2. 高自動化

食品加工本身的價值。在國外食品包裝機械領域，其自動化主要有控製產品、驅動產品和低壓電器。其中控製產品包括可編程邏輯控製器 （PLC）、工業控製計算機、單板機和人機界麵等；驅動產品包括交流變頻器、直流調速器、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、接近開關等。其中 PLC、變頻器和人機界麵的應用，主要集中於啤酒和飲料包裝機械、全自動包裝機、瓦楞紙板

（箱） 生產設備、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、鬆下電工、施耐德和台達 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、鬆下電工及鬆下電器、西門子、台達和施耐德 9 個；互為競爭對手的人機界麵廠家主要有 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對機械設備的共同需求。同時，由於高中檔食品包裝機械自動化產品市場需求的擴大，以及低檔食品包裝機械自動化水平的提高，導致食品包裝機械製造企業不得不廣泛應用自動化產品，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，其作用主要體現在 5 個方麵：一是可提高生產效率。高速食品包裝機械要求與前道工序要有相關銜接 （包括控製銜接），不需搬運環節，

在設計方麵，食品包裝機械自動化設計有以下三個主要特點：一是每台機械手均由單獨電腦控製。一台食品包裝機械為完成複雜的包裝動作，需由多個機械手完成。完成包裝動作時，在由電腦控製的攝像機錄取信息和監控下，機械手按電腦程序的指令完成規定的動作，確保包裝的質量。二是具有對材質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變化不易為人眼所辨別。所以在設計食品包裝機械時，常采用由電腦控製的攝像機和探測器來分辨包裝材料厚度及材料的變化。攝像機現已發展到能自行檢查和辨別攝像的圖片，並在顯示屏上顯示。並根據材料的變化經分辨別後能改變轉速，從而控製在最優化狀態下工作，以最短時間完成包裝工序，並且實現自動清理、自動消毒和自動清潔。三是適應產品變化， 設計出具有良好柔性和靈活性的設備。為適應市場激烈競爭，許多被包裝產品更新換代的周期越來越短。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、模塊技術和單元組合形式。

2. 機電一體化

機電一體化技術是在信息論、控製論和係統論的基礎上建立起來的綜合技術，其實質是從係統觀點出發，運用過程控製原理，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。具體講，它是將微機技術引入到食品包裝機械中，應用機電一體化技術，開發智能化包裝技術，按產品自動包裝工藝要求組合成全自動包裝係統進行生產，使生產過程檢測與控製、故障診斷與排除等實現全麵自動整個生產線按生產及包裝工序排列要做到倒序啟動、順序停機。如冷灌裝生產線，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進行。二是可適應產品的更新變化。食品包裝機械要具有很高的柔性和靈活性，生產線允許在一定的尺寸範圍內使包裝物大小可以變化。因為產品的生命周期遠短於設備使用壽命，所以變更產品及包裝不至於更換昂貴的包裝生產線。三是設備常見故障可迅速排除。將解決方案預先輸入電腦，當設備出現常見的故障時可以自行診斷，亦可實行遠程診斷並排除故障。四是要求具有自動識別功能。一方麵，可以實現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整動作幅度，保證不反彈；另一方麵，讓各種不同的產品 （如形狀各異的巧克力或點心等），裝到同一盒中，其排列是有規律的。五是可減少環境汙染。減少噪聲、粉塵等汙染，並盡量減少廢棄物，在食品加工過程中的自動化作業尤為重要。沒有廢棄物、沒有汙染以及綠色包裝的價值，已大大超化。隨著食品加工技術的日益提高，對包裝參數的要求也不斷增 多 ，原 有 的控 製 係統已難以滿足新形勢的發展， 而將機、電、光、磁等。一個完整的機電一體化係統，一般包括微機、傳感器、動力源、傳動係統、執行機構等部分，它摒棄了常規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融為一體，給食品包裝機械在設計、製造和控製方麵都帶來了全新的變化。采用機電一體化係統的作用：一是可使食品包裝機械的結構簡化。控製係統是機器的發令器官，傳統的食品包裝機械控製係統多采用繼電器、接觸器控製電路，其複雜程度隨著執行機構的增多以及調整部位的增加而加大，使得機器也越來越複雜，給製造、調整、使用和維修均帶來不便。而機電一體化，可用微機、傳感技術、新型傳動技術取代笨重的電氣控製櫃和驅動裝置，使零部件數量劇減，結構大為簡化，體積也隨之縮小。二是可提高食品包裝機械的產品質量。微機內有一個巨大的存儲係統，人們可預先將影響食品包裝機械工作的各參數及有關數據存入微機，它能自動跟蹤生產過程。當一個參數或幾個參數發生變化，這種變化在瞬間反饋至微機，微機對這些變化參數進行識別、判斷並及時進行相應修正，使食品包裝機械隨時保持最佳工作狀態。而傳統食品包裝機械在工藝參數變化時，其調整多憑經驗，這就難以找到最佳參數。若是幾個工藝參數同時改變，更是無所適從。如最常見的塑料袋封口機，其封口質量與包裝材料、熱封溫度和運行速度等有關。如材料 （材質、厚度） 發生變化，那溫度和速度也要隨之改變，但變化多少卻難把握。如采用微機控製，將各種包裝材料的封口溫度和速度的最佳匹配參數輸入微機存儲器，再配上必要的傳感器， 組成自動跟蹤係統，這樣不管哪個工藝參數改變，都能保證最佳的封口質量。三是可增強食品包裝機械的可靠性。參數變化越多，調整部分越多，機電一體化的優越性也越大，這是一般控製方式無法相比的。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，可具有製盒、滅菌、灌裝、封口等功能，但若將微機引入控製係統，則還可存儲如生產率、產品數量、故障現象、故障原因等數據，同時能對這些數據根據實際情況進行相應處理，並把結果打印出來，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控、動態檢測、報警等功能，還具有安全連鎖控製、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合，實現機電一體化控製，將自動化操作程序、數據收集係統、自動檢驗係統更多應用於食品包裝機械中。日本則善長於微電子技術用以控製食品包裝機械，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變化不易為人眼所辨別，采用由電腦控製的攝像機和

