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1、自動(dòng)包裝機(jī)的工作原理
自動(dòng)化水平在制造工業(yè)中不斷提高,應(yīng)用范圍正在拓展。包裝行業(yè)中自動(dòng)化操作正在改變著包裝過(guò)程的動(dòng)作方式和包裝容器及材料的加工方法。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,顯著消除包裝工序及印刷貼標(biāo)等造成的誤差,有效減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源的消耗。
一、自動(dòng)包裝的作用
具有革命意義的自動(dòng)化改變著包裝的制造方法及其產(chǎn)品的傳輸方式。設(shè)計(jì)、安裝的自動(dòng)控制包裝系統(tǒng),無(wú)論從提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面,還是從消除加工誤差和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面,都表現(xiàn)出十分明顯的作用。尤其是對(duì)食品、飲料、藥品、電子等行業(yè)而言,都是至關(guān)重要的。自動(dòng)裝置和系統(tǒng)工程方面的技術(shù)正
2、在進(jìn)一步深化,并得到更廣泛的應(yīng)用。
機(jī)器人學(xué)(Robotics)已經(jīng)改變了人機(jī)的共存方式。自動(dòng)包裝的關(guān)鍵在于依據(jù)生產(chǎn)加工或包裝過(guò)程,設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠得以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)方案。顯然,自動(dòng)裝置(機(jī)械手或機(jī)器人)的選擇取決于這一過(guò)程的需求及特性。依據(jù)定義,一個(gè)自動(dòng)裝置即是能通過(guò)自動(dòng)控制或遙控方法完成任務(wù)的一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)機(jī)構(gòu)。它可以是簡(jiǎn)單的,例如,從一個(gè)位置移向另一位置的一種單軸結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)壓力聯(lián)動(dòng)裝置;也可以是復(fù)雜的,例如,具有六軸結(jié)構(gòu)的能動(dòng)外科手術(shù)的機(jī)器人。包裝過(guò)程的各個(gè)項(xiàng)目選擇以及各類(lèi)工業(yè)自動(dòng)化機(jī)構(gòu),可以在一個(gè)具體工作場(chǎng)所的空間范圍內(nèi),使每一個(gè)設(shè)計(jì)方案完成一項(xiàng)任務(wù)。
目前,自動(dòng)裝置的結(jié)
3、構(gòu)型式是多種多樣的。例如,可以滿足某一項(xiàng)具體操作的需求。工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都處在單軸與六軸之間。根據(jù)這種軸結(jié)構(gòu)的性能,機(jī)械手“臂”的設(shè)計(jì)在運(yùn)動(dòng)可控程序下,操作一個(gè)端部操作器或臂端工具。軸的數(shù)量代表了機(jī)械手臂的“自由度”。另外,還有輔助臂。例如,傳送帶的軸等,但它們通常不是以機(jī)械方式與機(jī)械手主臂相聯(lián)結(jié)的。對(duì)于不同機(jī)械手形式,一般都是根據(jù)其“x”、“y”、“z”三個(gè)主軸組成的坐標(biāo)系來(lái)分類(lèi)的。大多數(shù)機(jī)械屬于下述五種基本類(lèi)型之一:笛卡爾或直角坐標(biāo)系、圓柱面坐標(biāo)系、旋轉(zhuǎn)式或鉸鏈?zhǔn)阶鴺?biāo)系、球面或極坐標(biāo)系和柔選工組合型機(jī)械手(SCARA)。
二、自動(dòng)功能的外部設(shè)備
