包装自动生产线

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什么是包装自动生产线[1]

  包装自动生产线又称自动包装线,即按包装工艺过程,将自动包装机和有关辅助设备用输送装置连接起来,再配以必要的自动检测、控制、调整补偿装置及自动供送料装置,成为具有自动控制能力,同时能使被包装物品与包装材料、包装辅助材料、包装容器等按预定的包装要求、工艺要求和工序,完成商品包装全过程的工作系统。

包装自动生产线的分类[1]

  包装自动生产线一般可按下列方式进行分类。

  (1)按各包装机间的连接特征分类。

  刚性自动包装线。各包装机间用输送装置直接连接起来,以一定的生产节拍运行。若某一台设备发生故障停车,将引起全线停车。

  柔性自动包装线。这种自动线在各包装机间均增设储料器,由储料器对后续包装机供料,若某台机器发生故障,并不影响其他机器的工作,因此生产率较高,但投资较大。半柔性自动包装线。这种自动线把全线分成若干段,对故障少者不设储料器,使之具有“刚性”;对故障多者设置储料器,使之具有“柔性”。既保证了高生产率,投资又不过大。

  (2)按组合布局分类。

  串联自动包装线。各包装机按工艺流程单台顺序连结。各单机生产节拍相同。

  并联自动包装线。为了平衡生产节拍,提高生产能力,将相同包装机分成数组,共同完成同一包装操作。这样的自动线称并联自动包装线。这类线中需设置一些换向或合流装置。

  混联自动包装线。它是在一条包装线中间时采用串联和并联两种形式。其目的是平衡各包装机的生产节拍。该线一般较长,机器数量较多,故输送、换向、分流、合流装置种类多且复杂。

包装自动生产线的组成[1]

  自动包装线的类型很多,所包装的产品不一,但总的来讲,它主要由自动包装机、输送装置、辅助工艺装置、控制系统等组成。

  1.自动包装机

  自动包装机是一种无需操作人员直接参与,各机构能自动实现协调动作,在规定的时间内完成包装操作的机器。它是包装自动生产线中的主要工艺设备,是自动线的主体。其动作主要包括包装材料(或包装容器)与被包装物料的输送与供料、定量、充填、包封、贴标等。如各种灌装机、充填机、装盒机、装箱机、捆扎机等。

  2.输送装置

  输送装置是将各台自动包装机连结起来,使之成为一条自动线的重要装置。它不仅担负包装工序问的传送作用,而且使包装材料(或包装容器)、被包装物品进入自动线,以及成品离开自动线。自动线上常用的输送装置大体分为重力式、动力式以及其他装置三类。

  重力输送装置。它是利用物品的重力克服输送过程的摩擦力完成输送,故不需要动力,其结构较简单。但这类装置只能由高处向低处输送,且输送时间难于精确保证。常见的重力输送装置有辅送槽、滚道和滑轮输送道等。

  动力输送装置。它是利用动力源(一般是电动机)的驱动使物品得以输送,是包装线中最常用的输送装置。它不但可实现由高处向低处的输送,也可实现由低处向高处的输送,且输送速度稳定可靠。常用的动力输送装置有带式输送机、动力滚道、链式输送机和链板式输送机等。

  其他输送装置。为适应不同物品材料的特性,还有一些特殊输送装置。如对钢铁材料物品,可采用磁性输送装置;对一些质量较小的圆形或薄形物品,则可采用摩擦带输送装置等。

  3.控制系统

  在包装自动线中,控制系统起着类似人类神经系统的作用,它将自动线中所有的设备连结成一个有机的整体。它主要包括工作循环控制装置、讯号处理装置及检测装置。随着科学的进步,各种新技术如光电控制、数控技术、电脑控制等在自动线中大量被采用,使其控制系统更趋完善、更加可靠、效率更高。

