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關鍵詞:包裝機械;發展現狀;自動化;發展前景
一、我國包裝機械行業的現狀
中國包裝機械起步較晚,起于上個世紀70年代,北京市商業機械研究所在研究了日本的包裝機械后,制造了中國第一臺包裝機。包裝機械經過20多年的發展,已成為機械工業中十大行業之一,為我國包裝工業快速發展提供了有效的保障。
我國食品包裝機械大部分以單機控制為主,應用PLC和工控機、DCS及現場總線技術不到設備總數的10%。食品和包裝生產線的傳動以機械傳動為主,控制技術和驅動技術的綜合應用水平低,系統不能達到最優化設計。由于生產企業技術水平不高,傳感和檢測技術、定位控制、在線監測等得不到充分應用,與國外先進控制技術有較大的差距。食品和包裝機械高中低檔產品自動化水平差距大。中高檔食品和包裝機械中自動化產品平均約占銷售額的8%~12%,普遍應用PLC、變頻器、合資低壓電器產品,部分應用人機界面。低檔食品和包裝機械中,自動化產品平均約占銷售額的3%~5%,大部分還是應用繼電器控制,沒采用變頻器,應用國產低壓電器產品,基本不應用人機界面。
總之,最近的十年時間中國包裝機械的技術水平上有較大的提高,但是和發達國家相比,還存在一定的差距。所以要想加快包裝機械發展速度,趕超世界先進水平,我國必須采取強有力的措施,可以從以下幾個方面來做:
(1)要堅持自主創新,走產學研相結合的道
路。由于我國研發經費非常少,所以可以在大學知識研發應用的基礎上,加強科研機構技術開發、成果轉化與工程成套,并與企業規模化生產制造相結合的產學研一體化的技術創新。
(2)重大關鍵技術進行引進、消化吸收、再創新。我國目前的技術絕大部分是仿制國外的,真正自主研發的只有5%~10%,還太少。我們要在空白領域和重大關鍵技術方面通過引進,消化與吸收,然后再創新,開發具有自主知識產權的技術。
(3)提高企業內部的信息化管理,顧及到上下游的需求和安全。制造本身是一個系統工程,要建立以市場信息為先導、原料信息、加工信息、銷售與物流信息等一體的完整的產業信息體系,實現各產業鏈之間信息的有效反饋和銜接。
二、傳動系統
傳動產品在包裝機械上的使用主要是為了調整主工藝速度和控制電機在生產過程速度的期性變化。在現代包裝機械自動化中,變頻器充當了極為重要的角色,它是計算機技術、現代控制技術和網絡技術的有機結合,具有調速范圍寬、調速精度高、動態響應快、運行效率高、功率因數高、操作方便、節能效果顯著等一系列的優點。由于變頻器具有上述優點,因而在大型包裝機和包裝生產線上得到了廣泛地應用。應用在包裝機械行業的變頻器品牌主要有臺達和施耐德、富士、安川、SEW、西門子等。
三、人機界面
包裝機械的HMI以文本顯示器為主,通常與PLC或者單片機配合使用,用以設定生產工藝參數,監控設備運行狀態,記錄設備生產歷史。少數高端機械使用了觸摸屏。人機界面廠家主要有DIGITAL、HITECH、三菱、OMRON、西門子和EASYVIEW。
四、運動控制
運動控制產品在包裝機上的應用主要是實現精確的位置控制和嚴格的速度同步,主要通過伺服電機來實現,伺服電機具有自動調整、響應速度快、低振動等優點,故廣泛應用于裝卸,輸送,打標,碼垛,卸垛等工序。如臺達ASDA-A2高性能伺服控制器的送標、切標系統,使套標速度達到600~800瓶/min,可以滿足果汁飲料、啤酒等快速消費品生產需求。伺服控制器應用主要有松下、臺達、富士、三菱等進口及合資企業產品。
五、控制系統