一個(gè)完整的自動(dòng)化結(jié)構(gòu)方案由很
4、多部件組成,其中,端臂操作工具、材料運(yùn)送裝置和識(shí)別/驗(yàn)證系統(tǒng)是主要組成部分。
1.臂端操作工具
機(jī)械手就是利用與其端部聯(lián)接的裝置從一個(gè)位置移到另一位置的一種工具。臂端操作工具,即端部操作器,是用來(lái)抓取產(chǎn)品、定向移動(dòng)和感受性能參數(shù)的一個(gè)部件。在包裝應(yīng)用中,端部操作器通常設(shè)計(jì)成能直接使用的真空套、夾緊爪或兩者結(jié)合的型式。它們的結(jié)構(gòu)方案可以從單一型的真空套到系列型真空套或夾緊爪的排列式結(jié)構(gòu)等。
2.材料輸送裝置
材料運(yùn)送及處理裝置是在傳動(dòng)和制造過(guò)程中,為產(chǎn)品的輸送、儲(chǔ)運(yùn)和控制時(shí)自動(dòng)移動(dòng)所需要的某些類(lèi)型的設(shè)備。其中包括動(dòng)力傳送帶、單軌吊車(chē)、自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)和機(jī)械手等。在包裝過(guò)程中,需
5、要考慮材料運(yùn)送處理的因素有:產(chǎn)品形狀、重量及材料性質(zhì);在運(yùn)輸、包裹及裝載期間產(chǎn)品的運(yùn)速、距離和方向;與其他裝置進(jìn)行聯(lián)接時(shí)所需控制水平以及如果需要時(shí)允許重新形成構(gòu)件的機(jī)動(dòng)靈活性。一種典型的材料運(yùn)送及處理系統(tǒng)包括:帶型輸入傳送器、貼標(biāo)機(jī)、條碼閱讀器、自動(dòng)裝置和輸出傳送器。一個(gè)用戶圖形界面提供了描繪出托盤(pán)堆碼形式的容易操作的平臺(tái)。根據(jù)控制生產(chǎn)的工件數(shù)量,機(jī)械手抓取、定向移動(dòng)和安放(堆碼)每個(gè)包裝容器(箱、盒、桶和罐等)在正確的托盤(pán)位置上。
3.識(shí)別及驗(yàn)證系統(tǒng)
識(shí)別、驗(yàn)證和精確跟蹤產(chǎn)品的能力已經(jīng)成為整個(gè)包裝系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)。識(shí)別方法可以使用傳統(tǒng)的條碼到無(wú)線電射頻(RF)傳感器,它們能夠跟
6、蹤托盤(pán)或全部產(chǎn)品。聯(lián)機(jī)的條碼印刷及驗(yàn)證也是必要的。能夠提供有效可靠手段,確保產(chǎn)品質(zhì)量的可視技術(shù)(Visiontechnology)可用于包裝的很多場(chǎng)合,例如,產(chǎn)品的檢測(cè)和定向、充填水平及計(jì)數(shù)、光學(xué)貼標(biāo)、文字識(shí)別、貼標(biāo)文案驗(yàn)證、標(biāo)貼記錄以及全部文字和圖形的驗(yàn)證(離開(kāi)生產(chǎn)線)等。條碼系統(tǒng)通過(guò)產(chǎn)品型式、日期/區(qū)碼和制造廠名為印前或聯(lián)機(jī)的印刷工序識(shí)別產(chǎn)品。條碼掃描儀和視頻識(shí)別系統(tǒng)記錄并驗(yàn)證產(chǎn)品標(biāo)貼以確保識(shí)別的完整性。一種典型的可視條碼檢測(cè)能力可以確認(rèn)每個(gè)條碼對(duì)應(yīng)于每種產(chǎn)品。
三、自動(dòng)包裝的過(guò)程
實(shí)現(xiàn)包裝自動(dòng)化,首要和最重要的一步就是定義過(guò)程。一項(xiàng)優(yōu)質(zhì)的工作項(xiàng)目是根據(jù)過(guò)程的特點(diǎn),而不是根據(jù)自
7、動(dòng)化設(shè)備來(lái)確定最終設(shè)計(jì)方案。在定義這一過(guò)程時(shí),需要考慮的三項(xiàng)關(guān)鍵因素是產(chǎn)品及包裝結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)總量和勞力人力因素。
1.產(chǎn)品/包裝結(jié)構(gòu)形式
