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2. 高自動(dòng)化

食品加工本身的價(jià)值。在國(guó)外食品包裝機(jī)械領(lǐng)域，其自動(dòng)化主要有控制產(chǎn)品、驅(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)、單板機(jī)和人機(jī)界面等；驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品包括交流變頻器、直流調(diào)速器、三相電機(jī)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(kāi)關(guān)等。其中 PLC、變頻器和人機(jī)界面的應(yīng)用，主要集中于啤酒和飲料包裝機(jī)械、全自動(dòng)包裝機(jī)、瓦楞紙板

（箱） 生產(chǎn)設(shè)備、乳品包裝機(jī)械等，而伺服電機(jī)和變頻電機(jī)在啤酒和飲料包裝機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。活躍在食品包裝機(jī)械領(lǐng)域的 PLC 廠家，全世界主要有 12 個(gè)，具有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的有三菱、OMRON、西門(mén)子、松下電工、施耐德和臺(tái)達(dá) 6 個(gè)；變頻器廠家主要有 19 個(gè)，具有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的有三菱、富士、安川、SEW、松下電工及松下電器、西門(mén)子、臺(tái)達(dá)和施耐德 9 個(gè)；互為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的人機(jī)界面廠家主要有 6 個(gè)， 包括DIGITAL、 HITECH、 三 菱 、 OMRON、 西 門(mén) 子 和EASYVIEW；低壓電器廠家主要有 7 個(gè)，最具有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的有富士、OMRON、西門(mén)子、施耐德 4 個(gè)。

提高食品包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度，已成為全球食品包裝企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的共同需求。同時(shí)，由于高中檔食品包裝機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，以及低檔食品包裝機(jī)械自動(dòng)化水平的提高，導(dǎo)致食品包裝機(jī)械制造企業(yè)不得不廣泛應(yīng)用自動(dòng)化產(chǎn)品，努力提升食品包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度。在國(guó)際上，提升食品包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度，其作用主要體現(xiàn)在 5 個(gè)方面：一是可提高生產(chǎn)效率。高速食品包裝機(jī)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(yùn)環(huán)節(jié)，

在設(shè)計(jì)方面，食品包裝機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)有以下三個(gè)主要特點(diǎn)：一是每臺(tái)機(jī)械手均由單獨(dú)電腦控制。一臺(tái)食品包裝機(jī)械為完成復(fù)雜的包裝動(dòng)作，需由多個(gè)機(jī)械手完成。完成包裝動(dòng)作時(shí)，在由電腦控制的攝像機(jī)錄取信息和監(jiān)控下，機(jī)械手按電腦程序的指令完成規(guī)定的動(dòng)作，確保包裝的質(zhì)量。二是具有對(duì)材質(zhì)及厚度的高分辨能力。在包裝過(guò)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(jì)食品包裝機(jī)械時(shí)，常采用由電腦控制的攝像機(jī)和探測(cè)器來(lái)分辨包裝材料厚度及材料的變化。攝像機(jī)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(shí)間完成包裝工序，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理、自動(dòng)消毒和自動(dòng)清潔。三是適應(yīng)產(chǎn)品變化， 設(shè)計(jì)出具有良好柔性和靈活性的設(shè)備。為適應(yīng)市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，許多被包裝產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短。為使食品包裝機(jī)械具有良好的柔性和靈活性，提高自動(dòng)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(jī)電一體化