PLC控制系統具有可靠性高、程序設計方便靈活、抗干擾能力強、運行穩定等諸多優點,包裝機械的大部分控制系統選擇使用了PLC控制系統。調查顯示PLC系統在5年以內將是包裝機械的主流控制系統。PLC、變頻器和人機界面的應用主要集中在啤酒和飲料包裝設備、方便食品生產線、全自動包裝機、瓦楞紙板(箱)生產設備、乳品包裝設備上,應用在食品包裝機械市場的PLC主要有三菱、OMRON、西門子、施耐德和臺達等品牌。
綜上所述,包裝行業雖屬于配套行業,但涉及國民經濟的許多領域,特別是食品與飲料行業,更是依賴于包裝行業的技術進步和配套服務,因此,我們努力積極推動包裝業走上快速健康發展的自動化道路。我國包裝機械發展對自動化的要求自動化改變著包裝機械行業的制造方法及其產品的傳輸方式,實現自動控制的包裝系統能夠極大地提高生產效率和產品質量,有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。
食品原料在加工時不僅收獲主要產品,還收獲附加產品,如玉米加工,產品除了玉米淀粉外,還有玉米油、色拉油、人造黃油、葡萄糖、玉米蛋白及飼料等。另外還進行污水處理。生產全過程均為自動化,沒有廢棄物、沒有污染,其他產品的價值已大大超過玉米淀粉的價值。為了適應食品包裝機械對自動化趨勢發展的要求和日益提高的加工工藝,設計時將包裝機械的研發與計算機結合,實現機電一體化控制。從系統觀點出發,運用過程控制原理,將機械、電子與信息、檢測等有關技術進行有機組合,實現整體最佳化。具體來說,主要涉及到以下幾種自動化技術:
(1)現場總線技術現場總線技術的應用首先“解放”了大部分的硬件,其次簡化了安裝環節;可以將現場總線技術與ERP系統集成,這樣管理層就可以通過ERP系統十分便利地調取、分析運行數據,了解生產的實時情況,監測車間的運行情況。現場總線技術在國內的大型食品加工企業應用較為普遍,這為整個生產線的無人化操作以及傳動、檢測等工序的無縫銜接提供了可能。
(2)傳感器技術在包裝機械與食品加工行業中,傳感器的應用場合繁多,對食品飲料存儲罐的監控,對食品飲料的灌裝封裝、混合及加工、冷卻及加溫、清潔、包裝等工序都要用到傳感器。
(3)物流自動化技術物流自動化使得整個產品加工與包裝生產線得到完善,形成一個完整的產品加工鏈。物流自動化技術最直接的體現就是使得人力得到節省。
記者:近年來,我們在包裝機械展會和媒體上經常能夠看到美國包裝機械制造協會的身影,但目前業內企業對該組織并不是十分了解,為此請您介紹下PMMI的相關情況。
卞南杰:PMMI成立于1933年,其總部設在美國弗吉尼亞州阿林頓市。作為一家非盈利性的行業協會,PMMI現有會員超過540家,均是美國、加拿大的包裝機械和與包裝機械有關的制造商,以及包裝材料、包裝容器制造商。其中有一百九十多家企業對中國市場感興趣,而且目前已有15家企業在中國設立了代表處,10家企業在中國開設了合資或獨資公司,37家有中國,19家在亞洲其他地區有。
PMMI的宗旨是成為世界包裝業資源的主導者,并致力于改善,領導以及統一全球范圍內的包裝領域。而且,為了實現這一目標,PMMI一直向會員、包裝機械或包裝加工機械的用戶提供信息和服務。
記者:我們知道為會員服務是一個協會的重要工作內容,那么美國包裝機械制造協會可以為會員提供哪些服務呢,
卞南杰:由于PMMI的會員主要由美國和加拿大的包裝設備制造企業組成,所以目前主要的服務對象是北美的會員。服務內容包括:每年一屆的包裝博覽會(Pack Expo),通過搭建展示與交流的平臺,來幫助會員對自己的高新產品進行推介。同時,為了給北美的會員企業在安全及質量法規方面保駕護航,PMMI在行業法規制定上也發揮著非常重要的作用。另外,在行業技能培訓方面,PMMI一方面聯合從多會員單位及高校,另一方面于每年的春秋兩季組織兩次專門的大型培訓活動,雙管齊下為北美的包裝行業培訓I各類專業人才。值得一提的是,在兩次大型的培訓過程中,我們中國代表處所屬的國際市場部,將為會員單位提供全球的經銷商數據庫和相關市場的行業信息等等。