產(chǎn)品/包裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響到所需自動(dòng)操作器和材料運(yùn)送處理的形式。產(chǎn)品/包裝的結(jié)構(gòu)尺寸、形狀、材料和重量將決定端部操作器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和自動(dòng)器有效載荷的需求。具有復(fù)雜形狀特征的包裝件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如橢圓形包裝容器比標(biāo)準(zhǔn)的圓形或方形包裝件具有更困難的定向問(wèn)題。增加系統(tǒng)復(fù)雜性的定向需求,應(yīng)在加工實(shí)施以前進(jìn)行仔細(xì)研究和分析。在進(jìn)行充填箱盒的情況下,機(jī)械手端部自動(dòng)操作器一般都提供一種工序,即能夠抓住足量的產(chǎn)品,一次性充填一個(gè)完整的箱盒。這樣,使得自動(dòng)操作器
8、的移動(dòng)距離盡可能減少并保持傳送帶或生產(chǎn)線上的產(chǎn)品連續(xù)行進(jìn)。
2.產(chǎn)品生產(chǎn)通過(guò)量
促進(jìn)包裝自動(dòng)化設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)恿υ谟诋a(chǎn)品生產(chǎn)總的通過(guò)量。生產(chǎn)線的速度越快,應(yīng)用自動(dòng)抓手和分類(lèi)裝置有助于降低自動(dòng)器的工作負(fù)荷,而跟隨包裝件的標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)器可能會(huì)越少。生產(chǎn)線速度不但影響到處理產(chǎn)品的自動(dòng)化裝置,對(duì)貼標(biāo)操作和可視檢驗(yàn)也有影響。為了達(dá)到有效可視檢測(cè)技術(shù),必須表明幾項(xiàng)相關(guān)問(wèn)題。其中包括:零件圖形一致性、檢測(cè)可重復(fù)性、傳遞速度一致性(例如生產(chǎn)線的波動(dòng)情況)、需要完成檢測(cè)的數(shù)量和合適的軟件程序等。這些因素突出地影響到一個(gè)可視系統(tǒng)的形式和成本。按一般規(guī)則,如需檢測(cè)的數(shù)量越多,視頻運(yùn)轉(zhuǎn)速度就越快,這樣就會(huì)導(dǎo)致更復(fù)雜更
9、昂貴的結(jié)構(gòu)方案。當(dāng)視頻裝置與自動(dòng)機(jī)構(gòu)組合成一體后,整個(gè)自動(dòng)器就能連續(xù)一致地并以可重復(fù)方式實(shí)現(xiàn)包裝件的定向和展現(xiàn)。
3.勞力或人力因素
自動(dòng)化包裝設(shè)備的運(yùn)行是管理、工程和生產(chǎn)各部門(mén)之間不斷有效的合作、交流、互動(dòng)創(chuàng)造的成果。所有相關(guān)人員及技術(shù)部門(mén)必須集合在一個(gè)緊密團(tuán)結(jié)的集體中——這個(gè)集體按照制訂的工作過(guò)程共同行動(dòng)一一以同一目標(biāo)為動(dòng)力、以戰(zhàn)略方式體現(xiàn)出一種凝聚力。
四、自動(dòng)系統(tǒng)的項(xiàng)目管理
如前所述,最佳的自動(dòng)化結(jié)構(gòu)方案總是基于良好設(shè)計(jì)的完整過(guò)程。這就需要一個(gè)具有一定管理水平的項(xiàng)目,此項(xiàng)目確保所有相關(guān)問(wèn)題均已進(jìn)入最終設(shè)計(jì)中。在研制一個(gè)自動(dòng)化方案時(shí),首先要建立好隊(duì)伍。這支隊(duì)伍應(yīng)包
