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第一节概述随着包装产业的迅猛发展，产品的包装不再是以单机完成一道道工序、生产效率极低的作业过程了，取而代之的是：包装流水线及包装自动线。所谓包装流水线是将相互独立的自动或半自动包装设备，辅助设备等按包装工艺的先后顺序组合起来，使被包装物品从流水线一端进入，经过不同的包装设备，包装材料在相应的包装工位加入，包装成品从流水线的末端不断输出。在包装流水线中，工人只参与一些辅助的包装作业，如整理、输送、包装容器供给等。图10.1为一方便面生产流水线示意图，该生产线需人工完成供盖、整理装箱及封口等工作。图10.1方便面包装流水线示意图1-面供给装置2-面装碗装置3-自动放碗机构4-加热封口机构5-输送装置6-包装机7-热收缩包装机为进一步提高生产率，在流水线的基础上，再配置适当的自动控制、检测、调整装置、自动供料及输送装置等，使被包装物品能按既定的工序和一定的节拍自动完成包装工艺过程。整个包装过程不需人直接参与操作，仅需完成开机、出现故障时进行调整检修、控制等。这种工作系统即称包装自动生产线。如图10.2为一综合自动包装线。从工艺角度来看，包装自动生产线除了具有流水线的一般特征以外，还具有更严格的生产节奏性和协调性。目前在我国包装各行业中已广泛地应用着不同程度的包装流水线和包装自动生产线。一、包装自动生产线的基本组成包装自动生产线是由最基本的工艺设备——自动包装机及将自动包装图10.2综合自动包装线机联线的辅助设备（输送装置等），并依靠推动控制系统完成确定的工作循环。如图10.3所示。图10.3自动包装线基本组成方框图其中，辅助装置和自动控制系统是区别流水线与自动生产线的重要标志。本章主要介绍包装自动生产线。二、包装自动生产线的主要类型包装自动生产线按照包装机排列形式分为串联、并联和混联三种类型。一般以串联和混联生产线较多；按照包装机联系的特征可分为刚性、挠性和半挠性生产线三种类型。图10.4(a)所示为刚性生产线。被包装物在生产线上完成全部包装工序均由前一台包装机直接传递给下一台包装机,所有机器按同一节拍工作,如果其中一台包装机出现故障,其余各机均应停机。图10.4生产线示意图(a)刚性生产线(b)挠性生产线(c)华挠性生产线1、4、8一被包装物2、6、9一包装机3、7、11一成品5、10一中间存贮器图10.4(b)所示为挠性生产线。被包装物在生产线上完成前道包装工序后,经中间贮存装置贮存,根据需要由输送装置送至下一包装工序。即使生产线中某台包装机出现故障，也不影响其余包装机正常工作。图10.4(c)所示为半挠性生产线。生产线由若干个区段组成，每个区段内的各台包装机间又以刚性联接，各区段间为挠性联接。目前，刚性和半挠性生产线较常用。包装自动生产线的建立，不仅提高了产品包装质量、包装速度、减轻了工人劳动强度、减小占地面积，而且，为产品包装过程的连续化、高速化奠定了基础。第二节工艺路线与设备布局一、工艺路线包装工艺路线是进行包装自动生产线总体设计的依据，它是在调查研究和分析所收集资料的基础上确定的。设计包装工艺路线时,应保证包装质量、高效率、低成本、结构简单、便于实现自动控制、维修和操作方便等。根据包装自动生产线的工艺特点,提出以下设计原则：1．合理选择包装材料和包装容器例如：糖果包装机中采用卷筒包装材料,有利于提高包装机的速度；对于衣领成形器而言，宜选用强度较高的复合包装材料；制袋一充填一封口机所使用的塑料薄膜应预先印上定位色标，以保证包装件的正确封切位置；自动灌装机中为使灌装机连续稳定运行，瓶口的形状与尺寸应符合精度的要求等。2．满足工序的集中与分散工序集中与分散程度是依据哪一种原则更能全面、综合地保证质量、提高生产率和降低成本等因素而确定的。工序集中的特点：由于工序集中,减少了中间输送、存贮、转向等环节,使机构得以简化；可缩减生产线的占地面积。但是,工序过分集中,会对包装工艺增加更多的限制，降低了通用性,增加了机构的复杂程度,不便于调整等。