Процесс картонирования в производстве конфет: Механика, автоматизация и оптимизация
Введение
На линии производства конфет картонная упаковка является ключевым заключительным этапом: устанавливаются плоские картонные коробки, в них загружаются конфеты, затем упаковка запечатывается и завершается. Будь то твердые конфеты, шоколад, жевательные резинки или запеченные кондитерские изделия, этап упаковки должен быть точным, надежным и быстрым - любая ошибка здесь может привести к повреждению товара, протеканию упаковки или браку.
Это руководство не ограничивается базовыми обзорами. Мы проанализируем:
Фундаментальные механические принципы, приводящие в действие картонную упаковку машины для упаковки кондитерских изделий
Архитектура ядра: прерывистое и непрерывное движение и их компромиссы для конфетных линий
Подробная, поэтапная механическая и пневматическая разборка
Автоматизация, системы управления, датчики и то, как они способствуют согласованности и пропускной способности
Стратегии оптимизации и устранение распространенных неисправностей
Как материал/дизайн картонной коробки оказывает непосредственное влияние на производительность оборудования в конфетной промышленности
Архитектуры машин: Прерывистое и непрерывное движение (для конфет)
Тип кондитерских изделий, скорость линии, сложность упаковки и частота переналадки - все это влияет на выбор архитектуры картонажной машины.
| Архитектура | Описание | Сильные стороны конфетных линий | Ограничения / компромиссы |
|---|---|---|---|
| Прерывистое движение | Продукты и коробки продвигаются дискретными шагами: остановка на каждой станции, где завершается операция (сборка, погрузка, запечатывание), прежде чем двигаться дальше. | - Лучше подходит для нежных или нестандартных конфет (шоколад с начинкой, изделия с начинкой, хрупкие жевательные конфеты). - Более простая ручная или полуручная загрузка специальных или сезонных товаров. - Переналадка между размерами/типами изделий упрощается. | - Более низкая максимальная скорость (меньшее количество коробок в минуту) - Увеличение времени цикла на одну коробку - Возможность повышенного механического износа при старте/остановке при отсутствии тщательного проектирования |
| Непрерывное движение | Продукт и коробка непрерывно движутся через машину. Загрузка, фальцовка, запечатывание происходят “на лету”.” | - Очень высокая производительность, подходит для массового производства шоколадных батончиков, фантиков, однородных кондитерских изделий в коробках. - Более плавное движение, меньшее динамическое напряжение по сравнению с большим количеством циклов "старт-стоп". - Лучше для стабильного производства постоянных видов продукции. | - Требуется более сложная синхронизация и синхронизация - Меньшая гибкость при частой смене продукции - Более высокие первоначальные капиталовложения - Потенциал для более сложного обслуживания |
Производители конфет часто выбирают непрерывное движение для большого объема продукции с низкой вариативностью; прерывистое движение - когда требуется разнообразие, деликатное обращение или частая смена продукции.
Поэтапная разбивка: Как работают упаковщики конфет
Ниже перечислены основные этапы работы картонажных машин с техническими подробностями, особенно применительно к упаковке конфет.
| Сцена | Функция / назначение | Ключевые механические / автоматические компоненты | Конфеты - специфические соображения |
|---|---|---|---|
| 1. Монтаж коробок | Из плоской картонной заготовки → открытая коробка, готовая к приему конфет. | - Картонный магазин (в котором хранится пачка заготовок) - Вакуумная система сбора и размещения - Предварительное разбивание / предварительное складывание очков - Противоположные формующие рычаги или формующая матрица - Датчики для подтверждения выбора заготовок и правильной ориентации заготовок | Для конфет: качество заготовки имеет решающее значение (толщина картона, содержание влаги, жесткость), чтобы избежать коробления коробки. Для картона с покрытием или лакированного картона могут потребоваться другие настройки вакуума. Предварительный разрыв должен быть достаточным для преодоления “памяти” картона, но не настолько сильным, чтобы складки повредили поверхность или внешний вид. |
