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自動化與客製化成包裝機械顯學
包裝市場需求火熱

【作者: 王景新、籃貫銘】   2018年07月11日 星期三

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隨著全球經濟的持續發展,尤其是開發中國家的迅速成長,包裝機械也持續迎來龐大的市場需求。根據國際工業市場研究機構Smithers Pira的調查顯示,全球包裝銷售額從2010年的6,700億美元,至2016年已成長至8,200億美元,展望2018年,全球包裝市場價值更有望超過9,500億美元。


而新興國家和發展中國家則是這波成長的主要驅力所在,由於人口的增加和整體社會的進步,對包裝的需求量也隨之成長。報告指出,中國已在2015年成為全球最大的包裝設備市場,同時也是包裝材料的第二大市場。


包裝機械的應用領域十分廣泛,橫跨各行各業,包含醫藥、食品與民生工業等,而其中又以食品的類型最廣也做多類型,也是包裝機械的主要應用領域。其整體市場依照材質種類可分為紙、硬質和軟質塑料、玻璃,以及金屬等四大類;從材質來看,硬質和軟性塑膠包材的產值所佔比例最大,金屬和紙次之。不過在全球環保限塑意識的抬頭,紙製品在2014到2019年間將會有明顯的成長。


若以應用類別來看,其可分為烘焙食品、糖果、乳製品、方便食品、調味料、醬和調味品、蔬果、肉製品、水產品等。技術上可分為控制包裝、活性包裝、智能包裝,以及無菌包裝。


客製化與自動化是關鍵的趨勢

也由於所應對的包裝種類和材質十分多元和複雜,因此包裝機械所需的客製化與自動化的能力就十分重要。而研究單位對此也提出了幾個發展趨勢,其中「網路化」、「客制化」和「機電整合」是最關鍵的趨勢。


而台灣長期經營工具機與加工設備產業,在食品包裝機械領域也有所著墨,目前也是全球主要的包裝設備出口國之一,主要的市場在中國與亞洲地區。



圖1 : 包裝機械的應用領域十分廣泛,橫跨各行各業,包含醫藥、食品與民生工業等,而其中又以食品的類型最廣也做多類型。
圖1 : 包裝機械的應用領域十分廣泛,橫跨各行各業,包含醫藥、食品與民生工業等,而其中又以食品的類型最廣也做多類型。

不過相較於先進國家,台灣在整體解決方案上著力不多,而是以提供單機為主,同時產品的技術含量也相較低;另一方面,由於所提供的設備以單機和低技術的產品為多,因此方案也集中在通用機型,對於特殊要求和特殊物料加工的方案則在較少。


然而,隨著科技的演進,尤其是電子和電腦控制技術方面的突破,包裝機械也開始整合越來越多的光電和電子等其他技術,例如光電控制和氣動控制等。另一方面,隨著食品加工工藝的提高,所需要設定的包裝參數也不斷增多,於是先進的電腦自動化控制系統也逐漸取代傳統的控制系統成為發展主流,這些新一代的整合控制系統具備了機、電、氣、光和磁力等,能面對更複雜的包裝作業需求。


這些先進電機與電腦整合的系統,能運用各式感測器與監控系統將機械、電子、資訊、檢測等技術完整地進行整合,並導入到包裝機械中,進以實現智慧化包裝的目標。也就是能依據指令和排程成來全自動的完成包裝生?,而生?過程的檢測與控制、故障診斷與排除,也都一併整合至系統內,讓生產的質量、數量和速度皆能大幅提高。



圖2 : 先進電機與電腦整合的系統,能運用各式感測器與監控系統將機械、電子、資訊、檢測等技術完整地進行整合,並導入到包裝機械中,進以實現智慧化包裝的目標。(source: sincobag.com)
圖2 : 先進電機與電腦整合的系統,能運用各式感測器與監控系統將機械、電子、資訊、檢測等技術完整地進行整合,並導入到包裝機械中,進以實現智慧化包裝的目標。(source: sincobag.com)

以常見的塑料袋封口機為例,由於對應產品的封口質量和包裝材料,會對熱封的溫度和執行速度有直接相關。如材料不同,對應的溫度和速度也要隨之改變,因此就需要將各種包裝材料的封口溫度和速度的最佳參數匹配輸入控制系統,再搭配感測器,以組成自動偵測系統,以提供作最佳的封口質量。


多載具運輸系統 提供效率與靈活性

國際大廠西門子(Siemens)在工業自動化領域一向是產業指標,其在包裝機械的領域有同樣也有值得關注的技術與解決方案,尤其是多載具運輸系統(Multi-Carrier System)的創新自動化解決方案,著眼於速度、效率、個體性及靈活性的需求,可靈活運用於餐飲業和製藥業。


根據了解,德國廠商Bausch + Strobel Maschinenfabrik Ilshofen GmbH + Co. KG製造的製藥業高性能充填包裝機,體現價值鏈數位化的各種優勢。該公司已決定將整個價值鏈根據系統架構數位化,並預定採用 Siemens 的整合式軟硬體解決方案,以在 2020 年前將工程效率提升30%。


事實上,即使是極為複雜的機器專案,只要經過縝密的工程設計就能在最短時間內以低風險實作。西門子數位企業套件(Digital Enterprise Suite)是實現此成果不可或缺的要素,例如 Siemens PLM(產品壽命週期管理)軟體 Teamcenter 及 NX。雲端開放式物聯網作業系統 MindSphere 提供的資料分析、一對多連接能力、開發者工具、應用程式及服務等同樣讓 MindSphere 逐漸具備重要性。MindSphere 有助於生產公司評估及使用資料,例如將資料用於最佳化設備性能以發揮最高可用性。


其中,最關鍵的多載具運輸系統(Multi-Carrier System)是一款具備高度靈活性的運輸系統,能以極快速度完成客製化高效率的機器,範圍涵蓋從簡單及延伸標準應用到高階應用。藉助擴充式控制器、Simatic S7- 1500T 及 Simotion 動作控制系統、各種馬達、載具及導軌,以及 MCS Creator 和 TIA Portal 工程架構等的強大軟體工具,多載具運輸系統能完美適應各種應用。



圖3 : 西門子(Siemens)多載具運輸系統(Multi-Carrier System)的創新自動化解決方案,著眼於速度、效率、個體性及靈活性的需求。(source: Siemens)
圖3 : 西門子(Siemens)多載具運輸系統(Multi-Carrier System)的創新自動化解決方案,著眼於速度、效率、個體性及靈活性的需求。(source: Siemens)

包裝業高效率自動化的核心要素是 TIA Portal 工程架構及包裝標準。自動化專案所有重要項目全都整合在此架構中。透過 OMAC(機器自動化及控制組織)和 Weihenstephan 的現貨解決方案、多種標準應用及協調化的資料庫概念,大幅度減輕機器製造商的工作負擔。Project Generator、LPack 包裝資料庫、Handling Toolbox 及高階語言程設同樣對未來機器專案的實作有莫大助益。


除此之外,西門子針對包裝業打造的全系列可擴充、標準自動化及驅動技術,範圍涵蓋從簡單應用到精密複雜解決方案的各種產品,包括具備良好設計的動作控制功能性,以及以最新一代 Simotion 及 Simatic S7-1200 與 S7-1500T 控制器為基礎實現的簡易操作性。


西門子為餐飲業和製藥業提供整體解決方案,並供應可實現全廠自動化及驅動解決方案的產品系列。價值鏈整體最佳化可提升廠房效率及生產力,也可透過與經營者合作開發客製化解決方案的手段,針對目前和未來的需求量身打造製程及產品,實現少量多樣、客製化目標。


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