
Чтобы соответствовать требованиям современного рынка, упаковочное оборудование за последнее десятилетие становится все более адаптивным. Это было заметно по ряду компонентов motion и полностью интегрированным конструкциям на недавних выставках Pack Expo. Более конкретно, новейшими адаптивными машинами являются:
В основе всех этих сложных элементов лежат системы управления движением и передачи мощности. Почти все упаковочные машины включают в себя механическую раму и элементы передачи энергии (включая приводы линейного перемещения и направляющие); двигатели и приводные устройства; а также контроллеры движения, мало чем отличающиеся от тех, которые использовались в течение последних 40 лет в механизации и автоматизации оборудования. Однако точность и другие эксплуатационные характеристики элементов передачи мощности этих машин постоянно развивались и совершенствовались, дополняя новейшие предложения серводвигателей (синхронных переменного тока и других), а также все более совершенные возможности электронного управления.
Хотя требования к точности и повторяемости упаковочного оборудования могут быть более скромными, чем требования к медицинскому оборудованию или производству полупроводников, потребность в производительности не имеет себе равных — многие машины обрабатывают тысячи изделий в минуту. Эта потребность в высокой производительности сопровождается потребностью в надежности и постоянстве. Это верно независимо от того, имеют ли отдельные кусочки продукта некоторую постоянную массу или (в случае наполнения и упаковки) переменную.
Рассмотрим готовую к розничной продаже упаковку, которую собирают некоторые машины — паллеты для упаковки продуктов, которые все чаще встречаются в клубных магазинах, таких как Costco и BJs. Машины, которые собирают эти готовые к полке дисплеи, в значительной степени полагаются на станции с сервоприводом и роботизированные манипуляторы, которые обычно соединяются с конвейером. В типичной установке конвейер доставляет продукт на станцию, которая ориентирует отдельные единицы для группировки; затем модули перемещаются по конвейеру к последующим станциям, которые группируют упаковки по шаблонам, позволяющим розничным продавцам использовать картонные коробки большего размера для доставки, укладки и демонстрации товаров после их поступления в магазины. Настройка таких машин почти всегда осуществляется через HMI.
Во многих случаях машины следующего поколения, способные собирать дисплеи, готовые к продаже в розницу, должны также оснащаться датчиками и подключаться к сети достаточно быстро, чтобы регистрировать десятки единиц хранения смешанных товаров (коды артикулов) в минуту.
Например, производитель лаваша и сэндвичей может использовать машины для упаковки в картонные коробки с сервоприводом для повышения производительности и гибкости. Для этого применения вертикальные устройства для упаковки в картонные коробки позволяют собирать картонные коробки с различным количеством наименований. Для крупных розничных продавцов и клубных магазинов это может включать в себя упаковку из четырех, шести, 12 и 14 картонных коробок, что требует конструкции машины, позволяющей операторам (с помощью сенсорного интерфейса HMI) быстро переключаться на коробки разных размеров — обычно дюжину или более раз в неделю. Благодаря современным приводам и элементам управления такая замена может занять всего 10-15 минут.
Во многих случаях даже производители, создающие такие упаковочные машины для картонной упаковки, выигрывают от автоматизации и сокращения количества механических деталей оборудования на базе сервоприводов.
Практически любое изделие из металла, продуктов питания, косметики, медикаментов, пластмасс или коробок перемещается по конвейеру в процессе производства. Неудивительно, что конвейеры бывают самых разных форм и размеров — от ленты шириной менее 2 дюймов. (для перемещения чрезвычайно мелких деталей) шириной до нескольких футов для перемещения сыпучих материалов.
Конвейеры классифицируются как по средствам транспортировки, так и по назначению: некоторые конвейеры служат для транспортировки сыпучих или дискретных продуктов в непрерывном потоке, практически не взаимодействуя с транспортируемыми товарами по пути следования. Это прочные агрегаты, оптимизированные для высокой производительности. Несколько более требовательные конвейерные установки перемещают продукт между помещениями или машинами. Еще более требовательными являются конвейеры для перемещения материалов в машины или на станции или из них. На самом деле для обеспечения надлежащего обращения с продуктом требуются возможности позиционирования. Самые требовательные конвейеры пропускают заготовки и другие товары через сборочные или другие рабочие станции и оборудование без перерыва. На многих таких конвейерах для выполнения этой сложной задачи используются специальные шайбы для закрепления заготовки, в то время как машины выполняют работу с изделиями.
