Эффективность работы выросла более чем на 300%! Новое устройство для проверки сигаретных пачек настолько эффективно!

В феврале 2025 года Чжан Цзяньминь, секретарь партии, директор Государственного управления табачной монополии и генеральный директор Китайской национальной табачной корпорации, во время проверки в компании Hunan Tobacco подчеркнул необходимость «дальнейшего углубления реформ и инноваций, придания нового импульса высококачественному развитию и модернизации, а также содействия промышленным инновациям посредством технологических инноваций, одновременно постоянно расширяя возможности цифрового развития». Эта директива указывает путь к технологическим инновациям в индустрии упаковки сигарет. «Эффективность клея» является важным показателем адаптируемости машины для изготовления сигаретных пачек, поскольку прочность клеевого слоя напрямую определяет структурную стабильность сигаретных пачек во время хранения, транспортировки и продажи. Согласно опросу, проведенному в 2024 году Комитетом по упаковке табачных изделий Китайской федерации упаковки, средний уровень брака отечественных сигаретных пачек из-за проблем с клеем составляет 5,7 %, а на некоторых малых и средних- предприятиях этот показатель превышает 15 %, что приводит к ежегодным прямым экономическим потерям в размере более 200 миллионов юаней.

В настоящее время тестирование клеящих свойств готовых сигаретных пачек проводится полностью вручную. Процесс тестирования состоит из трех основных этапов: подготовка материала, приклеивание бумаги и оценка отделения-отклеивания, охватывая более десяти действий, таких как резка образцов, нанесение клея, прессование, отверждение, отслаивание и оценка, причем все они полностью зависят от ручной работы. Этот традиционный метод имеет такие проблемы, как неточное количество клея, неравномерное нанесение, перекос бумаги и недостаточное прижатие, что приводит к длительному времени испытаний, повторным испытаниям, высокой трудоемкости и низкой эффективности. Некоторое отопительное оборудование также представляет угрозу безопасности. Для решения этих проблем компания Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (далее именуемая «Changde Jinpeng») применила подход «совместных усилий предприятий добывающей и перерабатывающей промышленности», успешно разработав устройство для тестирования характеристик клея упаковочной бумаги посредством-сравнительного тестирования на месте и совместных инноваций. В этой статье систематически объясняются предыстория, технический план, результаты внедрения и рекламная ценность устройства, целью которой является предоставление справочной информации для качественного тестирования технологических инноваций в отрасли.

Техническая информация и анализ проблем

01/ Техническое значение характеристик клея

Характеристики клея относятся к процессу, основанному на механизме разрушения клея, имитирующему этап прессования клея при формировании сигаретной пачки. Два образца соединяются вместе, а затем разрушающе отрываются. Если бумажные волокна разрываются клеем, эффективность клея считается квалифицированной. Этот показатель эффективности напрямую отражает совместимость клея с бумажной основой и является ключевым параметром для обеспечения стабильности конструкции упаковки.

02/ Традиционные методы тестирования и их проблемы

В настоящее время все коробки для сигарет перед отправкой с завода требуют испытаний на клейкость. Процесс тестирования можно разделить на три основных этапа: «подготовка материала», «адгезия бумаги» и «оценка-отклеивания». Конкретные этапы операции включают в себя: взять образец, подлежащий тестированию, из пакета для образцов → разрезать клейкую область образца до размеров 20 мм × 50 мм → нанести клей с помощью шприца (как показано на рисунке 1) → нанести клей на клеевую область → равномерно распределить клей с помощью чистой пипетки → выровнять бумагу обратно по склеенной области → нагреть пресс с помощью герметизирующего устройства (как показано на рисунке 2) → дать ему постоять горизонтально в течение 30 минут → вручную полностью отделить две склеенные поверхности → Визуально проверьте, не повреждены ли волокна бумаги.

Рисунок 1. Ручное отсасывание геля.

Рисунок 2. Пресс для термосварки

После анализа вышеописанный полностью ручной процесс имеет следующие проблемы:

(1) Низкая эффективность: отдельные тесты в лаборатории занимают слишком много времени, а весь процесс занимает около 35 минут. После запроса на проверку приходится долго ждать обратной связи, что не позволяет удовлетворить потребности в-мониторинге производства в реальном времени.

(2) Угрозы безопасности: некоторые этапы испытаний включают нагревательное оборудование, а ручное управление сопряжено с такими рисками, как ожоги и поражение электрическим током.

(3) Недостаточная точность. Современные методы тестирования являются относительно грубыми. Контроль количества клея зависит от опыта оператора, а однородность покрытия не может быть гарантирована, что приводит к низкой точности данных испытаний, что затрудняет обеспечение тщательного контроля качества.

(4) Высокая частота повторных проверок: весь процесс выполняется вручную, а ключевые этапы (такие как соскабливание клея, выравнивание и прессование) подвержены ошибкам, что приводит к провалу эксперимента. Частота повторных проверок достигает 50 %, что не только увеличивает рабочую нагрузку, но и приводит к потере ресурсов тестирования.

