據(jù)統(tǒng)計，“十五”計劃前三年，我國食品工業(yè)發(fā)展迅速，其發(fā)展速度達到18-21%，2003年乳品工業(yè)、果汁及飲料工業(yè)更是達到30%的增速。2003年食品工業(yè)限上企業(yè)（500萬元以上）銷售額達12330億元，限下企業(yè)尚有1萬余億元銷售額。而食品和包裝機械銷售額僅460億元，遠不能滿足國內(nèi)需求，共進口22.94億美元，國內(nèi)市場總需求為650億元。

食品飲料包裝自動化的現(xiàn)狀與趨勢及對自動化的要求

近幾年進口的設備都是國內(nèi)不能制造或者制造水平相差甚遠的，進口真正代表著我們的差距所在。 食品安全問題已為舉國關注，如果放任不管，將會影響人們的身體健康、降低人們的生活水平，會對社會的穩(wěn)定、對食品工業(yè)乃至對整個經(jīng)濟發(fā)展帶來嚴重的負面影響。

因此，“十一五”期間應提高食品安全領域的科技和裝備水平，研制快速、準確鑒定食品中危害因子的技術和裝備，進一步研發(fā)病原微生物的抗性，病原的控制等預防技術及儲藏技術和裝備。

由于食品和包裝機械形成行業(yè)僅20年，相對于食品工業(yè)，它是一個新行業(yè)。這20年又是世界技術發(fā)展最快的時期，新技術不斷在該行業(yè)上應用，而國內(nèi)該行業(yè)的基礎薄弱，技術及科研力量不足，其發(fā)展相對滯后，在某種程度上拖了食品和包裝工業(yè)的后腿。

總體發(fā)展雖然較快，但食品及包裝工業(yè)發(fā)展更快，如2003年，食品工業(yè)增速為21%，而食品和包裝機械工業(yè)增速僅16.75%，差距又拉大了。如按年遞增16%計，預測2005年末，食品和包裝機械工業(yè)總產(chǎn)值約為620億元，而國內(nèi)市場需求會達到850億元，而到2010年，國內(nèi)行業(yè)總產(chǎn)值可達到1300億元（現(xiàn)價），而市場需求可能達到2000億元。這個市場的空穴將會有國外設備來填補。

“十一五”的目標是要縮小這個空穴，為食品工業(yè)趕上世界先進水平，為使包裝大國向包裝強國邁進，提供先進的技術裝備，讓進口設備在國內(nèi)市場上只起到拾遺補缺的作用。這就要求國內(nèi)食品和包裝機械的發(fā)展速度超過18%/年，新產(chǎn)品產(chǎn)值率達到25%（2003年為12.97%）。


國際上包裝和食品機械的發(fā)展是以大型客戶的要求為目標，以此帶動相關機械的發(fā)展。大型客戶的要求主要體現(xiàn)在以下方面。


一是對生產(chǎn)效率要求越高越好，這樣可以降低單件產(chǎn)品的成本，滿足交貨期和降低工藝流通成本，同時，高速包裝機要求與前道工序要有相關銜接，不需搬運環(huán)節(jié)，包括控制銜接，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、大包裝碼垛全部自動在封閉車間內(nèi)進行。



二是為適應產(chǎn)品的更新變化，包裝機械要具有高的柔性和靈活性，生產(chǎn)線允許在一定的尺寸范圍內(nèi)被包裝物大小可以變化。因為產(chǎn)品的生命周期遠短于設備使用壽命，變更產(chǎn)品及包裝不至于更換昂貴的包裝生產(chǎn)線。


三是將設備的常見故障及解決方案預先輸入電腦，當設備出現(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。


四是自動認別功能。一方面可以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以使機械手調(diào)整動作幅度，保證不反彈。另一方面各種不同的產(chǎn)品對如形狀各異的巧克力或點心裝到同一盒中，其排列是有規(guī)律的，而生產(chǎn)線傳遞到的產(chǎn)品是無序的，可以先用探頭掃描，確定不同形狀的物料位置，再反饋到不同的機械手，它會準確無誤地將物品按準確的位置及方向放入托盤中，快而且準，不像人工那樣會出現(xiàn)視覺及手指的疲勞。

五是在生產(chǎn)及包裝過程中盡量減少環(huán)境污染，包括噪聲、粉塵污染，并盡量減少廢棄物，這一點在食品加工過程中尤為重要。食品原料在加工時不僅收獲主要產(chǎn)品，如玉米加工，產(chǎn)品除了玉米淀粉外，還有玉米油、色拉油、人造黃油、葡萄糖、玉米蛋白及飼料及污水處理等生產(chǎn)全過程均為自動化。沒有廢棄物、沒有污染，其它產(chǎn)品的價值已大大超過玉米淀粉的價值。



當前中國的食品和包裝機械的一個突出問題是新產(chǎn)品開發(fā)周期長，模仿多，新的創(chuàng)意少，這不僅與設計人員的知識水平有關，也和相關行業(yè)的發(fā)展有關。


國際先進的作法是將各種機器元素以數(shù)據(jù)庫形式存入計算機，再把圖紙數(shù)字化后輸入計算機，由計算機自動合成三維模型，接著將過去曾經(jīng)發(fā)生過的生產(chǎn)線故障輸入計算機，計算機即可演示實際工況，在用戶面前根據(jù)需要進行修改。計算機合成速度快，修改工作迅速方便，如果用戶的某些要求達不到，計算機也會告訴你，以免除以后的糾紛。這種由計算機完成的仿真技術，大大縮短了包裝機械（生產(chǎn)線）的設計周期，客戶的滿意度也大大提高。



