德国真空包装机械市场及设计趋势
德国的真空包装机技术在世界上是绝对领先的,其次是日本、美国、意大利等,这些国家都是真空包装机械大国。早在十年前,德国的包装机械产值就已经达到数十亿欧元,欧洲的大部分真空包装机都是德国生产的,其出口比重较高,占到了七成左右,占世界包装机械出口市场的三成左右,排名第一。我国的食品加工及进口真空包装机械也主要来自德国。
德国包机出口贸易有两大特点:一是绝对数额大;二是相对比例高。1994年德国包机出口额为44.3亿马克,相当于全球包机出口总额的1/3。世界五大包机出口国除德国外,还有意大利29.3亿马克?美国12.8亿马克?瑞士7.2亿马克和日本6.1亿马克。德国的出口额比居第二位的意大利竟多15亿马克,每年德国包机出口额占产值的比例都在70%以上,1990年至1995年平均值达74%。也就是说,德国包机进口额相对较小,最高为1991年的10.2亿马克,1994年为7.8亿马克,只相当于出口额的18%。德国包机的主要出口市场是欧洲,约一半出口额是在欧洲实现的。不过欧洲占德国出口额的比例已由1991年的57.6%下降到1995年的49.8%,而亚洲的比例在同期内则由14.2%上升到24.3%。可见,亚洲市场在德国包装机出口中的地位有了明显提高,而欧洲市场的重要性则有所降低。1994年德国对中国的包机出口额为3.1亿马克,仅比对美国的出口额少,中国是德国包机的第二大出口国。中国现已成为全球第二大包装机械进口国,1994年进口额为9.5亿马克,来自德国的包机居第一位,占总进口量的3成多,其次为意大利(占25%)?日本(占12%)和台湾(占8%)。德国进口的包机多是小型的和结构简单的机构,如软木塞加工机?封口机?冲洗机等,进口来源绝大部分(82%)在西欧,来自北美的占10%,来自亚洲的仅占3.8%。德国的包装材料和容器工业也是很发达的。1995年德国包装材料与容器的消费总金额近400亿马克(合230亿美元),其中纸与纸板165亿马克?塑料120亿马克?金属53亿马克?玻璃32亿马克?木材11亿马克,市场规模仅比美国和日本小,居全球第三位。德国在减少包装废弃物和包装循环再利用方面,采取的措施(包括立法)是很得力的,取得的成绩也是很突出的。自1991年德国颁布包装废弃物减少法令后,包装材料消费量明显下降。1994年德国包装材料使用量为1180万吨,比1991年的1280万吨减少了100万吨,零售消费的包装材料1994年为696万吨,比1993年减少30万吨。各种包装材料都取得了相当有效的回收和再利用,如玻璃瓶的循环再利用量为247.4万吨,占总消费量347.7万吨的71%。纸和纸板的再利用量为117.7万吨,占总消费量的167.7万吨的71%。钢铁包装消费量为62.8万吨,其中的39.2万吨得到回收,35.4万吨得到再利用。同年(1994年)德国包装消费塑料为89万吨,54.7万吨被回收,46.1万吨再利用。发达的包装工业?巨大的包装消费市场和严格的环境保护法规,不断为德国包装机械提供发展机会,也不断提出新的要求,尤其是为了适应环保规定,包装机械正面临着一场考验。
真空包装机
德国的真空包装机械设计主要是为大型企业服务,所以设备多是成套的自动化设备,不像日本以单机为主,随着科学技术的发展及市场竞争的加剧,客户的需求也越来越高,这种需求体现在以下几个方面:一是提高生产效率,以满足交货期和降低工艺流通成本的需要,对一些产品,还要求包装机械和生产机械相衔接;二是为适应产品更新变化的需要,包装机械要具有高的柔性和灵活性;三是当设备出现故障时,要求能进行远程诊断服务;四是环境污染,包括噪声、粉尘和废弃物少;五是购置设备投资尽可能少,价格要尽可能低。
为满足客户要求,德国包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施。
工艺流程自动化程度越来越高
几年前,自动化技术还只占包装机械设计的30%,现在已占50%以上,大量使用了微电脑设计和机电一体化控制。包装机械自动化程度不断提高,一是为了提高生产率,二是为了提高设备的柔性和灵活性,三是因为包装机械需要完成的动作复杂,多采用机械手来完成。如巧克力糖就用机械手替代了原来的手工动作,使包装保持了原来的风格。
包装机械自动化设计有以下两个特点:
第一,每个机械手均由单独电脑控制。一台包装机械为完成复杂的包装动作,需由多个机械手完成。操作时,在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下,机械手按电脑指令完成规定动作,确保包装的质量。