所以,采用集中工序时,应保证调整、维修方便,工作可靠,有一定通用性等。为提高生产率，便于平衡工序的生产节拍,可以将包装操作分散在几个工序上同时进行,使工艺时间重叠,即工序分散。例如：回转式自动灌装机头数愈多,生产率愈高。工序分散可减小机构的复杂程度,提高工作可靠性,便于调整和维修等。但生产线占地面积大,过分分散也使得成本增加,不太经济。总之，对于工序的集中和分散,应根据生产线的特点全面综合地进行分析比较,力求合理,方案最佳。3．平衡工序的节拍平衡工序的节拍是制定包装自动生产线工艺方案的重要问题之一。各台包装机具有良好的同步性,对于保证包装自动生产线连续协调地生产非常重要。平衡节拍时,反对压抑先进,迁就落后的平衡办法。具体采取如下措施：(1)将包装工艺过程细分成简单工序,再按工艺的集中、分散原则和节拍的平衡,组合为一定数量的合理工序。(2)受条件限制，不能使工序节拍趋于一致时，则尽可能使其成倍数，利用若干台包装机并联达到同步的目的。(3)采用新技术，改进工艺，从根本上消除影响生产率的工序等薄弱环节。总之,工艺方案的选择是一个非常复杂的问题,必须从产品包装质量、生产、成本、可靠性、劳动条件和环境保护等诸方面综合考虑。所制定的包装工艺方案应是先进、可靠和切实可行；在保证包装质量的前提下,力求提高生产率；同时,应使生产线结构简单,噪声低，便于操作、维修等。在制定包装工艺方案时，一般应同时拟定几个不同方案,进行分析对比，在进行必要的试验之后，适当修改和综合，最后确定。应当指出，工艺方案的合理性并非一成不变,它应随着生产的发展和条件的变化而发生变化。二、绘制工艺原理图在选择和确定了包装工艺方案之后，就应着手绘制工艺原理图。包装自动生产的工艺原理图只需给出各单机所完成的功能。图10.5所示为装箱自动生产线的工艺原理图。工艺原理图是不可缺少的原始资料，绘制工作循环图及有关机构的设计和选择，都以此为基础。图10.5装箱自动生产线的工艺原理图三、设备布局包装工艺路线和设备确定后,本着简单、实用、经济的原则布置设备。力求方案最佳。另外,还应考虑可根据厂房的变化,灵活安排布局并为以后的技术改造留有余地。图10.6设备布局图1-取瓶机2-塑料周转箱3-输送装置4-装箱机5-检液装置6-贴标机7-封口机8-灌装机10-空瓶检查台11-洗瓶机图10.6和图10.7所示为两种布局形式。图10.6所示各台设备间设置了平面输送装置。图10.7所示为在设备上部空间设置输送装置。图10.7设备上部空间设置输送装置1一灌身制造机2-翻边机3-自动检漏机4-卷边封口机1.平面布置平面布置应力求生产线短、布局紧凑、占地面积小、整齐美观以及调整、操作、维修方便。包装自动生产线的排列可采用多种形式布置，如直线型、直角型或框型等。至于采用何种形式布置,需综合考虑。比如：车间的平面布置、柱子间距、各台设备的外形尺寸和生产能力、输送机形式等。另外,还要便于操作和实现集中控制。图10.8所示为灌装自动生产线平面布置示意图。洗箱机4通常按平行于洗瓶机3的中心线布置。若洗瓶机生产能力为12000瓶／小时，则应配备两台生产能力为6000瓶／小时的灌装封口机6和9。输送机8为输送机5的延续。输送机11上设有两个输瓶道兼作中间存贮器。为保证安全在设备布局时。应将各运动部件间、各单机间、机器与墙壁间以及生产线之间根据实际情况,留出适当距离。图10.8灌装自动生产线平面布置示意图1—取瓶机2—集瓶台3—洗瓶机4—洗箱机5、8、10、11、12一输送机6、9一灌装封口机7—装箱机2.立面布置包装自动生产线中的设备在不同楼层布置时,要考虑图10.9灌装和装箱自动生产线布置示意图1—洗瓶机2—灌装机3、9-输送机4—封口机5—检验机6-贴标机7—升降机8—装箱机10-取瓶机各种条件。如厂房大小及高度、设备外形尺寸及重量、各工序及包装工艺路线的特点、卫生、安全等。图10.9所示为食品灌装和装箱自动生产线布置实例。该布置将洗瓶、装箱过程同灌装分开,从卫生方面看是合理的。