飲料包裝行業(yè)對自動(dòng)化系統的需求
2014-12-09 11:47 來(lái)源：中國包裝機械網(wǎng) 責編：顧穎瑩
- 摘要：
- 據統計，中國飲料的年產(chǎn)量基本呈逐年增長(cháng)的趨勢，保持在兩位數的百分比增長(cháng)率，約10％——20％，平均每年的總產(chǎn)量已接近3000萬(wàn)噸，是食品工業(yè)中發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。隨著(zhù)行業(yè)競爭越來(lái)越激烈，產(chǎn)品逐漸細化和細分，飲料包裝行業(yè)對包裝設備提出了更高的要求。
【CPP114】訊：據統計，中國飲料的年產(chǎn)量基本呈逐年增長(cháng)的趨勢，保持在兩位數的百分比增長(cháng)率，約10％——20％，平均每年的總產(chǎn)量已接近3000萬(wàn)噸，是食品工業(yè)中發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。隨著(zhù)行業(yè)競爭越來(lái)越激烈，產(chǎn)品逐漸細化和細分，飲料包裝行業(yè)對包裝設備提出了更高的要求。
1.聯(lián)線(xiàn)生產(chǎn)的需求
聯(lián)線(xiàn)生產(chǎn)是將原來(lái)的各個(gè)分立的單元進(jìn)行組合為一個(gè)連續的生產(chǎn)過(guò)程，取消了物料在生產(chǎn)過(guò)程中的搬運、在線(xiàn)儲存等環(huán)節，降低在線(xiàn)物流和取消中間物流環(huán)節從而大大提高效率。
在2010年的Chinabrew上KRONES-這一全球最知名的灌裝線(xiàn)整體方案提供商展出了他們的一體化機器，將吹瓶、清洗、在線(xiàn)檢測、灌裝、壓蓋、貼標、熱膜包裝、堆垛、裝箱整個(gè)構成一條生產(chǎn)線(xiàn)，這樣，飲料制造商就可以在最為高速的情況下生產(chǎn)，因為取消了整個(gè)生產(chǎn)的中間環(huán)節的周轉時(shí)間，使得整廠(chǎng)效率大幅度提升。另外，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程在嚴格的管理系統監控之下，數據可以被集成在一個(gè)大的整廠(chǎng)架構下，以便能夠實(shí)現對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的品質(zhì)數據、能耗數據等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和進(jìn)行工藝改善和質(zhì)量追溯，這一切都能使得整個(gè)生產(chǎn)系統效率得到大幅度的提升。
而在瓦楞紙展上我們也看到國內的制造商開(kāi)發(fā)出從瓦楞紙板的開(kāi)槽印刷、模切、糊盒、碼垛一體化的機器，這些都將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程效率得到大幅度的提升，包括預印的柔版技術(shù)，也能將面紙與瓦楞線(xiàn)進(jìn)行集成，使得，瓦楞紙板直接就可以進(jìn)行裁切使用，而無(wú)需經(jīng)后道的印刷即可，不僅提高了效率，而且也提高了品質(zhì)，因為預印技術(shù)能夠更好的保持瓦楞面的強度。
聯(lián)線(xiàn)生產(chǎn)對于自動(dòng)化的要求在以下幾個(gè)方面：
1）.開(kāi)放而靈活的接口設計：一個(gè)開(kāi)放的系統才能連接到各個(gè)傳感器、儀器儀表、安全系統、這不僅包括了設備的之間的互聯(lián)，也包括了與上位的ERP/MES，CIMS等系統的互聯(lián)能力，包括開(kāi)放的接口如OPCServer，與數據庫的連接等。
2.）靈活的硬件設計-首先要有完整的產(chǎn)品線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足各種控制系統的產(chǎn)品，如B&R的GMC就包含了針對同步伺服、異步伺服、直流、步進(jìn)、液壓等的控制，同時(shí)也包含了機器人和CNC庫的支持能力。
