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)正在進(jìn)一步深化，并得到更廣泛的應(yīng)用。
目前，自動(dòng)裝置的結(jié)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)系來分類的。大多數(shù)機(jī)械屬于下述五種基本類型之～：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)。
一個(gè)完整的自動(dòng)化結(jié)構(gòu)方案由很多部件組成，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)所需要的某些類型的設(shè)備。其中包括動(dòng)力傳送帶、單軌吊車、自動(dòng)導(dǎo)向車和機(jī)械手等。在包裝過程中，需要考慮材料運(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)的條碼到無線電射頻(RF)傳感器，它們能夠跟蹤托盤或全部產(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)(Vision technology)可用于包裝的很多場合，例如，產(chǎn)品的檢測和定向、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(離開生產(chǎn)線)等。條碼系統(tǒng)通過產(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)包裝的過程
實(shí)現(xiàn)包裝自動(dòng)化，首要和很重要的一步就是定義過程。一項(xiàng)優(yōu)質(zhì)的工作項(xiàng)目是根據(jù)過程的特點(diǎn)，而不是根據(jù)自動(dòng)化設(shè)備來確定很終設(shè)計(jì)方案。在定義這一過程時(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)總的通過量。生產(chǎn)線的速度越快，應(yīng)用自動(dòng)抓手和分類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)到有效可視檢測技術(shù)，必須表明幾項(xiàng)相關(guān)問題。其中包括：零件圖形一致性、檢測可重復(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，很佳的自動(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)問題均已進(jìn)入很終設(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)包括包裝過程中各個(gè)部門的代表——采購、投資、質(zhì)保、工程、生產(chǎn)、后勤、保健、安全、管理以及與賣方的系統(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。賣方應(yīng)成為包裝質(zhì)量管理過程中的組成部分。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。很好的辦法是同賣方協(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。沒有專家或協(xié)調(diào)者參與的輸入信息，有可能造成過度性規(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程的開始。
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)，或稱初步設(shè)計(jì)或預(yù)備方案，是用來說明包裝過程或系統(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)線賣方之間的聯(lián)合工作，其內(nèi)容是多方面的，可以從簡單的二維圖形直至主體的三維圖形等。
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