2. 高自动化

食品加工本身的价值。在国外食品包装机械领域，其自动化主要有控制产品、驱动产品和低压电器。其中控制产品包括可编程逻辑控制器 （PLC）、工业控制计算机、单板机和人机界面等；驱动产品包括交流变频器、直流调速器、三相电机等；低压电器主要包括小型断路器、低压熔断器、漏电断路器、接触器、继电器、接近开关等。其中 PLC、变频器和人机界面的应用，主要集中于啤酒和饮料包装机械、全自动包装机、瓦楞纸板

（箱） 生产设备、乳品包装机械等，而伺服电机和变频电机在啤酒和饮料包装机械中得到广泛应用。活跃在食品包装机械领域的 PLC 厂家，全世界主要有 12 个，具有竞争实力的有三菱、OMRON、西门子、松下电工、施耐德和台达 6 个；变频器厂家主要有 19 个，具有竞争实力的有三菱、富士、安川、SEW、松下电工及松下电器、西门子、台达和施耐德 9 个；互为竞争对手的人机界面厂家主要有 6 个， 包括DIGITAL、 HITECH、 三 菱 、 OMRON、 西 门 子 和EASYVIEW；低压电器厂家主要有 7 个，最具有竞争实力的有富士、OMRON、西门子、施耐德 4 个。

提高食品包装机械的自动化程度，已成为全球食品包装企业对机械设备的共同需求。同时，由于高中档食品包装机械自动化产品市场需求的扩大，以及低档食品包装机械自动化水平的提高，导致食品包装机械制造企业不得不广泛应用自动化产品，努力提升食品包装机械的自动化程度。在国际上，提升食品包装机械的自动化程度，其作用主要体现在 5 个方面：一是可提高生产效率。高速食品包装机械要求与前道工序要有相关衔接 （包括控制衔接），不需搬运环节，

在设计方面，食品包装机械自动化设计有以下三个主要特点：一是每台机械手均由单独电脑控制。一台食品包装机械为完成复杂的包装动作，需由多个机械手完成。完成包装动作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑程序的指令完成规定的动作，确保包装的质量。二是具有对材质及厚度的高分辨能力。在包装过程中，包装材料的厚度及材质变化不易为人眼所辨别。所以在设计食品包装机械时，常采用由电脑控制的摄像机和探测器来分辨包装材料厚度及材料的变化。摄像机现已发展到能自行检查和辨别摄像的图片，并在显示屏上显示。并根据材料的变化经分辨别后能改变转速，从而控制在最优化状态下工作，以最短时间完成包装工序，并且实现自动清理、自动消毒和自动清洁。三是适应产品变化， 设计出具有良好柔性和灵活性的设备。为适应市场激烈竞争，许多被包装产品更新换代的周期越来越短。为使食品包装机械具有良好的柔性和灵活性，提高自动化程度，须大量采用微电脑技术、模块技术和单元组合形式。

2. 机电一体化

机电一体化技术是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的综合技术，其实质是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合，实现整体最佳化。具体讲，它是将微机技术引入到食品包装机械中，应用机电一体化技术，开发智能化包装技术，按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装系统进行生产，使生产过程检测与控制、故障诊断与排除等实现全面自动整个生产线按生产及包装工序排列要做到倒序启动、顺序停机。如冷灌装生产线，从塑料原料自动上线到饮料灌装及大包装码垛全部自动在封闭车间内进行。二是可适应产品的更新变化。食品包装机械要具有很高的柔性和灵活性，生产线允许在一定的尺寸范围内使包装物大小可以变化。因为产品的生命周期远短于设备使用寿命，所以变更产品及包装不至于更换昂贵的包装生产线。三是设备常见故障可迅速排除。将解决方案预先输入电脑，当设备出现常见的故障时可以自行诊断，亦可实行远程诊断并排除故障。四是要求具有自动识别功能。一方面，可以实现自动识别包装材料的厚度、硬度、反弹力等，通过电脑反馈到机械手调整动作幅度，保证不反弹；另一方面，让各种不同的产品 （如形状各异的巧克力或点心等），装到同一盒中，其排列是有规律的。五是可减少环境污染。减少噪声、粉尘等污染，并尽量减少废弃物，在食品加工过程中的自动化作业尤为重要。没有废弃物、没有污染以及绿色包装的价值，已大大超化。随着食品加工技术的日益提高，对包装参数的要求也不断增 多 ，原 有 的控 制 系统已难以满足新形势的发展， 而将机、电、光、磁等。一个完整的机电一体化系统，一般包括微机、传感器、动力源、传动系统、执行机构等部分，它摒弃了常规的食品包装机械中繁琐和不合理部分，将机械、微机、微电子、传感器等多种学科的先进技术融为一体，给食品包装机械在设计、制造和控制方面都带来了全新的变化。采用机电一体化系统的作用：一是可使食品包装机械的结构简化。控制系统是机器的发令器官，传统的食品包装机械控制系统多采用继电器、接触器控制电路，其复杂程度随着执行机构的增多以及调整部位的增加而加大，使得机器也越来越复杂，给制造、调整、使用和维修均带来不便。而机电一体化，可用微机、传感技术、新型传动技术取代笨重的电气控制柜和驱动装置，使零部件数量剧减，结构大为简化，体积也随之缩小。二是可提高食品包装机械的产品质量。微机内有一个巨大的存储系统，人们可预先将影响食品包装机械工作的各参数及有关数据存入微机，它能自动跟踪生产过程。当一个参数或几个参数发生变化，这种变化在瞬间反馈至微机，微机对这些变化参数进行识别、判断并及时进行相应修正，使食品包装机械随时保持最佳工作状态。而传统食品包装机械在工艺参数变化时，其调整多凭经验，这就难以找到最佳参数。若是几个工艺参数同时改变，更是无所适从。如最常见的塑料袋封口机，其封口质量与包装材料、热封温度和运行速度等有关。如材料 （材质、厚度） 发生变化，那温度和速度也要随之改变，但变化多少却难把握。如采用微机控制，将各种包装材料的封口温度和速度的最佳匹配参数输入微机存储器，再配上必要的传感器， 组成自动跟踪系统，这样不管哪个工艺参数改变，都能保证最佳的封口质量。三是可增强食品包装机械的可靠性。参数变化越多，调整部分越多，机电一体化的优越性也越大，这是一般控制方式无法相比的。功能增多，可靠性提高，机电一体化除可保持原来的食品包装机械功能外，还可赋予其他许多功能。如液体