2.更為柔性的生產(chǎn)：快速工藝切換
由于包裝對象的巨大變化能力，對于生產(chǎn)系統的柔性提出了巨大的挑戰，一方面，工藝要快速切換，另一方面，無(wú)需為一個(gè)新的生產(chǎn)設計新的機器，這就體現在生產(chǎn)系統的適應范圍上，而生產(chǎn)系統的柔性不僅體現在生產(chǎn)工廠(chǎng)的組織、流程的優(yōu)化，在執行面上，由自動(dòng)化系統提供的則是快速的工藝切換，以及帶來(lái)的生產(chǎn)范圍的擴展。在這個(gè)方面，運動(dòng)控制技術(shù)帶來(lái)的貢獻頗為巨大，運動(dòng)控制如何改變了生產(chǎn)系統的柔性呢?我們從幾個(gè)例子可以看到：
2.1裁切：最為常見(jiàn)的包裝動(dòng)作是熱封動(dòng)作，無(wú)論在臥式還是立式的食品包裝機械里都存在這個(gè)單元，而裁切動(dòng)作變化的是尺寸和壓力，而這些最容易在運動(dòng)控制上來(lái)實(shí)現，因為只需要一個(gè)裁切尺寸和壓力的扭矩輸出值的變化就可以實(shí)現這一點(diǎn)，而原有的系統則需要根據參數的變化進(jìn)行機械的調整。
2.2灌裝：系統可以根據瓶子的容量需求自動(dòng)調整灌裝過(guò)程，根據不同的飲料例如碳酸飲料、啤酒、水修改各閥的動(dòng)作邏輯，這些對于自動(dòng)化系統而言都是非常簡(jiǎn)便的。
對于控制技術(shù)而言，例如，B&R的運動(dòng)控制ACOPOS可實(shí)現電子凸輪的在線(xiàn)切換，可以“邊運動(dòng)，邊算”-它是依賴(lài)于實(shí)時(shí)通信技術(shù)來(lái)保證各個(gè)運動(dòng)軸之間的關(guān)系快速切換，實(shí)現在線(xiàn)的工藝切換能力。
3.安全技術(shù)
隨著(zhù)終端用戶(hù)以及政府對于人身安全的重視，系統的安全性必須得到重視，這是強制性的，尤其是中國的包裝機械制造商如果想要進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的話(huà)，這個(gè)是必須去考慮的。
遵循IEC61508定義了整個(gè)產(chǎn)品生命周期里的安全技術(shù)，從系統安全的識別、評估、系統設計、測試、運行、維護與拆除的整個(gè)過(guò)程都定義對應的方法與標準，包括EN62601，61784等定義了整個(gè)安全設計，以及EN61800-5-2定義的可調速系統的安全標準，即SafeMotion的SLS，SS1，SS2，SBC等的定義。
為此各自動(dòng)化廠(chǎng)商均推出了具有滿(mǎn)足SIL3和PLe等級的的SafeLOGIC，SafeMotion以及SafetyFieldbus技術(shù)，而值得一提的是B&R推出的openSAFETY技術(shù)，它可以運行在不同的現場(chǎng)總線(xiàn)和以太網(wǎng)技術(shù)之上，對于最終用戶(hù)和機械制造商而言均可使用，并且它是一項開(kāi)源技術(shù)（OpenSourceTechnology）
4.OMAC/PackML
OMAC組織由全球知名的包裝用戶(hù)如P&G，Netstle，CocaCola及知名的自動(dòng)化廠(chǎng)商RockwellAB，SIEMENS，B&R等共同組建的國際組織，一直致力于使得包裝機械具有一致的操作界面，并且具有程序上的公用性模塊化設計，使得終端生產(chǎn)者如P&G，CocaCola，Netstle等可以在安裝無(wú)論哪家廠(chǎng)商的機械系統和電氣系統時(shí)都可以自如操作，因為所有的操作界面被設計為統一的，任何人都可以快速的實(shí)現對機器的操作，而即使對于維護人員而言，軟件的模塊化和開(kāi)放性也使得他們能夠快速的進(jìn)行程序的修改以及為工藝調整而進(jìn)行的程序調整。