  4.辅助工艺装置

  在包装自动线中,为满足工艺上的要求,使自动线能协调地工作,尚需配置一些辅助工艺装置,如转向装置、分流装置、合流装置等。

  转向装置。它是为了改变被包装物品的输送方向或改变其输送状态。其结构形式很多,在选择中应根据不同物品、不同形状采用。

  分流装置。为了平衡生产节拍,提高生产率,在前台包装机完成加工后,需将其分流给几台包装机来完成后续工序,这是由分流装置完成的。常用的分流装置有挡臂式、直角式、活门式、转向滚轮式、摇摆式、导轨滑板式等。

  合流装置。若要连结前道工序多台包装机与后道工序一台包装机,必须设置合流装置。常用的合流装置有推板式、导板式、回转圆盘式等。

包装自动生产线的特点[1]

  计算机行业、自动化机械及智能控制等技术的发展,促进了包装自动生产线的发展,包装自动生产线也体现出了在包装领域的优势。

  1.包装自动化

  自动化程度是衡量包装机械技术水平的重要标志,其内容包括工艺过程、工艺参数、物料流动、产品质量、安全运行等的自动控制和包装过程的自动监测。在整个包装过程中都采用自动化设备,如包装材料或包装容器的自动整理、输入以及产品的输出,单机及机组和生产线的自动协调工作和故障的自动处理等。

  2.设备成套性

  包装自动生产线多为连续作业的多机联动线和机组,成套性强。它通常是把具有不同功能的设备配套成组,将现代化生产中制袋、充袋、封口、称量、码垛、运输、清洗、计量、贴标、打印、检测及传输运送等功能结合起来组成成套作业。

  3.通用性强

  包装设备的通用化系列化,包装线及装备的构成模块化,更有利于实现包装的自动化。用户在物料的特性、称量精度以及裹包、封口等方面可能会有不同的要求,但很多动作是相同或相似的,只是尺寸不一样而已。如粮食类谷物自动包装生产线与化肥等颗粒自动包装生产线就有相似之处。因此,包装生产线通用化,可提高包装生产线的利用价值,包装工业发达的国家,包装机械的通用化程度已达到70%~90%。

  4.科技含量高

  微电技术、传感技术计算机技术的应用,提高了包装自动生产线的工作质量、精度、速度和可靠性,促进了包装生产线向智能化、高度自动化发展,如计算机控制技术的应用实现了物品定量包装的精确计量、高速填充、包装过程的自动控制,可编程控制器应用于灌装机,机电仪综合技术运用在包装生产线的码垛系统等管理控制一体化。

典型的包装自动生产线[1]

  1.纸箱自动包装线

  纸箱自动包装线(图1-1)是新一代的自动包装线,具有生产速度高、包装质量好、兼容性好、性能稳定等优点,是一种机电、仪器、机器人一体化的高科技产品,可将包装过程中的空纸箱配送、纸箱成形、物品列整输送、机械手装箱、自动折盖上下封箱、工字角边封箱、批号打印、纸箱捆扎、直角转向、输送、机器人码垛、空托盘配送、实托盘输送、实托盘顶捆、实托盘水平捆扎、托盘缠绕、实托盘输出等作业全部实现自动化。另外也可按客户需求进行各种配置。

Image:纸箱自动包装线.jpg

              图1-1 纸箱自动包装线

  该自动包装线适合于各种规格物品的纸箱包装。

  2.纸膜工业品包装生产线

  纸浆模塑制品的应用范围很广,从原料来源分为两大类:一类是一年生成的草本植物原浆,用于加工一次性餐饮具等食品包装;另一类为回收废纸浆料,用于加工工业磊包装,如机电产品内包装及缓冲物、医疗用品、农业育苗移植用具、蛋托、果托、工艺品包装、玻璃器皿包装等。上述纸浆模塑制品使用后仍可作废纸回收利用。我国《固体废物污染环境防治法》对环保产品提出了严格要求,要求资源使用减量化,资源可重复使用,我国废纸循环使用的次数已达21次。纸浆模塑制品完全能达到这个要求,是典型的环保产品。

  纸模工业品包装生产线的工艺流程:制浆—成型—烘干—整形—包装,如图2-1所示。生产线主要设备包括碎浆机、搅拌器、磨浆机、浆泵、成型机、烘干机、整形机及配套磨具等。