當然，這種仿真技術的應用亦提醒包裝機械的制造按照部件的功能要先進行模塊化，各部件有統(tǒng)一接口，各模塊之間可以自由組合。這樣可以變包裝機械的單件小批生產(chǎn)為各種模塊的批量生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。即使不是生產(chǎn)線而是單個機器，模塊式組合也可以縮短設計及制造周期，降低生產(chǎn)成本。而模塊化又可以使非標準零件走向標準化，使用戶排除故障方便快捷，也就降低了用戶的運行成本。

自動化面向包裝機械的集成運動控制解決方案


目前的包裝機械經(jīng)歷了三代的更替。第一代包裝機采用基于軸的線速度的機械設計，維護費用高，產(chǎn)品切換靈活性有限，此外，機械性能上限制較大。第二代包裝機增加了復雜性和成本，將第一代的機械部分改成了伺服控制。


目前業(yè)內(nèi)廣泛使用的是第三代全伺服包裝機。第三代機器采用機電一體化設計，移動部件大幅度減少，軟件內(nèi)容明顯增加，基于伺服的設計簡單、高效、靈活，制造和維護成本降低。



申先生比較了包裝機械采用集成控制與傳統(tǒng)的PLC和運動控制的差別。傳統(tǒng)的PLC和運動控制有額外的硬件成本，需要多種軟件程序包，需要開發(fā)了維護多種應用程序。



由于PLC和運動控制程序必須同步，就需要對等網(wǎng)絡，需要增加應用程序邏輯，數(shù)據(jù)訪問有限制。此外，性能上也有限制，包括網(wǎng)絡帶寬、數(shù)據(jù)存取、額外的應用程序代碼和握手型號異步等。



如果采用集成控制架構，就能帶來以下優(yōu)勢：一個軟件包用于順序、運動和邏輯控制，容易開發(fā)、調(diào)試和維護；同一編程語言用于順序和運動控制；集成的數(shù)據(jù)庫；PLC控制的先進特點適合所有的控制領域；不需要同步邏輯；提升系統(tǒng)性能；降低硬件和集成成本等。

終端包裝的最新選擇


市場營銷領域的終端包裝，是根據(jù)產(chǎn)品的性能、功效，在直接同消費者進行交易的場所進行各種形式的宣傳。物流意義上的終端包裝是指運輸包裝，即為了使貨物在運輸過程中不發(fā)生散垛，提高裝卸作業(yè)效率和保護貨物的完好等進行的包裝。因為運輸包裝一般是在產(chǎn)品生產(chǎn)線的最后一道工序，所以我們稱之為終端包裝。


集成化和標準化是現(xiàn)代物流對終端包裝的要求。運輸包裝中不僅是塑膜纏繞，熱縮托盤包裝和彈性拉伸套膜包裝將部分或大部分取代塑膜纏繞。

拉伸套膜系統(tǒng)的技術優(yōu)勢在于，薄膜套的制作與套膜機構是分離的兩套機構，薄膜焊接縫有更多的時間冷卻，取得更好的焊接質(zhì)量和緊度；薄膜只需拉伸到一定的程度，可自動控制縱向和對角拉伸；采用電馬達驅(qū)動，無液壓系統(tǒng)，屏除泄漏風險。這種拉伸套膜系統(tǒng)的速度最高可達210托盤/小時，該系統(tǒng)在歐洲已經(jīng)得到廣泛應用。

現(xiàn)場總線提升性能

從現(xiàn)場總線誕生時起，就以其先進的性能、方便的使用性、應用的經(jīng)濟性而迅速被廣大制造業(yè)用戶接受，至今一直占據(jù)應用數(shù)量的大份額。


近年來，隨著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的日益興隆，推動了該技術不斷發(fā)展，不僅可以把分散在現(xiàn)場I/O連接到中控室，同時將傳統(tǒng)應放在主站上執(zhí)行的控制任務下移到從站設備，從而實現(xiàn)真正意義上的分布式控制系統(tǒng)。



食品工廠的目的是最大限度的利用能源、資源及實用技術將原材料加工成成品。因此食品工廠有效的集合了各種操作單元，食品加工自動化技術隨著低成本微處理器發(fā)展而發(fā)展。



PLC提高了設備的自動化性能。各種先進的控制改善了食品加工的控制操作。自動化信息控制系統(tǒng)不僅對工藝流程控制至關重要，而且確保了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。



食品工廠的自動化，可降低勞動強度，減少損耗以及高效大批量生產(chǎn)，從而降低產(chǎn)品成本；現(xiàn)代質(zhì)量控制方法（如統(tǒng)計質(zhì)量控制和統(tǒng)計過程控制）為產(chǎn)品質(zhì)量提供有力保證。系統(tǒng)根據(jù)存儲的大量工藝和產(chǎn)品信息，可形成完整的運行報告及庫存清單報告，產(chǎn)品批次之間的質(zhì)量數(shù)據(jù)可用來質(zhì)量分析，幫助技術人員進行工藝改良及開發(fā)。