Конвейеры для перемещения массивов дискретных продуктов — приложений, связанных с управлением движением, — принимают различные формы. Некоторые используют тонкие плоские ленты, изготовленные из инженерной ткани с добавлением нейлона, ПВХ, бутадиен-стирольного синтетического каучука (SBR) или других прочных синтетических материалов.
Шкивы специальной формы с приводом от двигателя зацепляют (с трением, поддерживаемым натяжением) конвейерную ленту и заставляют ее (и любой продукт, движущийся по ней) продвигаться вперед. Преимущества такой конструкции включают простоту и экономичность; тонкость транспортирующей среды для облегчения перемещения с концов конвейерной ленты на нее даже очень мелких предметов; способность выдерживать широкий диапазон температур; и настраиваемые поверхности — например, для легкого высвобождения выпеченных кондитерских изделий.
В других случаях конвейеры состоят из ряда цилиндрических роликов как без привода, так и с приводом от двигателя. Эти роликовые конвейеры лучше всего подходят для транспортировки предметов с плоским дном, таких как картонные коробки или шайбы для формованных деталей.
Простые конвейеры, оснащенные только роликами без привода, работают как ручные конвейеры (позволяющие персоналу перемещать предметы по транспортирующей поверхности с низким коэффициентом трения) или гравитационные конвейеры, которые имеют наклоны вниз — часто в качестве отводящих рамок — для подачи предметов на конечное рабочее место или в пункты сбора. Здесь конкурентоспособным вариантом конвейера является конвейер с шаровым столом, оснащенный сферическими роликами свободного хода, позволяющими транспортируемому продукту свободно скользить по нему. Приводные ролики на роликовых конвейерах могут либо соединяться с мотор-редуктором на боковой стороне конвейера, либо непосредственно встраивать двигатели, называемые барабанными двигателями, в свои цилиндрические корпуса, которые, в свою очередь, обычно изготавливаются из стали или (если предназначены для промывки) из нержавеющей стали.
Конвейеры для позиционирования товаров с умеренной точностью (скажем, для простого расстановки коробок) могут использовать только моторизованные ролики. Напротив, системы или секции конвейера с более мягкими требованиями (или полагающиеся на периферийные системы для функций окончательного позиционирования) могут соединять несколько роликов без питания с каждым приводным роликом с помощью шнуров или лент, изготовленных из круглой полиуретановой ленты. Эти ленты оборачиваются петлей и плотно прилегают к пазам на концах приводимых в действие и не приводимых в действие роликов; натяжение обеспечивает надежную фиксацию круглых лент в их пазах и облегчает передачу мощности от моторизованного ролика к соединенным пассивным роликам.
Конвейеры с линейным приводом, которые те, кто стремится дифференцировать предложение, также называют интеллектуальными транспортными системами, являются дорогостоящими, но позволяют применять их в очень сложных условиях. Некоторые модульные линейно-транспортные системы могут наполовину сократить габариты станка при использовании для замены индексирующего и транспортирующего оборудования.
Грузчики в некоторых таких системах могут передвигаться независимо друг от друга или группами по нескольким настраиваемым железнодорожным системам. Высокая динамика и точность помогают системе превосходно справляться с зазорами и отводами, а новая гигиеническая версия предназначена для фармацевтики, биотехнологий, упаковки, производства продуктов питания и напитков.
Модульные линейные транспортные системы не предназначены для замены других транспортных систем. Однако отслеживаемость с помощью системы может сократить количество сканирований, необходимых для каждой детали в ходе операции. Поскольку движители отображаются в виде отдельных сервоосей, органы управления никогда не теряют контроль за перемещаемыми предметами. Для такой прослеживаемости в традиционных архитектурах может потребоваться бесчисленное количество сканеров, поэтому в некоторых случаях стоит сократить количество компонентов и трудозатрат интеллектуальных транспортных систем.
Другими вариантами транспортировки специальных грузов являются двухосные ступени на пневматических подшипниках и плоские двигатели. Ступени с воздушными опорами подвешивают переносимый груз на воздушной подушке, а для перемещения полагаются на линейные двигатели — часто с бесщелочной силовой конструкцией для плавного приведения в действие. Управление, как правило, сосредоточено вблизи центра масс, чтобы максимизировать прямолинейность и свести к минимуму угловые погрешности каждого движения. В отличие от этого, planar motors использует электромагнитные свойства своих двигателей как для перемещения, так и для подвешивания грузов, поэтому их иногда называют ступенями магнитной левитации или maglev. Некоторые такие системы поднимают магнитные движители с шестью степенями перемещения на высоту до 5 мм над плоскими двигательными плитками.
