未来已来∣打造奶粉罐自动化工厂——大满包装对于奶粉罐工厂自动化的探索

罐言盖语2018-10-25 10:48:48

/何晓刚,深圳市大满包装有限公司

 

随着人民生活水平的日益提高,干粉食品包装特别是奶粉包装日趋使用马口铁三片罐。凭借精美的印刷、良好的二次密封性、便捷的开启方式、良好的食品安全保障,以及更长的货架寿命,马口铁三片罐包装正在逐渐替代塑料袋包装、复合纸袋纸盒包装,成为干粉食品包装特别是奶粉包装的主流,干粉罐也得以从杂罐的归属类别中脱颖而出,成为金属包装领域内一个独立的门类。

 

制罐自动化与智能化应时应景

干粉包装金属罐的市场日益成熟,客户对成本及质量要求的日益提高,马口铁及包装材料的持续涨价,人力资源成本的不断增长,诸如此类的因素均使得奶粉罐制造的利润空间变得越来越小。外部环境的因素驱使企业不断内部挖潜,降低制造成本。生产自动化成为了企业降低制造成本、提升竞争力的必要手段。近几年国家大力提倡制造型企业的自动化改造升级,倡导智能化工厂模式,地方政府也出台了相应的资助政策,如广东东莞在2017年出台了“企业智能化改造项目政府资助政策”,对于自动化设备投入超过500万元的企业直接给予20%的政府资助,其中被评为智能化示范项目的企业可以拿到最高80%的政府资助。受客户要求、市场竞争、政府助推等因素驱动,制罐企业的自动化和智能化也在蓬勃发展。

 

奶粉罐自动化生产比三片饮料罐的要求更高

目前国内制罐生产设备的制造技术日趋成熟,设备的生产速度越来越快,自动化程度越来越高,三片饮料罐的生产已实现或基本实现了高度自动化,如:使用AGV小车将原料从仓库送入裁剪机上料架;使用AGV小车或无人驾驶叉车将产成品从包装台送入仓库的库位;生产线使用全自动连线,实现一键启动、一键停机、故障自动延迟停机;罐子码垛堆叠、打包带、缠绕膜使用智能化机械手来完成;质量检测采用智能视觉检测系统来完成,已经具备“黑灯工厂”的基本条件。

相对于三片饮料罐,奶粉罐的制造及使用有其独特的要求,从而对奶粉罐工厂自动化的建设提出了更高的要求。主要体现在“”几个方面。以下将分章节进行详述。

 

空罐的高卫生安全标准对生产自动化解决方案提出了新的要求

由于饮料罐在使用前可以通过净化水洗罐,灌装后还有杀菌工艺,因此饮料罐对成品罐内壁的卫生安全要求相对较低。而奶粉罐则不同,在使用前不允许经过清洗处理再用于奶粉灌装,因此对空罐的卫生安全要求非常高。为此,制罐企业不得不将工厂设计为洁净车间,为了保持车间生产区域的空气洁净度,要求车间外界的叉车不得直接进出车间,在车间与仓库之间还设置了一个缓冲区,AGV小车用于物料及成品在车间与仓库之间进行自动传递,既避免了叉车进出给车间带来二次污染,也避免进出车间的人员频繁更换洁净服的不合规性作业。 

奶粉罐在食品安全上的高要求,驱使制罐厂在空罐制造过程中必须对罐体特别是罐内进行严格的卫生检查,避免罐内壁出现任何污染、异物等物理危害。目前大部分奶粉罐制造工厂均采用人工目视检验的方法,按照502大罐生产速度150罐/分钟的速度,至少需要4人进行全检,检验人员长时间的用眼很容易造成视觉疲劳,且依然存在漏检的质量风险。杭州智感科技有限公司凭借在电子行业积累的视觉检测研发的经验,针对金属罐的缺陷及特点研发出了奶粉罐内壁高精度检测系统,可实现远程监控和远程调试,目前该系统已经广泛应用于奶粉罐生产线。

罐内异物检测系统可检测出奶粉罐内壁的污染、异物。


高附加值的奶粉罐对印刷质量的要求

金属奶粉罐有别于饮料罐,具有较高的附加值以及更长的使用寿命,甚至奶粉罐还因具有储物及装饰的功能而被消费者长时间使用,加上国内市场假冒产品屡见不鲜,消费者对于奶粉罐外观的精美特别是印刷质量的要求十分苛刻,对于明显的色差,印刷图案上的污点、缺损,印刷图案的重影等明显缺陷均不允许存在,因此奶粉罐制造企业不得不对产品的外观质量进行全检,目前采用的检验方法依然是人工目视检测。  

