據(jù)統(tǒng)計(jì)，“十五”計(jì)劃前三年，我國(guó)食品工業(yè)發(fā)展迅速，其發(fā)展速度達(dá)到18-21%，2003年乳品工業(yè)、果汁及飲料工業(yè)更是達(dá)到30%的增速。2003年食品工業(yè)限上企業(yè)（500萬元以上）銷售額達(dá)12330億元，限下企業(yè)尚有1萬余億元銷售額。而食品和包裝機(jī)械銷售額僅460億元，遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)需求，共進(jìn)口22.94億美元，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)總需求為650億元。

食品飲料包裝自動(dòng)化的現(xiàn)狀與趨勢(shì)及對(duì)自動(dòng)化的要求

近幾年進(jìn)口的設(shè)備都是國(guó)內(nèi)不能制造或者制造水平相差甚遠(yuǎn)的，進(jìn)口真正代表著我們的差距所在。 食品安全問題已為舉國(guó)關(guān)注，如果放任不管，將會(huì)影響人們的身體健康、降低人們的生活水平，會(huì)對(duì)社會(huì)的穩(wěn)定、對(duì)食品工業(yè)乃至對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。

因此，“十一五”期間應(yīng)提高食品安全領(lǐng)域的科技和裝備水平，研制快速、準(zhǔn)確鑒定食品中危害因子的技術(shù)和裝備，進(jìn)一步研發(fā)病原微生物的抗性，病原的控制等預(yù)防技術(shù)及儲(chǔ)藏技術(shù)和裝備。

由于食品和包裝機(jī)械形成行業(yè)僅20年，相對(duì)于食品工業(yè)，它是一個(gè)新行業(yè)。這20年又是世界技術(shù)發(fā)展最快的時(shí)期，新技術(shù)不斷在該行業(yè)上應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)該行業(yè)的基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)及科研力量不足，其發(fā)展相對(duì)滯后，在某種程度上拖了食品和包裝工業(yè)的后腿。

總體發(fā)展雖然較快，但食品及包裝工業(yè)發(fā)展更快，如2003年，食品工業(yè)增速為21%，而食品和包裝機(jī)械工業(yè)增速僅16.75%，差距又拉大了。如按年遞增16%計(jì)，預(yù)測(cè)2005年末，食品和包裝機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值約為620億元，而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求會(huì)達(dá)到850億元，而到2010年，國(guó)內(nèi)行業(yè)總產(chǎn)值可達(dá)到1300億元（現(xiàn)價(jià)），而市場(chǎng)需求可能達(dá)到2000億元。這個(gè)市場(chǎng)的空穴將會(huì)有國(guó)外設(shè)備來填補(bǔ)。

“十一五”的目標(biāo)是要縮小這個(gè)空穴，為食品工業(yè)趕上世界先進(jìn)水平，為使包裝大國(guó)向包裝強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，提供先進(jìn)的技術(shù)裝備，讓進(jìn)口設(shè)備在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上只起到拾遺補(bǔ)缺的作用。這就要求國(guó)內(nèi)食品和包裝機(jī)械的發(fā)展速度超過18%/年，新產(chǎn)品產(chǎn)值率達(dá)到25%（2003年為12.97%）。


國(guó)際上包裝和食品機(jī)械的發(fā)展是以大型客戶的要求為目標(biāo)，以此帶動(dòng)相關(guān)機(jī)械的發(fā)展。大型客戶的要求主要體現(xiàn)在以下方面。


一是對(duì)生產(chǎn)效率要求越高越好，這樣可以降低單件產(chǎn)品的成本，滿足交貨期和降低工藝流通成本，同時(shí)，高速包裝機(jī)要求與前道工序要有相關(guān)銜接，不需搬運(yùn)環(huán)節(jié)，包括控制銜接，整個(gè)生產(chǎn)線按生產(chǎn)及包裝工序排列要做到倒序啟動(dòng)，順序停機(jī)。如冷灌裝生產(chǎn)線從塑料原料自動(dòng)上線到飲料灌裝、大包裝碼垛全部自動(dòng)在封閉車間內(nèi)進(jìn)行。



二是為適應(yīng)產(chǎn)品的更新變化，包裝機(jī)械要具有高的柔性和靈活性，生產(chǎn)線允許在一定的尺寸范圍內(nèi)被包裝物大小可以變化。因?yàn)楫a(chǎn)品的生命周期遠(yuǎn)短于設(shè)備使用壽命，變更產(chǎn)品及包裝不至于更換昂貴的包裝生產(chǎn)線。


