Delovna učinkovitost povečana za več kot 300 %! Nova naprava za pregledovanje škatlic cigaret je tako učinkovita!

Februarja 2025 je Zhang Jianmin, sekretar stranke in direktor državne uprave za tobačni monopol in generalni direktor China National Tobacco Corporation, med inšpekcijskim pregledom v Hunan Tobacco poudaril, da je treba 'nadalje poglobiti reforme in inovacije, vnesti nov zagon v visoko-kakovosten razvoj in posodobitev ter spodbujati industrijske inovacije s tehnološkimi inovacijami ob nenehnem izboljševanju zmogljivosti digitalnega razvoja.' Ta direktiva kaže pot tehnološkim inovacijam v industriji pakiranja cigaret. 'Učinkovitost lepljenja' je pomemben pokazatelj prilagodljivosti stroja za pakiranje cigaret, saj moč lepilne plasti neposredno določa stabilnost strukture cigaretnih zavojčkov med skladiščenjem, transportom in prodajo. Glede na raziskavo iz leta 2024, ki jo je izvedel Odbor za tobačno embalažo pri Kitajski federaciji za embalažo, je povprečna stopnja zavrženih domačih cigaretnih škatlic zaradi težav z lepilom 5,7 %, pri čemer nekatera mala in srednje-podjetja presegajo 15 %, kar povzroči letno neposredno gospodarsko izgubo v višini več kot 200 milijonov juanov.

Trenutno je preizkušanje lepilne učinkovitosti končnih cigaretnih škatlic povsem ročno. Postopek testiranja vključuje tri glavne korake: pripravo materiala, oprijem papirja in oceno odlepljanja, ki zajema več kot deset dejanj, kot so rezanje vzorcev, nanašanje lepila, stiskanje, strjevanje, luščenje in ocenjevanje, pri čemer je vse popolnoma odvisno od ročnega dela. Ta tradicionalna metoda ima težave, kot so netočne količine lepila, neenakomeren nanos, neporavnan papir in nezadostno stiskanje, kar vodi do dolgih časov testiranja, ponavljajočih se poskusov, visoke delovne intenzivnosti in nizke učinkovitosti. Nekatera oprema za ogrevanje predstavlja tudi varnostna tveganja. Za reševanje teh težav je podjetje Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (v nadaljevanju "Changde Jinpeng") sprejelo pristop "skupnega prizadevanja industrijskih podjetij na zgornjem in spodnjem delu oskrbne verige", pri čemer je uspešno razvilo napravo za testiranje učinkovitosti lepila za embalažni papir s-primerjalno analizo na kraju samem in skupnimi inovacijami. Ta članek sistematično razlaga ozadje, tehnični načrt, rezultate implementacije in promocijsko vrednost naprave, s ciljem zagotoviti referenco za preizkušanje kakovosti tehnoloških inovacij v industriji.

Tehnično ozadje in analiza problema

01/ Tehnični pomen učinkovitosti lepila

Učinkovitost lepljenja se nanaša na postopek, ki temelji na mehanizmu odpovedi lepila, ki simulira korak stiskanja lepila pri oblikovanju cigaretne škatlice. Dva vzorca sta povezana in nato destruktivno odluščena. Če lepilo raztrga papirna vlakna, se šteje, da je lepilo ustrezno. Ta indikator učinkovitosti neposredno odraža združljivost med lepilom in papirnato podlago ter je ključni parameter za zagotavljanje stabilnosti strukture embalaže.

02/ Tradicionalne metode testiranja in njihove težave

Trenutno je treba vse cigaretne škatle testirati na učinkovitost lepila, preden zapustijo tovarno. Postopek testiranja lahko razdelimo na tri glavne faze: 'priprava materiala,' 'oprijem papirja' in 'ocenjevanje od-odlepljenja.' Posebni koraki delovanja vključujejo: vzorec, ki ga želite testirati, vzemite iz vrečke z vzorcem → izrežite lepljivo območje vzorca na 20 mm × 50 mm → potegnite lepilo z brizgo (kot je prikazano na sliki 1) → nanesite lepilo na lepljivo območje → enakomerno razmažite lepilo s čisto kapalko → poravnajte papir nazaj z lepljenim območjem → toplotno stisnite z napravo za tesnjenje (kot je prikazano na sliki 2) → pustite stati vodoravno 30 minut → ročno popolnoma odlepite obe povezani površini → vizualno preglejte, ali so papirna vlakna poškodovana.