Image:纸模工业包装生产线工艺流程图.jpg

  图2-1 纸模工业包装生产线工艺流程图

  包装是使产品进入商品流通的必要条件,而实现包装的主要手段是使用包装机械设备。随着科技的发展,包装设备在包装领域发挥越来越大的作用,包装设备向着单机多功能化和自动智能化方向发展。同时,包装自动生产线的应用可以大大提高劳动生产率,提高包装产品质量,改善劳动条件,降低包装成本等。包装自动生产线已成为包装工业发展的重要方向。

包装自动生产线的生产率[2]

  1.挠性生产线的生产率   

Q=

1
Tk+Tf+\sum T_n

  式中,Q为生产率;Tk为基本包装工艺时间;Tf为辅助时间;\sum T_n为循环外损失时间之和。

  2.刚性生产线的生产率

  刚性生产线中各台设备按同一节拍工作,忽略设备间的不协调因素,可认为刚性生产线的理论生产能力取决于最后一台设备的工作循环周期和持续工作时间。

Q=

1
Tk+Tf+q·Tn

  式中,q为生产线中包装机械的台数。

  3.连续式包装机组成的自动生产线的生产率

Q=

1
1/(i·n)+q·Tn

  式中,i为转盘式包装机的头数;n为转盘的转速。

影响包装自动生产线生产率的因素[2]

  ①对于刚性顺序组合包装自动生产线的实际生产率,随着包装机台数的增加,生产率相应提高,但不是简单的正比关系。当台数增加到一定数量后,再增加包装机台数,生产率反而下降。主要因为循环外时间损失成为影响生产率的主要因素。

  ②对于挠性包装自动生产线,随着包装机台数的增加,生产率初始提高得很快,随后变得缓慢,直至稳定。在循环外时间损失相同的条件下,挠性包装自动生产线的生产率总高于刚性生产线。

  ③对于半挠性生产线其分段数对生产率也有影响。包装生产线分段时应有利于减小循环外时间损失,提高生产率。

提高包装自动生产线生产率的途径[2]

  为提高生产线的生产率,必须认真分析影响生产率的主要因素,从而采取相应的措施,以提高生产线的生产率。

  ①减小TkTf\sum T_n可以提高生产率。为此,设计时应尽量使空程辅助时间砰与基本工艺时间瓦重合,各种空程时间互相重合或部分重合。

  ②增加包装机的台数可提高包装机的工艺速度,缩小基本工艺时间死,从而提高生产率。但随着台数的增加,出现故障的几率增大,时间损失增大,生产率反会降低。因此,应综合考虑。

  ③采用先进设备,提高设备本身的可靠性,减少调整、维修时间。

  ④采用连续性包装机,尽可能减少或消除辅助操作时间。

  ⑤将工艺时间较长的包装工序用若干台包装机并联完成,或者分散在若干个工位上联合完成。

  ⑥定期对设备进行检修和保养,可减少设备的事故次数。

  ⑦设置必要的自动检测系统。实行自动诊断、自动排除、自动报警和自动保护等,减少因事故造成的停机损失。

  ⑧提高生产和组织者的操作、管理水平,尽量消除人为因素造成的影响和损失。

包装自动生产线的技术经济指标[3]

  在包装生产过程中,运行指标集中反映了包装生产线在运行过程中的技术状态、运行效率和经济效果,是包装生产线技术管理和经济核算的重要依据,同时也是包装生产过程控制管理和运行评价的重要依据。

  包装生产线的运行状况,主要通过运行过程的技术经济指标的考核来反映。包装生产线运行的技术经济指标主要包括:生产能力、生产效率、物料损耗、产品质量、包装材料损耗、动力能源消耗、劳动生产率等。这些技术经济指标与包装生产线中机器设备质量、性能密切关联,也和产品的包装材料、容器质量、工艺参数的选择及操作管理水平有关。

