食品饮料包装自动化的现状与趋势及对自动化的要求

    近几年进口的设备都是国内不能制造或者制造水平相差甚远的，进口真正代表着我们的差距所在。 
         
    食品安全问题已为举国关注，如果放任不管，将会影响人们的身体健康、降低人们的生活水平，会对社会的稳定、对食品工业乃至对整个经济发展带来严重的负面影响。

    因此，“十一五”期间应提高食品安全领域的科技和装备水平，研制快速、准确鉴定食品中危害因子的技术和装备，进一步研发病原微生物的抗性，病原的控制等预防技术及储藏技术和装备。 
         
    由于食品和包装机械形成行业仅20年，相对于食品工业，它是一个新行业。这20年又是世界技术发展最快的时期，新技术不断在该行业上应用，而国内该行业的基础薄弱，技术及科研力量不足，其发展相对滞后，在某种程度上拖了食品和包装工业的后腿。

    总体发展虽然较快，但食品及包装工业发展更快，如2003年，食品工业增速为21%，而食品和包装机械工业增速仅16.75%，差距又拉大了。如按年递增16%计，预测2005年末，食品和包装机械工业总产值约为620亿元，而国内市场需求会达到850亿元，而到2010年，国内行业总产值可达到1300亿元（现价），而市场需求可能达到2000亿元。这个市场的空穴将会有国外设备来填补。

    “十一五”的目标是要缩小这个空穴，为食品工业赶上世界先进水平，为使包装大国向包装强国迈进，提供先进的技术装备，让进口设备在国内市场上只起到拾遗补缺的作用。这就要求国内食品和包装机械的发展速度超过18%/年，新产品产值率达到25%（2003年为12.97%）。 
         
    国际上包装和食品机械的发展是以大型客户的要求为目标，以此带动相关机械的发展。大型客户的要求主要体现在以下方面。 
         
    一是对生产效率要求越高越好，这样可以降低单件产品的成本，满足交货期和降低工艺流通成本，同时，高速包装机要求与前道工序要有相关衔接，不需搬运环节，包括控制衔接，整个生产线按生产及包装工序排列要做到倒序启动，顺序停机。如冷灌装生产线从塑料原料自动上线到饮料灌装、大包装码垛全部自动在封闭车间内进行。 
         
    二是为适应产品的更新变化，包装机械要具有高的柔性和灵活性，生产线允许在一定的尺寸范围内被包装物大小可以变化。因为产品的生命周期远短于设备使用寿命，变更产品及包装不至于更换昂贵的包装生产线。 
         
    三是将设备的常见故障及解决方案预先输入电脑，当设备出现常见的故障时可以自行诊断，亦可实行远程诊断并排除故障。 
         
    四是自动认别功能。一方面可以自动识别包装材料的厚度、硬度、反弹力等，通过电脑反馈到机械手以使机械手调整动作幅度，保证不反弹。另一方面各种不同的产品对如形状各异的巧克力或点心装到同一盒中，其排列是有规律的，而生产线传递到的产品是无序的，可以先用探头扫描，确定不同形状的物料位置，再反馈到不同的机械手，它会准确无误地将物品按准确的位置及方向放入托盘中，快而且准，不像人工那样会出现视觉及手指的疲劳。

    五是在生产及包装过程中尽量减少环境污染，包括噪声、粉尘污染，并尽量减少废弃物，这一点在食品加工过程中尤为重要。食品原料在加工时不仅收获主要产品，如玉米加工，产品除了玉米淀粉外，还有玉米油、色拉油、人造黄油、葡萄糖、玉米蛋白及饲料及污水处理等生产全过程均为自动化。没有废弃物、没有污染，其它产品的价值已大大超过玉米淀粉的价值。 
         
    当前中国的食品和包装机械的一个突出问题是新产品开发周期长，模仿多，新的创意少，这不仅与设计人员的知识水平有关，也和相关行业的发展有关。 
         
    国际先进的作法是将各种机器元素以数据库形式存入计算机，再把图纸数字化后输入计算机，由计算机自动合成三维模型，接着将过去曾经发生过的生产线故障输入计算机，计算机即可演示实际工况，在用户面前根据需要进行修改。计算机合成速度快，修改工作迅速方便，如果用户的某些要求达不到，计算机也会告诉你，以免除以后的纠纷。这种由计算机完成的仿真技术，大大缩短了包装机械（生产线）的设计周期，客户的满意度也大大提高。 
         