記者:采訪中您直在說為北美會員提供服務,那么將來有沒有可能在中國發展會員來促進中國設備制造商與北美設備制造商之間的交流呢,
卞南杰:目前我們還沒有在中國發展會員的打算。成為PMM有一個標準,那就是企業的總部必須設在北美,且制造額在600萬美元以上,這就是說我們會員的產品必須在北美制造,并且制造額在600萬美元以上。
記者:據了解,2011年9月26-28日“2011年美國包裝機械展”將會在美國拉斯維加斯舉辦,作為此次活動的主辦單位請您介紹下此次展會的相關情況。
卞南杰:每年一屆的展會活動在美國的芝加哥和拉斯維加斯交替舉行雙年度在芝加哥舉辦Pack Expolnternational(國際包裝機械展),單年度在拉斯維加斯舉辦Pack ExpoLas Vegas(拉斯維加斯包裝機械展)。此次展會將有超過1400家展商,以及二萬五千多名專業觀眾參與,并首次設立食品加工設備以及醫藥館來滿足更加多元的客戶需求,而食品加工設備將作為推廣的一個重要方面。
此次展覽的招展工作由兩個單位來負責,一個是中國國際貿易促進委員會機械行業分會,另一個是中國食品和包裝機械協會。Pack Expo本意是為了北美的包裝制造企業搭建一個接觸市場,尤其是國際市場的平臺,而隨著展會專業性及影響力的進一步提升,Pack Expo已經成為全球舉足輕重的包裝專業展會,并且有很多屆都是當年全球規模最大的綜合類包裝展覽會。
記者:作為美國包裝機械制造協會上海代表處的首席代表,請您介紹TPMMI在中國建立辦事處的初衷是什么?近幾年來取得了哪些成績)
卞南杰:首先,PMMI非常關注中國的市場發展,并十分看好中國的前景。為了更好地為到中國尋求商機的協會會員提供服務,PMM于2000年在上海設立了中國辦事處,以此加深對中國相關行業發展及商務資訊的了解,同時也便于做一些相關的市場調查。
“九五”期間,塑料機械隨著石油化工產品的發展、塑料制品的增加,達到“黃金”時代。此后5-10年,塑料機械仍是“朝陽”產業。國外有人預言21世紀的材料領域是塑料的天下,而中國是21世紀塑料工業(包括塑料機械工業)最大的市場。
目前中國塑料機械行業產值每年約100億元,而國內市場需求約200億元,還有很大空間。另外,現在人們已公認一個國家或地區塑料的人均年消耗量及塑料工業在國民經濟中所占的地位是反映工業發展與進步的重要標志之一。中國塑料資源豐富,21世紀初主要合成樹脂年產量達1.4萬t,排世界第4位。據預測今后至“十一五”期間,中國合成樹脂的產量還要以5%-10%的速度增長。中國又是塑料消費大國,據統計,其年消耗量占世界第二,僅次于美國,而中國的人均消費僅為19kg,在世界排名第32位,是工業發達國家的11%-20%,可見中國的塑料工業還要大發展,塑料機械前景廣闊。
農用塑料機械
中國13億人口,80%在農村,農業是中國的基礎產業。農用塑料機械需求面廣,需求量最大。
現代農業中,暖房、雙層棚頂、排灌管道系統、各類農膜等的生產均需塑料機械工業提供裝備。農業專家認為,具有增溫保墑等性能的農用覆蓋材料,包括棚膜、地膜、青飼膜、遮陽棚、節水灌溉用配套管材和管件等塑料制品將在我國得到廣泛應用。根據農業部預測,到2008年,我國園藝設施栽培面積將達到2300萬hm2左右,全國地膜覆蓋面積將達1.7億hm2,還有包括氨化膜、青貯膜和纏繞膜的飼草用膜、塑料育苗容器、遮陽網、防蟲網、捕撈網具、農產品貯藏保鮮材料、泡沫塑料板材等,約需塑料制品300萬t/a。節水灌溉用配套管材和管件將得到廣泛應用。據水利部門初步規劃,到2008年,節水灌溉工程面積將在目前1667萬hm2的基礎上新增節水灌溉面積1000萬hm2。預計需要各種塑料節水器材,如各類管材與管件、灌水器、噴頭、防滲用薄膜、土工布等170萬t。
