全自動平面口罩機質量狀況分析

盧文東 曾愛平 李志宏

摘要：佩戴口罩是目前人民群眾預防新型冠狀病毒的主要途徑之一，口罩生產設備的質量直接關系到口罩的產能、質量和生產安全。介紹了新冠疫情以來口罩機行業的現狀，并結合全自動平面口罩機的結構特點，對其使用性能和機械安全的質量狀況進行分析;指出在使用性能方面，主要存在口罩片滾切不齊、多切、少切、斜切、鼓形切邊、波浪切邊及耳帶錯焊、漏焊、耳帶糾纏等問題;在機械安全方面主要存在不符合機械安全通用標準的情況;同時分析了造成這些問題的主要原因并提出了改進建議。為口罩機行業的生產提供借鑒和參考，以提高這類設備的整體質量水平。

關鍵詞：口罩機;使用性能;機械安全;質量問題

中圖分類號：TS103. 7文獻標志碼：A文章編號：1009-9492（2021）12-0294-04

Quality Analysis of Automatic Flat Mask Machine

Lu Wendong ，Zeng Aiping ，Li Zhihong

（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision， Foshan， Guangdong 528300， China）

Abstract： Wearing masks is one of the main ways for the masses to prevent New Coronavirus. The quality of the mask production equipment was related to the productivity， quality and safety of the mask. The present situation of the mask machine industry in COVID-19 was introduced comprehensively， and the quality of its performance and mechanical safety was analyzed according to the structural characteristics of the automatic flat mask machine. It was pointed out that in terms of service performance， there were mainly some problems， such as uneven rolling cutting， more cutting， less cutting， oblique cutting， drum cutting， wave cutting， wrong welding， missing welding and entanglement of ear belt. In terms of mechanical safety， there were mainly cases that did not meet the general standards of mechanical safety. At the same time， the main causes of these problems were analyzed and improvement suggestions were put forward. It provides reference for the production of mask machine industry， so as to improve the overall quality level of this kind of equipment.

Key words： mask machine; service performance; mechanical safety; quality problem

0 引言

2020年新冠肺炎疫情發生以來，因佩戴口罩能有效阻斷病毒通過飛沫等途徑傳播，導致口罩供不應求，市場急需口罩生產設備，出現因口罩緊缺引發口罩機械需求劇增而導致設備質量良莠不齊的局面[1-3]。口罩機在今年新冠肺炎疫情爆發之前屬于機械產品中的小眾專用設備，全國的生產企業較少，不超過100家，老牌的口罩機生產企業主要集中在廣東省東莞市。疫情爆發后，因口罩需求量劇增，致使口罩機供不應求，口罩機產業被推上了風口浪尖，國內大量機械企業盲目上馬生產半自動口罩機和全自動口罩機，導致產品質量參差不齊，又因該設備目前暫無國家或行業產品標準，行業亂象逐漸呈現，給產品的監管帶來了較大的困難，有關口罩設備的質量糾紛也頻繁發生，造成了不良的社會影響。

目前國外已基本不生產口罩設備，行業上針對口罩機設備的使用性能和機械安全的研究相對較少，由于倉促上馬，國內很多企業口罩機的性能、工藝和安全要求缺乏深入的了解。本文全面介紹了國內口罩機設備的行業現狀，結合全自動平面口罩機的結構特點，指出設備存在的使用性能問題和機械安全問題，并分析了造成這些問題的原因，同時提出了一些改進建議，為口罩機行業的生產和發展提供有益的借鑒和參考。準確掌握該類設備的質量現狀，明確口罩機設備的發展方向和技術路線圖，便于進一步發展和鞏固我國口罩機設備的優勢地位，強化我國口罩機制造基地的地位，實現國產口罩機產品質量整體提升，推動產業轉型升級，為產品質量提升向行業提供全面的指導。