| 2. Подача и загрузка продуктов | Конфеты (или группа конфет) приносятся и вкладываются в открытую коробку. | - Подающие конвейеры, ковшовые или ленточные питатели - Винты или толкатели синхронизации - Механические кулачковые толкатели или толкатели с сервоприводом - На установках непрерывного действия, штанговых загрузчиках или поворотных загрузочных башнях - Иногда роботизированная (SCARA или дельта) загрузка для необычных форм или смешанных упаковок | Конфеты часто отличаются по форме, размеру или хрупкости. При слишком сильном надавливании на конфеты с глазурью или покрытием они могут отколоться или деформироваться. Равномерное распределение продуктов имеет решающее значение. Например: жевательные мишки или шоколад пралине может потребоваться более мягкий захват или амортизация в направляющих. Смешивание (например, смешанные сладости) усложняет выравнивание; может иметь значение последовательная ориентация продукта (логотипы, внешний вид). |
| 3. Закрытие и герметизация | Складывание малых и больших клапанов, нанесение клея или механическое закрытие, нажатие или сжатие для обеспечения герметичности. | - Откидывание створок с помощью статических плугов или подхватов - Клеи / системы термоклея (резервуар, насос, шланг, сопло) - Компрессионные ремни или направляющие для прижатия створок - Застегивающиеся застежки при использовании вместо клея - Обратная связь с датчиком положения заслонки перед уплотнением | Для конфет особенно важны эстетика и гигиена: нанесение клея должно быть чистым, равномерным, без излишков, которые могут загрязнить продукт или просвечивать через упаковку. Необходимо контролировать температуру клея, вязкость клея, время (за какое время до сжатия) и давление/величину сжатия. Некоторые картонные коробки должны соответствовать нормам контакта с пищевыми продуктами - клей должен быть пищевого качества; следы клея не должны загрязнять конфеты. Кроме того, конфеты, содержащие влагу или сахар, могут повлиять на адгезию клея. |
Автоматизация, системы управления и датчики
Современные картонажные машины - это мехатронные системы, сочетающие в себе пневматику, механику, электронику, датчики и программное обеспечение для достижения высокой повторяемости, безопасности и скорости. Вот основные компоненты и их влияние на конфетные линии.
Контроллеры (PLC), управление рецептами и HMI
ПЛК (программируемый логический контроллер): Обеспечивает точную последовательность работы механических и пневматических приводов - подбор коробок, проталкивание продукции, складывание лоскутов, нанесение клея и т.д. Время должно быть точным, особенно в машинах с непрерывным движением.
HMI (человеко-машинный интерфейс): Сенсорный интерфейс или панель позволяют операторам выбирать “рецепты” продукции (размер коробки, рисунок клея, профили движения), следить за счетчиками производства, просматривать сигналы тревоги/неисправности и при необходимости вмешиваться вручную.
Возможность рецепта очень важен в конфеты линии, в которых часто происходят сезонные изменения или изменения ассортимента продукции (праздничные коробки, ограниченные серии, различное количество товаров в коробке, эстетичная упаковка).
Сервоприводы в сравнении с механическими / кулачковыми приводами
Традиционные кулачковые / механические приводы: надежные, простые, но менее гибкие. Например, изменение размера изделия может потребовать механических изменений (кулачки, направляющие, оснастка).
Серводвигатели на критических осях (толкатель, открыватель, фальцовщик, клеевые форсунки) позволяют изменять профили движения с помощью программного обеспечения/рецептов. Это обеспечивает более быструю переналадку, более мягкое движение (что снижает повреждение особенно хрупких конфет), более высокую точность позиционирования и лучшую диагностику (крутящий момент, нагрузка, скорость).
Особенно полезен при изготовлении высокоточной упаковки или сладостей с деликатными покрытиями или оболочками.