機(jī)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(lái)的綜合技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，運(yùn)用過(guò)程控制原理，將機(jī)械、電子與信息、檢測(cè)等有關(guān)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)整體最佳化。具體講，它是將微機(jī)技術(shù)引入到食品包裝機(jī)械中，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，開(kāi)發(fā)智能化包裝技術(shù)，按產(chǎn)品自動(dòng)包裝工藝要求組合成全自動(dòng)包裝系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，使生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)與控制、故障診斷與排除等實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)線按生產(chǎn)及包裝工序排列要做到倒序啟動(dòng)、順序停機(jī)。如冷灌裝生產(chǎn)線，從塑料原料自動(dòng)上線到飲料灌裝及大包裝碼垛全部自動(dòng)在封閉車(chē)間內(nèi)進(jìn)行。二是可適應(yīng)產(chǎn)品的更新變化。食品包裝機(jī)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?yàn)楫a(chǎn)品的生命周期遠(yuǎn)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(jiàn)故障可迅速排除。將解決方案預(yù)先輸入電腦，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)常見(jiàn)的故障時(shí)可以自行診斷，亦可實(shí)行遠(yuǎn)程診斷并排除故障。四是要求具有自動(dòng)識(shí)別功能。一方面，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別包裝材料的厚度、硬度、反彈力等，通過(guò)電腦反饋到機(jī)械手調(diào)整動(dòng)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(diǎn)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?gòu)U棄物，在食品加工過(guò)程中的自動(dòng)化作業(yè)尤為重要。沒(méi)有廢棄物、沒(méi)有污染以及綠色包裝的價(jià)值，已大大超化。隨著食品加工技術(shù)的日益提高，對(duì)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(mǎn)足新形勢(shì)的發(fā)展， 而將機(jī)、電、光、磁等。一個(gè)完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)，一般包括微機(jī)、傳感器、動(dòng)力源、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分，它摒棄了常規(guī)的食品包裝機(jī)械中繁瑣和不合理部分，將機(jī)械、微機(jī)、微電子、傳感器等多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)融為一體，給食品包裝機(jī)械在設(shè)計(jì)、制造和控制方面都帶來(lái)了全新的變化。采用機(jī)電一體化系統(tǒng)的作用：一是可使食品包裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。控制系統(tǒng)是機(jī)器的發(fā)令器官，傳統(tǒng)的食品包裝機(jī)械控制系統(tǒng)多采用繼電器、接觸器控制電路，其復(fù)雜程度隨著執(zhí)行機(jī)構(gòu)的增多以及調(diào)整部位的增加而加大，使得機(jī)器也越來(lái)越復(fù)雜，給制造、調(diào)整、使用和維修均帶來(lái)不便。而機(jī)電一體化，可用微機(jī)、傳感技術(shù)、新型傳動(dòng)技術(shù)取代笨重的電氣控制柜和驅(qū)動(dòng)裝置，使零部件數(shù)量劇減，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，體積也隨之縮小。二是可提高食品包裝機(jī)械的產(chǎn)品質(zhì)量。微機(jī)內(nèi)有一個(gè)巨大的存儲(chǔ)系統(tǒng)，人們可預(yù)先將影響食品包裝機(jī)械工作的各參數(shù)及有關(guān)數(shù)據(jù)存入微機(jī)，它能自動(dòng)跟蹤生產(chǎn)過(guò)程。當(dāng)一個(gè)參數(shù)或幾個(gè)參數(shù)發(fā)生變化，這種變化在瞬間反饋至微機(jī)，微機(jī)對(duì)這些變化參數(shù)進(jìn)行識(shí)別、判斷并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)修正，使食品包裝機(jī)械隨時(shí)保持最佳工作狀態(tài)。而傳統(tǒng)食品包裝機(jī)械在工藝參數(shù)變化時(shí)，其調(diào)整多憑經(jīng)驗(yàn)，這就難以找到最佳參數(shù)。若是幾個(gè)工藝參數(shù)同時(shí)改變，更是無(wú)所適從。如最常見(jiàn)的塑料袋封口機(jī)，其封口質(zhì)量與包裝材料、熱封溫度和運(yùn)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(jī)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(jī)存儲(chǔ)器，再配上必要的傳感器， 組成自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，這樣不管哪個(gè)工藝參數(shù)改變，都能保證最佳的封口質(zhì)量。三是可增強(qiáng)食品包裝機(jī)械的可靠性。參數(shù)變化越多，調(diào)整部分越多，機(jī)電一體化的優(yōu)越性也越大，這是一般控制方式無(wú)法相比的。功能增多，可靠性提高，機(jī)電一體化除可保持原來(lái)的食品包裝機(jī)械功能外，還可賦予其他許多功能。如液體

