食品和包裝機械現狀及發展趨勢
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企業：控制網
領域：工控機
行業：石油天然氣
- 點擊數：1585 發布時間：2007-11-18 09:57:24
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快速發展的食品加工業，需要大量高品質的包裝機械，這給食品包裝機械制造行業帶來了商機。資料顯示，2006年中國的食品和包裝機械行業銷售火爆，銷售額達到828.38億元，是近幾年增長率最高的一年。由于國際上對食品安全的高度重視，具有高新技術的食品和包裝機械市場需求旺盛。
1 中國食品和包裝機械發展現狀及存在問題
我國的食品和包裝機械行業形成僅20年，相對于食品工業還是一個新行業。據統計，2005年末，食品和包裝機械工業總產值約為620億元，而國內市場需求達到850億元。而到2010年，國內行業總產值可達到1300億元(現價)，而市場需求可能達到2000億元。這個市場的空間將會有國外設備來填補。“十一五”的目標是要縮小這個空間，為食品工業趕上世界先進水平，為使包裝大國向包裝強國邁進，提供先進的技術裝備，讓進口設備在國內市場上只起到拾遺補缺的作用。這就要求國內食品和包裝機械的年發展速度超過18％，新產品產值率達到25％。
雖然我國食品包裝機械制造行業近年來發展較快，但與國外先進水平相比，還存在一定的差距。行業存在的問題主要表現在：
1.1 產品品種及成套數量少
國內大多以生產單機為主，而國外大多為配套生產，很少單機銷售。一方面國產設備的品種無法滿足國內食品和包裝企業的需要，另一方面機械廠單機生產銷售上利潤微薄，無法獲得成套設備銷售的高效益。
1.2 技術水平低
主要表現在產品可靠性差，技術更新速度慢，新技術、新工藝、新材料應用少。我國的食品和包裝機械單機多、成套少，通用機型多、滿足特殊要求、特殊物料的設備少。技術含量低的產品多，高技術附加值、高生產率的產品少。智能化設備還處于研制階段。而國外已將很多先進技術應用在包裝機械上，如遠距離遙控技術（包括監控）、步進電機技術、自動柔性補償技術、激光切割技術、信息處理技術等。
1.3 產品質量差
我國食品和包裝機械產品的質量差距主要表現在穩定性和可靠性差、造型落后，外觀粗糙、基礎件和配套件壽命短、無故障運行時間短、大修周期短，且絕大多數產品還沒有制定可靠性標準。國際包裝界十分重視提高包裝機械加工和整個包裝系統的通用能力，所以包裝機械零部件生產專業化是發展的必然趨勢，很多零部件不再由包裝機械廠生產，而是由一些通用的標準件廠生產，某些特殊的零部件由高度專業化的生產廠家生產，真正有名的包裝機械廠將可能是組裝廠。產品向多功能與單一、高速兩極化發展。包裝機械的最終作用在于提高生產效率和產品多樣化。
1.4 開發能力不足
我國食品和包裝機械主要還是仿制、測繪，稍加國產化改進，談不上開發研究。產品開發缺少創新，難上水平。生產手段落后，大部分還是用陳舊的通用設備加工。新產品開發不但數量少，而且開發周期長。在企業管理上，往往重生產加工、輕研究開發、創新不夠，不能緊跟市場需求及時提供產品。國際先進的作法是將各種機器元素以數據庫形式存入計算機，再把圖紙數字化后輸入計算機，由計算機自動合成三維模型，接著將過去曾經發生過的生產線故障輸入計算機，計算機即可演示實際工況，在用戶面前根據需要進行修改。計算機合成速度快，修改工作迅速方便，如果用戶的某些要求達不到，計算機也會告訴你，以免除以后的糾紛。這種由計算機完成的仿真技術，大大縮短了包裝機械（生產線）的設計周期，客戶的滿意度也大大提高。
我國食品包裝機械制造行業目前的產品水平呈寶塔狀。底部是大量的低水平重復生產的產品。中等產品水平的企業數量正在增加，出口產品主要是這些企業生產的，如方便面機械、紙箱紙盒機械、捆扎打包機械、真空包裝機械、紙張及塑料彩印機械、塑料包裝機械、杯裝封口機械、果凍機械、片材制杯機械、飲料及塑料吹瓶機械等。這樣的企業年銷售額大都2000萬～5000萬元，具有一定的經濟實力及新產品開發能力，他們大都愿意參與國際市場的競爭。高端產品比較少，具有國際水準的企業也不多。但他們出口量都不大，一方面是對外宣傳不夠，另一方面這些大型設備還沒有取得國外用戶的信任。