三是將設(shè)備的常見故障及解決方案預(yù)先輸入電腦，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)常見的故障時(shí)可以自行診斷，亦可實(shí)行遠(yuǎn)程診斷并排除故障。


四是自動(dòng)認(rèn)別功能。一方面可以自動(dòng)識(shí)別包裝材料的厚度、硬度、反彈力等，通過電腦反饋到機(jī)械手以使機(jī)械手調(diào)整動(dòng)作幅度，保證不反彈。另一方面各種不同的產(chǎn)品對(duì)如形狀各異的巧克力或點(diǎn)心裝到同一盒中，其排列是有規(guī)律的，而生產(chǎn)線傳遞到的產(chǎn)品是無序的，可以先用探頭掃描，確定不同形狀的物料位置，再反饋到不同的機(jī)械手，它會(huì)準(zhǔn)確無誤地將物品按準(zhǔn)確的位置及方向放入托盤中，快而且準(zhǔn)，不像人工那樣會(huì)出現(xiàn)視覺及手指的疲勞。

五是在生產(chǎn)及包裝過程中盡量減少環(huán)境污染，包括噪聲、粉塵污染，并盡量減少?gòu)U棄物，這一點(diǎn)在食品加工過程中尤為重要。食品原料在加工時(shí)不僅收獲主要產(chǎn)品，如玉米加工，產(chǎn)品除了玉米淀粉外，還有玉米油、色拉油、人造黃油、葡萄糖、玉米蛋白及飼料及污水處理等生產(chǎn)全過程均為自動(dòng)化。沒有廢棄物、沒有污染，其它產(chǎn)品的價(jià)值已大大超過玉米淀粉的價(jià)值。



當(dāng)前中國(guó)的食品和包裝機(jī)械的一個(gè)突出問題是新產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，模仿多，新的創(chuàng)意少，這不僅與設(shè)計(jì)人員的知識(shí)水平有關(guān)，也和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展有關(guān)。


國(guó)際先進(jìn)的作法是將各種機(jī)器元素以數(shù)據(jù)庫(kù)形式存入計(jì)算機(jī)，再把圖紙數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)合成三維模型，接著將過去曾經(jīng)發(fā)生過的生產(chǎn)線故障輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)即可演示實(shí)際工況，在用戶面前根據(jù)需要進(jìn)行修改。計(jì)算機(jī)合成速度快，修改工作迅速方便，如果用戶的某些要求達(dá)不到，計(jì)算機(jī)也會(huì)告訴你，以免除以后的糾紛。這種由計(jì)算機(jī)完成的仿真技術(shù)，大大縮短了包裝機(jī)械（生產(chǎn)線）的設(shè)計(jì)周期，客戶的滿意度也大大提高。



當(dāng)然，這種仿真技術(shù)的應(yīng)用亦提醒包裝機(jī)械的制造按照部件的功能要先進(jìn)行模塊化，各部件有統(tǒng)一接口，各模塊之間可以自由組合。這樣可以變包裝機(jī)械的單件小批生產(chǎn)為各種模塊的批量生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。即使不是生產(chǎn)線而是單個(gè)機(jī)器，模塊式組合也可以縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本。而模塊化又可以使非標(biāo)準(zhǔn)零件走向標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶排除故障方便快捷，也就降低了用戶的運(yùn)行成本。

自動(dòng)化面向包裝機(jī)械的集成運(yùn)動(dòng)控制解決方案


目前的包裝機(jī)械經(jīng)歷了三代的更替。第一代包裝機(jī)采用基于軸的線速度的機(jī)械設(shè)計(jì)，維護(hù)費(fèi)用高，產(chǎn)品切換靈活性有限，此外，機(jī)械性能上限制較大。第二代包裝機(jī)增加了復(fù)雜性和成本，將第一代的機(jī)械部分改成了伺服控制。


目前業(yè)內(nèi)廣泛使用的是第三代全伺服包裝機(jī)。第三代機(jī)器采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，移動(dòng)部件大幅度減少，軟件內(nèi)容明顯增加，基于伺服的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、高效、靈活，制造和維護(hù)成本降低。