塑料包裝機械
包裝也是塑料應用的主要領域,在包裝材料中塑料所占的份額最大。據統計,日本各種包裝材料總消耗量年均增長率為2.8%,其中紙張4.7%,金屬4.9%,玻璃3.3%,塑料7.1%,而玻璃紙和木材均為負增長。美國各種包裝材料增長率為鋁材3.1%,鋼1.8%,玻璃0.9%,紙張2.2%,塑料6.4%。2002年中國塑料包裝材料主要產品產量總計為401萬t,比2001年350萬t增長14.2%,約占包裝材料總產量的1/3,居各種包裝材料之首。
根據發達國家的經驗,在糧食方面,小計量塑料包裝所占的比例很高,如美國、法國、德國、意大利等商品糧中,小包裝占80%,大包裝占20%。而目前中國小包裝剛剛起步。若按國際上先進國家的水平,至少需要各種塑料基材110萬t。隨著飲料、藥品、洗滌用品、化妝品、化工產品等包裝技術的發展,對復合膜、包裝膜、容器、周轉箱等包裝用品的需求量越來越大。如飲料的產量基本上是5年翻一番,預測2008年將達到2500萬t左右,其中50%將使用聚酯瓶。另外,方便食品、乳制品、罐頭食品、味精、餅干等各種包裝,每年需塑料達幾百萬噸。
到目前為止,中國的防靜電膜仍主要由美國、日本進口。
總之,由于我國經濟宏觀與微觀方面形勢趨好,社會需要將出現穩定增長局面,最終將刺激包裝消費增長。而塑料包裝制品的消費旺勢必將推動塑料包裝機械的技術進步與迅速發展。
綜上所述,預測今后5-10年期間,塑料機械將獲得較大的發展,主要品種、類別有塑料壓延機與輔機,單螺桿擠出機與輔機,雙螺桿擠出機(含錐形螺桿與平行螺桿)與輔機,塑料注塑機(包括雙色注塑機、氣輔注塑機、轉盤注塑機、多工位鞋用橡塑注射機),塑料擠出電線、電纜包覆機組,塑料擠出拉絲、紡織機組,塑料擠出型材、管材機組,塑料擠出吹膜機組(含雙層復合與多層復合吹膜機組),柱塞式擠出機,糊狀PTFE擠出機,傳遞模塑成型機,吸塑成型機與相應的模具等。 其中吹制地膜、保溫棚膜機組與擠管機組,特別是吹制幅寬16m以上的大棚膜機組和擠制直徑630mm以上大管機組的發展將占重要地位,塑料機械的生產將向經濟規模方向發展。為消除環境污染,塑料回收再生設備也將有一定的發展。 國際市場
中國加入WTO后,面臨新的挑戰及全球經濟一體化的發展趨勢,中國的塑料機械行業應順應國內外形勢變化,利用好國家相關政策,積極調整戰略,走出國門,開創新局面。
中國企業進軍海外,已被列入“十五”計劃“走出去”計劃戰略中。中國對外投資目標中,到2015年將培育出50家大型跨國企業,躋身世界500強。塑料機械行業的大企業應躋身于其中,在國際大舞臺上展開更廣泛深入的合作與競爭。
國際市場對塑料機械要求不一,層次不同,西歐市場對塑料機械產品的技術水平和質量要求很高,中國目前尚難躋身。日本的貿易保護和技術水平是一種無形堡壘,中國難以打入,即使打入,出口量也不大。港澳地區是中國的傳統市場,但近幾年該地區已形成了自己的塑料工業,具有一定的機械制造能力。美國盡管技術水平很高,但要求是多層次的,在出口高檔次塑料機械的同時,又進口不少自己沒有和不愿生產的塑料機械。1996年美國進口塑料機械的金額為4.95億美元。目前中國塑料機械如浙江省寧波海天塑料機械有限公司的注塑機已打入美國。通過產品質量提高、售后服務的加強,美國的市場一定能隨之擴大。