Slika 1 Ročno sesanje gela

Slika 2 Stiskalnica za toplotno tesnjenje

Po analizi ima zgornji popolnoma ročni postopek delovanja naslednje težave:

(1) Nizka učinkovitost: Posamezni testi v laboratoriju trajajo predolgo, celoten postopek pa traja približno 35 minut. Po zahtevi za inšpekcijo je treba dolgo čakati na povratne informacije, kar ne more zadovoljiti-potreb po spremljanju proizvodnje v realnem času.

(2) Varnostna tveganja: nekateri preskusni koraki vključujejo opremo za ogrevanje, ročno upravljanje pa predstavlja tveganje, kot so opekline in nevarnosti električnega udara.

(3) Nezadostna natančnost: Trenutne metode testiranja so razmeroma grobe. Nadzor količine lepila je odvisen od izkušenj operaterja, enakomernosti premaza pa ni mogoče zagotoviti, kar vodi do nizke natančnosti podatkov o preskusih, zaradi česar je težko podpirati izpopolnjen nadzor kakovosti.

(4) Visoka stopnja ponovnega pregleda: Celoten postopek se izvede ročno, ključni koraki (kot so strganje lepila, poravnava in stiskanje) pa so nagnjeni k napakam, kar povzroči neuspeh poskusa. Stopnja ponovnih pregledov je kar 50-odstotna, kar ne samo poveča delovno obremenitev, ampak tudi zapravlja sredstva za testiranje.

Če povzamemo, tradicionalne ročne metode testiranja niso več primerne za zahteve sodobne industrije cigaretnih škatlic po natančnem in učinkovitem nadzoru kakovosti. Nujno je treba razviti standardizirano, avtomatizirano preskusno napravo, ki bi popolnoma odpravila človeško vmešavanje.

Rešitev in tehnični principi

01/ Raziskovalni cilji in splošni pristop

Za reševanje zgornjih težav si je naša projektna skupina zastavila naslednji razvojni cilj: razviti napravo za testiranje učinkovitosti lepila na embalažnem papirju, ki standardizira in avtomatizira postopek testiranja, učinkovito nadzoruje količino in enakomernost nanesenega lepila, zagotavlja varno in trdno stiskanje pri ogrevanju ter znatno izboljša učinkovitost testiranja in zanesljivost podatkov. Splošni tehnični pristop je integracija funkcij, kot so strganje lepila, prenos, ogrevanje in stiskanje, v eno samo napravo, ki pretvarja razpršene ročne operacije v neprekinjen avtomatiziran proces; doseči natančen nadzor ključnih procesnih parametrov s pomočjo natančne mehanske strukture; in odpraviti človeške dejavnike s standardiziranimi operativnimi postopki.

02/ Konstrukcijska zasnova naprave

Razvita naprava za testiranje delovanja lepila za embalažni papir spada na področje tehnologije lepljenja embalaže in vključuje predvsem tri funkcionalne module, kot je prikazano na sliki 3.

Slika 3 Naprava za testiranje učinkovitosti lepila za embalažni papir (levo: shematski diagram, desno: prava naprava)

(1) Osnova: služi kot podporna platforma za celotno napravo, ki vključuje namestitev mehanizma za strganje, mehanizma za valjanje in mehanizma za laminacijo. Zagotavlja, da je prostorsko pozicioniranje vsakega funkcionalnega modula natančno usklajeno, kar omogoča neprekinjene procese testiranja.

(2) Mehanizem za strganje: Uporablja se za strganje odvečnega lepila iz korita čopiča za lepilo v prelivno korito in poravnavo lepila. Ta mehanizem ima natančno napravo za prilagajanje razmika strgala za nadzor debeline plasti lepila v vnaprej nastavljenem območju, kar zagotavlja enotno in dosledno debelino.

(3) Valjčni mehanizem: Uporablja se za pritiskanje embalažnega papirja na plast lepila po strganju, pri čemer se lepilo prenese na papir. Mehanizem nadzira pogonska enota, ki zagotavlja, da valj nanaša lepilo s konstantno hitrostjo in pritiskom, kar odpravlja težave, kot so nihanje hitrosti ali neenakomeren pritisk zaradi ročnega valjanja.

(4) Mehanizem laminacije: Uporablja se med testi lepljenja za uporabo nadzorovanega pritiska in časa na zlepljen embalažni papir, nameščen v korito za laminacijo, s čimer se simulira postopek laminacije pri dejanskem tiskanju in proizvodnji embalaže. Ta mehanizem vključuje električni grelni modul za natančen nadzor temperature in časa stiskanja.

