柔性控制技術在包裝機械中的應用

浙江機電技術學校

汪文忠

柔性控制基本原理

柔性控制系統中最先提出了“柔性”概念，業內學者對其理解有所不同，部分學者認為這是機械設備與響應時間的關系；有人認為是系統對外界環境變化而產生的反應；也有部分學者認為這是處理環境變化，應對不確定性的能力。本文的柔性控制，指工業自動化控制管理體系中，為了應對市場需求而進行加工制造的作業能力。

該設計理念中，針對一定范圍內的不同產品進行功能、性能劃分，根據產品不同要求進行模塊設計，進而保證該系列要求可充分滿足對應產品的基本需求，或滿足組合性產品的需求，提高市場調節能力，便于及時進行有針對性的設計、制造加工等行為。對應加工設備、機械設施等需要考慮其應用領域，具體表現有待統一，其種類、規格等較為復雜。從技術角度出發，成套設備之間的共同點可能有限，但是基本要求一般可分為下述幾點：借助自動化控制實現對產品的基本包裝；借助輔助設備設施實現產品的存儲、運輸等環節；借助自動控制體系對產品進行控制。為此，對應新產品的包裝、生產、制備環節中，需要充分考慮對象的特點，根據功能要求、性能分類等進行設計，并選取常規基本結構進行設計，配套接口軟件需要具有適應性，進而實現對不同功能用戶基本需求的滿足，提高整體包裝系統的合理性。[1]

一般從上述系統性設計觀點出發中，需要充分考慮柔性控制理念的融入，對機械、電子、檢測等技術合理調用，實現設備總體的線化控制，提高機械智能化、自動化、科學化的控制目標。

柔性控制技術的內容和特點

1 主要內容

柔性控制系統的要求一般分為兩大方面：機械、工藝。機械柔性是針對同一作業系統、工藝流程進行不同種類的產品保證，對應機械可進行零部件加工深度的修改，實現產品不同要求的滿足。在包裝狀況下，機械設備的自身性能需要更加全面，包裝機械可根據產品特點進行選擇，進而對功能差異較大的產品進行包裝，提供更加全面的選擇范圍。如德國包裝機械的發展較為良好，其機械創新設計、模塊設計較為豐富，可基于產品特點、功能等進行模塊選擇。為此，對應設備的模塊需要進行精細化劃分，便于產品商家及時進行模塊選擇與更換等，該設計方法充分降低了包裝機械不斷升級的要求，屬于半智能化設計方法，發展更新要求較低，可借助模塊化設計實現機械柔性的基本要求。[2]

另一方面，工藝柔性控制對設備的要求較為不同，該控制特點：生產流程不同、材料變化不同。工藝柔性對整體設備的要求相對更高，工藝柔性不僅需要對應設備的硬件設施、性能參數可進行調整，還需要充分考慮原生產線的優化，保證對應工藝產品的要求滿足實際所需。

2 特點分析

第一，系統自動化。包裝機械中，機電一體化技術的應用較為全面，需要將包裝機的各個重要參數進行前期錄入，根據作業流程自動跟蹤。但是其中某一個或幾個參數發生變化，其對應變化將會反饋到控制平臺，經控制總平臺的參數識別、判斷、修正等行為后，對應包裝機將會達到最佳工作狀態，該系統的整體控制能力相對較高，自動化程度高達80%，適應范圍一般超過70%。

第二，快速成形技術分析。包裝機械中，可根據零件特點對產品進行建模，根據工藝參數、施工特點進行三維模型的優化，然后需要充分保證該模型滿足對應規則要求，保證模型為離散、有序的單元，需要加強各個層片中輪廓信息的要求，及時進行登錄參數、加工參數的設計，生成控制代碼，最終借助成形設備實現連接操作，得到對應三維模型實體結構，進而實現將結構復雜的產品從三維簡化為二維結構，便于后期加工操作，提高整體的便利度、作業效率。

第三，激光切割技術。經濟快速發展帶動了產品不斷升級，現階段，產品包裝與產品性能一樣重要，是社會大眾的主要考慮因素，為此，提高包裝的合理性和精致效果是主要關注問題。當下高檔產品的包裝中，可能會涉及較為貴重的材料，如水晶、貴金屬等，對包裝工藝而言，難度不斷快速增加。傳統生產作業環節中，一般采取人工控制的處理模式，增加了產品耗費量，整體作業效率較低，而借助激光操作可充分實現提高生產效率的要求。柔性控制技術在包裝行業的應用中，借助計算機可實現精細化、激光操作控制的要求，提高了包裝的精細度、合理性，同時具有產量高的優勢，避免工件的浪費、材料的耗損等狀況，整體控制流程更加滿足當下綠色環保的要求，同時整體包裝性能更為優良。【3】

