我国食品饮料包装自动化现状及发展趋势.pdf

行业 据统计 ， “ 十五”计划前三年 ， 我 国食 品工业发展迅速 ，其发展速度达 到 侣一 2 1 ， 2 0 0 3年乳品工业 、果汁 及饮 料 工业更 是达 到 3 0 的增速 。 2 0 0 3年食 品工业 限 上企 业 ( 5 0 0万元 以上) 销售额达 1 2 3 3 0亿 元 ， 限下企 业尚有 1万余亿元销售额。而食品和 包装机械销售额仅 4 6 0亿元 ，远不能 满足 国 内需 求 ， 共进 口 2 2 9 4亿 美 元 ， 国内市场总需求为 6 5 0亿元。 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 E l 的设 备都是 国内不 能制造或者制造水平相差甚远 的 ， 进 El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 2 0年 ， 相对于食品工业 ， 它是一个 新行业。 这 2 0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 中国包装 工业 2 0 0 8 自 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 2 0 0 3年 ， 食品工 业增速为 2 1 ， 而食 品和包装机械 工 业增速 仅 1 6 _ 7 5 ， 差距 又拉 大 了0 如 按年递增 1 6 计 ， 预测 2 0 0 5年末 ， 食 品和包 装机 械工 业总产 值约 为 6 2 0亿 元 ， 而 国内市场 需 求会 达 到 8 5 0亿 元 ， 而 到 2 0 1 0年 ，国 内行 业 总产 值 可 达 到 1 3 0 0亿 元 ( 现 价 ) ， 而 市 场 需 求 可 能 达到 2 0 0 0亿 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 1 8 年 ，新 产 品产 值率 达 到 2 5 ( 2 0 0 3年 为 1 2 9 7 ) 。 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 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 I 鐾 维普资讯 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 P L C 和运 动控制的差 别。传统的 P L C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 P L C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 ； P L C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 2 1 O托盘 4 “ 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 。 P L C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