第二,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,所以在包装机械上常采用由电脑控制的摄像机和探测器来分辨。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。目前机器在加工时转速是不能变的,今后应根据材料的变化改变转速,控制在最优化状态下工作,并且实现自动清理、自动消毒和自动清洁。
提高生产效率,降低工艺流程成本,最大限度地满足生产要求
德国包装机械以饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械见长,具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达每小时1200瓶,香烟包装每分钟12000支。
提高机器转速是-个复杂问题,速度越高,单件生产成本越低,但厂房使用面积随之增高,故障率也随之提高,反会使效率降低,因此应寻找两曲线的结合点。
另外,电动机速度也是有限度的。一般而言,转速提高15%-20%,就将带来一系列复杂问题。
提高生产效率除提高转速外,还可从另外的渠道设法解决。
如采用连续工作或多头工作方式。包装机械工作方式有间歇式和连续式,能连续工作,也就提高了生产效率;一台设备内也可有多条生产线,生产同一产品或几种不同产品,但必须提高可靠性。
也可以降低废品率,提供故障分析系统。废品造成的生产损失是惊人的,包括产品损失和材料损失,因此要尽量减少废品损失;包装机械出售时还应提供故障分析系统,进行模态分析寻找故障,或通过因特网进行远程诊断。今后要生产效率得以提高。
还可以使产品机械和包装机械气体化。许多产品要求生产之后接着就进行包装,以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产设备及包装设备,就是由一个系统控制完成的。两者一体化,关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。
适应产品变化,设计要具有好的柔性和灵活性
由于市场的激烈竞争,产品更新换代的周期已越来越短。如化妆品生产三年一变,甚至一个季一变,生产量又都很大,因此要求包装机械具有好的柔性和灵活性,使包装机械的寿命远大于产品的寿命周期,这样才能符合经济性要求。
包装机械设备的柔性和灵活性常表现在以下三个方面:
一是量的灵活性。既能包装单个产品,也能包装不同批量产品。
二是构造的灵活性,整台设备采用单元组成,换用-个或几个单元,即可适应产品的变化。
三是供货的灵活性。可采用单元组合,将各单元组合在-起供货。如糖果包装机在一个共同基础上,组合不同的单元,包括三个进料口、四种不同的折叠包装形式,这样一台机器就可同时包装9-10种不同的糖果,由多个机械手操作,在一台摄像机的监控下,指挥其动作,要包装哪种糖果就可取哪种进行包装。产品改变了,只要改变摄像机内的程序即可,从而使设备具有好的柔性和灵活性。
提供成套设备
德国的包装机械设计尤其重视根据用户需求,为生产企业提供全面考虑结构性及经济性的完整系统方案,并用计算机仿真技术演示操作给用户看,征求意见后进行修改。在为用户提供生产自动线或生产流水线设备时尤其注重成套完整性,无论是高技术附加值还是较简单的设备,都按配套性要求提供。
德国包装机械厂家也将提供成套设备作为自己的努力目标。如一条饮料灌装线,有200多个微电脑件,有许多管线、显示屏,有100多种控制各种包装动作的软件程序,为满足每小时1200瓶的生产能力还需两条线工作,因此整个饮料灌装线的生产需占半个足球场的面积,他们要求所有这些设备均能由一个厂家提供。而当前我国包装机械生产一大弱势就是生产单机多、成套流水线少,主机多、辅机少,配套性差。德国的这种作法很值得我们借鉴。
普遍使用计算机仿真设计技术
随着新产品开发速度不断加快,德国包装机械设计普遍采用了计算机仿真技术,即将各种机器元素以数据库存人计算机,把图纸数字化后输入计算机,计算机可自动合成为三维模型。再把实际生产时的数据和指标输进去,把各种可能发生的故障输进去,计算机三维模型即可仿照真实工作情况进行操作,演示出能达到的生产能力是多少、废品有多少、生产线各环节是否能匹配生产、瓶颈在何处等等,显示屏上显示的曲线一目了然,并可根据客户的意见修改模型。计算机合成速度很快,因此修改工作迅速方便,直到使客户或设计者满意。采用计算机仿真设计技术,大大缩短了包装机械的开发设计周期。
包装机械设计不仅要重视其功能和效率,也要注重其经济性。所谓经济性不完全是机械设备本身的成本,更重要的是运转成本,因为设备折旧费只占成本的6%-8%,其他的就是运转成本。