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    王德吉，男，中共黨員，博士，首席培訓(xùn)師，博士生導(dǎo)師。從事復(fù)雜煙草自動(dòng)化與信息化研究與培訓(xùn)工作。兼職國家高級考評員，中科院高級訪問學(xué)者，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)型碩士生導(dǎo)師，清華大學(xué)工程碩士研究生企業(yè)導(dǎo)師，鄭州大學(xué)兼職教授，國家管道工程實(shí)驗(yàn)室特聘專家，全國工業(yè)過程測量和控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，工業(yè)物流自動(dòng)化河南省工程實(shí)驗(yàn)室副主任，國際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)委員，國際工程師協(xié)會(huì)委員，中國創(chuàng)新方法研究會(huì)首批會(huì)員，西門子自動(dòng)化專家，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)企業(yè)創(chuàng)新專家。

    煙草機(jī)械技術(shù)的先進(jìn)程度，在很大程度上決定著煙草工業(yè)的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式、能源和原輔材料消耗等，因而影響煙草工業(yè)的產(chǎn)品水平、質(zhì)量、品種、效益以及更新?lián)Q代周期，對煙草工業(yè)的發(fā)展起促進(jìn)作用，是煙草工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工業(yè)，它的技術(shù)水平是衡量煙草工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)之一。煙草包裝機(jī)械是卷煙包裝的專用生產(chǎn)設(shè)備。近年來，隨著對煙草產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高，煙草包裝機(jī)械也得到了長足的發(fā)展，并向自動(dòng)化、信息化、智能化和機(jī)電一體化方向發(fā)展。本期專題策劃本刊記者對話中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院首席培訓(xùn)師王德吉探討煙草包裝機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的新發(fā)展、煙草包裝機(jī)械未來所面臨的挑戰(zhàn)以及給自動(dòng)化技術(shù)帶來的機(jī)遇。

     1　我國煙草行業(yè)當(dāng)前所應(yīng)用包裝機(jī)械的整體情況如何？
 
    我國煙草行業(yè)目前應(yīng)用的包裝機(jī)械品種較多。600包/分以上的超高速機(jī)組主要是進(jìn)口產(chǎn)品，包括意大利GD公司的H1000型、S1000型、W1000型；德國FOCKE公司的F8；這些機(jī)組生產(chǎn)速度均達(dá)到1000包/分。600包/分以下的高中速機(jī)組主要包括：進(jìn)口設(shè)備主要有GD公司的GDX1/X2, FOCKE公司的FOCKE350，德國慕斯門公司的B1等。

    國產(chǎn)主流機(jī)型是上海煙機(jī)公司引進(jìn)意大利GD公司的GDX1/X2技術(shù)生產(chǎn)的ZB25\ZB45包裝機(jī)。近幾年，又引進(jìn)消化意大利公司的XC\C600\PACK-OW生產(chǎn)制造了ZB47包裝機(jī)，目前正引進(jìn)德國FOCKE公司的FC800生產(chǎn)ZB48包裝機(jī)，生產(chǎn)能力為每分鐘800包。ZB45(硬盒)和ZB25（軟盒）在國內(nèi)卷煙廠占據(jù)主導(dǎo)地位。

