生产管理知识_包装生产线的生产率

第十章包装生产线 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 Z 与装盒机的机械手 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 Tn 循环外损失时间之和 2 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 n 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 Tn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机并联完成 或者分散在若干个工位上联合完成 6 定期对设备进行检修和保养 可减少设备的事故次数 7 设置必要的自动检测系统 实现自动诊断 自动排除 自动报警和自动保护等 减少因事故造成的停机损失 8 提高生产和组织者的操作 管理水平 尽量消除人为因素造成的影响 第四节输送装置包装自动生产线采用输送装置的目的 不仅仅是起着中间的传送作用 而是将所配备的全部包装工艺设备有机地联系起来而成为一个协调的工作整体 并同时完成包装物品和包装材料的输入及包装成品和次品的输出 因此 输送装置的工作性能影响着全线的自动化程度 生产能力 包装质量 产品成本 操作条件和卫生 安全等技术指标 设计时必须根据工艺要求和总体布局合理地加以设计和选用 包装线使用的输送装置按输送力的来源大体可分为重力式 动力式两大类 一 重力式输送装置 图10 11滑槽 重力式输送装置是依靠物件自身的重力或惯性力以克服滑槽或滑道等的接触摩擦阻力而实现输送的 常见装置有滑槽 滚道和滑轮输送道等 这种装置结构简单 应用较广 但只能由上向下输送 运动稳动性差 对于一些严格要求自动线的工作节拍的场合 不宜直接采用 1 滑槽如图10 11所示 一般滑槽均有直槽和弯槽两部分构成 一般用于包装物块长宽比小于3 4 常取侧壁高H 0 25 0 35 物宽 或直经 2 重力滚道用于大箱件 重袋等物件的运输 当物件沿重力滚道向下运动时 它与滚柱的接触部位和滚柱两端的轴承内部都存在着摩擦 滑动或滚动的 阻力 这些阻力都有碍于物件受重力作用而向下运动 二 动力输送装置动力式输送装置不仅具有向下的输送能力 还有沿水平和向上的输送能力 输送速度可调节 典型的动力式输送装置大致有动力滚道 用链传动各滚柱 如图10 13所示 带式 链式 板链式输送机等 它们能驱动物件作连续或间歇运动 本节只着重介绍后几种类型的输送装置 a 弯道 b 直道图10 12重力滚道 图10 13动力滚道1 带式输送机 图10 14输送带的托板及托滚 1 带式输送机带式输送机结构简单 工作可靠 造价低廉 适应性强 特别对工作节拍没有严格要求而且比较干燥的生产场所 可采用柔性或半柔性自动包装线 输送袋 盒 箱等产品 按输送带下部支承的结构不同 分为托板式及托辊式两种 如图10 14所示 前者在工作中稳定性较好 但摩擦阻力较大 适用于短距离及轻载的场合 后者适用于长距离和重载的场合 带式输送机一般由主从动滚轮 张紧轮 挠性带 托 图10 15带式输送装置 板 或托辊 拦板 或栏杆 和驱动装置等组成 挠性带常用棉织带 橡胶带 塑料带 钢带及金属丝编织带等 由于承载较轻 一般以薄型为主 如图10 15 2 链式及板链式输送机 1 链式 图10 16承载式输送链 图10 17推进式输送链1 推头2 上托板3 导轨4 下托板 如图10 16所示 链条架在导轨上 直接承载大型箱体之类的物件 因无任何强制性推进元件 一般只适用于低速的水平输送 如图10 17所示 链条架在导轨上 块状物件被放在托板上 借链条上的推头推送 能始终保持一定的间距 有利于实现所需的工作节拍 2 板链式如图10 18所示是板链式输送装置 瓶 罐等物件由架在轨道上的板链承载 a 图结构简单 只能沿直线方向移送 b 图结构较复杂 可沿曲折平面移送 在自动包装线上都得到广泛应用 图10 18板链式输送装置 第五节分流 合流及换向装置一 分流装置对平面布局为并联及混联的自动包装线 必须配备相应的分流 或分路 装置 以便将一条输送带上的物件有规律地分配到若干条并联输送带上去 再转送至并列的其他机组 以完成后续包装工序 分流装置类型较多 大体上有多列链带式 摆动挡板式 摆动导槽式 摆动输送带式和滚轮转向式等 图10 19多列板链式分流装置简图 图10 20合流装置简图 二 合流装置对平面布局为并联及混联的自动线 配置合流装置也是必不可少的 以便将若干台并列主机输送出来的包装产品 