自動化技術在包裝機械中的應用

安寧

摘 要：包裝機械工作的速度較快，而且出現故障后的損失非常大。所以企業對包裝機械提出了生產率高和可靠性強的要求。根據當前的科學技術水平，要提高包裝機械的可靠性和生產率，可以從自動化技術入手，將電子信息和檢測等技術和包裝機械融合。該文從我國包裝機械行業的現狀與存在的問題入手，首先分析了包裝機械中自動化技術的應用，然后研究了我國包裝機械行業發展對自動化的要求，為自動化技術在包裝機械中的應用研究提供了可參考的意見。

關鍵詞：自動化技術 包裝機械 應用

中圖分類號：F426 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0087-03

1 我國包裝機械行業的現狀與存在的問題

1.1 我國包裝機械行業的現狀

我國包裝機械的起步是在20世紀的70年代，當時我國的機械研究所在參考日本包裝機械的基礎上創造了我國的第一臺包裝機械。到如今，已經經過了將近40年的發展，取得了傲人的成就。包裝機械企業在我國民營和股份制的居多，占到了總數的80%以上，國有的包裝企業卻寥寥無幾。所以，雖然包裝機械已經成為我國機械工業中的支柱產業，卻仍然沒有太多的自主科技。改革開放以來，我國包裝機械的品種已經有超過1 350種，但是大部分都不能直接投入到生產中，還處在測試和改善的階段，完全無法滿足市場的需求。和發達的國家相比，我國的包裝機械行業還有一定的差距，需要繼續完善和改革。

1.2 我國包裝機械行業存在的問題

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

（1）創新不足。我國包裝機械設計人員的素質不高。我國包裝機械的起步較晚，雖然發展得較快，但是并沒有掌握真正頂端的科技。設計人員應用的設計理論和參考的設計規范比較陳舊，滿足不了包裝機械設計創新的需求。而且，科學研究和產業結合不夠緊密。我國關于包裝機械設計的研究并不少，但很少能夠應用在實際的生產中。因此，我國包裝機械設計的相關研究無法及時地在生產中實踐，驗證其可行性。最后，我國包裝機械行業的資源配置不合理。我國對包裝機械的宏觀調控無法和包裝機械行業發展的速度相匹配，而且國有的包裝機械企業幾乎沒有，無法發揮社會主義集中力量辦大事的優勢。上述的幾種原因，導致了我國包裝機械行業的創新不足，阻礙包裝機械行業的發展。

（2）包裝機械設計的方法不足。我國包裝機械的模型模仿性質高，設計時，往往是根據任務設計書的特征，尋找同類型的樣機，在此基礎上設計自己的包裝機械。整個設計中創新的程度較低，參數模仿的痕跡很明顯。再者，我國包裝機械的性能指標不夠自主。我國包裝機械在確定設計任務后，機械設備的技能指標和技術性能的數據在很大程度上是仿造樣機的參數。因此，設計的包裝機械性能和樣機相比無太多進步之處。

綜合上述的原因，我國包裝機械行業要想發展，必須提高自主創新的能力，提高包裝機械制造企業的內部管理，引入先進的技術，以此來給包裝機械行業注入新的活力，促進我國包裝機械的行業的發展。根據時代的需求和科學技術水平，將自動化技術引入到包裝機械行業是一個很好的方法，可以使包裝機械最大化地滿足市場的需求，在下文中將具體分析自動化技術在包裝機械中的應用。

2 包裝機械中自動化技術的應用

計算機技術的發展影響了多個行業，表現在機械行業，最明顯的就是促進了其自動化的發展。通過計算機技術，可以實現機械系統本身信息的反饋和負反饋，從而滿足機械設備的自動化生產，降低了人力在生產中的作用。包裝機械并不是獨立的個體，從自動包裝到檢測是一整條的生產線。所以，自動化技術在包裝機械中的應用，也需要從不同的設備和元件分析。就以目前的情況而言，自動化技術在包裝機械中的應用主要體現在以下幾個方面。

2.1 包裝機械的傳動系統

傳動系統可以將未包裝的物品運送到包裝機械中，然后將包裝好的物品傳送到指定的位置。所以，傳動系統是整個包裝機械實現連續工作的基礎。傳統的包裝機械，是通過控制電機來控制包裝機械的生產速度。但是在PLC和變頻器出現后，包裝機械的傳動系統將PLC和變頻器應用在其中，實現了傳動系統的自動化。