1 全自動平面口罩機設備行業現狀

新冠肺炎疫情發生以來，通過深入地調研，發現口罩機設備行業現狀主要體現在如下幾個方面。

（1） 口罩機工作精度差，穩定性問題突出

口罩機企業，尤其是疫情期間轉產生產的口罩機，生產的口罩耳帶長短不一、耳帶焊接點偏離，部分設備工作不到2 h就要停機檢修，嚴重地影響了口罩企業的生產安排。

（2） 口罩機產能虛標

實際產能遠低于宣稱產能，造成口罩生產企業對生產能力的誤判，或導致交貨延期。

（3） 超聲波焊接機、氣缸等重要部件質量良莠不齊

疫情發生后，市場對口罩機的需求日益加大，超聲波機、氣動元件是口罩機上的重要零部件，市場一度出現供不應求的情況，受需求市場的驅使，很多新辦企業開始倉促生產這些零部件，導致質量無法把控，零部件質量問題嚴重影響了口罩機的質量和生產效率。

（4） 口罩機設備調試人員緊缺，調試問題頻發

口罩機設備的大部分企業是轉產企業，專業的調機人員少之又少，所以只能摸著石頭過河，自己摸索調試經驗，設備調試時間需幾個小時到幾天不等。而下游的口罩企業大多也是新辦企業，對操作設備缺少經驗，在生產過程中更換不同的鼻梁條、無紡布后需重新調整設備時，一旦調整不了就會覺得設備有問題，而口罩機設備生產方由于生產緊張也沒辦法派出專業人員去客戶現場調試，造成設備使用方和生產方在設備調試的問題上產生了不少爭執糾紛。

（5）口罩機生產企業履約能力欠缺

設備調試不到位，更有企業設備出廠不包調試，口罩生產企業收到設備后還需要調試多日，或另請人員調試并支付昂貴費用。有的口罩企業調試不了，只好另外再購買單機，通過“人海”戰術解決自動生產問題，這額外增加了口罩生產的人力成本。

2 全自動平面口罩機實物質量分析

口罩機是將多層無紡布通過熱壓、折疊成型，超聲波焊接，廢料切除，耳帶鼻梁條焊接等工序制造出具有一定過濾性能的各種口罩，口罩設備不是單臺的機器，它需要多臺機器的配合完成各種不同的工序。市場較流行的口罩設備包括杯型口罩機、無紡布平面口罩機、折疊型口罩機、鴨嘴型口罩機、立體防塵口罩機等。全自動平面口罩機主要由布料送料機構、鼻梁條送料機構、平面口罩成型機構、耳帶焊接機構、輸送機構、電氣控制系統等部分組成，用于對平面口罩進行成型、耳帶焊接等加工。設備外形圖如圖1所示，加工工序如圖2所示。

2. 1 全自動平面口罩機設備使用性能分析

2. 1. 1 設備主要存在的問題

全自動平面口罩機主要由口罩成型部分和耳帶焊接部分組成，在調研中發現，設備在生產過程中，口罩成型部分主要存在口罩片滾切不齊、多切、少切、斜切、鼓形切邊、波浪切邊等問題，同時偏移量大小隨機出現，無法通過調節設備達到穩定生產，耳帶焊接部分主要存在錯焊、漏焊、耳帶糾纏等問題。

2. 1. 2 問題原因分析和改進建議

通過勘查設備的成型機構（圖3）發現，設備的滾切位置調節裝置通過單邊螺紋調節輥輪上下運動來實現滾切位置的調整，調節完成后僅通過調節螺桿上的螺紋自鎖來完成鎖定，且為單邊螺桿，由于生產過程中存在焊接與切割振動，以及布料在生產過程中存在張力的變化，設備結構又無法克服生產過程中振動以及布料張力的變化，使得布料在設備內部的張緊力無法保持穩定，存在松動，導致產品在焊接或切割時偏移，從而導致滾切偏移。同時，焊接輥、傳動輥、剪切輥的位置鎖緊裝置僅有單螺母，這些鎖緊裝置因鎖定不夠容易出現松動，不利于設備的穩定生產[4-6]。建議在設備中增加布料張力控制裝置和自動糾偏裝置來克服以上現象。

通過勘查設備的耳帶焊接機構（圖4）發現，耳帶焊接加工時，輸送帶上的料槽把待加工口罩移送至規定位置，因耳帶焊接機構是固定在機身上的，焊接機構與口罩相對位置的準確性就顯得特別重要，若口罩沒有被送至正確的位置（如偏斜、離開料槽、鼓起），就會出現錯焊、漏焊等現象。口罩的運動為間歇移動，速度越大，移動的加速度就越大，而口罩屬于軟體材質，重量輕，這就要求口罩移動時必須保持適當的固定，否則就可能會發生口罩偏斜、錯位現象。現場勘查發現，輸送帶料槽兩側上方雖然分別裝設了壓條，但與口罩間無法保持穩定接觸，導致口罩不能平穩輸送到焊接工位。當生產速度較快時，增加了錯焊、漏焊的發生率[7-9]。建議在設備的送料機構中增加壓料裝置，防止口罩在輸送中出現偏移。