    2　當(dāng)前我國煙草包裝機(jī)械技術(shù)目前發(fā)展現(xiàn)狀？主要應(yīng)用的自動(dòng)化技術(shù)？

    我國的煙草包裝機(jī)械主要是上海煙機(jī)公司生產(chǎn)制造。自1988年以來引進(jìn)、消化、吸收了意大利GD和德國FOCKE等公司的包裝機(jī)組技術(shù)，縮短了與國外先進(jìn)水平的差距，總體技術(shù)水平進(jìn)步很快，現(xiàn)在能夠?yàn)楦骶頍煆S提供400包/分的ZB45硬盒包裝機(jī)組和ZB25軟盒包裝機(jī)組。以上兩種機(jī)型基本是引進(jìn)GDX2/X1技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的，控制核心為MICRO Ⅱ系統(tǒng)。它與較早的FZ控制系統(tǒng)比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有高可靠性；配套齊全，通用性強(qiáng)；功能完善、實(shí)時(shí)性好，友好的人機(jī)界面；系統(tǒng)智能化；控制軟件功能強(qiáng)。從而提高了模塊和硬件靈活配置的可能性，增加了設(shè)備的自診斷功能，加快了控制器運(yùn)行速度。但隨著工藝的提升，速度的提高以及信息化發(fā)展的需求，機(jī)器可靠性方面和控制系統(tǒng)顯得相對落后，因此又引進(jìn)生產(chǎn)了ZB47和ZB48兩種機(jī)型。其中ZB47型硬盒包裝機(jī)組是引進(jìn)意大利GD公司XC/C600/PACK-OW包裝機(jī)組技術(shù)生產(chǎn)的，機(jī)組額定產(chǎn)量為550包/分，2006年5月通過國家煙草專賣局技術(shù)鑒定。ZB47采用了交、直流伺服技術(shù)去掉了大部分的齒輪機(jī)構(gòu)，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的技術(shù)性能、功能和水平都有很大升級。機(jī)組電氣的核心-MICRO Ⅱ系統(tǒng)與PROFIBUS、PROFINET總線技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，并對人機(jī)界面提升優(yōu)化，滿足高效、多功能、可靠、智能等要求。ZB48型硬盒硬條包裝機(jī)組是2009年9月引進(jìn)德國FOCKE公司的FC800包裝機(jī)組技術(shù)生產(chǎn)，額定包裝速度800包/分。國內(nèi)對于超高速包裝機(jī)組的研制剛剛起步，與國外存在一定的差距。ZB48包裝機(jī)額定生產(chǎn)能力為800包/分，控制核心為德國倍福的 IPC技術(shù)即嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過工業(yè)以太網(wǎng)控制整個(gè)機(jī)組，大量采用Elau伺服電機(jī)簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，物料的檢測普遍廣泛采用視覺檢測裝置。IPC控制具有計(jì)算速度快、控制精度高、靈活多變、易于維護(hù)等優(yōu)勢。

    綜上所述，ZB45、ZB25在整機(jī)電控系統(tǒng)方面，仍然以GD公司早期自行開發(fā)的專用MICROII平臺(tái)，以及專用電路板組成，相對于傳統(tǒng)PLC具有較強(qiáng)可靠性，智能性。隨著微電子技術(shù)發(fā)展，高性能PLC和IPC的出現(xiàn)，MICRO-II顯得通用性差，技術(shù)水平相對落后。ZB45、ZB25系統(tǒng)采用專有的總線結(jié)構(gòu)，不利于系統(tǒng)擴(kuò)展和數(shù)據(jù)采集，不符合各煙廠信息化建設(shè)的要求。在傳動(dòng)系統(tǒng)方面，還有很多采用直流變頻和直流伺服技術(shù)，由于直流變頻和直流伺服技術(shù)難度大、使用維護(hù)成本高昂，逐漸失去應(yīng)用市場。取而代之的是采用交流變頻技術(shù)、交流伺服技術(shù)來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。自上世紀(jì)末以來，國內(nèi)開始有廠家在卷煙廠進(jìn)行GD系列的包裝機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)改造，主要采用了西門子PLC。2009年以來少數(shù)廠家采用倍福公司的IPC技術(shù)進(jìn)行了主控系統(tǒng)的改造。在局部或?qū)ｍ?xiàng)改造方面，國內(nèi)不少廠家開發(fā)了包裝質(zhì)量在線檢測裝置如小包成像檢測、條包成像檢測、缺盒檢測等。這些改進(jìn)對提高卷煙包裝質(zhì)量起到了積極的推進(jìn)作用。但以上裝置均采用外掛形式，與主控系統(tǒng)不能有機(jī)地融合為一體，不利于檢測與維修和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)。
 