10、括包裝過(guò)程中各個(gè)部門(mén)的代表——采購(gòu)、投資、質(zhì)保、工程、生產(chǎn)、后勤、保健、安全、管理以及與賣(mài)方的系統(tǒng)協(xié)調(diào)。內(nèi)部和外部用戶必須形成伙伴關(guān)系。例如,系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理者必須成為集體中的一分子。賣(mài)方應(yīng)成為包裝質(zhì)量管理過(guò)程中的組成部分。這樣,每個(gè)人都制訂有明確的要求,都能遵循這些要求,并且能評(píng)價(jià)并糾正不規(guī)范之處。其次是制訂包裝系統(tǒng)的規(guī)范和要求。這些構(gòu)成發(fā)展為一個(gè)詳細(xì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要框架。最好的辦法是同賣(mài)方協(xié)同工作,創(chuàng)造出一個(gè)“功能性設(shè)計(jì)規(guī)范”,使其同時(shí)滿足公司和賣(mài)方兩者的要求。規(guī)范應(yīng)該詳細(xì)確定諸如運(yùn)行速度和檢測(cè)方法等項(xiàng)目的指標(biāo),但還不是能達(dá)到的具體硬件或軟件模型。沒(méi)有專(zhuān)家或協(xié)調(diào)者參與的輸入信息,有可能造成過(guò)度
11、性規(guī)范,會(huì)限制設(shè)計(jì)創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展。一項(xiàng)優(yōu)良的規(guī)范將使一個(gè)過(guò)程和項(xiàng)目在目標(biāo)上有清晰明確的表達(dá)和理解,并且可以作為有效的包裝過(guò)程的開(kāi)始。
系統(tǒng)規(guī)范提供了一個(gè)方案性研制的系統(tǒng)框架。方案設(shè)計(jì),或稱(chēng)初步設(shè)計(jì)或預(yù)備方案,是用來(lái)說(shuō)明包裝過(guò)程或系統(tǒng)將如何解決項(xiàng)目規(guī)范中具體的規(guī)定和要求。方案設(shè)計(jì)時(shí)常是制造廠方和自動(dòng)線賣(mài)方之間的聯(lián)合工作,其內(nèi)容是多方面的,可以從簡(jiǎn)單的二維圖形直至主體的三維圖形等。
對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)的理論必須有深刻的理解,而自動(dòng)控制包裝的規(guī)范及準(zhǔn)則仍然是以實(shí)施過(guò)程為基礎(chǔ)。成功的自動(dòng)化可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面:
1.管理方面
通過(guò)管理形成一個(gè)具有凝聚力的集體,其中包括被賣(mài)方所確認(rèn)
12、的項(xiàng)目運(yùn)行是穩(wěn)定的和可行的。必須認(rèn)識(shí)到,人員素質(zhì)的影響程度將超過(guò)技術(shù)因素。在制訂工作計(jì)劃時(shí),要以每周而不是每日進(jìn)行預(yù)測(cè),以便及時(shí)修正失誤之處并加以完善。
2.主動(dòng)性方面
過(guò)程是每個(gè)人員獲得成功工作的最終結(jié)果。技術(shù)人員和生產(chǎn)工人必須要了解所生產(chǎn)的機(jī)器,而他們本身就是操作和維護(hù)機(jī)器并使其處于正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。
3.培訓(xùn)方面
來(lái)自生產(chǎn)線組織的教育和評(píng)估將會(huì)減小過(guò)程運(yùn)行中的阻力。關(guān)鍵崗位上的工程師和技術(shù)人員,在機(jī)械產(chǎn)品交貨裝運(yùn)之前,應(yīng)利用一段時(shí)間與包裝系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理人員一起進(jìn)行培訓(xùn)。
4.協(xié)調(diào)性方面
像所有人際關(guān)系問(wèn)題那樣,與賣(mài)方關(guān)系達(dá)到充分協(xié)調(diào)需要時(shí)間和耐心。賣(mài)方受到滿足客戶要求的挑戰(zhàn)。所以,精心確定的規(guī)范要求將有助于保證項(xiàng)目的成功。一個(gè)制造商肯定會(huì)小心謹(jǐn)慎,項(xiàng)目的變更必須由雙方批準(zhǔn)并用書(shū)面文件加以確認(rèn)。