欧美的一些视觉检测系统研发机构早在3~5年前就已经开发出针对罐体印刷质量的视觉检测系统,并已成熟应用在国内外的一些奶粉罐生产线上;同时,还将罐内壁异物检测、倒罐检测、罐外焊边、翻边、封口质量检测集成在一套系统中,彻底解决了多工位、多系统在线检测的麻烦。该系统采用360º罐体成像,通过软件将多摄像头摄取的图像进行分析拼接,在检测系统的显示屏上自动生成并显示成平铺的马口铁片,同时标示缺陷的位置。目前这项技术国内的视觉检测开发商依然没能完整掌握,所研发的印铁质量检测系统仅可以对板材进行离线检测,如果未来能将小料片检测系统安装在裁剪机和焊机之间,实现自动化无人操作,将对制罐生产的自动化发展十分有利。

德国IBEA奶粉罐视觉检测系统示意图


自动堆垛包装系统替代人工作业

按照502奶粉罐生产150/分钟的速度计算,每3-4分钟便可完成一托盘的成品包装。而传统的包装方式、机械式码垛、打包带捆扎、外缠绕PE膜,或者套用外纸套等作业,已经基本实现机械化来独立完成。  

怎样将这几道包装工序的机械设备有效连接起来,解决机械设备在空罐的传输、码垛、打带、缠绕膜作业中频繁出现故障?由浙江龙文精密设备股份有限公司组建研发团队,设计并制作的奶粉罐包装一体化系统已经成功投放使用,通过柔性的输送线让空罐无间隔的在输送线上进行自动排列,ABB机械手将按照设定程序排列好的空罐抓起放在托盘上,并与穿件打包机、摇臂式缠绕膜机联动,自动完成空罐的传输、排列、码垛、打带、缠绕,并通过轨道自动送到车间外,同时包装所需要的托盘、隔板纸通过输送轨道从仓库自动送入洁净车间,真正做到了无人化操作,也有效解决了“叉车运送物料进入洁净车间”的不规范作业。

3 由龙文研发的全自动码垛包装系统,速度为150/分。

 

奶粉罐生产线的自动化控制

目前国内三片罐制造工厂在采购生产线时,基本上采取不同工序的设备分别采购,然后到工厂后再自行组合,导致一条完整的生产线至少包含好几家供应商的设备,如剪板机、机械手、焊机、补涂机、电磁烘干炉、组合机、各种在线检测设备、码垛包装机等。这些设备单元虽然已经实现了自动化,但由于控制程序是独立的,且所使用的PLC及触摸屏也各不相同,因此完成一条生产连接之后,要实现生产线自动化,做到前后联动,实现一键启动、一键停机、故障延迟停机的整线自动化就变得非常困难。生产企业常常不得不在各个工序设置操作岗位来启动设备、操作设备及处理临时故障,因此各设备之间也不得不采用很长的缓冲输送线来解决设备之间互不联动造成故障停机后空罐堵塞的问题,导致整个生产线变得冗长而占用太多的空间。

深圳大满包装有限公司已经与相关设备供应商展开深度合作,如与浙江龙文共同组建研发团队,通过设计生产线整体方案,统一规范各单机控制系统的配置,完成所有设备的连线组装,设计和制作中央控制台,实现了奶粉罐生产线的自动化生产,大大降低了生产制造成本,减少了食品安全的隐患,极大提升了企业的竞争力。

奶粉罐自动化生产线示意图

 

奶粉罐智能化工厂不是梦

5 智能化工厂模型

 

虽然奶粉罐生产线实现了自动化,但距离智能化工厂仍然有很长的路要走:一方面,工厂需要实现物料搬运自动化和生产辅助作业自动化;另一方面则要实现管理系统化和信息化。在实现了生产自动化和管理系统化的基础上,方可打造智能化工厂。

将自动化与互联网实现无缝连接,通过设备的数据端口与MES(生产执行系统)、SPC (统计过程控制)ERP(企业资源计划)等管理系统对接,实现生产线与管理系统之间的数据传输,管理系统对生产数据进行分析、处理,通过管理系统对生产线下达生产指令,自动化生产线完成管理系统下达的生产指令,并自动上传生产数据。

奶粉罐工厂的智能化不是梦,需要我们制罐人脚踏实地的潜行!

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