飲料軟包裝機(jī)械，它在氣動(dòng)、電氣和機(jī)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(jī)引入控制系統(tǒng)，則還可存儲(chǔ)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(shí)能對(duì)這些數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)處理，并把結(jié)果打印出來(lái)，或在屏幕上顯示，大大方便了操作。機(jī)電一體化還將賦予食品包裝機(jī)械以自動(dòng)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)檢測(cè)、報(bào)警等功能，還具有安全連鎖控制、過(guò)載和失控保護(hù)等功能， 使食品包裝機(jī)械的可靠性大為提高。美國(guó)十分重視食品包裝機(jī)械與計(jì)算機(jī)的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制，將自動(dòng)化操作程序、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)更多應(yīng)用于食品包裝機(jī)械中。日本則善長(zhǎng)于微電子技術(shù)用以控制食品包裝機(jī)械，有效地促進(jìn)了無(wú)人操作和自動(dòng)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(jī)和

探測(cè)器來(lái)分辨包裝材料厚度及對(duì)材質(zhì)的變化并在顯示屏上顯示出來(lái)，同時(shí)機(jī)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(jī)器在最優(yōu)狀態(tài)下進(jìn)行工作。在德國(guó)，食品包裝機(jī)械的計(jì)量、制造和技術(shù)性能等均居世界領(lǐng)先地位，幾年前德國(guó)食品包裝機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)電一體化技術(shù)在整個(gè)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(jì)是食品包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種有效方法，也是綠色設(shè)計(jì)中確定其結(jié)構(gòu)方案的常見(jiàn)手段之一。模塊化設(shè)計(jì)就是在一定范圍內(nèi)，在對(duì)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(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過(guò)模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的不同需求。食品包裝機(jī)械特別是一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的食品包裝機(jī)械都是由若干個(gè)具有一定功能的子部件組成的。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能將各子部件設(shè)計(jì)成相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，例如食品包裝機(jī)械整機(jī)設(shè)備可采用若干個(gè)單元組成，換用其中一個(gè)或幾個(gè)單元，即可適應(yīng)不同包裝產(chǎn)品的變化。這樣將綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想與模塊化設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)，可以同時(shí)滿(mǎn)足食品包裝機(jī)械的功能屬性和環(huán)境屬性。因此，采用模塊化設(shè)計(jì)， 一方面可以縮短食品包裝機(jī)械的研發(fā)周期，增加產(chǎn)品系列，提高其質(zhì)量，以快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的變化；另一方面也可以減少或消除對(duì)環(huán)境的不利影響，方便升級(jí)、維修和食品包裝機(jī)械廢棄后的拆卸、回收處理。在食品包裝機(jī)械的整個(gè)結(jié)構(gòu)中，歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家大量使用模塊化設(shè)計(jì)方法，對(duì)一相同性能的食品包裝機(jī)械進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的功能模塊，通過(guò)不同的模塊組合，可以滿(mǎn)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(gè)模塊的利用率，延長(zhǎng)了部件的使用壽命。在模塊化設(shè)計(jì)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(duì)零件、支撐、載荷的布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使整機(jī)產(chǎn)品盡可能“小型化”，可提高材料利用率。食品包裝機(jī)械模塊化設(shè)計(jì)方法，視產(chǎn)品具有某種功能的實(shí)現(xiàn)為整體結(jié)構(gòu)模塊，通過(guò)各個(gè)結(jié)構(gòu)模塊的組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的整體方案設(shè)計(jì)。其模塊化設(shè)計(jì)思想，是建立在系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)之上，將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體 （由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu)） 進(jìn)行層次劃分， 擬定出每一層欲實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和采用方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機(jī)地聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程系統(tǒng)化，使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循，有方法可依， 易于設(shè)計(jì)過(guò)程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。可見(jiàn)，運(yùn)用建立在系列化基礎(chǔ)上的模塊化設(shè)計(jì)思想，已成為當(dāng)今食品包裝機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一大發(fā)展趨勢(shì)。在保持產(chǎn)品基本模塊的基礎(chǔ)上，通過(guò)模塊化、系列化設(shè)計(jì)，可以方便地實(shí)現(xiàn)內(nèi)部功能的整合、外部功能的擴(kuò)展，既保持了成熟產(chǎn)品的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)，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(biāo)準(zhǔn)化孕育了模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。關(guān)于模塊化設(shè)計(jì)對(duì)食品包裝機(jī)械的影響，其目的在于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序和制造過(guò)程，縮短產(chǎn)品研制的周期。

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