探測器來分辨包裝材料厚度及對材質的變化並在顯示屏上顯示出來，同時機器根據分辨後材料的變化改變有關參數及轉數，保證機器在最優狀態下進行工作。在德國，食品包裝機械的計量、製造和技術性能等均居世界領先地位，幾年前德國食品包裝機械係統設計時，機電一體化技術在整個係統操作中還隻占 30%，現在已占到 60%左右。

3. 結構模塊化

模塊化設計是食品包裝機械結構設計的一種有效方法，也是綠色設計中確定其結構方案的常見手段之一。模塊化設計就是在一定範圍內，在對不同功能、或相同功能下的不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分並設計出一係列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，以滿足市場的不同需求。食品包裝機械特別是一些結構複雜的食品包裝機械都是由若幹個具有一定功能的子部件組成的。在進行設計時，應盡可能將各子部件設計成相對獨立的功能模塊，例如食品包裝機械整機設備可采用若幹個單元組成，換用其中一個或幾個單元，即可適應不同包裝產品的變化。這樣將綠色產品設計思想與模塊化設計方法結合起來，可以同時滿足食品包裝機械的功能屬性和環境屬性。因此，采用模塊化設計， 一方麵可以縮短食品包裝機械的研發周期，增加產品係列，提高其質量，以快速應對市場的變化；另一方麵也可以減少或消除對環境的不利影響，方便升級、維修和食品包裝機械廢棄後的拆卸、回收處理。在食品包裝機械的整個結構中，歐、美、日等發達國家大量使用模塊化設計方法，對一相同性能的食品包裝機械進行分析，設計出對應的功能模塊，通過不同的模塊組合，可以滿足不同產品的需求。這就像七巧板一樣，不同組合方式能產生不同的整體效果，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，使零件數量減少，減少資源消耗；對零件、支撐、載荷的布置進行優化設計，使整機產品盡可能“小型化”，可提高材料利用率。食品包裝機械模塊化設計方法，視產品具有某種功能的實現為整體結構模塊，通過各個結構模塊的組合，實現產品的整體方案設計。其模塊化設計思想，是建立在係統化設計方法的基礎之上，將設計任務由抽象到具體 （由設計的任務要求到實現該任務的方案或結構） 進行層次劃分， 擬定出每一層欲實現的目標和采用方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯係在一起，實現整個設計過程係統化，使設計有規律可循，有方法可依， 易於設計過程的計算機輔助實現。可見，運用建立在係列化基礎上的模塊化設計思想，已成為當今食品包裝機械產品設計的一大發展趨勢。在保持產品基本模塊的基礎上，通過模塊化、係列化設計，可以方便地實現內部功能的整合、外部功能的擴展，既保持了成熟產品的內在優勢，又大大拓寬了產品創新發展的空間。產品係列化、組合化、通用化和標準化孕育了模塊化設計技術。關於模塊化設計對食品包裝機械的影響，其目的在於簡化設計程序和製造過程，縮短產品研製的周期。

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