申先生比較了包裝機(jī)械采用集成控制與傳統(tǒng)的PLC和運(yùn)動(dòng)控制的差別。傳統(tǒng)的PLC和運(yùn)動(dòng)控制有額外的硬件成本，需要多種軟件程序包，需要開發(fā)了維護(hù)多種應(yīng)用程序。



由于PLC和運(yùn)動(dòng)控制程序必須同步，就需要對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，需要增加應(yīng)用程序邏輯，數(shù)據(jù)訪問有限制。此外，性能上也有限制，包括網(wǎng)絡(luò)帶寬、數(shù)據(jù)存取、額外的應(yīng)用程序代碼和握手型號(hào)異步等。



如果采用集成控制架構(gòu)，就能帶來以下優(yōu)勢(shì)：一個(gè)軟件包用于順序、運(yùn)動(dòng)和邏輯控制，容易開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)；同一編程語言用于順序和運(yùn)動(dòng)控制；集成的數(shù)據(jù)庫(kù)；PLC控制的先進(jìn)特點(diǎn)適合所有的控制領(lǐng)域；不需要同步邏輯；提升系統(tǒng)性能；降低硬件和集成成本等。

終端包裝的最新選擇


市場(chǎng)營(yíng)銷領(lǐng)域的終端包裝，是根據(jù)產(chǎn)品的性能、功效，在直接同消費(fèi)者進(jìn)行交易的場(chǎng)所進(jìn)行各種形式的宣傳。物流意義上的終端包裝是指運(yùn)輸包裝，即為了使貨物在運(yùn)輸過程中不發(fā)生散垛，提高裝卸作業(yè)效率和保護(hù)貨物的完好等進(jìn)行的包裝。因?yàn)檫\(yùn)輸包裝一般是在產(chǎn)品生產(chǎn)線的最后一道工序，所以我們稱之為終端包裝。


集成化和標(biāo)準(zhǔn)化是現(xiàn)代物流對(duì)終端包裝的要求。運(yùn)輸包裝中不僅是塑膜纏繞，熱縮托盤包裝和彈性拉伸套膜包裝將部分或大部分取代塑膜纏繞。

拉伸套膜系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于，薄膜套的制作與套膜機(jī)構(gòu)是分離的兩套機(jī)構(gòu)，薄膜焊接縫有更多的時(shí)間冷卻，取得更好的焊接質(zhì)量和緊度；薄膜只需拉伸到一定的程度，可自動(dòng)控制縱向和對(duì)角拉伸；采用電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，無液壓系統(tǒng)，屏除泄漏風(fēng)險(xiǎn)。這種拉伸套膜系統(tǒng)的速度最高可達(dá)210托盤/小時(shí)，該系統(tǒng)在歐洲已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)場(chǎng)總線提升性能

從現(xiàn)場(chǎng)總線誕生時(shí)起，就以其先進(jìn)的性能、方便的使用性、應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性而迅速被廣大制造業(yè)用戶接受，至今一直占據(jù)應(yīng)用數(shù)量的大份額。


近年來，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的日益興隆，推動(dòng)了該技術(shù)不斷發(fā)展，不僅可以把分散在現(xiàn)場(chǎng)I/O連接到中控室，同時(shí)將傳統(tǒng)應(yīng)放在主站上執(zhí)行的控制任務(wù)下移到從站設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的分布式控制系統(tǒng)。



食品工廠的目的是最大限度的利用能源、資源及實(shí)用技術(shù)將原材料加工成成品。因此食品工廠有效的集合了各種操作單元，食品加工自動(dòng)化技術(shù)隨著低成本微處理器發(fā)展而發(fā)展。



PLC提高了設(shè)備的自動(dòng)化性能。各種先進(jìn)的控制改善了食品加工的控制操作。自動(dòng)化信息控制系統(tǒng)不僅對(duì)工藝流程控制至關(guān)重要，而且確保了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。



食品工廠的自動(dòng)化，可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少損耗以及高效大批量生產(chǎn)，從而降低產(chǎn)品成本；現(xiàn)代質(zhì)量控制方法（如統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制和統(tǒng)計(jì)過程控制）為產(chǎn)品質(zhì)量提供有力保證。系統(tǒng)根據(jù)存儲(chǔ)的大量工藝和產(chǎn)品信息，可形成完整的運(yùn)行報(bào)告及庫(kù)存清單報(bào)告，產(chǎn)品批次之間的質(zhì)量數(shù)據(jù)可用來質(zhì)量分析，幫助技術(shù)人員進(jìn)行工藝改良及開發(fā)。