能效果好。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、驅(qū)動(dòng)控制對象的伺服電機(jī)，精確實(shí)現(xiàn)位置控制和速度同步。人機(jī)界面是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介。傳感器有電感、壓力、光電、電容等類型。機(jī)器視覺由一到兩個(gè)圖形傳感器組成，常用于液體包裝機(jī)械的灌裝封裝、冷卻及加溫和粘貼包裝標(biāo)簽等[10]。

2.2 智能化

國家政策正積極推廣“智慧城市”，智能化顯得尤為重要。

液體包裝機(jī)械中，智能化常用于在線監(jiān)測，嚴(yán)格控制食品及包裝材料的細(xì)菌含量，減少生產(chǎn)中人對食品的接觸污染，確保食品安全。智能化可用于排除設(shè)備故障和進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。前者將排除設(shè)備故障的方案預(yù)先輸入電腦，出現(xiàn)故障時(shí)，電腦自動(dòng)診斷，并迅速排除故障，降低廢品率及故障率。后者通過無線網(wǎng)絡(luò)建立的高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，由遠(yuǎn)程支援中心、維修網(wǎng)絡(luò)中繼站和遠(yuǎn)程支援終端組成。通過遠(yuǎn)程維修中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、文件傳輸、應(yīng)用程序共享以及為終端用戶提供簡單易用的操作界面[1，10]。

2.3 集成化

液體包裝機(jī)械的集成化能降低勞動(dòng)力成本，減輕操作員的工作量，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間。

系統(tǒng)集成技術(shù)通過結(jié)構(gòu)化的綜合布線系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成，其將各個(gè)分離的設(shè)備、功能和信息等集成到一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一且協(xié)調(diào)的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)集中、高效和方便管理。目前，物聯(lián)網(wǎng)廣泛流行，包裝機(jī)械的自動(dòng)化、集成化必將更多引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如語音識(shí)別和無線射頻識(shí)別技術(shù)等，這就要求不同的設(shè)備或產(chǎn)品之間使用的標(biāo)準(zhǔn)必須趨于一致，以建立起效率高且具有可擴(kuò)充性的集成化系統(tǒng)[1，10]。

2.4 柔性化

柔性化技術(shù)將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)能力相對穩(wěn)定，圓滿解決了液體包裝機(jī)械高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾。

柔性和靈活性表現(xiàn)在三個(gè)方面：量的靈活性，既能包裝單個(gè)食品，也能適應(yīng)不同批量食品的包裝；構(gòu)造的靈活性，整臺(tái)設(shè)備由模塊單元組成，換用一個(gè)或幾個(gè)單元即可適應(yīng)食品品種、形狀和大小的變化；供貨的靈活性，選換不同的最終包裝設(shè)備即能滿足市場對食品包裝的需求。柔性化也反映在計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)上，仿真設(shè)計(jì)能滿足客戶個(gè)性化的訂貨需求，設(shè)計(jì)人員可在計(jì)算機(jī)三維模型上修改并對生產(chǎn)率、廢品率、能耗等進(jìn)行演示，直到客戶完全滿意為止[1]。

2.5 綠色化

在大力倡導(dǎo)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的當(dāng)今時(shí)代，建立在高度自動(dòng)化基礎(chǔ)上的綠色化已經(jīng)成為液體包裝機(jī)械發(fā)展的主流。

對于可飲用液體包裝機(jī)械，安全衛(wèi)生規(guī)定是必須遵守的標(biāo)準(zhǔn)。安全隱患源自設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能、勢能和不良結(jié)構(gòu)，為此必須對運(yùn)動(dòng)部件的速度、質(zhì)量、振動(dòng)和噪聲予以限制，對運(yùn)動(dòng)或受力部件設(shè)計(jì)超負(fù)荷安全保護(hù)裝置。衛(wèi)生隱患則源自機(jī)械零部件鍍層和包裝材料上有害化學(xué)物質(zhì)向被包裝食品“遷移”，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致細(xì)菌或微生物超標(biāo)。因此，要求包裝和機(jī)械材質(zhì)符合衛(wèi)生要求，機(jī)械零部件的構(gòu)造應(yīng)避免凹坑、折痕、裂縫等缺陷，并適應(yīng)在線清洗消毒[1]。

3 結(jié)論和思考

①使用液體包裝機(jī)械能給企業(yè)帶來很多便利，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約基建投資等。

②從發(fā)展現(xiàn)狀來看，目前國際市場上液體包裝機(jī)械領(lǐng)域的前幾位依然是美、德、意、日，其優(yōu)勢主要在于科技方面。相對來說，我國尚存在較多不足，但也處于迅猛發(fā)展中。

③推動(dòng)液體包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的首要因素是市場需求。可飲用液體作為液體包裝機(jī)械行業(yè)的幾大發(fā)展方向之一，使得市場需求不斷提升。

④液體包裝機(jī)械今后的發(fā)展大趨勢是自動(dòng)化、智能化、集成化、柔性化和綠色化。自動(dòng)化是基礎(chǔ)，智能化建立在自動(dòng)化之上，集成化、柔性化和綠色化均與智能化緊密相關(guān)。

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