2 自動化技術在食品和包裝機械中的應用
高新技術的運用成為實現食品機械安全的重要途徑。當前，在食品包裝機械中廣泛采用的高新技術主要有機電光液一體化技術、自動化控制技術、數字化智能化技術等，并且已貫穿于食品加工各個環節的食品機械中。
各種自動化技術的不斷應用大大推進了各國食品工業的產業發展，由連續化生產代替了間歇式生產；由專業化生產代替了通用化生產；由大型化生產代替了中小型生產；由全程質量控制代替了最終產品的質量控制等。實現了食品加工過程的連續化生產、專業化作業、自動化調節、全程化控制和產業化經營。事實表明，這些自動化技術的應用不僅可保證加工產品的營養、安全、衛生、方便、快捷和降低生產成本，而且還可以提高生產效率和產品的市場競爭力。
2.1 總體情況
包裝機械上使用的自動化產品主要有控制系統，傳動控制，運動控制，人機界面和傳感器這幾類，具體包括：
控制系統：嵌入式產品、PLC，IPC，現場總線；
傳動控制：變頻器，直流調速；
運動控制：伺服，步進，運動控制器；
人機界面：文本顯示器，觸摸屏，平板電腦；
電器元件及傳感器：光電開關，溫度傳感器，壓力傳感器，行程開關等。
2.2 主要自動化產品介紹
(1) 控制器
食品和包裝機械使用控制器的情況差別較大，大型生產線用到了現場總線技術，控制點多達數千，單機上大多使用了PLC或者專用控制器，部分中低端設備采用了繼電器控制的方式，而更多的小型設備沒有使用任何電子控制器，總體上國內的包裝機械只有10%左右使用了先進的控制器。
從性能上IPC最好，具有很強的擴展性，豐富的軟件資源使它可以開發出更多的應用方案，目前主要用于大型設備的管理和通訊。PLC系統在5年以內仍然將是包裝機械的主流控制器；繼電器作為以前的主流控制器，將繼續在低端市場延續。
(2) 傳動
傳動產品在包裝機械上的使用主要是為了調整主工藝速度和控制電機在生產過程速度的周期性變化。對于大多數包裝機械而言，變頻器并非必選的電氣產品。盡管越來越多的包裝機械廠商設計了基于變頻器的傳動方案，但是使用者寥寥。因此，除非在必須使用變頻器的場合，包裝機械生產廠商較少考慮采用變頻器。變頻器在本行業的使用率較低，在大型標準規機和包裝生產線上有較大的發展空間。
(3) 運動控制
運動控制產品在包裝機上的應用主要是實現精確的位置控制和嚴格的速度同步，用于裝卸，輸送，打標，碼垛，卸垛等工序。本行業可能用到運動控制產品的包裝機械主要包括：紙箱生產線，自動包裝機、真空充氣包裝機、塑料覆膜機、復合軟包裝機、液體包裝機、包裝機器人、無人操作包裝生產設備、裝箱/裝瓶設備、清洗、烘干設備、成型、填充設備、封口、封蓋設備、稱量、打包設備、無菌包裝設備。由于中國包裝行業的快速發展，國內將需要更多的高端包裝機械，運動控制產品也將在本行業獲得更大的發展空間。
(4) 人機界面
包裝機械的HMI以文本顯示器為主，通常與PLC或者單片機配合使用，用以設定生產工藝參數，監控設備運行狀態，記錄設備生產歷史。少數高端機械使用了觸摸屏。
3 食品包裝的標準發展
據了解，基于食品安全的發展需要，世界各國開始高度重視和大力開發符合安全衛生要求的食品機械；同時研究制訂相關的安全衛生標準，把安全衛生要求作為食品機械與國際接軌的重要條件。目的在于：一是減少食品機械作業過程的錯誤發生，將食品加工過程中人為或機器的差錯降低到最低限度；二是以防范食品機械在不衛生條件、可能引起污染的環境下作業，避免食品加工中不合格產品的發生；三是確保食品機械可靠運行，實現安全生產和清潔生產。
為了實現從食品機械的設計制造起就達到食品加工的安全衛生，發達國家對食品機械安全生產技術的研究與應用十分重視。研究的結果表明實現的方式有兩條：一是制訂完善的食品機械技術規范；二是按照這些技術規范嚴格組織食品機械的設計、制造和應用。在這些技術規范中，最主要的是食品機械的安全與衛生要求，其內容涵蓋了食品機械的設計與制造、設備選型與配套、設備安裝與驗證等環節。
最近，國際標準化組織ISO在haccp安全管理體系標準的基礎上，制定出ISO22000：2005標準——《食品（包裝）安全管理體系一對食品鏈中任何組織的要求》。
該標準由ISO來自食品行業的專家、國際專業化機構和食品法典委員會的代表，以及聯合國糧農組織和世界衛生組織聯合建立的機構共同制定。該標準可作為技術性標準為全球對企業建立有效的食品安全管理體系提供指導，并促使全球的企業以更加簡單、一致的方式實施haccp，避免因為國家不同或者食品產品不同而有所差異。