Подводя итог, традиционные методы ручного тестирования больше не соответствуют требованиям современной индустрии сигаретных упаковок к точному и эффективному контролю качества. Существует острая необходимость в разработке стандартизированного автоматизированного испытательного устройства, которое бы принципиально исключило вмешательство человека.

Решение и технические принципы

01/ Цели исследования и общий подход

Для решения вышеуказанных проблем наша проектная группа поставила перед собой следующую цель разработки: разработать устройство для тестирования характеристик клея упаковочной бумаги, которое стандартизирует и автоматизирует процесс тестирования, эффективно контролирует количество и однородность наносимого клея, обеспечивает безопасное и прочное прессование с подогревом, а также значительно повышает эффективность тестирования и надежность данных. Общий технический подход заключается в объединении таких функций, как соскабливание клея, перенос, нагрев и прессование, в одном устройстве, превращая разрозненные ручные операции в непрерывный автоматизированный процесс; добиться точного контроля ключевых параметров процесса благодаря точной механической конструкции; и исключить человеческий фактор посредством стандартизированных рабочих процедур.

02/ Структурный расчет устройства

Разработанное устройство для испытания характеристик адгезии упаковочной бумаги относится к области технологии склеивания упаковки и в основном включает в себя три функциональных модуля, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Устройство для испытания характеристик клея упаковочной бумаги (слева: принципиальная схема, справа: реальное устройство)

(1) Основание: служит опорной платформой для всего устройства, объединяя установку скребкового механизма, механизма прокатки и механизма ламинирования. Это обеспечивает точную координацию пространственного расположения каждого функционального модуля, что обеспечивает непрерывный процесс тестирования.

(2) Механизм скребка: используется для соскабливания излишков клея из желоба щетки для клея в переливной лоток и выравнивания клея. Этот механизм оснащен устройством точной регулировки зазора скребка, позволяющим контролировать толщину слоя клея в заданном диапазоне, обеспечивая равномерную и постоянную толщину.

(3) Роликовый механизм: используется для прижима упаковочной бумаги к клеевому слою после соскабливания, перенося клей на бумагу. Механизм управляется приводом, который обеспечивает нанесение клея валиком с постоянной скоростью и давлением, устраняя такие проблемы, как колебания скорости или неравномерное давление при ручной прокатке.

(4) Механизм ламинирования: используется во время испытаний клея для приложения контролируемого давления и времени к склеенной упаковочной бумаге, помещенной в лоток для ламинирования, имитируя процесс ламинирования в реальном производстве печати и упаковки. Этот механизм включает в себя модуль электрического нагрева для точного контроля температуры и времени прессования.

03/ Стандартизированный процесс тестирования

На основе разработанного устройства был установлен следующий стандартизированный процесс испытаний:

(1) Отбор проб: из каждой партии следует отбирать не менее 5 листов. Образцы должны быть плоскими, неповрежденными, без прилипаний и соответствовать требованиям по размеру не менее 300×300 мм. На каждом образце должно быть указано направление волокон бумаги, а также лицевая/задняя стороны, и он должен быть запечатан в пакет.

(2) Кондиционирование по температуре и влажности. Образцы следует кондиционировать в условиях, указанных в GB/T 10739, чтобы исключить влияние окружающей среды на результаты.

(3) Резка образцов: разрежьте образцы на образец 1 (98 мм × 42 мм) и образец 2 (98 мм × 50 мм), убедившись, что длинная сторона (98 мм) параллельна направлению волокон для обеспечения соответствия направлению производственного напряжения.

(4) Нанесение клея: используйте экстрактор клея, чтобы взять фиксированное количество клея и ввести его в резервуар для точечного клея модуля подготовки образцов клея.

(5) Соскабливание: скребок автоматически перемещает излишки клея вокруг резервуара для точек в переливной лоток и выравнивает клей, образуя равномерный толстый слой.

(6) Перенос клея: поместите образец 1 (98 мм × 42 мм) в модуль клея лицевой стороной вверх. Запустите роликовый механизм, чтобы прижать образец к выровненному слою клея с постоянной скоростью и давлением, обеспечивая равномерный перенос клея.

(7) Ламинирование: удалите образец 1 с клеем и поместите его в слот модуля электрического нагрева функции ламинирования склеенной стороной вверх, совместив с передней стороной образца 2. Установите температуру модуля электрического нагрева и запустите устройство горячего-прессования, чтобы сжать образец 1 и образец 2 вместе.

(8) Установка образца: возьмите ламинированный образец из клеящего устройства, поместите один конец образца 2 в фиксированную прорезь устройства для испытания на отслаивание и зажмите другой конец образца 1 с помощью тягового приспособления.

(9) Испытание на отслаивание: Как показано на рисунке 4, используйте угол отслаивания 150 градусов и скорость испытания 600 мм/с с помощью тягового приспособления. Запишите кривую силы отрыва и определите тип неисправности (разрушение бумажного волокна или повреждение клеевого слоя).

Рисунок 4. Тест на отслаивание сигаретной пачки

04/ Ключевые технологические прорывы

Это устройство достигло технологических прорывов в следующих трех областях:

(1) Комплексная конструкция. Интегрируя три основных функциональных модуля -очистка клея, раскатывание и ламинирование- в единую основу, он стандартизирует весь процесс экспериментов по характеристикам клея, включая нанесение клея, выравнивание клеевого слоя, перенос клея и ламинирование, исключая ошибки между этапами.