    3　當(dāng)前我國煙草包裝機(jī)械行業(yè)與國外發(fā)達(dá)地區(qū)相比，在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用方面還存在哪些差距？

    目前，國外主要煙草包裝機(jī)械廠家在機(jī)組電控系統(tǒng)方面，已經(jīng)選用德國倍福公司的IPC技術(shù)，如德國的FOCKE FX系列包裝機(jī)。同我國普遍使用的FZ、MICRO-II、PLC技術(shù)相比，IPC系統(tǒng)的平臺(tái)更開放，處理速度更快（最快處理周期可以達(dá)到50微秒）。應(yīng)用IPC技術(shù)，在一個(gè)處理周期內(nèi)就能將任務(wù)處理完，不需使用中斷處理，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    另外，國外最新推出的包裝設(shè)備，已經(jīng)將在線質(zhì)量檢測系統(tǒng)融入了設(shè)備總體設(shè)計(jì)中，與主機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和主電控系統(tǒng)渾然一體，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。

    總之，國內(nèi)煙草包裝機(jī)械無論在包裝速度、主控系統(tǒng)平臺(tái)、各專項(xiàng)系統(tǒng)與主控系統(tǒng)融合上，均存在較大的差距。

    4　煙草包裝機(jī)械在節(jié)能、環(huán)保、安全方面未來的發(fā)展重點(diǎn)？

    節(jié)能主要是從工業(yè)活動(dòng)前端提升能源和資源的有效利用率，從源頭減少能源的消耗；環(huán)保更多是后端處理，對工業(yè)活動(dòng)日常產(chǎn)生的污染物進(jìn)行處理后，然后排放到自然環(huán)境中。

    在包裝機(jī)械節(jié)能方面，隨著電子齒輪伺服系統(tǒng)、能源綜合管理等新技術(shù)的出現(xiàn)與成熟，在機(jī)械傳動(dòng)能量損失、加熱器等大功率器件無用功率的降低上，將是包裝機(jī)械節(jié)能的首要突破發(fā)展重點(diǎn)。

    v環(huán)保方面，大范圍采用電子齒輪伺服傳動(dòng)技術(shù)，減少以往因齒輪咬合傳動(dòng)產(chǎn)生的噪音、減少粉塵、降低能耗。

    安全方面，提高設(shè)備自動(dòng)化、智能化和信息化程度，盡可能的減少操作人員干預(yù)、嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范等都是安全生產(chǎn)的發(fā)展方向和必要手段。

    5　當(dāng)前，我國煙草包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展面臨著哪些挑戰(zhàn)？行業(yè)的未來發(fā)展對于自動(dòng)化技術(shù)提出了哪些新的需求？

    當(dāng)前，我國煙草包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展面臨著以下挑戰(zhàn)和需求：

    在用設(shè)備的改造。隨著改造以滿足工業(yè)化與信息化融合的需要。我國煙草包裝機(jī)械存在機(jī)型及品牌較多、電控系統(tǒng)新技術(shù)的應(yīng)用參差不齊，老的設(shè)備存在生產(chǎn)效率低下、維護(hù)成本高、系統(tǒng)開放性差等問題。針對這些陳舊設(shè)備的升級改造也勢在必行，是維持當(dāng)前的高維護(hù)費(fèi)用的支出還是升級改造的高投入，讓每個(gè)卷煙廠都適時(shí)的找到這個(gè)平衡點(diǎn)還是有不小的挑戰(zhàn)。

    傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)。隨著市場多樣化的需要，需要小品種多規(guī)格的卷煙，因此ZB45、ZB25現(xiàn)有技術(shù)必須不斷改進(jìn)。如包裝機(jī)組上7-6-7形式上發(fā)展7-7-6或19支、25支等多種包裝形式，以適應(yīng)市場需要。