设备的合理布置是一个综合性问题。应力求降低成本、因地制宜、灵活安排。四、包装生产线工作循环图包装生产线是一组自动化程度较高的有机组合体。为确保生产线能按预定的规律动作，需合理编制生产线的工作循环图即借助图表将自动机及辅助装置的运动配合关系简明地表达出来。该图编制形式与自动包装机工作循环图相似、拟定方法也相同、主要区别是前者表示的是各主机及辅助装置的动作顺序和时间。图10.10所示是铝活塞自动包装线的工作循环图。包括塑料薄膜制袋袋装机、装盒机、装箱机及捆扎机等主机、袋装机与盒装机之间借滑槽与机械手连接；装盒机与装箱机之间借连续回转的输送带连接；装箱机与捆扎机之间借水平导槽连接，而总的构成则为一条刚性串联型自动线。全线由控制柜统一进行程序控制。绝大多数执行机构依靠油缸驱动，只有少数用电动机。各主机每完成一次工作循环均需8秒。图10.10铝活塞自动包装线工作循环图下面，结合该自动包装线略作具体分析。(1)加强主机的联锁性，使全线协调可靠地工作刚性自动线内各主机的联锁性大都很强，编制工作循环图时务必切实注意这—点。该自动线袋装机与装盒机之间是借机械手来传送被包装物品的，故应妥善协调袋装机的机械手(ⅠZ)与装盒机的机械手(Ⅱ)之间的动作配合。在装箱机与捆扎机之间也存在类似的情况,当步进油缸结束了推箱程序并发出相应信号时，捆扎机才能进行捆扎，而不应任意确定起始动作时间。它们之间采用输送带来传送物品，该段联锁性不强，对装箱工作有利。(2)找出关键的影响因素，以提高全线的生产率自动线工作循环图编制对全线的生产率有直接影响。所以应在拟订过程中要善于发现对全线生产率起主要决定作用的某些关键设备和动作，并寻求合理解决的途径。如该线中装盒机的生产率约为20盒／分，即包装一盒的周期为3秒。装箱机的生产率则主要取决于20只小盒集积的时间，亦即与前两道工序完成产品的情况有关。实际上影响全线生产率的关键设备是袋装机。而影响袋装机的关键因素乃是横封切断机构与机械手(I)的动作配合。所以在设计时必须妥善考虑其机构组成及工作特性。第三节包装自动生产线的生产率一、包装自动生产线的生产率1.挠性生产线的生产率(10-1)式中：Q—生产率Tk—基本包装工艺时间Tf—辅助时间ΣTn—循环外损失时间之和nfkTTTQ12.刚性生产线的生产率刚性生产线中各台设备按同一节拍工作,忽略设备间的不协调因素,可认为刚性生产线的理论生产能力取决于最后一台设备的工作循环周期和持续工作时间。(10-2)式中:q一生产线中包装机械的台数3.连续式包装机组成的自动生产线的生产率(10-3)式中:i—转盘式包装机的头数NfkqTTTQ1nqTinQ11n—转盘的转速二、影响生产线生产率的因素1．对于刚性顺序组合包装自动生产线的实际生产率，随着包装机台数的增加生产率相应提高，但不是简单的正比关系。当台数增加到一定数量后，再增加包装机台数，生产率反而下降。主要因为循环外时间损失成为影响生产率的主要因素。2．对于挠性包装自动生产线,随着包装机台数的增加,生产率初始提高得很快,随后变得缓慢,直至稳定。在循环外时间损失相同的条件下,挠性包装自动生产线的生产率总高于刚性生平线。3．对于半挠性生产线其分段数对生产率也有影响。包装生产线分段时应有利于减小循环外时间损失,提高生产率。三、提高生产线生产率的途径为提高生产线的生产率，必须认真分析影响生产率的主要因素，从而采取相应的措施，克服不利因素。1．从式10-1可以看出，减小Tk、Tf、ΣTn可以提高生产率。为此，设计时应尽量使空程辅助时间Tf与基本工艺时间Tk重合,各种空程时间互相重合或部分重合。2．增加包装机的台数可提高包装机的工艺速度,缩小基本工艺时间Tk,从而提高生产率。但随着台数的增加,出现故障的几率增大,时间损失增大,生产率反会降低。因此,应综合考虑。3.采用先进设备,提高设备本身的可靠性,减少调整、维修时间。4.采用连续性包装机,尽可能减少或消除辅助操作时间。5.将工艺时间较长的包装工序用若干台包装