2. 2 全自動平面口罩機設備機械安全質量分析

2. 2. 1 設備主要存在的問題

因口罩機設備目前暫無國家或行業產品標準，參照機械安全通用標準 GB/T 5226. 1-2019《機械電氣安全機械電氣設備第1部分：通用技術條件》、 GB/T 23821-2009《機械安全防止上下肢觸及危險區的安全距離》對全自動平面口罩機進行安全質量分析，發現主要存在6類項目不符合標準的情況，涉及電擊防護、等電位聯結、操作板和引入電源線端接法和切斷開關、操作板和安裝在機械上的控制器件、控制電路和控制功能、上下肢觸及危險區安全距離[10-12]。

“電擊防護”項目不符合標準主要體現在電箱門可輕易打開且不斷電、沒有將電機、風扇、變壓器、控制面板等外露導電部件接到保護聯結電路上，容易導致操作者出現直接觸電危險和或間接觸電危險，直接觸電危險是指工作人員身體的任何部位直接接觸設備的帶電部位而導致電擊;間接觸電危險是指設備出現故障（如絕緣失效導致外殼帶電）時工作人員身體的任何部位接觸設備金屬外殼而導致電擊。

“等電位聯結”項目不符合標準主要體現在：多根保護導線共用一個端子;保護導線沒有用端子連接;黃綠色專用保護導線作他用等，這會降低設備接地的可靠性，導致在設備漏電時不能有效保護操作者。

“引入電源線端接法和切斷開關”項目不符合標準主要體現在：靜電消除裝置、超聲波裝置采用單獨電源供電;電源切斷開關設在電箱內，不易接近等，這容易導致在需切斷電源時，操作者無法及時切斷設備電源，引起危險。

“操作板和安裝在機械上的控制器件”項目不符合標準主要體現在操作位置沒有設置急停器件，當機器出現故障或緊急狀況時，操作人員無法迅速有效地切斷危險動作的能量源，可能會導致設備損壞或人員傷亡。

“控制電路和控制功能”項目不符合標準主要體現在控制電源與交流電源沒有使用變壓器隔離，控制電路要求使用低壓電路，若沒有變壓器將交流電源降壓至安全電壓，當操作器件漏電時，會存在觸電風險。

“下肢觸及危險及危險區安全距離”項目不符合標準主要體現在運動部件未設置防護裝置，操作者的上下肢容易觸及運動部件，造成機械傷害。

2. 2. 2 問題原因分析及改進建議

目前口罩機大多是機械企業從不同渠道獲取口罩機圖紙后轉產生產的，企業有一定的機械加工、裝配基礎，因圖紙原理類似，使得不同企業生產的口罩機，其整體外觀功能比較統一，但屬于圖紙外的一些技術（如電箱配線技術），則企業各自按自有的技術和模式來生產，導致機械內部的質量水平參差不齊，其主要原因如下。

（1） 企業對標準不熟悉或缺乏正確的理解，不了解標準的詳細要求，沒有嚴格按標準要求進行設計和生產。

（2） 企業通常自身缺少檢驗設備及檢測能力，對最終產品缺少有效的質量控制機制。

（3） 企業安全意識薄弱，為節省成本，減少安全方面的投入，導致設備安全防護不足、不全。

（4） 企業電氣安裝工人流動性大，人員素質參差不齊，在電氣接線時往往僅注重功能要求而忽視電氣安全，比如把只能用作保護接地的黃綠雙色線安裝在相線、控制線位置上，多根保護導線共用一個端子等。