    当然，这种仿真技术的应用亦提醒包装机械的制造按照部件的功能要先进行模块化，各部件有统一接口，各模块之间可以自由组合。这样可以变包装机械的单件小批生产为各种模块的批量生产，以降低生产成本。即使不是生产线而是单个机器，模块式组合也可以缩短设计及制造周期，降低生产成本。而模块化又可以使非标准零件走向标准化，使用户排除故障方便快捷，也就降低了用户的运行成本。

    自动化面向包装机械的集成运动控制解决方案 
     
    目前的包装机械经历了三代的更替。第一代包装机采用基于轴的线速度的机械设计，维护费用高，产品切换灵活性有限，此外，机械性能上限制较大。第二代包装机增加了复杂性和成本，将第一代的机械部分改成了伺服控制。

    目前业内广泛使用的是第三代全伺服包装机。第三代机器采用机电一体化设计，移动部件大幅度减少，软件内容明显增加，基于伺服的设计简单、高效、灵活，制造和维护成本降低。 
         
    申先生比较了包装机械采用集成控制与传统的PLC和运动控制的差别。传统的PLC和运动控制有额外的硬件成本，需要多种软件程序包，需要开发了维护多种应用程序。 
         
    由于PLC和运动控制程序必须同步，就需要对等网络，需要增加应用程序逻辑，数据访问有限制。此外，性能上也有限制，包括网络带宽、数据存取、额外的应用程序代码和握手型号异步等。 
         
    如果采用集成控制架构，就能带来以下优势：一个软件包用于顺序、运动和逻辑控制，容易开发、调试和维护；同一编程语言用于顺序和运动控制；集成的数据库；PLC控制的先进特点适合所有的控制领域；不需要同步逻辑；提升系统性能；降低硬件和集成成本等。

    终端包装的最新选择 
    
    市场营销领域的终端包装，是根据产品的性能、功效，在直接同消费者进行交易的场所进行各种形式的宣传。物流意义上的终端包装是指运输包装，即为了使货物在运输过程中不发生散垛，提高装卸作业效率和保护货物的完好等进行的包装。因为运输包装一般是在产品生产线的最后一道工序，所以我们称之为终端包装。 
         
    集成化和标准化是现代物流对终端包装的要求。运输包装中不仅是塑膜缠绕，热缩托盘包装和弹性拉伸套膜包装将部分或大部分取代塑膜缠绕。

    拉伸套膜系统的技术优势在于，薄膜套的制作与套膜机构是分离的两套机构，薄膜焊接缝有更多的时间冷却，取得更好的焊接质量和紧度；薄膜只需拉伸到一定的程度，可自动控制纵向和对角拉伸；采用电马达驱动，无液压系统，屏除泄漏风险。这种拉伸套膜系统的速度最高可达210托盘/小时，该系统在欧洲已经得到广泛应用。

    现场总线提升性能 
    
    从现场总线诞生时起，就以其先进的性能、方便的使用性、应用的经济性而迅速被广大制造业用户接受，至今一直占据应用数量的大份额。 
         
    近年来，随着现场总线控制系统的日益兴隆，推动了该技术不断发展，不仅可以把分散在现场I/O连接到中控室，同时将传统应放在主站上执行的控制任务下移到从站设备，从而实现真正意义上的分布式控制系统。 
         
    食品工厂的目的是最大限度的利用能源、资源及实用技术将原材料加工成成品。因此食品工厂有效的集合了各种操作单元，食品加工自动化技术随着低成本微处理器发展而发展。 
         
    PLC提高了设备的自动化性能。各种先进的控制改善了食品加工的控制操作。自动化信息控制系统不仅对工艺流程控制至关重要，而且确保了产品质量和生产效率。 
         
    食品工厂的自动化，可降低劳动强度，减少损耗以及高效大批量生产，从而降低产品成本；现代质量控制方法（如统计质量控制和统计过程控制）为产品质量提供有力保证。系统根据存储的大量工艺和产品信息，可形成完整的运行报告及库存清单报告，产品批次之间的质量数据可用来质量分析，帮助技术人员进行工艺改良及开发。