PackML定義了機器的不同狀態(tài)如Starting，Suspended，stopping，aborted等，機器的運行過(guò)程是在這些過(guò)程之間的切換和組合，無(wú)論機器的運行多么復雜，而展示給操作者的是簡(jiǎn)單的易于學(xué)習的畫(huà)面。
同時(shí)，OMAC也定義了機器系統的硬件設計的統一架構，包含了基于PC，PLC和驅動(dòng)器為控制中心的各種不同的系統設計。
統一而標準的操作，是包裝機械的未來(lái)發(fā)展需求，而大型的終端用戶(hù)的加入必然使得這一趨勢得到實(shí)現。
1.聯(lián)線(xiàn)生產(chǎn)的需求
聯(lián)線(xiàn)生產(chǎn)是將原來(lái)的各個(gè)分立的單元進(jìn)行組合為一個(gè)連續的生產(chǎn)過(guò)程，取消了物料在生產(chǎn)過(guò)程中的搬運、在線(xiàn)儲存等環(huán)節，降低在線(xiàn)物流和取消中間物流環(huán)節從而大大提高效率。
在2010年的Chinabrew上KRONES-這一全球最知名的灌裝線(xiàn)整體方案提供商展出了他們的一體化機器，將吹瓶、清洗、在線(xiàn)檢測、灌裝、壓蓋、貼標、熱膜包裝、堆垛、裝箱整個(gè)構成一條生產(chǎn)線(xiàn)，這樣，飲料制造商就可以在最為高速的情況下生產(chǎn)，因為取消了整個(gè)生產(chǎn)的中間環(huán)節的周轉時(shí)間，使得整廠(chǎng)效率大幅度提升。另外，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程在嚴格的管理系統監控之下，數據可以被集成在一個(gè)大的整廠(chǎng)架構下，以便能夠實(shí)現對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的品質(zhì)數據、能耗數據等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和進(jìn)行工藝改善和質(zhì)量追溯，這一切都能使得整個(gè)生產(chǎn)系統效率得到大幅度的提升。
而在瓦楞紙展上我們也看到國內的制造商開(kāi)發(fā)出從瓦楞紙板的開(kāi)槽印刷、模切、糊盒、碼垛一體化的機器，這些都將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程效率得到大幅度的提升，包括預印的柔版技術(shù)，也能將面紙與瓦楞線(xiàn)進(jìn)行集成，使得，瓦楞紙板直接就可以進(jìn)行裁切使用，而無(wú)需經(jīng)后道的印刷即可，不僅提高了效率，而且也提高了品質(zhì)，因為預印技術(shù)能夠更好的保持瓦楞面的強度。
聯(lián)線(xiàn)生產(chǎn)對于自動(dòng)化的要求在以下幾個(gè)方面：
1）.開(kāi)放而靈活的接口設計：一個(gè)開(kāi)放的系統才能連接到各個(gè)傳感器、儀器儀表、安全系統、這不僅包括了設備的之間的互聯(lián)，也包括了與上位的ERP/MES，CIMS等系統的互聯(lián)能力，包括開(kāi)放的接口如OPCServer，與數據庫的連接等。
2.）靈活的硬件設計-首先要有完整的產(chǎn)品線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足各種控制系統的產(chǎn)品，如B&R的GMC就包含了針對同步伺服、異步伺服、直流、步進(jìn)、液壓等的控制，同時(shí)也包含了機器人和CNC庫的支持能力。
2.更為柔性的生產(chǎn)：快速工藝切換
由于包裝對象的巨大變化能力，對于生產(chǎn)系統的柔性提出了巨大的挑戰，一方面，工藝要快速切換，另一方面，無(wú)需為一個(gè)新的生產(chǎn)設計新的機器，這就體現在生產(chǎn)系統的適應范圍上，而生產(chǎn)系統的柔性不僅體現在生產(chǎn)工廠(chǎng)的組織、流程的優(yōu)化，在執行面上，由自動(dòng)化系統提供的則是快速的工藝切換，以及帶來(lái)的生產(chǎn)范圍的擴展。在這個(gè)方面，運動(dòng)控制技術(shù)帶來(lái)的貢獻頗為巨大，運動(dòng)控制如何改變了生產(chǎn)系統的柔性呢?我們從幾個(gè)例子可以看到：
