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2. 高自動化

食品加工本身的價值。在國外食品包裝機械領(lǐng)域，其自動化主要有控制產(chǎn)品、驅(qū)動產(chǎn)品和低壓電器。其中控制產(chǎn)品包括可編程邏輯控制器 （PLC）、工業(yè)控制計算機、單板機和人機界面等；驅(qū)動產(chǎn)品包括交流變頻器、直流調(diào)速器、三相電機等；低壓電器主要包括小型斷路器、低壓熔斷器、漏電斷路器、接觸器、繼電器、接近開關(guān)等。其中 PLC、變頻器和人機界面的應用，主要集中于啤酒和飲料包裝機械、全自動包裝機、瓦楞紙板

（箱） 生產(chǎn)設(shè)備、乳品包裝機械等，而伺服電機和變頻電機在啤酒和飲料包裝機械中得到廣泛應用。活躍在食品包裝機械領(lǐng)域的 PLC 廠家，全世界主要有 12 個，具有競爭實力的有三菱、OMRON、西門子、松下電工、施耐德和臺達 6 個；變頻器廠家主要有 19 個，具有競爭實力的有三菱、富士、安川、SEW、松下電工及松下電器、西門子、臺達和施耐德 9 個；互為競爭對手的人機界面廠家主要有 6 個， 包括DIGITAL、 HITECH、 三 菱 、 OMRON、 西 門 子 和EASYVIEW；低壓電器廠家主要有 7 個，最具有競爭實力的有富士、OMRON、西門子、施耐德 4 個。

提高食品包裝機械的自動化程度，已成為全球食品包裝企業(yè)對機械設(shè)備的共同需求。同時，由于高中檔食品包裝機械自動化產(chǎn)品市場需求的擴大，以及低檔食品包裝機械自動化水平的提高，導致食品包裝機械制造企業(yè)不得不廣泛應用自動化產(chǎn)品，努力提升食品包裝機械的自動化程度。在國際上，提升食品包裝機械的自動化程度，其作用主要體現(xiàn)在 5 個方面：一是可提高生產(chǎn)效率。高速食品包裝機械要求與前道工序要有相關(guān)銜接 （包括控制銜接），不需搬運環(huán)節(jié)，

在設(shè)計方面，食品包裝機械自動化設(shè)計有以下三個主要特點：一是每臺機械手均由單獨電腦控制。一臺食品包裝機械為完成復雜的包裝動作，需由多個機械手完成。完成包裝動作時，在由電腦控制的攝像機錄取信息和監(jiān)控下，機械手按電腦程序的指令完成規(guī)定的動作，確保包裝的質(zhì)量。二是具有對材質(zhì)及厚度的高分辨能力。在包裝過程中，包裝材料的厚度及材質(zhì)變化不易為人眼所辨別。所以在設(shè)計食品包裝機械時，常采用由電腦控制的攝像機和探測器來分辨包裝材料厚度及材料的變化。攝像機現(xiàn)已發(fā)展到能自行檢查和辨別攝像的圖片，并在顯示屏上顯示。并根據(jù)材料的變化經(jīng)分辨別后能改變轉(zhuǎn)速，從而控制在最優(yōu)化狀態(tài)下工作，以最短時間完成包裝工序，并且實現(xiàn)自動清理、自動消毒和自動清潔。三是適應產(chǎn)品變化， 設(shè)計出具有良好柔性和靈活性的設(shè)備。為適應市場激烈競爭，許多被包裝產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短。為使食品包裝機械具有良好的柔性和靈活性，提高自動化程度，須大量采用微電腦技術(shù)、模塊技術(shù)和單元組合形式。