Датчики и системы технического зрения
Датчики обеспечивают обратную связь в режиме реального времени для обеспечения правильной работы. Вот основные типы датчиков и то, где и почему они используются в картонной упаковке конфет:
| Тип датчика/видения | Функция | Типичное расположение конфетной линии | Влияние на качество или пропускную способность |
|---|---|---|---|
| Фотоэлектрические / оптические датчики | Определите наличие/отсутствие заготовок коробок, продукта на входе, заполненных коробок, поступающих на станцию запечатывания | Картонный магазин, подающие дорожки, перед запечатыванием/выгрузкой | Предотвращение пустых коробок, пропущенных заполнений; предотвращение застреваний; сокращение времени простоя за счет остановки машины при отсутствии или смещении коробок. |
| Датчики приближения / индуктивные датчики | Определение положения движущихся частей машины: модулей, ограждений, заслонок, защитных дверей | Модули для складывания створок, укладчики, защитные устройства для машин | Безопасность; обеспечение правильной синхронизации; избежание столкновений и ошибок |
| Энкодеры / Поворотные датчики положения | Предоставление точной информации о положении/скорости для приводов, конвейеров, роторных погрузчиков | Главный цепной привод, погрузчики с башней, гусеницы непрерывного движения | Обеспечивают синхронное движение; необходимы для машин с непрерывным движением, чтобы избежать смещения или повреждения продукта |
| Системы технического зрения/камеры | Проверка качества: правильное закрытие клапана, регистрация/печать (даты, штрих-коды), равномерное расположение клеевых шариков/клея, целостность графики упаковки | После погрузки, перед запечатыванием, на нашей упаковочной линии разгрузка | Сокращение брака; поддержка отслеживания; повышение удовлетворенности конечного пользователя за счет исключения ошибочно напечатанных или неправильно запечатанных коробок. |
| Вакуумные выключатели / датчики давления | Убедитесь, что вакуумные чашки присасываются к заготовке, или что давление клея или воздуха достаточно | На устройствах для подбора заготовок, клеенаносящих аппаратах, пневматических манипуляторах | Предотвращение таких ошибок, как отсутствие заготовок, недостаточное количество клея или неправильное складывание лоскутов |
Оптимизация и устранение неполадок при упаковке конфет в картонные коробки
Максимизация OEE (Overall Equipment Effectiveness - общая эффективность оборудования) необходима для обеспечения прибыльности. Для картонной упаковки в линиях по производству конфет необходимы высокая доступность, высокая производительность и высокое качество. Ниже приведены стратегии и общие проблемы.
Стратегии оптимизации
SMED (одноминутная замена штампов / сокращение переналадки)
Готовые картонные заготовки, направляющие, инструменты для зачистки клапанов и т.д. <br> - Быстросъемные крепления для деталей, требующих регулировки <br> - Цифровые или механические индикаторы (шкалы / манометры) для воспроизведения настроек выравнивания между прогонами <br> - Использование сервоприводов позволяет снизить затраты на механическую переналадку.
Профилактическое и предиктивное обслуживание
Смазка, проверка кулачков, цепей, ремней <br> - Следите за износом наконечников насадок, вакуумных чашек <br> - Используйте обратную связь с приводом (крутящий момент, скачки тока) для раннего обнаружения несоосности или механического сопротивления
Контрольные точки качества / Обратная связь в режиме реального времени
Проверьте первые 10-50 коробок на предмет правильности нанесения клея, выравнивания клапанов, печати, целостности упаковки. <br> - Использование систем технического зрения для обнаружения ошибок в подаче, отсутствия коробок или неправильной продукции <br> - Постройте контуры обратной связи для регулировки объема клея или силы сгиба закрылков в реальном времени
Мониторинг параметров процесса
Температура и вязкость клея-расплава <br> - Температура и влажность картона (влажность картона влияет на фальцовку и раскрытие заготовок) <br> - Скорость конвейера, нагрузка на двигатель <br> - Температура окружающей среды, которая может повлиять на клей и жесткость плиты
Статистический контроль процессов (SPC)
Отслеживайте ключевые показатели в течение длительного времени: количество коробок в час, количество брака, время простоя, дефекты клея <br> - Используйте контрольные диаграммы, чтобы увидеть тенденции и уловить дрейф. <br> - Анализ первопричин, когда дефекты превышают пороговые значения
Распространенные неисправности и способы их устранения
| Симптом / проблема | Возможные причины | Корректирующие действия |
|---|---|---|
| Бланки не подобраны или подаются с ошибками | Слишком низкий уровень вакуума, грязный или изношенный вакуумный стакан, деформированная или деформированная заготовка, смещение магазина | Проверьте давление вакуумного насоса; очистите или замените чашки; проверьте штабель заготовок на наличие деформированных коробок; отрегулируйте направляющие; убедитесь, что заготовки разложены веером или разделены надлежащим образом |