饮料软包装机械，它在气动、电气和机械的共同配合下，可具有制盒、灭菌、灌装、封口等功能，但若将微机引入控制系统，则还可存储如生产率、产品数量、故障现象、故障原因等数据，同时能对这些数据根据实际情况进行相应处理，并把结果打印出来，或在屏幕上显示，大大方便了操作。机电一体化还将赋予食品包装机械以自动监控、动态检测、报警等功能，还具有安全连锁控制、过载和失控保护等功能， 使食品包装机械的可靠性大为提高。美国十分重视食品包装机械与计算机的紧密结合，实现机电一体化控制，将自动化操作程序、数据收集系统、自动检验系统更多应用于食品包装机械中。日本则善长于微电子技术用以控制食品包装机械，有效地促进了无人操作和自动化程序的提高。例如，包装材料的厚度及材质变化不易为人眼所辨别，采用由电脑控制的摄像机和

探测器来分辨包装材料厚度及对材质的变化并在显示屏上显示出来，同时机器根据分辨后材料的变化改变有关参数及转数，保证机器在最优状态下进行工作。在德国，食品包装机械的计量、制造和技术性能等均居世界领先地位，几年前德国食品包装机械系统设计时，机电一体化技术在整个系统操作中还只占 30%，现在已占到 60%左右。

3. 结构模块化

模块化设计是食品包装机械结构设计的一种有效方法，也是绿色设计中确定其结构方案的常见手段之一。模块化设计就是在一定范围内，在对不同功能、或相同功能下的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求。食品包装机械特别是一些结构复杂的食品包装机械都是由若干个具有一定功能的子部件组成的。在进行设计时，应尽可能将各子部件设计成相对独立的功能模块，例如食品包装机械整机设备可采用若干个单元组成，换用其中一个或几个单元，即可适应不同包装产品的变化。这样将绿色产品设计思想与模块化设计方法结合起来，可以同时满足食品包装机械的功能属性和环境属性。因此，采用模块化设计， 一方面可以缩短食品包装机械的研发周期，增加产品系列，提高其质量，以快速应对市场的变化；另一方面也可以减少或消除对环境的不利影响，方便升级、维修和食品包装机械废弃后的拆卸、回收处理。在食品包装机械的整个结构中，欧、美、日等发达国家大量使用模块化设计方法，对一相同性能的食品包装机械进行分析，设计出对应的功能模块，通过不同的模块组合，可以满足不同产品的需求。这就像七巧板一样，不同组合方式能产生不同的整体效果，从而提高了各个模块的利用率，延长了部件的使用寿命。在模块化设计中，可尽量减少不必要的零件，采用多功能的零件，使零件数量减少，减少资源消耗；对零件、支撑、载荷的布置进行优化设计，使整机产品尽可能“小型化”，可提高材料利用率。食品包装机械模块化设计方法，视产品具有某种功能的实现为整体结构模块，通过各个结构模块的组合，实现产品的整体方案设计。其模块化设计思想，是建立在系统化设计方法的基础之上，将设计任务由抽象到具体 （由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构） 进行层次划分， 拟定出每一层欲实现的目标和采用方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，实现整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依， 易于设计过程的计算机辅助实现。可见，运用建立在系列化基础上的模块化设计思想，已成为当今食品包装机械产品设计的一大发展趋势。在保持产品基本模块的基础上，通过模块化、系列化设计，可以方便地实现内部功能的整合、外部功能的扩展，既保持了成熟产品的内在优势，又大大拓宽了产品创新发展的空间。产品系列化、组合化、通用化和标准化孕育了模块化设计技术。关于模块化设计对食品包装机械的影响，其目的在于简化设计程序和制造过程，缩短产品研制的周期。

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