    新技術(shù)的研發(fā)。隨著技術(shù)的發(fā)展和行業(yè)的要求，包裝設(shè)備正沿著數(shù)字化、微型化、個(gè)性化、交互式、移動(dòng)式、集成式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。將來包裝設(shè)備更新?lián)Q代的主要特點(diǎn)：采用統(tǒng)一的工控平臺(tái)，使用先進(jìn)的智能傳感器和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，提高機(jī)組控制及產(chǎn)品檢測水平。大量移植采用民用和軍用工業(yè)的各種現(xiàn)代化高精度技術(shù) 、電子技術(shù)、微電子技術(shù)、邊緣技術(shù) 、模糊技術(shù)，加速提高包裝設(shè)備和生產(chǎn)線的可靠性、安全性、無人作業(yè)性等自動(dòng)化水平 。包裝機(jī)械的集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化將成為未來發(fā)展的主流。

    6　對于未來煙草包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢，您有何見解？

    更高的包裝質(zhì)量：這是卷煙包裝設(shè)備變革的前提。

    更高的包裝速度：這仍是卷煙包裝設(shè)備追求的目標(biāo)之一。

    更高的靈活性：在盡可能少更換零件的條件下，可以包裝不同規(guī)格或數(shù)量的煙支，可以各種不同的包裝材料，可以達(dá)到軟盒、硬盒形式的快速改變，以適應(yīng)日益變幻的市場需要。

    更高的可靠性和穩(wěn)定性：牽涉到設(shè)計(jì)的合理性、零件材料的選用、零部件加工精度和裝配質(zhì)量等相關(guān)因素。

    便于維修：所有先進(jìn)設(shè)備都十分注重這一方面。

    優(yōu)良的人類工程學(xué)：它運(yùn)用人體測量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和生物學(xué)等研究手段和方法，綜合的對人體結(jié)構(gòu)、功能、心理及力學(xué)等問題進(jìn)研究，所設(shè)計(jì)的機(jī)械、儀器和控制裝置能使操作者發(fā)揮最大的效能。

    網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用：生產(chǎn)指揮系統(tǒng)與包裝設(shè)備的直接相連；調(diào)試期間的遠(yuǎn)距離監(jiān)控指揮；遠(yuǎn)距離服務(wù)；通過包裝設(shè)備在線與零件供應(yīng)商咨詢聯(lián)絡(luò)。

    此外，原輔材料集中供應(yīng)、虛擬制造與數(shù)字工廠都是包括包裝設(shè)備在內(nèi)的煙草行業(yè)的必然發(fā)展趨勢。

    要做到這些要求，必須要機(jī)械和電氣高度配合，才能設(shè)計(jì)出完美的產(chǎn)品。

    在機(jī)械加工方面，利用計(jì)算機(jī)CAD/CAPP/CAM等設(shè)計(jì)技術(shù)，輔以精密成型技術(shù)和數(shù)控精密加工裝備，制造出精密凸輪、齒輪、異型件等，提高機(jī)組的穩(wěn)定性、易用性。

    電氣設(shè)計(jì)方面，在國家“統(tǒng)一工控平臺(tái)”指導(dǎo)思想指引下，我國未來煙草包裝機(jī)械電控系統(tǒng)，將以IPC作為主導(dǎo)系統(tǒng)控制平臺(tái)，輔以智能傳感及伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、先進(jìn)總線技術(shù)等，提高整個(gè)機(jī)組的速度、高度智能化、高質(zhì)量和高可靠性。IPC技術(shù)的使用，一定能夠使我國煙草包裝機(jī)械控制水平得到很大的提高。

    總的看來，在今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，世界卷煙包裝機(jī)械仍將向高速(將采用雙路包裝技術(shù))、高生產(chǎn)效率、便于操作和維修保養(yǎng)、高靈活性、產(chǎn)品質(zhì)量好且穩(wěn)定以及全自動(dòng)化方向發(fā)展，同時(shí)，其噪音和安全性將得到改善，也將利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與整個(gè)卷煙廠的主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相聯(lián)，以便更有效地對全廠的生產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)管理。