03/ Standardizirani postopek testiranja

Na podlagi razvite naprave je bil vzpostavljen naslednji standardiziran postopek testiranja:

(1) Vzorčenje: na serijo je treba vzorčiti vsaj 5 listov. Vzorci morajo biti ravni, nepoškodovani, brez lepljenja in izpolnjevati zahteve glede velikosti najmanj 300 mm × 300 mm. Na vsakem vzorcu mora biti označena smer zrna papirja in sprednja/zadnja stran ter mora biti zaprt v vrečki.

(2) Kondicioniranje temperature in vlažnosti: Vzorce je treba kondicionirati pod pogoji, določenimi v GB/T 10739, da se izločijo vplivi okolja na rezultate.

(3) Rezanje vzorca: Vzorca razrežite na vzorec 1 (98 mm × 42 mm) in vzorec 2 (98 mm × 50 mm), pri čemer zagotovite, da je dolga stranica (98 mm) vzporedna s smerjo zrn zaradi doslednosti s smerjo proizvodne napetosti.

(4) Nanos lepila: z ekstraktorjem lepila vzemite določeno količino lepila in ga vbrizgajte v rezervoar za pikčasto lepilo modula za pripravo vzorcev lepila.

(5) Strganje: strgalo samodejno premakne odvečno lepilo okoli zbiralnika pik v prelivno korito in poravna lepilo, tako da tvori enakomerno debelo plast.

(6) Prenos lepila: Vzorec 1 (98 mm × 42 mm) položite v lepilni modul s sprednjo stranjo navzgor. Zaženite valjčni mehanizem, da pritisnete vzorec na poravnano plast lepila s konstantno hitrostjo in pritiskom, s čimer zagotovite enakomeren prenos lepila.

(7) Laminacija: Odstranite vzorec 1 z lepilom in ga položite v režo električnega grelnega modula funkcije laminacije, tako da je zlepljena stran obrnjena navzgor, poravnana s sprednjo stranjo vzorca 2. Nastavite temperaturo električnega grelnega modula in zaženite napravo za vroče -stiskanje, da stisnete vzorec 1 in vzorec 2 skupaj.

(8) Namestitev vzorca: Vzemite laminirani vzorec iz lepilne naprave, položite en konec vzorca 2 v fiksno režo testerja za luščenje in spnite drugi konec vzorca 1 z vlečno napravo.

(9) Preskus lupljenja: Kot je prikazano na sliki 4, uporabite kot lupljenja 150 stopinj in preskusno hitrost 600 mm/s z vlečno napravo. Zabeležite krivuljo sile lupljenja in določite način okvare (okvara papirnih vlaken ali okvara vmesnika lepila).

Slika 4 Preskus luščenja cigaretne škatlice

04/ Ključni tehnološki preboji

Ta naprava je dosegla tehnološki preboj na naslednjih treh področjih:

(1) Integrirana zasnova: z integracijo treh glavnih funkcionalnih modulov-strganje lepila, valjanje in laminiranje-v eno samo osnovo standardizira celoten postopek pri poskusih učinkovitosti lepila, vključno z nanašanjem lepila, izravnavo lepilne plasti, prenosom lepila in laminiranjem, pri čemer odpravlja napake med koraki.

(2) Natančen nadzor parametrov: mehanizem za strganje zagotavlja enakomerno debelino lepilne plasti (napaka manjša ali enaka 0,01 mm); valjčni mehanizem, ki ga poganja servo sistem, nadzoruje valje za prenos lepila s konstantno hitrostjo in pritiskom, z natančnostjo hitrosti ±0,1 mm/s in natančnostjo pritiska ±0,5N; mehanizem za laminiranje lahko natančno prilagodi tlak laminiranja (±1N), temperaturo (±1 stopinja) in čas (±0,1s), kar natančno simulira dejanske proizvodne pogoje.

(3) Standardizirano delovanje: Vse operacije so nastavljene prek vmesnika človek-stroj in po zagonu z enim-klikom se celoten postopek samodejno zaključi. To popolnoma odpravi napake, ki nastanejo zaradi ročnega delovanja, kot so netočna količina lepila, neenakomeren nanos, neporavnan papir ali nezadostno stiskanje, kar zagotavlja ponovljivost in primerljivost rezultatov testa. Primerjava postopka testiranja pred-in-po njem je prikazana na sliki 5.