建議按照機械通用安全標準在口罩機設備上規范設置開門斷電裝置、接地裝置、急停裝置和運動部件防護裝置等機械和電氣安全措施。

3 全自動平面口罩機的發展趨勢

新冠疫情爆發后，國內口罩和口罩設備生產產能急速提升，但是口罩和口罩機設備都面臨產能過剩的風險，高端產品仍相對緊缺[13]。未來的口罩機將向高速化、智能化發展，設備可實現放料、生產、包裝一體化，生產過程更加穩定連貫、同時可對口罩的生產質量進行實時監控，及時發現并剔除這些不合格產品，生產過程清潔消毒保持干凈衛生，以滿足市場高質量需求。

3. 1 高速化

高速口罩機主要由口罩主體材料復合裝置、鼻梁線施加裝置、耳帶施加裝置、成品口罩理片輸送裝置等等部分組成，第一道工序就是將外層無紡布、中間熔噴布（過濾層）、內層無紡布復合為一體形成口罩主體材料，然后就需要將鼻梁線施加到口罩主體的指定位置上，然后需要將彈性耳帶和彈性耳帶施加到口罩主體的指定位置上，最后分切成單個的成品口罩。這種口罩機結構緊湊，性能穩定，自動化程度高，整機操作采用 PLC 自動控制，實現基材恒張力自動開卷，恒張力不間斷換接料，自動剔廢，自動糾偏，自動計數，自動切換取料通道等功能，生產速度可以達到1000片/min。

3. 2 智能化

柔性 AI 視覺全自動口罩機由機架、AI 系統、牽引機構、模切機構、視覺檢測機構、翻邊機構、焊接機構、整合機構、成型機構、上料機構組成，可通過設置視覺檢測機構，自動檢測口罩質量，可在生產中省略人工質檢環節，同時提升產品質量，降低用工成本。

該口罩自動化生產一體機利用計算機視覺（ AI 人工智能）進行鑒別和操控，在 AI 系統的支持下，柔性 AI 視覺全自動口罩機可實現自動生產一體化，口罩的生產效率和產能因此顯著提升，具體生產可做到集“過程質量檢測、機器人管理（引導、定位、識別、信息采集）、自動化生產”于一體，輔以視覺檢測設備，可更好地保證口罩生產質量，單機產量達120片/min ，在24 h 不間斷生產情況下，單機口罩日產量超過13萬片[14]。

4 結束語

本文全面介紹了新冠疫情以來口罩機行業的現狀，并結合全自動平面口罩機設備的結構特點，對其使用性能和機械安全的質量狀況進行分析，并提出一些改進建議，總結如下。

（1） 使用性能方面，全自動平面口罩機口罩成型部分主要存在口罩片滾切不齊、多切、少切、斜切、鼓形切邊、波浪切邊等問題，同時偏移量大小隨機出現，無法通過調節設備達到穩定生產，耳帶焊接部分主要存在錯焊、漏焊、耳帶糾纏等問題。其主要原因：滾切位置不齊是設備設計生產時沒有整體考慮設備運行過程中布料張力變化問題，以及調節裝置在運轉過程中的不穩定，無法保證布料的始終張緊造成的;耳帶錯焊、漏焊、耳帶糾纏是口罩在料槽中的位置發生偏移造成的。建議在設備中增加布料張力控制裝置和自動糾偏裝置，同時在送料機構中增加壓料裝置來克服上述現象。

（2） 機械安全質量方面，全自動平面口罩機主要存在6類項目不符合機械安全通用標準的情況，涉及電擊防護、等電位聯結、操作板和引入電源線端接法和切斷開關、操作板和安裝在機械上的控制器件、控制電路和控制功能、上下肢觸及危險區安全距離。其主要原因是機械設備生產企業對機械通用安全標準不熟悉和缺乏正確的理解及安全意識比較薄弱等原因造成的，建議按照機械通用安全標準在口罩機設備上規范設置開門斷電裝置、接地裝置、急停裝置和運動部件防護裝置等機械和電氣安全措施。

口罩的生產經歷了人工手動縫制到分散加工，再到全自動化生產線的過程，口罩機的結構也向著簡單化、智能化、高產能的方向發展。建議生產企業把重點放在新一代的高速化、智能化口罩機的研制和生產上，這種設備使用伺服控制、自動糾偏、張力控制、柔性 AI 視覺等先進技術，自動化程度高、安全性好、使用性能更穩定。

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第一作者簡介：盧文東（1969-），廣東興寧人，大學本科，工程師，研究領域為機械產品檢測。

（編輯：刁少華）