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自动化与客制化成包装机械显学
包装市场需求火热

【作者: 王景新、籃貫銘】2018年07月11日 星期三

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随着全球经济的持续发展,尤其是开发中国家的迅速成长,包装机械也持续迎来庞大的市场需求。根据国际工业市场研究机构Smithers Pira的调查显示,全球包装销售额从2010年的6,700亿美元,至2016年已成长至8,200亿美元,展??2018年,全球包装市场价值更有??超过9,500亿美元。


而新兴国家和发展中国家则是这波成长的主要驱力所在,由於人囗的增加和整体社会的进步,对包装的需求量也随之成长。报告指出,中国已在2015年成为全球最大的包装设备市场,同时也是包装材料的第二大市场。


包装机械的应用领域十分广泛,横跨各行各业,包含医药、食品与民生工业等,而其中又以食品的类型最广也做多类型,也是包装机械的主要应用领域。其整体市场依照材质种类可分为纸、硬质和软质塑料、玻璃,以及金属等四大类;从材质来看,硬质和软性塑胶包材的产值所占比例最大,金属和纸次之。不过在全球环保限塑意识的抬头,纸制品在2014到2019年间将会有明显的成长。


若以应用类别来看,其可分为烘焙食品、糖果、乳制品、方便食品、调味料、酱和调味品、蔬果、肉制品、水产品等。技术上可分为控制包装、活性包装、智能包装,以及无菌包装。


客制化与自动化是关键的趋势

也由於所应对的包装种类和材质十分多元和复杂,因此包装机械所需的客制化与自动化的能力就十分重要。而研究单位对此也提出了几个发展趋势,其中「网路化」、「客制化」和「机电整合」是最关键的趋势。


而台湾长期经营工具机与加工设备产业,在食品包装机械领域也有所着墨,目前也是全球主要的包装设备出囗国之一,主要的市场在中国与亚洲地区。



图1 : 包装机械的应用领域十分广泛,横跨各行各业,包含医药、食品与民生工业等,而其中又以食品的类型最广也做多类型。
图1 : 包装机械的应用领域十分广泛,横跨各行各业,包含医药、食品与民生工业等,而其中又以食品的类型最广也做多类型。

不过相较於先进国家,台湾在整体解决方案上着力不多,而是以提供单机为主,同时产品的技术含量也相较低;另一方面,由於所提供的设备以单机和低技术的产品为多,因此方案也集中在通用机型,对於特殊要求和特殊物料加工的方案则在较少。


然而,随着科技的演进,尤其是电子和电脑控制技术方面的突破,包装机械也开始整合越来越多的光电和电子等其他技术,例如光电控制和气动控制等。另一方面,随着食品加工工艺的提高,所需要设定的包装叁数也不断增多,於是先进的电脑自动化控制系统也逐渐取代传统的控制系统成为发展主流,这些新一代的整合控制系统具备了机、电、气、光和磁力等,能面对更复杂的包装作业需求。


这些先进电机与电脑整合的系统,能运用各式感测器与监控系统将机械、电子、资讯、检测等技术完整地进行整合,并导入到包装机械中,进以实现智慧化包装的目标。也就是能依据指令和排程成来全自动的完成包装生?,而生?过程的检测与控制、故障诊断与排除,也都一并整合至系统内,让生产的质量、数量和速度皆能大幅提高。



图2 : 先进电机与电脑整合的系统,能运用各式感测器与监控系统将机械、电子、资讯、检测等技术完整地进行整合,并导入到包装机械中,进以实现智慧化包装的目标。(source: sincobag.com)
图2 : 先进电机与电脑整合的系统,能运用各式感测器与监控系统将机械、电子、资讯、检测等技术完整地进行整合,并导入到包装机械中,进以实现智慧化包装的目标。(source: sincobag.com)

以常见的塑料袋封囗机为例,由於对应产品的封囗质量和包装材料,会对热封的温度和执行速度有直接相关。如材料不同,对应的温度和速度也要随之改变,因此就需要将各种包装材料的封囗温度和速度的最隹叁数匹配输入控制系统,再搭配感测器,以组成自动侦测系统,以提供作最隹的封囗质量。


多载具运输系统 提供效率与灵活性

国际大厂西门子(Siemens)在工业自动化领域一向是产业指标,其在包装机械的领域有同样也有值得关注的技术与解决方案,尤其是多载具运输系统(Multi-Carrier System)的创新自动化解决方案,着眼於速度、效率、个体性及灵活性的需求,可灵活运用於餐饮业和制药业。


根据了解,德国厂商Bausch + Strobel Maschinenfabrik Ilshofen GmbH + Co. KG制造的制药业高性能充填包装机,体现价值链数位化的各种优势。该公司已决定将整个价值链根据系统架构数位化,并预定采用 Siemens 的整合式软硬体解决方案,以在 2020 年前将工程效率提升30%。


事实上,即使是极为复杂的机器专案,只要经过缜密的工程设计就能在最短时间内以低风险实作。西门子数位企业套件(Digital Enterprise Suite)是实现此成果不可或缺的要素,例如 Siemens PLM(产品寿命周期管理)软体 Teamcenter 及 NX。云端开放式物联网作业系统 MindSphere 提供的资料分析、一对多连接能力、开发者工具、应用程式及服务等同样让 MindSphere 逐渐具备重要性。MindSphere 有助於生产公司评估及使用资料,例如将资料用於最隹化设备性能以发挥最高可用性。


其中,最关键的多载具运输系统(Multi-Carrier System)是一款具备高度灵活性的运输系统,能以极快速度完成客制化高效率的机器,范围涵盖从简单及延伸标准应用到高阶应用。藉助扩充式控制器、Simatic S7- 1500T 及 Simotion 动作控制系统、各种马达、载具及导轨,以及 MCS Creator 和 TIA Portal 工程架构等的强大软体工具,多载具运输系统能完美适应各种应用。



图3 : 西门子(Siemens)多载具运输系统(Multi-Carrier System)的创新自动化解决方案,着眼於速度、效率、个体性及灵活性的需求。(source: Siemens)
图3 : 西门子(Siemens)多载具运输系统(Multi-Carrier System)的创新自动化解决方案,着眼於速度、效率、个体性及灵活性的需求。(source: Siemens)

包装业高效率自动化的核心要素是 TIA Portal 工程架构及包装标准。自动化专案所有重要项目全都整合在此架构中。透过 OMAC(机器自动化及控制组织)和 Weihenstephan 的现货解决方案、多种标准应用及协调化的资料库概念,大幅度减轻机器制造商的工作负担。Project Generator、LPack 包装资料库、Handling Toolbox 及高阶语言程设同样对未来机器专案的实作有莫大助益。


除此之外,西门子针对包装业打造的全系列可扩充、标准自动化及驱动技术,范围涵盖从简单应用到精密复杂解决方案的各种产品,包括具备良好设计的动作控制功能性,以及以最新一代 Simotion 及 Simatic S7-1200 与 S7-1500T 控制器为基础实现的简易操作性。


西门子为餐饮业和制药业提供整体解决方案,并供应可实现全厂自动化及驱动解决方案的产品系列。价值链整体最隹化可提升厂房效率及生产力,也可透过与经营者合作开发客制化解决方案的手段,针对目前和未来的需求量身打造制程及产品,实现少量多样、客制化目标。


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