ISO22000引用了食品法典委員會提出的五個初始步驟和七個原理。五個初始步驟包括：建立haccp小組；產品描述；預期使用；繪制流程圖；現場確認流程圖。七個原理包括：危害性分析；確定關鍵控制點；建立關鍵限值；建立關鍵控制點；當監視體系顯示某個關控制點失控時確立應當采取的糾正措施；建立驗證程序以確認haccp體系運行的有效性；建立文件化的體系。ISO22000明確了食品安全管理中的共性要求，而不是針對食品鏈中任何一類組織的特定要求。
ISO22000是食品安全管理體系的新標準，它旨在確保食品供應鏈中沒有薄弱的鏈接。ISO22000采用了ISO9000標準體系結構，在食品危害風險識別、確認以及系統管理方面，參照了儀器法典委員會頒布的《食品衛生通則》中有關haccp體系和應用部分。ISO22000的使用范圍覆蓋了食品鏈全過程，即種植、養殖、初級加工、生產制造、分銷，一直到消費者使用，其中也包括餐飲。另外，與食品生產密切相關的行業也可以采用這個標準建立食品安全管理體系，如殺蟲劑、獸藥、食品添加劑、儲運、食品設備、食品清潔服務、食品包裝材料等。該標準可以單獨采用，也可以與其他管理體系標準如ISO9001：2000聯合采用。
ISO22000《食品安全管理體系要求》是一個自愿采用的國際標準。該標準對全球食品安全管理體系提出了一個統一標準，我國食品及食品包裝生產企業應未雨綢繆，盡快熟悉和掌握該標準，按標準建立健全食品安全管理體系。有關部門亦應根據該標準對進口食品的生產企業提出相應的要求。
4 自動化是食品包裝機械發展的必然趨勢
幾年前，自動化技術只占包裝機械設計的30%，現在已占50%以上，大量使用微電腦設計和機電一體化控制以達到提高包裝機械自動化程度，其目的：一是為了提高生產率；二是為了提高設備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機械完成復雜動作的能力，即采用機械手完成包裝工序。自動化操作程序已應用于更多的先進包裝系統之中，如PLG設備、數據收集系統的應用代表了先進包裝系統的走向。為確保高水準的生產力，自動檢驗系統和高效率的自動化系統是必不可少的。今后工業機器人、智能控制、圖像傳感技術和新材料等在食品和包裝機械中將會得到越來越廣泛的應用，食品和包裝機械日趨向自動化、高效率化、節能化方向發展。
國際上包裝和食品機械的發展是以大客戶的要求為目標，帶動相關機械的發展。大客戶的要求主要體現在以下方面：
一是對生產效率要求越高越好。這樣可以降低產品的成本，滿足交貨期。高速包裝機要求與前道工序要有相關銜接，不需搬運環節，包括控制銜接，整個生產線按生產及包裝工序排列要做到倒序啟動，順序停機。如冷灌裝生產線從塑料原料自動上線到飲料灌裝、大包裝碼垛全部自動在封閉車間內進行。
二是可適應產品的更新變化。包裝機械要具有很高的柔性和靈活性，生產線允許在一定的尺寸范圍內包裝物大小可以變化。因為產品的生命周期遠短于設備使用壽命，變更產品及包裝不至于更換昂貴的包裝生產線。
三是設備常見故障迅速排除。解決方案預先輸入電腦，當設備出現常見的故障時可以自行診斷，亦可實行遠程診斷并排除故障。
四是要求具有自動識別功能。一方面可以自動識別包裝材料的厚度、硬度、反彈力等，通過電腦反饋到機械手調整動作幅度，保證不反彈。另一方面，各種不同的產品，如形狀各異的巧克力或點心等，裝到同一盒中，其排列是有規律的。生產線傳遞的產品是無序的,可用探頭掃描,確定不同形狀的物料位置,再反饋到不同的機械手,它會準確無誤地將物品按準確的位置及方向放入托盤中,快而且準,排除人工操作的視覺及手指的疲勞。
五是可以盡量減少環境污染。減少包括噪聲、粉塵污染，并盡量減少廢棄物，這一點在食品加工過程中尤為重要。食品原料在加工時不僅收獲主要產品,如玉米加工,產品除了玉米淀粉外,還有玉米油、色拉油、人造黃油、葡萄糖、玉米蛋白及飼料,以及污水處理等生產全過程，均為自動化。沒有廢棄物、沒有污染,其它產品的價值已大大超過玉米淀粉的價值。
總之，自動化、高效化、節能化將是食品和包裝機械生產商共同的追求。
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