當前較為先進的變頻器集合了計算機技術、控制技術和機電一體化技術等，它可以根據設備檢測到的信號主動調節速度和精度，極大提升了動作響應的速度和運行的效率。基于上述的幾種優點，包裝機械的傳動系統在應用了變頻器后取得了一定的發展，所以其使用的范圍愈發廣泛。目前，包裝機械行業應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 包裝機械的顯示器

包裝機械在應用自動化技術后，會有很多的模擬信號，這些模擬信號在被接手后會顯示在顯示器上，人們可以根據信號的特點來判斷包裝機械設備的運行狀態，然后直接在界面上進行相應的操作，這種信號再反饋給包裝機械，改變其生產的各種狀態。目前的包裝機械還是以文本顯示器為主，少數較為先進的包裝機械采用了觸摸屏的形式。

顯示器是人為控制生產的重要環節，當包裝機械設備出現問題后，信號會最先反映在顯示器上，然后就可以實現人為調節的操作。也就是說，顯示器也同時相當于控制器，是人與包裝機械之間的信號轉換器。目前，這種人機操作界面的顯示器生產商主要是西門子和三菱等企業，我國也有一些品牌的人機操作界面顯示器，但是和德國與日本等發達國家還存在一定的差距。

2.3 包裝機械的控制系統

包裝機械的自動化控制系統主要是通過PLC系統實現，PLC可以將人們編寫的程序語言邏輯化地反映在包裝機械的生產中。而且，PLC控制系統還有可靠性強、設計較靈活和操作簡單等優點。根據包裝機械行業的發展，PLC的應用極大提高了包裝機械的自動化程度，滿足了生產對包裝機械的需求。所以，PLC在包裝機械中的應用愈加廣泛，兩者相互促進。

生產飲料包裝和方便食品包裝的包裝機械大多采用PLC的控制系統，變頻器和PLC共同支撐起了整個包裝機械的自動化生產。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械控制系統。包裝機械的PLC系統主要由三菱、西門子和施耐德等企業生產，基于PLC的優點分析，它在包裝機械中的應用會越來越廣泛，促進包裝機械行業的自動化發展。

2.4 包裝機械中的模塊化設計

模塊化設計是包裝機械為了應對包裝機械生產較為單一的情況，同時，模塊化設計是一種用功能決定包裝機械設計的手段，它可以最大化滿足客戶的需求，應對市場的變化。這種設計也減緩了包裝機械更新換代的速度，用類似半智能化的設計手段來促進包裝機械的發展。通過包裝機械的模塊化設計，包裝機械在生產中有了更多的選擇，包裝機械的控制系統可以根據實際的生產需求切換到不同的模塊，實現包裝機械生產的自動化。

將模塊化設計這種自動化的手段應用在包裝機械中的優點有很多，首先，可以建設包裝機械的設計環節。包裝機械的設計是一個復雜的過程，需要從多個需求入手，然后分別設計相應的功能，最后綜合機械設計的原則和指標，完成包裝機械的整個設計。但是模塊化的設計卻可以極大程度地簡化包裝機械的設計過程，原本的模塊是固定的，只要根據功能需求選擇相應的模塊，然后綜合在一起，就可以基本完成整個設計。其次，產品柔性程度高。模塊設計和機械設計不同，它可以獨立存在，隨時將最新的技術應用在自身。因此，模塊化設計的更新換代是極快的。在此基礎上，生產商可以通過模塊設計。再者，成本較低。模塊化的包裝機械在設計和制造的過程中都可以通過選用相應的模塊來完成，再加上設計的柔性較高，可以實現小批量的生產，降低了包裝機械的設計制造成本。由上述分析可以得出，模塊化設計這種自動化技術在包裝機械行業的應用，直接面向市場，在提高包裝機械自動化程度的基礎上，還很有利于包裝機械行業的發展。

2.5 包裝機械中的檢測系統

包裝機械生產并不能夠包裝生產的有效性達到100%，所以還是會有廢品的出現。企業通過包裝機械生產的產品也有不合格的，要通過檢測系統檢測包裝出的產品是否合格，然后將不合格的產品挑出來。目前，包裝機械的檢測系統都是自動化進行的，首先傳動系統將包裝的成品運送到檢測的指定位置，然后通過探傷等檢測手段，檢驗產品的合格性。若產品合格，傳動系統將成品運送到下一個環節，若不合格，將用機械手臂把不合格的產品挑選出來。整個過程都是自動化地進行，無需投入太多的人力。