另外,中東產油國如約旦、伊朗、沙特等國家有較多的外匯收入,他們喜歡以招標方式和承包工程進口成套塑料加工設備。隨著中國設備成套水平的提高,市場開拓能力將越來越大。常州市自動控制系統工程公司的成套編織袋生產線已打入該市場。東南亞國家如印尼、泰國、馬來西亞、越南等國家是另一個塑料機械傳統市場,預計未來的需求仍將呈上升趨勢,特別是越南對塑料機械的需求量增長很快。過去中國援越的設備經過幾十年使用已達到了必須更新的地步。俄羅斯和東歐市場潛力很大,也是中國的主要市場之一。靠近中國方面的遠東地區的塑料機械幾乎全靠進口,南美、非洲也是中國出口塑料機械的潛在市場。
為了提高產品附加值,占領市場,必須盡快完成塑料機械產品的升級換代,提高檔次。
注塑機 應全面淘汰繼電器控制,采用數字程序、可編程序的開環控制,對精密注塑機采用半閉環或全閉環控制系統;液壓系統采用雙泵及流量、壓力雙比例閥;主機部分采用雙缸注射及內翻式五鉸雙肘合模機構;對大型注塑機控制部分增加位移傳感器、自動上料器、模溫控制器、機械手自動換模,實現微機自動控制;液壓系統采用變量泵、蓄能器;主機結構上采用簡單的直壓式鎖模機構,對大型注塑機可開發雙模板新型結構。
擠出機及輔機 ①加大螺桿長徑比(L/D>30),盡量采用分離型、屏障型、波狀型等新螺桿,提高轉速(最高轉速n>200r/min),采用不停機換過濾網裝置;②采用變頻調速,降低能耗,降低比功率;③采用程控式微機,實現溫度、壓力、速度等自動控制;④編織袋生產線中應提高牽伸裝置加熱精度和牽伸速度,研制新的水冷裝置,適應高速生產,提高圓織機轉速和降低能耗與噪音,提高印刷機質量,使成套設備的檔次上一個臺階;⑤吹塑薄膜機組(包括多層共擠吹膜)應配備自動上料,設快速不停機換網和自動測厚裝置。
市場開拓
世界上塑料機械正朝著無人化、智能化方向發展。歐美、日本等工業發達國家和地區的先進塑機制造企業的新產品正向著微型化與大型化、柔性化與靈捷化,自動化與智能化、網絡化與虛擬化、個性化與規模經營相輔相成的新趨勢發展。中國要想改變國內塑料機械現狀,在國際上取得與其規模相匹配的發言權,進而打進世界塑機強國,專家們建議要在總結經驗、 找出差距的基礎上,采取如下措施: (1)調整企業組織結構
從整體上看,中國的塑料機械工業實力不斷增強,水平在日益提高,但組織結構不理想,大規模企業極少,中小型企業占據半壁江山。小企業在技術力量、生產設備或管理水平方面都很薄弱,抗風險能力差。因此中國塑料機械行業生產同類型產品的企業應聯合起來,走集團化道路,參與競爭。
(2)加大技術投入
中國國內專門從事塑料機械研究的機構太少,從事塑料機械產品研究設計的力量薄弱,導致塑機產品技術含量低。
在“十五”至“十一五”期間應充實、擴大塑機的研究機構,重點培養、引進使用這方面人才,開拓新技術、創出自己的專利產品,以提高塑機“身價”。
(3)利用國際塑機成果
國外工業發達國家的塑料機械行業起步早,掌握了較多的塑機方面新技術、新產品和技術專利,中國在創新、開拓產品時,應盡量借鑒國際經驗,利用國際上已有塑機成果,不走重復研究、開拓之路,應采取聯合、合資、引進等方式,甚至采購先進成熟的零部件、配件和控制系統,開創、改造中國的塑料機械,使中國的塑料機械產品盡快提高檔次,再上一個新臺階。
(4)采用先進工藝裝備
目前中國塑機制造企業的機械加工設備多數采用通用機床加工塑機零部件,效率低,質量不穩定。應當取而代之的是采用專用工具、夾具、量具和專用機床對批量較大的塑機零件進行機械加工。只有用先進的工藝裝備才能提高效率、保證質量和降低成本。
(5)發展勞動密集型產品