Slika 5 Primerjava postopka odkrivanja pred in po izboljšanju

Tehnični učinki in analiza podatkov

01/ Analiza izboljšanja učinkovitosti

Po več računalniških-preverjanjih in dejanskih preizkusih je ta naprava dosegla pomembne izboljšave v učinkovitosti zaznavanja. Skupni čas za posamezno zaznavanje se je zmanjšal z 2057 sekund z uporabo tradicionalnih ročnih metod na 442 sekund, kar predstavlja 365,38-odstotno povečanje delovne učinkovitosti. Stopnja uspešnosti celotnega postopka odkrivanja je dosegla 100 %, stopnja ponovnih-inšpekcijskih pregledov pa je padla s 50 % na 0, kar je močno zmanjšalo delovno intenzivnost operaterjev.

02/ Natančnost in zanesljivost zaznavanja

Povratne informacije strank: "Zasnova te naprave je znanstvena in razumna, enostavna za uporabo, zelo natančna in stabilna. Učinkovito premaguje zamude in odstopanja podatkov, ki so bili ugotovljeni pri prejšnjih metodah ročnega testiranja, ter zagotavlja močno tehnično podporo za izboljšanje našega nadzora nad kakovostjo lepila embalažnega papirja."

03/ Varnostne izboljšave

Pri tradicionalnem ročnem testiranju se uporablja oprema za ogrevanje, kot so naprave za toplotno zapiranje, ki predstavljajo tveganje za opekline in električne nevarnosti. Ta naprava integrira grelni modul v zaprto kompozitno strukturo z uporabo toplotne izolacije in avtomatskega nadzora temperature. Operaterjem se ni treba dotikati delov z visoko-temperaturo, kar popolnoma odpravi tveganje opeklin.

Družbene koristi in vrednost uporabe

01/ Neposredne gospodarske koristi

Z vnaprejšnjim predvidevanjem učinkovitosti lepljenja papirja ta naprava učinkovito zmanjša količino odpadkov in predelave pri proizvodnji embalaže. Ocenjuje se, da bi se lahko stopnja odpadkov končnih cigaretnih škatlic zaradi težav z lepilom zmanjšala s povprečnih 5,7 % na manj kot 2 %, če bi se široko uporabljala v industriji. Hkrati lahko izboljšana učinkovitost odkrivanja znatno prihrani stroške dela, kar zmanjša stroške dela na odkrivanje za približno 80 %.

02/ Tehnološko vodstvo

Standardizirano delovanje te naprave lahko meri učinkovitost lepljenja različnih vrst lepila in učinkovito preseje formulacije, primerne za papir za škatlice cigaret, črnila in postopke premazovanja. To skrajša cikel raziskav in razvoja za izbiro lepila in izboljšavo formule, natančno obravnava praktične probleme pri proizvodnji cigaretnih škatlic, kot so razslojevanje, luščenje, prelivanje lepila in lepljenje, ter vzpostavi sistem ocenjevanja združljivosti med lepilom in papirjem cigaretnih škatlic.

03/ Sinergija industrijske verige

Projekt sprejme skupni pristop v zgornji in spodnji verigi industrijske verige, združuje tehnične vire, talente in vire opreme za raziskave in razvoj lepila na zgornjem delu verige, tiskanje cigaretnih zavojev na srednji verigi in podjetja za proizvodnjo cigaretne embalaže na nižji stopnji. To odpravlja informacijske in tehnološke ovire med posameznimi členi, tvori celoten-verižni sistem tehnične optimizacije od surovin do končnih izdelkov, spodbuja industrijo pakiranja cigaret k večji učinkovitosti, natančnosti in inteligenci ter krepi osrednjo konkurenčnost industrije.

04/ Prispevek k standardizaciji industrije

S tem projektom je bila uspešno razvita prva kitajska naprava za testiranje učinkovitosti lepljenja embalažnega papirja, s čimer je bila prva v industriji. Da bi izpolnili enotne tehnične specifikacije, ki jih zahtevajo različna podjetja in preskusne ustanove, je projektna skupina standardizirala rezultate raziskav, spodbujala tehnični napredek in izboljšanje kakovosti zložljivih kartonov in surovin (papirja) v embalažni in tiskarski industriji ter izboljšala koordinacijo virov in inovacijske zmogljivosti v podjetjih na zgornjem in nižjem nivoju.

V prihodnosti bo raziskovalna skupina še naprej optimizirala inteligenco naprave, razvijala sistem samodejnega ocenjevanja, ki temelji na strojnem vidu, dosegla popolnoma nenadzorovano zaznavanje učinkovitosti lepila, medtem ko bo raziskovala aplikacije naprave za testiranje lastnosti lepila drugih embalažnih materialov (kot sta plastična in kovinska folija), s čimer bo več prispevala k inovacijam v tehnologiji testiranja kakovosti embalaže.