2. 機電一體化

機電一體化技術(shù)是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上建立起來的綜合技術(shù)，其實質(zhì)是從系統(tǒng)觀點出發(fā)，運用過程控制原理，將機械、電子與信息、檢測等有關(guān)技術(shù)進行有機組合，實現(xiàn)整體最佳化。具體講，它是將微機技術(shù)引入到食品包裝機械中，應用機電一體化技術(shù)，開發(fā)智能化包裝技術(shù)，按產(chǎn)品自動包裝工藝要求組合成全自動包裝系統(tǒng)進行生產(chǎn)，使生產(chǎn)過程檢測與控制、故障診斷與排除等實現(xiàn)全面自動整個生產(chǎn)線按生產(chǎn)及包裝工序排列要做到倒序啟動、順序停機。如冷灌裝生產(chǎn)線，從塑料原料自動上線到飲料灌裝及大包裝碼垛全部自動在封閉車間內(nèi)進行。二是可適應產(chǎn)品的更新變化。食品包裝機械要具有很高的柔性和靈活性，生產(chǎn)線允許在一定的尺寸范圍內(nèi)使包裝物大小可以變化。因為產(chǎn)品的生命周期遠短于設(shè)備使用壽命，所以變更產(chǎn)品及包裝不至于更換昂貴的包裝生產(chǎn)線。三是設(shè)備常見故障可迅速排除。將解決方案預先輸入電腦，當設(shè)備出現(xiàn)常見的故障時可以自行診斷，亦可實行遠程診斷并排除故障。四是要求具有自動識別功能。一方面，可以實現(xiàn)自動識別包裝材料的厚度、硬度、反彈力等，通過電腦反饋到機械手調(diào)整動作幅度，保證不反彈；另一方面，讓各種不同的產(chǎn)品 （如形狀各異的巧克力或點心等），裝到同一盒中，其排列是有規(guī)律的。五是可減少環(huán)境污染。減少噪聲、粉塵等污染，并盡量減少廢棄物，在食品加工過程中的自動化作業(yè)尤為重要。沒有廢棄物、沒有污染以及綠色包裝的價值，已大大超化。隨著食品加工技術(shù)的日益提高，對包裝參數(shù)的要求也不斷增 多 ，原 有 的控 制 系統(tǒng)已難以滿足新形勢的發(fā)展， 而將機、電、光、磁等。一個完整的機電一體化系統(tǒng)，一般包括微機、傳感器、動力源、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)等部分，它摒棄了常規(guī)的食品包裝機械中繁瑣和不合理部分，將機械、微機、微電子、傳感器等多種學科的先進技術(shù)融為一體，給食品包裝機械在設(shè)計、制造和控制方面都帶來了全新的變化。采用機電一體化系統(tǒng)的作用：一是可使食品包裝機械的結(jié)構(gòu)簡化。控制系統(tǒng)是機器的發(fā)令器官，傳統(tǒng)的食品包裝機械控制系統(tǒng)多采用繼電器、接觸器控制電路，其復雜程度隨著執(zhí)行機構(gòu)的增多以及調(diào)整部位的增加而加大，使得機器也越來越復雜，給制造、調(diào)整、使用和維修均帶來不便。而機電一體化，可用微機、傳感技術(shù)、新型傳動技術(shù)取代笨重的電氣控制柜和驅(qū)動裝置，使零部件數(shù)量劇減，結(jié)構(gòu)大為簡化，體積也隨之縮小。二是可提高食品包裝機械的產(chǎn)品質(zhì)量。微機內(nèi)有一個巨大的存儲系統(tǒng)，人們可預先將影響食品包裝機械工作的各參數(shù)及有關(guān)數(shù)據(jù)存入微機，它能自動跟蹤生產(chǎn)過程。當一個參數(shù)或幾個參數(shù)發(fā)生變化，這種變化在瞬間反饋至微機，微機對這些變化參數(shù)進行識別、判斷并及時進行相應修正，使食品包裝機械隨時保持最佳工作狀態(tài)。而傳統(tǒng)食品包裝機械在工藝參數(shù)變化時，其調(diào)整多憑經(jīng)驗，這就難以找到最佳參數(shù)。若是幾個工藝參數(shù)同時改變，更是無所適從。如最常見的塑料袋封口機，其封口質(zhì)量與包裝材料、熱封溫度和運行速度等有關(guān)。如材料 （材質(zhì)、厚度） 發(fā)生變化，那溫度和速度也要隨之改變，但變化多少卻難把握。如采用微機控制，將各種包裝材料的封口溫度和速度的最佳匹配參數(shù)輸入微機存儲器，再配上必要的傳感器， 組成自動跟蹤系統(tǒng)，這樣不管哪個工藝參數(shù)改變，都能保證最佳的封口質(zhì)量。三是可增強食品包裝機械的可靠性。參數(shù)變化越多，調(diào)整部分越多，機電一體化的優(yōu)越性也越大，這是一般控制方式無法相比的。功能增多，可靠性提高，機電一體化除可保持原來的食品包裝機械功能外，還可賦予其他許多功能。如液體

飲料軟包裝機械，它在氣動、電氣和機械的共同配合下，可具有制盒、滅菌、灌裝、封口等功能，但若將微機引入控制系統(tǒng)，則還可存儲如生產(chǎn)率、產(chǎn)品數(shù)量、故障現(xiàn)象、故障原因等數(shù)據(jù)，同時能對這些數(shù)據(jù)根據(jù)實際情況進行相應處理，并把結(jié)果打印出來，或在屏幕上顯示，大大方便了操作。機電一體化還將賦予食品包裝機械以自動監(jiān)控、動態(tài)檢測、報警等功能，還具有安全連鎖控制、過載和失控保護等功能， 使食品包裝機械的可靠性大為提高。美國十分重視食品包裝機械與計算機的緊密結(jié)合，實現(xiàn)機電一體化控制，將自動化操作程序、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、自動檢驗系統(tǒng)更多應用于食品包裝機械中。日本則善長于微電子技術(shù)用以控制食品包裝機械，有效地促進了無人操作和自動化程序的提高。例如，包裝材料的厚度及材質(zhì)變化不易為人眼所辨別，采用由電腦控制的攝像機和