目前世界上產業結構在調整,工業發達國家不斷將工業生產轉向資本密集型和技術密集行業,勞動密集型產品正向發展中國家和地區轉移。中國應利用這個機遇,發展開煉機、密煉機、壓延機、塑料回收再生設備及空檔的邊緣設備等,為擴大塑料機械出口創匯和解決勞動力 過剩創造條件。
生產實習是我們學生參與實踐活動的很重要的一部分,它使我們的專業知識結構更加完善,理論知識得到進一步鞏固。通過生產實習使我們獲得基本生產的感性知識,理論聯系實際,擴大知識面;也是我們接觸社會、了解產業動態、了解國情的一個重要途徑。通過生產實習,逐步實現由學生到社會的轉變,培養學生初步擔任技術工作的能力、初步了解企業管理的基本方法和技能;認知企業工作的內容和方法,這些實際知識,對我們學習后面的課程乃至以后的工作,都是十分必要的基礎。
二、實習內容:
1、掌握典型零件,如箱體,軸,絲桿,齒輪等的材料,熱處理,粗、精加工的工序方案。
2、了解切削刀具方面的知識,熟悉常用刀具的結構、選擇、用途等
3、了解機床和數控系統的知識,特別是先進設備如加工中心等典型的數控設備
4、熟悉、鞏固模具和鑄造工藝及設備方面的知識
5、了解企業生產管理模式,學習先進的管理方式方法
三、實習時間:
1、桂林桂北機器有限責任公司————6月8日,6月14日
2、桂林機床股份有限公司————6月11日
3、長海發展責任有限公司————6月12日
4、正菱第二機床有限責任公司————6月13日,6月15日
四、參觀實習廠:
1、桂林桂北機器有限責任公司
桂林桂北機器有限責任公司由桂北磨床產和桂林包裝機械廠合并建成。主要生產磨床,包裝設備等。這里主要設備有:普通車床cy系列,數控車床cnc6140(最大工作長度1000mm,最大加工直徑400mm),數控線切割機床dk7732(工作臺最大行程320mm,縱向最大行程500mm),25毫米萬向搖臂鉆床z32k(最大鉆孔直徑25mm),四座標數控立式升降臺銑床xk5038/1(工作臺工作面寬度381mm,工作臺工作面長度965mm)等。這里有特殊成型刀具,如用于開燕尾槽;及一些表面加工工藝,如刮研。
2、桂林機床股份有限公司
桂林機床股份有限公司主要設備有:主軸移動式臥式加工中心xth7512w/3(工作臺工作面寬度1200mm,工作臺工作面長度3000mm),五軸聯動數控龍門銑床xk2316/3—5x(工作臺工作面寬度1600mm,工作臺工作面長度3000mm),臥式加工中心xh756,數控滑枕機床銑床xk27710a,數顯龍門銑床xs2316,數控仿形龍門銑床xkf2316/3,數控車床cak6136b、c2—6132k,以及加工齒輪的滾齒機y3180,插齒機y54a,精密滾齒機y38a,齒輪倒角機,磨齒機ym7132a/1,齒輪磨床,萬能剃齒機ywa4232等,
3、長海發展責任有限公司
長海發展責任有限公司主要生產軍用雷達,,是中央控股集團。所以這里的工廠工作區是嚴禁拍照的。這里主要設備有:deckelmaho加工中心,數控滑枕式升降臺銑床xk5646(工作臺工作面寬度460mm,工作臺工作面長度1235mm),數控沖床trumatic2020r;小設備有swj—6臺式攻絲機(加工內徑小的內螺紋,最大攻絲直徑:鋼件5mm,鑄鐵6mm),十二公厘臺占床(加工倒角)
4、正菱第二機床有限責任公司
本公司主要生產搖臂鉆床z35a,臥式車床等。這里主要設備有:數控立式銑鉆zxk7150*150(最大鉆孔直徑50mm),數控龍門動梁式鉆床zk9350/dl(最大鉆孔直徑50mm)普通車,立式升降臺銑床x35k,牛頭刨床,立式鏜床,插齒機,半自動萬能花鍵軸銑床等。
五、實習體會