通过适当的合流装置 使其汇集到一条输送带上 供后续工序完成另外的包装作业 图10 20所示为合流装置简图 其中 a b 两图适用于瓶罐的合流装置 c 图适用于块状物料的合流装置 其两侧推板与中间推板依次动作密切配合 达到有规律的两路合流输送的目的 d 图适用于袋 盒 箱类物件的合流装置 翻板由光电发讯 控制气缸或油缸执行动作 使来自上层输送带的物件落至下层输送带汇流 三 换向装置因工艺 布局 流向等要求 需将被输送物件改变其运动的方向或状态 如转弯 转角 拐角平移 转向 翻身 调头以及上述方式的组合 1 转弯 转角 图10 21转弯 转角 简图 转弯 转角 的换向方式是使被输送的物件在水平面内绕某一垂直轴线转过一定角度 多为90 180 而变换其运动方向 但重心位置往往维持原状 常用的转弯装置如图10 21所示 其中挡板式 图a所示 和导板式 图b和c所示 主要用于小型圆筒状 瓶 罐等 物件的转弯输送 转盘式 图d所示 的输送对象与上述相类似 但可提高输送速度 当物件经过转盘时 应尽量减缓它与弧形栏板的碰撞和摩擦中应适当地限制转盘的转速 使自由放置在转盘上的物件保持相对静止 圆辊式 图g所示 与锥辊式主要区别为圆柱形辊筒的直径皆相等 但辊两端的链节距不相等 其尺寸关系大致如下 导辊式 图e所示 主要用于块状 箱 盒 及袋状物件的转弯输送 设计时应使v2 v1 以改善转向效果 锥辊式 图f所示 适用于大型箱 盒 袋状物件的转弯输送 按辐射状排列的锥形辊受链条带动而绕各自的轴线回转 2 拐角平移拐角平移的换向方式是在输送过程中 物件重心位置不变 又不绕任何轴线回转 而仅改变其运动方向 在自动包装线上 通常为满足包装工艺及设备布局的需要 而采用这种装置 图10 22所示的两种型式主要用来对块状物件或盒装产 品的输送 其执行机构 a 图采用往复运动的推板 b 图采用由两付带推头的输送链所组成 在输送中要求工作密切配合 动作协调 顺序输送 以免损坏产品 图10 22拐角平移装置 3 转向转向的换向方式是在输送过程中使物件绕通过重心的垂直轴线回转一定角度 并保持原输送方向及重心位置不变 通常 为了满足自动包装线主机的进料和集积排列等后续工序的需要而设置这种装置 图10 23所示的五种型式可应用于盒 箱 袋类包装产品 其中 e 图是一种由机 电 电控制系统组合而成的转向装置 结构较复杂 根据需要可转90 180 或270 等角度 待转向的物件由动力滚道输送至托杆5上方 借气缸7推动托架4连同托杆5上抬 使其夹在托杆5 压盘6之间而脱离动力滚道 接着电磁离合器 图中未示 吸合使槽轮 机构的主动曲柄1回转 再带动槽轮连同托秆作间歇转位 当与槽轮同步转动的信号凸轮2转到规定角度时 由于触动微动开关3 离合器脱开 使槽轮机构停转 同时气缸7带动拖架5下降 已转向的物件下落到动力滚道上排出 4 翻身调头翻身调头换向是将物件绕水平轴线回转一定角度 其重心位置大都发生变化 但原运 图10 23转向装置简图1 主动曲柄2一信号凸轮3一微动开关4一托架5一托杆6一压盘7 气缸 动方向保持不变 通常 为满足自动包装线后续主机的进料需要而设置这种装置 图10 24所示为翻身调头的不同型式 其中 导槽式 图a所示 和导轨式 图b所示 是以后者推动前者进行翻身调头为动力的 适用于尺寸不大的块状或圆柱状物件的输送 若将导槽或导轨延伸 可将物件翻至任意所需的角度 转筒式 图c所示 跌落式 图d e f所示 和摩擦带式 图g所示 则适用于输送盒装产品或块状物件 被翻转的角度已在图中注明 扭曲带式 图h所示 仅适合对较轻的杆状物件进行调头 图10 24翻身调头装置简图 5 组合换向若将上述的转弯 转角 翻身 拐角平移 转向 翻身调头等换向方式加以组合则形成组合式换向装置 图10 25 a 是翻身90与拐角平移的组合型式 图10 25 b c 是翻身与转向的组合型式 前者翻身与转向各90 后者翻身90 转向180 图10 25 d 是翻身与转角的组合型式 这是利用间歇机构带动一夹板装置来实现的 c 转板式 翻身与转向组合 d 翻板式 翻身与转角组合 图10 25组合换向装置 第六节中间贮存装置当自动包装线各主机的生产节拍出现了不平衡状态 或者某台主机需更换包装材料 调整有关执行机构 遇有故障而停车时 为了保证全线正常工作 必须在自动包装线中设置相应的储存装置 使其变成柔性或半柔性的自动包装线 以利于提高生产率和产品质量 自动包装线中间贮存装置多为小型 简单 兼用的 所以 它们的贮存量一般都很有限 只能满足后续工序自动机的几十个 几百个甚至几千个工作循环的使用 从储存装置与被输送对象的相对运