西門子紙袋包裝機控制系統解決方案
文:西門子數字化工業2023年第二期
導語:紙袋雖然普通,但有著非常細致的分類,為了協助紙袋包裝機廠商克服諸多多挑戰,西門子以專業而豐富的技術能力,賦 予紙袋包裝機強大的性能優勢,并在洶涌浪潮中拔得頭籌。
隨著人們環保意識的提升以及國家限塑令的頒布,不僅 在咖啡行業,紙袋消費逐漸取代塑料包裝,被應用在越來越 多的消費場景下,如商超購物和外賣快餐等。
根據資料顯示,2021年全球紙袋機市場規模大約為50億 元(人民幣),預計2028年將達到86億元。目前歐洲是全球 最大的紙袋機市場,但相信在不久的將來,中國將成為全球 最大的紙袋機市場。
1 小紙袋,大學問
紙袋雖然普通,但有著非常細致的分類,按日常用途,一般 可分為購物袋、干果袋、服裝袋、休閑食品袋、面包袋、嘔吐袋、 垃圾袋等;按照制作工藝,一般可分為單張禮盒袋、尖底紙袋、無 繩方底紙袋、有繩手提紙袋等。
如此繁多的種類,為紙袋包裝機廠商帶來許多挑戰:
(1)柔性化差
個性化紙袋愈發受到消費者青睞,小批量、多品種的訂單越 來越多。這就要求紙袋機具備方便換型、“一鍵”變規格、集成多 種袋型生產單元等柔性化生產功能。
(2)前后端自動化程度低
紙袋包裝行業的高速發展,導致了行業內高技術操作人員的 短缺,同時,紙袋機前端換料、后端紙袋包裝、檢測、打包等環節 目前還嚴重依賴人工,導致紙袋生產商成本居高不下。因此,紙袋 機自動化程度迫切需要進一步提高,做到簡單易用,維護方便。
(3)材料浪費嚴重
紙袋生產商要求盡可能減少原材料的浪費,因此紙袋機在生 產帶色標的紙袋時需要在最短的時間內完成穩定的色標糾偏,將試 運行紙袋(無效紙袋)數量盡量減少,從而提升紙張利用率,降低 生產成本。
(4)設備投入市場時間長
在進行技術升級、開發新樣機過程中, 紙袋機OEM需要紙袋 機解決方案提供方能夠支持他們完成精準選型、快速樣機驗證及程
序開發等,盡可能縮短新設備投入市場的時間。
2 紙袋機如何生產紙袋
紙袋機主要分為帶手把紙袋機和無繩紙袋機。
全自動帶手把方底紙袋機主要由手挽機、貼把機、和主機等 三部分組成,其中手挽機將成卷圓繩和貼片卷筒紙制成手把,通過 一系列的輸送裝置將成型的手把送到貼把工位。
貼把工位將原色或印刷好的卷筒紙進行貼片位點斷、貼片位 涂膠、自動粘貼手把,再由主機將貼有手把的紙張進行涂邊膠、成 型紙筒、底部壓痕、切斷牽引、切刀切斷、折底成型并輸送出袋, 整個制袋過程可一次性完成。
具體工藝流程可參考圖1所示。
圖 1 全自動帶手把方底紙袋機工藝流程圖
其中主機工藝流程中的步驟三和步驟五最容易產生材料浪 費,同時也是小批量,多品種紙袋的關鍵轉換節點。在圖中沒有被 展現的前端和后端步驟,例如上料還有打包目前對人工的依賴程度 普遍還比較嚴重,自動化程度低。
而不論是主機,手挽機還是貼把機,每一個工藝步驟在正式 投入生產或者技術升級之前都需要經歷設備調試,而這往往需要耗 費大量的人工和時間。
全自動無繩方底紙袋機相比帶手把方底紙袋機少了手挽和貼 把部分,機械機構和工藝流程更簡單,生產效率更高,主機部分的 功能及工藝實現和帶手把方底紙袋中的主機是一樣的。
在機械設備中,控制系統是不可缺少的一部分,那么紙袋機 設備的核心技術有哪些呢?
3 紙袋機設備三大核心技術
(1)不停機切換袋長,提高生產效率
紙袋機的切斷工藝是一種典型的橫切應用,如圖2所示, 針對無標原紙,通過規劃2條運動凸輪曲線,在生產加工運行 中,當檢測到紙袋長度變化后,即開始進行新規格切刀運行曲 線的規劃和切換,避免了降速或停機,從而提高了生產效率。
切刀
圖 2 紙袋機的切斷工藝是一種典型的橫切應用
(2)開發多種追標方式,提高調試效率
針對有色標的原紙生產,需要在色標處進行切斷作業,即 當色標到達切刀正下方時,刀也要到達切斷處,為了實現這一 需求,在高速探針傳感器檢測到色標時,控制系統需要進行運 算并控制刀軸進行對應相位的調整。為了滿足不同用戶的操作 習慣和減少材料浪費,紙袋機解決方案提供方需要開發多種追 標算法,提高不同原紙的調試效率。
圖 3 有色標原紙的追標與切斷
(3)迭代升級,提高柔性化
隨著消費升級和大眾審美的提升,紙袋機設備機械和工藝 也需迭代升級,針對需要增加印刷單元、自動對版和自動上下 料等柔性化需求,紙袋機解決方案提供方需要提供豐富的軟硬 件產品,以滿足用戶的多樣化和柔性化需求。
4 小結
面對不斷進化的市場和越來越多樣以及嚴苛的客戶需求, 紙袋包裝機的解決方案也需要快速革新,做到與時俱進。作為 制造行業的引領者,西門子以專業而豐富的技術能力,賦予紙 袋包裝機強大的性能優勢,并在洶涌浪潮中拔得頭籌。
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