探測器來分辨包裝材料厚度及對材質(zhì)的變化并在顯示屏上顯示出來，同時機器根據(jù)分辨后材料的變化改變有關(guān)參數(shù)及轉(zhuǎn)數(shù)，保證機器在最優(yōu)狀態(tài)下進行工作。在德國，食品包裝機械的計量、制造和技術(shù)性能等均居世界領(lǐng)先地位，幾年前德國食品包裝機械系統(tǒng)設(shè)計時，機電一體化技術(shù)在整個系統(tǒng)操作中還只占 30%，現(xiàn)在已占到 60%左右。

3. 結(jié)構(gòu)模塊化

模塊化設(shè)計是食品包裝機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種有效方法，也是綠色設(shè)計中確定其結(jié)構(gòu)方案的常見手段之一。模塊化設(shè)計就是在一定范圍內(nèi)，在對不同功能、或相同功能下的不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求。食品包裝機械特別是一些結(jié)構(gòu)復雜的食品包裝機械都是由若干個具有一定功能的子部件組成的。在進行設(shè)計時，應盡可能將各子部件設(shè)計成相對獨立的功能模塊，例如食品包裝機械整機設(shè)備可采用若干個單元組成，換用其中一個或幾個單元，即可適應不同包裝產(chǎn)品的變化。這樣將綠色產(chǎn)品設(shè)計思想與模塊化設(shè)計方法結(jié)合起來，可以同時滿足食品包裝機械的功能屬性和環(huán)境屬性。因此，采用模塊化設(shè)計， 一方面可以縮短食品包裝機械的研發(fā)周期，增加產(chǎn)品系列，提高其質(zhì)量，以快速應對市場的變化；另一方面也可以減少或消除對環(huán)境的不利影響，方便升級、維修和食品包裝機械廢棄后的拆卸、回收處理。在食品包裝機械的整個結(jié)構(gòu)中，歐、美、日等發(fā)達國家大量使用模塊化設(shè)計方法，對一相同性能的食品包裝機械進行分析，設(shè)計出對應的功能模塊，通過不同的模塊組合，可以滿足不同產(chǎn)品的需求。這就像七巧板一樣，不同組合方式能產(chǎn)生不同的整體效果，從而提高了各個模塊的利用率，延長了部件的使用壽命。在模塊化設(shè)計中，可盡量減少不必要的零件，采用多功能的零件，使零件數(shù)量減少，減少資源消耗；對零件、支撐、載荷的布置進行優(yōu)化設(shè)計，使整機產(chǎn)品盡可能“小型化”，可提高材料利用率。食品包裝機械模塊化設(shè)計方法，視產(chǎn)品具有某種功能的實現(xiàn)為整體結(jié)構(gòu)模塊，通過各個結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的整體方案設(shè)計。其模塊化設(shè)計思想，是建立在系統(tǒng)化設(shè)計方法的基礎(chǔ)之上，將設(shè)計任務由抽象到具體 （由設(shè)計的任務要求到實現(xiàn)該任務的方案或結(jié)構(gòu)） 進行層次劃分， 擬定出每一層欲實現(xiàn)的目標和采用方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯(lián)系在一起，實現(xiàn)整個設(shè)計過程系統(tǒng)化，使設(shè)計有規(guī)律可循，有方法可依， 易于設(shè)計過程的計算機輔助實現(xiàn)?？梢姡\用建立在系列化基礎(chǔ)上的模塊化設(shè)計思想，已成為當今食品包裝機械產(chǎn)品設(shè)計的一大發(fā)展趨勢。在保持產(chǎn)品基本模塊的基礎(chǔ)上，通過模塊化、系列化設(shè)計，可以方便地實現(xiàn)內(nèi)部功能的整合、外部功能的擴展，既保持了成熟產(chǎn)品的內(nèi)在優(yōu)勢，又大大拓寬了產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的空間。產(chǎn)品系列化、組合化、通用化和標準化孕育了模塊化設(shè)計技術(shù)。關(guān)于模塊化設(shè)計對食品包裝機械的影響，其目的在于簡化設(shè)計程序和制造過程，縮短產(chǎn)品研制的周期。

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