О будущих упаковочных машинах также будут судить по тому, насколько хорошо они интегрируются в так называемые концепции взаимосвязанной отрасли. Здесь идея заключается в том, чтобы позволить инженерам—проектировщикам создавать машины и сети для соединения операционных технологий или OT — приводов, систем управления и даже технологических и производственных компонентов и программного обеспечения, которые они интегрируют каждый день, — с информационными технологиями или IT-системами управления, продаж, ERP, цепочки поставок и инвентаризации инструменты организации.
За последние 15 лет несколько поставщиков компонентов для перемещения приобрели или разработали программное обеспечение, позволяющее управлению упаковочным производством и данным ERP-системы определять, что происходит на заводах. Другие установили партнерские отношения с Cisco и аналогичными компаниями, чтобы предлагать эти функции производителям оборудования и конечным пользователям. Большая часть интеграции здесь использует Ethernet для подключения к ИТ—данным для конвергенции ИТ / OT — это актуально для многих отраслей промышленности, но особенно полезно для упаковки, поскольку позволяет регулировать выпуск продукции для лучшего удовлетворения спроса, а также обеспечивать безопасность продукции за счет отслеживания.
Форматы отдельных продуктов — пакеты-подставки, упаковка, защищенная от детей (CR), антибактериальные обертки, многофункциональные крышки для контейнеров и картонные коробки нестандартных размеров — также продолжают расширяться. На самом деле, рыночные отчеты из Ассоциация производителей гибкой упаковки, торговая ассоциация производителей гибкой упаковки и отраслевых поставщиков, отмечает, что за последнее десятилетие глобальное использование специальной упаковки неуклонно росло и в настоящее время превышает 30 миллиардов долларов. Это происходит благодаря лучшей автоматизации, а также достижениям в области материалов и процессов. Например, некоторые производители, производящие машины для формования и запечатывания изделий в пакеты, переходят с термосваривания на ультразвуковое, поскольку последнее более щадящее и эффективное. Ультразвуковая сварка также улучшает качество упаковки напитков. Одна из технологий немецкой компании Xolution (не путать с OXO) приваривает полипропиленовые крышки к алюминиевым банкам ультразвуком для создания портативных кружек, которые в противном случае позволяют производителям напитков разливать напитки традиционными способами.
Большинство потребителей в США ссылаются на экологичность как на преимущество упакованных товаров. Инженеры-упаковщики фактически начали применять в своих конструкциях биопластики, а также компостируемые, биоразлагаемые и другие материалы на растительной основе, такие как пленки на основе полимолочной кислоты (PLA), коноплю, изделия из переработанной древесины и даже хлопок. Но по-настоящему устойчивая упаковочная промышленность должна когда-нибудь заняться переработкой пластиковых отходов (частично за счет эффективной отчетности по переработке) и свести к минимуму выбросы углекислого газа, связанные с ее деятельностью. Лишь в немногих муниципалитетах США действуют программы утилизации отходов, и количество пластиковых отходов в естественных условиях продолжает увеличиваться.
Проблемы включают необходимость дифференцировать потребительские товары, обеспечивая при этом прочность упаковки, достаточную для транспортировки и погрузочно-разгрузочных работ, в дополнение к автоматизации применения экологически чистой упаковки, которая не обязательно разрабатывается с учетом высокой производительности.
Так называемые цепочки поставок упаковки «от колыбели до колыбели» (в отличие от «от колыбели до могилы») основаны на полностью многоразовых или биоразлагаемых материалах. Там, где вторичной переработки после потребления недостаточно для замыкания цикла, альтернативой может служить лом, образующийся на месте, наряду с постиндустриальными материалами для вторичной переработки в результате самостоятельных производственных процессов. Они дешевле, менее загрязнены и требуют меньше энергии (на транспортировку, очистку, сортировку и риформинг), чем первичные материалы и другие альтернативы для преобразования в новую упаковку. Добытые в океане пластмассы и восстановленный полиэтилентерефталат (ПЭТ), а также полиэтилен высокой плотности (ПНД) являются другими ценными источниками для упаковки, изготавливаемой методом выдувания и литья под давлением.
Контактные кольца для упаковочной промышленности
Автоматизация упаковки для вентиляторов с лестничной логикой
Подробнее о контактных кольцах для разработки упаковки
Технология управления движением совершенствует упаковочную машину
Новейшая сервотехнология повышает прибыль от упаковки
Программные практики для упаковочных роботов
Свежие комментарии