第四，包裝機械的可靠度。傳統包裝過程屬于一個獨立的行為，生產控制對象僅是輸入參數，未進行后期生產的反饋、負反饋等處理，導致機械故障狀況下，必須即刻停運進行人工檢修操作，耗時長、精度差、錯誤率高，即傳統包裝機械設備的不穩定性十分明顯，故障耽誤時間過長。在柔性控制系統引入后，可借助計算機進行生產、控制、檢修處理，引入對應狀態檢測系統，可進行故障診斷處理，該系統一般在核心工作位置進行應變片的粘貼如將機械信號進行點信號的轉換，經放大后借助相關檢測設備進行接收，提高整體設備運轉合理性的控制。在包裝機械生產環節中，狀態檢測、診斷檢測需要連續作業，對信號檢測、接收的穩定性具有積極影響，一旦故障發生，可及時進行警報，同時，該體系的檢測系統，可便于故障定位操作，便于后期維修、檢修等工作。

第五，簡化包裝流程。傳統包裝施工方法，主要借助人工進行管理，機械操作的難度較大、技術含量低，為此，上崗作業人員需要進行前期培訓，依靠老師進行工作流程的傳授。借助柔性控制技術，可提高設備與計算機之間的聯系，僅需要進行簡單的參數輸入，即可實現生產流程的控制，并在此基礎上降低了人為錯誤的發生幾率。對于包裝企業而言，該方法是節省人力資源、提高員工實踐能力的關鍵，為此，柔性控制技術是提高操作精度、可行性的關鍵方法。

第六，降低能耗。柔性控制技術在包裝機械中的應用是發展必然趨勢，其重要表現在于，可充分降低能耗問題，具體分析如下：首先，柔性控制狀況中，電機一般是變頻控制，而非傳統的異步電機，可根據生產負荷進行電機功率的調整，充分降低了低負荷狀況下的功耗問題；其次，智能化生產可提高產品的利用度，一定程度上實現了控制能耗的目的；最后，柔性控制技術中，包裝機械可根據產品特殊要求進行設計分析，整體工藝流程更加滿足產品要求。【4】該技術是時代發展的必然產物，對企業長期合理發展具有積極影響。

柔性控制系統的發展方向

1 根據市場需求進行設計

機械設計中，控制系統需要充分考慮傳動控制的特點，根據市場需求進行包裝設計、控制設計，提供市場狀況的合理分析，提高針對性設計在機械行業中的應用，根據客戶要求進行控制技術的分析。市場發展、技術進步是包裝機械長期合理化發展的基礎，結合客戶需求進行分析，同時還需要注意下述幾點要求：首先，提高保證機械的效率，企業是追求經濟利益的團體，提高作業效率是提高其經濟價值的基礎；其次，滿足客戶對包裝、生產的一體化要求，根據生產商具體要求，進行生產作業方法的改善，及時進行客戶調查、反饋對應要求信息。【5】上述兩點要求是柔性控制的體現，屬于重點考慮方面，根據市場變化及時進行控制系統的調整，協調各個元器件之間的關系，提高整體作業效率，便于功能模塊的具體要求充分實現。

2 降低污染負面作用

包裝機械還需要考慮包裝機械的發展方向，當代社會更加看重企業在節能減排方面的發展，因此如何提高包裝機械的效率、降低污染排放、控制設備噪聲則成了企業著重看考慮的方面之一。包裝生產環節屬于自動化技術，為此，提高高新技術的應用，盡量營造更加理想的作業環境，是實現機械行業長期合理發展的關鍵。

3 增加自動識別功能的研發

包裝機械中，需要充分考慮自動識別功能的開發，系統將會根據材料特點、相關信息及時進行自動識別功效的落實，可提高包裝施工的精度，借助傳感器、邏輯控制等提高識別精度，如PLC控制系統，可提高包裝機械在識別方面的基本要求，借助自動識別功能的融入，可保證整體作業流程屬于獨立的行為個體，便于生產要求的充分發揮。

4 提高作業效率

在包裝行業的工藝流程中，需要加強各個工序的有效控制，提高生產合理性，便于后期效率提升的目標充分實現，同時保證交貨期不會拖延，對降低產品包裝成本，提高機械行業合理性而言具有積極影響。

結語

時代進步帶動產品包裝行業快速發展，為了保證包裝設備的發展滿足市場需求，需要充分考慮設備的柔性控制技術。國內包裝機械的自動化水平一般，需要借鑒先進國家的核心技術進行優化，提高智能化、自動化概念的融入，保證機電一體化發展的充分實現，帶動整體作業生產朝著更加合理、穩定的方向進步，對企業工藝流程優化、經濟效益提升、作業流程的調整等均具有積極影響，對國內包裝機械產業的調整而言是必然趨勢。