傳統的包裝機械生產成品檢驗是通過人力完成，效率很低，而且有極大的錯誤率，企業不僅需要投入大量的資金，還無法保證產品的質量。自動化檢測應用在包裝機械行業后，改善了整個包裝機械成品檢驗的過程，提高了檢驗的可靠性，也提高了生產的效率，降低了企業的投入。自動檢測技術其實是傳感器和計算機系統的結合，檢測到的信號通過傳感器率先反饋給計算機系統，然后計算機系統根據收到的信號做出邏輯判斷，發出不同的指令，指揮機械的運作。

上述的幾種都是自動化技術在包裝機械中的應用，包裝機械作為配套的設備，若想滿足市場的需求，必須繼續再度提高自身的自動化水平，盡量將自動化技術應用在每一個可能的設備和環節中。

3 我國包裝機械行業發展對自動化的要求

3.1 包裝機械自動化發展趨勢

包裝機械行業還在快速的發展中，各種新的思想和技術都在不斷地應用在包裝機械中。具體而言，包裝機械自動化發展的趨勢主要體現在以下幾點上。

（1）生產效率的不斷提高。包裝機械生產產品的效率越高，生產成本就越低，這是企業一直追求的目標。所以，自動化在包裝機械中應用的趨勢是不斷提高其生產的效率。

（2）適應產品的變化。商品的包裝變化性很強，所以要求包裝機械有很強的柔性，能夠適應包裝物品的變化。換言之，當商品的要求發生變化時，不用相應地更換包裝機械的生產線，只需做出相應的調整即可。

（3）故障少，易排除。自動化技術的應用可以提升計算機系統在包裝機械中的作用，方便故障的診斷和排除。包裝機械自動化發展的趨勢要求輸入指令后計算機系統能自主地檢測其中的故障，也可以通過遠程診斷排除設備的故障。

（4）有一定的自動識別能力。包裝機械的生產效率要提高，必須具備一定的自動識別功能，該功能通過傳感器和邏輯程序實現，如上文分析的PLC系統主要就是為了滿足包裝機械的自動識別要求。增加自動識別能力后，包裝機械的整個生產就可以在一定的范圍內成為獨立的個體，滿足生產的各種需求。

（5）污染少。當前發展的經濟是可持續發展的經濟，要求生產中產生盡可能少的污染和垃圾，同時還要求在同等消耗的前提下生產盡可能多的產品。因此，包裝機械自動化發展的趨勢也包括著減少環境污染的要求。

3.2 包裝機械發展對自動化的要求

包裝機械行業發展的趨勢是向著生產的高效率、柔性強、故障易排除、有自動識別能力和污染少的方向。所以，相應的包裝機械發展對自動化技術也有了一定的要求，具體如下。

（1）傳感器技術。傳感器技術是收集和接受信號的基礎，也是實現及其內部自主控制的基礎。因此，要提高包裝機械行業的自動化程度，必須加強傳感器在其中的應用。

（2）物流自動化技術。物流自動化技術是整個包裝生產線傳動的基礎，因此物流自動化可以將包裝生產連成一個整體，大幅度節省人力和物力的輸出。基于此，必須加強物流自動化技術在包裝機械中的應用，提高其自動化的程度。

（3）安全檢測技術。檢測技術是傳遞信號的基礎，檢測設備通過各種手段將檢測到的數據轉換為信號傳遞給傳感器，再通過計算機的處理形成新的指令，指揮包裝機械的生產動作。因此，安全檢測技術在包裝機械的自動化中也是必不可少的一部分。

4 結語

隨著時代的發展，機械行業的要求也來越高。在包裝機械行業，其更新換代的速度較快，對機械設備的柔性要求很高。因此，要滿足市場的需求，必須加快包裝機械自動化程度的發展。我國包裝機械行業的起步較晚，要趕上發達國家的步伐，必須將智能化的概念引入到包裝機械中，應用機電一體和自動化等技術，實現生產效率的提高和智能化的生產。文中研究的包裝機械自動化只是包裝機械自動化發展的一部分，還有更多的技術值得我們研究。相信隨著科技的發展，包裝機械必將滿足所有的市場需求。

參考文獻

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