  (一)生产能力

  生产能力是指包装线或机器设备在单位时问内完成包装的产品数量。生产能力通常分为以下几种。

  (1)设计能力。它是设计计算出的理论能力,应在公称能力和极限能力之间。它通常是包装生产线能力配置的依据。

  (2)公称能力(额定能力)。即铭牌能力,是包装生产线通常可达到的能力

  (3)极限能力。比公称能力大约10%~20%。

  (4)有效能力。它是包装生产线在总工作时间内,平均每小时完成的包装数量。   

有效能力

成品数量
包装线总工作时间

  (二)生产效率

  生产效率是包装生产线运行状态的综合评价指标,它集中反映了包装生产线设备性能、可靠程度及包装过程的操作管理等方面因素的影响。此值反映了生产线中其他机组对核心自动包装机及整条包装生产能力的干扰程度,是衡量各机组故障的标准

  (三)物料损耗

  物料损耗是评价包装生产线质量和运行效果的重要技术经济指标之一,也是包装生产线的运行过程、操作管理及经济核算的主要指标之一。在包装过程中由于包装材料、包装容器及包装工艺、设备机械因素等方面的原因,物料在包装过程中可能造成一定的损失,由于物料损失造成产品和生产的直接浪费,直接影响产品的生产及企业经济效益。因此,在包装过程中应尽最大可能降低物料的损失。

  (四)包装材料、包装容器损失

  包装材料、容器损失的原因主要有包装材料、容器的质量和规格不符合要求,包装作业的操作、管理、设备机械因素等亦是主要原因之一。

  (五)正品率

  质量是产品的生命,包装质量指标是评价包装工艺、包装设备及操作管理的重要依据。产品的包装质量主要包括两个方面:一是包装的外观质量。产品包装的主要目的是装饰、保护产品,一般要求包装外观规则、表面齐整、封闭性好。影响包装外观质量的因素除材料(容器)本身的质量及规格外,主要是包装设备性能和机械因素影响。二是包装的内部质量。有些产品在包装过程中由于工艺要求,需对物品进行必要的处理和整理。再者,包装过程本身亦可能对物品质量产生一定影响,另外,由于包装材料(容器)的质量和卫生条件等因素都可能对被包装物品的质量产生影响。产品的质量情况可用正品率(合格品率)表示。

  (六)动力、能源消耗

  动力、能源主要指在包装生产过程中包装线的水、电、汽的耗用量。它综合反映出包装生产线设备的能源效率,从某种程度上来说,也是设备先进性的评价依据之一。一般常采用单位成品的动力、能源的消耗或用单位能源的产量(或产值)计算表示,后者称为能源利用率。

  (七)劳动生产率

  劳动生产率是指人们在包装生产中的劳动效率,是劳动者消耗一定的劳动时间完成一定数量合格产品的能力。它可以用人在单位时间内所完成的合格包装产品数量表示,亦可用完成单位产品包装所耗用的劳动时间表示。因此,劳动生产率的提高,就意味着在单位时间完成包装的产品数量增加或完成单位产品所消耗的劳动时间减少。劳动生产率一般用某范围人员在单位时间内所完成包装的合格产品数量表示。因此,计算劳动生产率涉及到三方面的问题:

  劳动时间:可按需要分别以年度、季度、月、天等单位表示。

  产品数量:可采用实物单位计量,或采用价值单位表示。

  人员范围:通常按生产工人或全体人员两种方式计算,劳动生产率可分为生产工人劳动生产率和全员劳动生产率两种。

  劳动生产率的影响因素是多方面的,主要归结为工人操作水平、设备能力及自动化程度、运行操作管理水平等。

参考文献

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 江春雨主编.第六章 包装设备 物流设施与设备.国防工业出版社,2008.6.
  2. 2.0 2.1 2.2 孙智慧,徐克非主编.第十四章 包装生产线 包装机械概论(第二版).印刷工业出版社,2007.6.
  3. 陈杰伦,陈纪锋,缪兴锋等编著.第七章 物流包装设备 物流设施与设备.华南理工大学出版社,2006.12.
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