| Картонная коробка не открывается / плохо поднимается | Слишком жесткие линии; неправильная настройка механизма предварительного отрыва; неправильная ориентация зерна заготовки; нарушение механической синхронизации | Проверьте сорт заготовок и качество сортировки; отрегулируйте глубину или изгиб предварительного прерывателя; убедитесь в правильном направлении зерна доски; синхронизируйте движение между формующими рычагами; проверьте механическую или сервомеханическую синхронизацию. |
| Замятие продукта при загрузке | Несовпадение толкателя с коробкой, размер продукта не соответствует спецификации, непоследовательная подача продукта, слишком высокая скорость / ускорение | Регулировка подающих направляющих и центрирование коробок; проверка размеров продукции; обеспечение группировки или накопления продукции перед загрузкой; замедление профиля движения толкателя; регулировка направляющих для правильного направления продукции |
| Дефекты герметизации (хлопки, струйки клея, протечки) | Слишком низкая/высокая вязкость клея; неправильное количество клея; неправильное расположение или засорение клеевого сопла; загрязненная поверхность доски; недостаточное сжатие; неправильный размер лоскута | Проверьте температуру в клеевом баке и давление насоса; очистите или выровняйте сопла; убедитесь, что доска чистая; увеличьте время сжатия или давление; проверьте глубину и выравнивание линии счета; проверьте рисунок клея визуально или с помощью камеры |
| Отклонения из-за неправильной печати или смещения графики | Неправильная регистрация заготовок на принтере; деформированные заготовки; изменение поставщика заготовок; машина, подающая заготовки, повернутые или перевернутые | Усилить контроль качества поставщика печатной продукции; хранить заготовки надлежащим образом, чтобы избежать деформации; обеспечить ориентацию заготовок в магазине; добавить или проверить датчики или систему технического зрения, проверяющую печать/регистрацию перед упаковкой |
Материал и дизайн картонной коробки: Часто упускаемый из виду фактор
При упаковке конфет сама картонная заготовка не просто пассивна - свойства ее материала и конструкция существенно влияют на производительность машины. Даже “идеальные” механические и автоматические установки могут быть подорваны некачественными картонными заготовками или плохими конструктивными особенностями.
Ключевые атрибуты дизайна:
Класс доски и калипер (толщина/жесткость): Если картон слишком тонкий, он деформируется при вакуумном захвате, фальцовке или запечатывании. Слишком толстый картон затрудняет скобление и фальцовку, может треснуть или потребовать больших усилий.
Направление зерна: Картон имеет зерно - складывать вдоль зерна легче и точнее. Фальцовка против долевой нити увеличивает усилие, вызывает большее сопротивление картона, больше “памяти картона” (створки, которые не остаются сложенными), что может привести к неправильной герметизации или отклеиванию створки.
Качество линии очков: Глубина и чистота скотча (высечки) влияют на то, насколько хорошо складывается картон. Некачественная высечка приводит к неправильному складыванию, разрыву, неравномерному усилию складывания, повышенному механическому напряжению.
Отделка поверхности и покрытия: Покрытия (лак, глянец, печатные слои) изменяют трение и коэффициент трения (COF). Высокий глянец / низкое трение могут вызвать проскальзывание в направляющих; покрытия могут влиять на адгезию клея. Кроме того, для упаковки конфет большое значение имеет внешний вид - видимый клей или смещение снижают качество.
Особенности дизайна и подтяжки: Если в конструкции предусмотрены подвороты (вместо клея), размеры этих подворотов, фаски для ввода, качество прорези должны быть точными. Если перекрытие лоскутов, фаски для ввода или угол подворота не совпадают, вставка или закрытие могут не получиться.
Заключение
Картонирование в производстве конфет - это не просто “укладка сладостей в коробку”. Это высокотехничный, комплексный процесс, включающий механику, материаловедение, автоматизацию и управление процессом. Для производители конфет для обеспечения высокого качества, При минимальном количестве отходов и высокой пропускной способности все элементы - конструкция коробки, архитектура машины, управление движением, датчики, клеи - должны работать вместе.
Понимание глубинной механики, применение соответствующей автоматизации, регулярная оптимизация и техническое обслуживание, а также пристальное внимание к самому картонному материалу позволяют производителям значительно повысить общую эффективность оборудования (OEE), уменьшить количество брака, ускорить переналадку и повысить удовлетворенность конечных пользователей.
- Институт производителей упаковочного оборудования (PMMI) https://www.pmmi.org/
- Институт профессионалов упаковки (IoPP) https://www.iopp.org/
- ASTM International - Стандарты упаковки https://www.astm.org/
- ISO - Международная организация по стандартизации https://www.iso.org/
- FDA - Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США https://www.fda.gov/
- Фармацевтическая инженерия (ISPE) https://ispe.org/
- Федерация автоматизации (часть SME) https://www.automationfederation.org/
- Общество инженеров-технологов (SME) https://www.sme.org/
- ANSI - Американский национальный институт стандартов https://www.ansi.org/
- Журнал "Мир упаковки https://www.packworld.com/