(2) Точный контроль параметров: скребковый механизм обеспечивает однородную толщину клеевого слоя (погрешность менее или равна 0,01 мм); механизм прокатки, приводимый в действие сервосистемой, управляет роликами для переноса клея с постоянной скоростью и давлением, с точностью скорости ± 0,1 мм/с и точностью давления ± 0,5 Н; механизм ламинирования может точно регулировать давление ламинирования (± 1 Н), температуру (± 1 градус) и время (± 0,1 с), точно имитируя фактические производственные условия.

(3) Стандартизированная операция: все операции выполняются через человеко--машинный интерфейс, и после запуска одним-нажатием весь процесс завершается автоматически. Это полностью исключает дефекты, вызванные ручной работой, такие как неточное количество клея, неравномерное нанесение, перекос бумаги или недостаточное прижатие, обеспечивая повторяемость и сопоставимость результатов испытаний. Сравнение процесса тестирования до-и-после показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Сравнение процесса обнаружения до и после улучшения

Технические эффекты и анализ данных

01/ Анализ повышения эффективности

После многочисленных компьютерных-проверок и реальных испытаний это устройство добилось значительного повышения эффективности обнаружения. Общее время одного обнаружения сократилось с 2057 секунд при использовании традиционных ручных методов до 442 секунд, что означает повышение эффективности работы на 365,38%. Вероятность успеха всего процесса обнаружения достигла 100 %, а частота повторных проверок упала с 50 % до 0, что значительно снизило трудоемкость операторов.

02/ Точность и надежность обнаружения

Отзывы клиентов: «Конструкция этого устройства научна и разумна, проста в эксплуатации, отличается высокой точностью и стабильностью. Оно эффективно преодолевает задержки и отклонения данных, обнаруженные в предыдущих методах ручного тестирования, обеспечивая надежную техническую поддержку для улучшения нашего контроля над качеством клейкости упаковочной бумаги».

03/ Улучшения безопасности

Традиционное ручное тестирование использует нагревательное оборудование, такое как термосварочные аппараты, которые создают риск ожогов и поражения электрическим током. Это устройство объединяет нагревательный модуль в закрытую композитную конструкцию, используя теплоизоляцию и автоматический контроль температуры. Операторам не нужно прикасаться к деталям,-нагревающимся до высокой температуры, что полностью исключает риск ожогов.

Социальные преимущества и ценность применения

01/ Прямые экономические выгоды

Заранее прогнозируя клеящие свойства бумаги, это устройство эффективно сокращает количество отходов и доработок при производстве упаковки. Подсчитано, что при широком применении во всей отрасли процент брака готовых сигаретных пачек из-за проблем с клеем может снизиться в среднем с 5,7% до менее 2%. В то же время повышенная эффективность обнаружения может сэкономить значительные трудозатраты, снижая трудозатраты на одно обнаружение примерно на 80%.

02/ Технологическое лидерство

Стандартизированная работа этого устройства позволяет измерять адгезионные характеристики различных типов клея и эффективно проверять составы, подходящие для бумаги, чернил и покрытий для сигаретных пачек. Это сокращает цикл исследований и разработок по выбору клея и усовершенствованию формулы, точно решая практические проблемы при производстве сигаретных пачек, такие как расслоение, отслаивание, переливание клея и прилипание, а также создает систему оценки совместимости между клеем и бумагой для сигаретной пачки.

03/ Синергия отраслевых цепочек

В проекте применяется совместный подход на всех этапах производственной цепочки, включая технические, кадровые и аппаратные ресурсы исследовательских и опытно-конструкторских работ по клею, средних предприятий по печати сигаретных пачек и последующих предприятий по производству упаковки для сигарет. Это разрушает информационные и технологические барьеры между каждым звеном, формируя полную-систему технической оптимизации цепочки от сырья до готовой продукции, продвигая индустрию упаковки сигарет к большей эффективности, точности и интеллекту, а также повышая основную конкурентоспособность отрасли.

04/ Вклад в отраслевую стандартизацию

В рамках этого проекта было успешно разработано первое в Китае устройство для тестирования клеящих свойств упаковочной бумаги, став первым в отрасли. Чтобы соответствовать унифицированным техническим спецификациям, требуемым различными компаниями и испытательными учреждениями, команда проекта стандартизировала результаты исследований, способствуя техническому совершенствованию и улучшению качества складных картонных коробок и сырья (бумаги) в упаковочной и полиграфической промышленности, а также улучшая координацию ресурсов и инновационные возможности на предприятиях добывающей и перерабатывающей промышленности.

В будущем исследовательская группа продолжит оптимизировать интеллект устройства, разрабатывая автоматическую систему оценки на основе машинного зрения, добиваясь полностью автоматического определения характеристик клея, а также изучая возможности применения устройства для тестирования клейких свойств других упаковочных материалов (таких как пластик и металлическая фольга), внося больший вклад в инновации в технологии тестирования качества упаковки.