2.1裁切：最為常見(jiàn)的包裝動(dòng)作是熱封動(dòng)作，無(wú)論在臥式還是立式的食品包裝機械里都存在這個(gè)單元，而裁切動(dòng)作變化的是尺寸和壓力，而這些最容易在運動(dòng)控制上來(lái)實(shí)現，因為只需要一個(gè)裁切尺寸和壓力的扭矩輸出值的變化就可以實(shí)現這一點(diǎn)，而原有的系統則需要根據參數的變化進(jìn)行機械的調整。
2.2灌裝：系統可以根據瓶子的容量需求自動(dòng)調整灌裝過(guò)程，根據不同的飲料例如碳酸飲料、啤酒、水修改各閥的動(dòng)作邏輯，這些對于自動(dòng)化系統而言都是非常簡(jiǎn)便的。
對于控制技術(shù)而言，例如，B&R的運動(dòng)控制ACOPOS可實(shí)現電子凸輪的在線(xiàn)切換，可以“邊運動(dòng)，邊算”-它是依賴(lài)于實(shí)時(shí)通信技術(shù)來(lái)保證各個(gè)運動(dòng)軸之間的關(guān)系快速切換，實(shí)現在線(xiàn)的工藝切換能力。
3.安全技術(shù)
隨著(zhù)終端用戶(hù)以及政府對于人身安全的重視，系統的安全性必須得到重視，這是強制性的，尤其是中國的包裝機械制造商如果想要進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的話(huà)，這個(gè)是必須去考慮的。
遵循IEC61508定義了整個(gè)產(chǎn)品生命周期里的安全技術(shù)，從系統安全的識別、評估、系統設計、測試、運行、維護與拆除的整個(gè)過(guò)程都定義對應的方法與標準，包括EN62601，61784等定義了整個(gè)安全設計，以及EN61800-5-2定義的可調速系統的安全標準，即SafeMotion的SLS，SS1，SS2，SBC等的定義。
為此各自動(dòng)化廠(chǎng)商均推出了具有滿(mǎn)足SIL3和PLe等級的的SafeLOGIC，SafeMotion以及SafetyFieldbus技術(shù)，而值得一提的是B&R推出的openSAFETY技術(shù)，它可以運行在不同的現場(chǎng)總線(xiàn)和以太網(wǎng)技術(shù)之上，對于最終用戶(hù)和機械制造商而言均可使用，并且它是一項開(kāi)源技術(shù)（OpenSourceTechnology）
4.OMAC/PackML
OMAC組織由全球知名的包裝用戶(hù)如P&G，Netstle，CocaCola及知名的自動(dòng)化廠(chǎng)商RockwellAB，SIEMENS，B&R等共同組建的國際組織，一直致力于使得包裝機械具有一致的操作界面，并且具有程序上的公用性模塊化設計，使得終端生產(chǎn)者如P&G，CocaCola，Netstle等可以在安裝無(wú)論哪家廠(chǎng)商的機械系統和電氣系統時(shí)都可以自如操作，因為所有的操作界面被設計為統一的，任何人都可以快速的實(shí)現對機器的操作，而即使對于維護人員而言，軟件的模塊化和開(kāi)放性也使得他們能夠快速的進(jìn)行程序的修改以及為工藝調整而進(jìn)行的程序調整。
PackML定義了機器的不同狀態(tài)如Starting，Suspended，stopping，aborted等，機器的運行過(guò)程是在這些過(guò)程之間的切換和組合，無(wú)論機器的運行多么復雜，而展示給操作者的是簡(jiǎn)單的易于學(xué)習的畫(huà)面。
同時(shí)，OMAC也定義了機器系統的硬件設計的統一架構，包含了基于PC，PLC和驅動(dòng)器為控制中心的各種不同的系統設計。
統一而標準的操作，是包裝機械的未來(lái)發(fā)展需求，而大型的終端用戶(hù)的加入必然使得這一趨勢得到實(shí)現。
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