柔性控制技术在包装机械中的应用

李宗晟

摘 要：中国包装机械行业的起步相对较晚，虽然在近几年中取得了一定的发展，但是还存在着设备的通用性差、技术含量较低和产品生产单一等问题。柔性控制技术主要用来满足自动化系统中产品的需求，将其应用在包装机械中将改善我国包装机械当前的困境。该文从柔性控制技术的应用原理入手，首先分析了柔性控制技术应用在包装机械中的优点，然后研究了柔性控制技术在包装机械中应用的路线，为柔性控制技术在包装机械中的应用研究提供了可参考的意见。

关键词：柔性控制技术 包装机械 应用

中图分类号：TS486.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0085-03

1 柔性控制技术的应用原理

柔性控制技术是相对传统的“刚性”而言的，在传统的自动化生产线中，刚性的设备可以大批量地生产单一的产品，实现了生产效率的最大化。而且，由于刚性系统生产对设备的利用率较高，所以其生产的成本也较低。在我国包装机械发展的初期，刚性控制系统被最大范围地应用，使我国的包装机械行业取得了一定程度的发展。但是随着经济的发展，人们的生活水平日益提高，对生产系统有了更高的要求，传统的刚性制造在满足市场需求的时候出现了疲软的现象，基于此，柔性控制系统开始出现在人们的视线中。

1.1 柔性控制系统主要内容

柔性控制系统对生产提出了两方面的要求，它们分别是机器的柔性和工艺的柔性。机器的柔性是指生产同一系统的不同类型产品时，机器可以改变零件的加工程度，从而满足不同产品的需求。这点对包装机械本身的性能提出了更高的要求，要求包装机械改变原本的功能模块，在使用中有更多的可能性选择。在这方面，德国的包装机械可以给我国的包装机械发展提供一定的参考意见，他们在包装机械中创新地应用模块化的设计，模块化设计是建立在分析产品功能基础上的，在选择前需要商家根据自身的需求选择模块。因此，模块需要根据种类做出划分，以方便客户的选择。通过这种设计，用户可以选择模块的组合来决定产品的性能，以此来应对市场的快速变化。同时，这种设计也减缓了包装机械更新换代的速度，用类似半智能化的设计手段来促进包装机械的发展。这种模块化的设计最大化地满足了包装机械的柔性需求，有很强的借鉴意义。

工艺的柔性是柔性控制系统对包装机械提出的另一个要求，它是指用不同的生产流程来应对产品和生产原料的变化，最终达到柔性控制的目的。工艺的柔性对整个生产的过程提出了更高的要求，要实现工艺的柔性不仅需要提高包装机械本身的性能，还需要改变原本的生产线，使生产的工艺能够根据产品的需求变化而变化。

1.2 柔性控制设计的主导思想

柔性控制设计的主导思想是建立在对产品进行分析的基础上的，根据产品功能和规格进行分类，然后将统一属性的归类到功能模块中，最后通过模块之间的组合来实现包装机械满足市场需求的目的。设计的主导思想是这样的，但是在具体地实施中也有很多难题。首先，产品的种类和规格之多就很难具体地分类，而且任何包装设备在技术层面都存在其共性，很难把柔性控制设计的主导思想落实在具体中。

将柔性控制技术应用在包装机械中，不仅要应用柔性控制原理，还要将机械、电子和检测等技术综合地分析，然后有机地结合在一起，最终实现包装机械设备总体的柔性化，在提高包装机械智能化水平的基础上进行包装机械的改革。

2 柔性控制技术应用在包装机械中的优点

柔性控制技术出现的初衷就是改善包装机械原本固定和单一的生产，因此，将柔性控制技术应用在包装机械后，可以大幅度改善包装机械的现状，体现两者结合的优点。具体而言，将柔性控制技术应用在包装机械中的优点主要体现在以下几个方面。

（1）提高包装机械控制系统的智能化。柔性控制技术的核心就是用模块化的形式来设计产品的功能，因此，包装机械在应用了柔性控制技术后可以大幅度提升其智能化的水平。在具体的操作中，主要是将机电一体化的技术应用在包装机械中，然后预先设定相应的参数。在生产中，若参数发生变化，即对产品的需求有变化时，计算机就可以根据参数的变化改变包装机械的工作状态，使其自动化程度达到85%以上。这样就可以减少生产中人力的需求，降低生产的成本，提高企业的竞争力。

（2）促进产品的快速成型。传统的加工是依靠工人逐步利用机械加工的，在包装机械生产产品时需要进行多个工序。但是柔性控制技术最大限度地优化了产品的生产过程，只需要事先将产品的三维模型输入到计算机中，然后计算机就可以根据离散的有序单元生成数控代码，使原本的加工变成最优化的加工过程，极大地降低了加工的难度，促进了产品的快速成型。这种优点可以提高包装机械生产的效率，在同等时间内生产出更多的产品，提高了适应市场的能力。

（3）实现激光切割技术的应用。经济的发展使人们对产品有了更多的要求，特别是在经济高速发展的今天，人们将产品的包装作为选择的重要参考因素。因此，如何实现包装的新颖和高档就成了包装关注的重点。一些高档的产品包装需要涉及到水晶和金属等物质，给包装的生产带来了一定的难度。在传统的生产中，都是通过人工控制的形式，很难以激光操作，增加了废品率，也降低了生产的效率。但是在将柔性控制技术应用在包装机械中后，可以实现计算机对生产过程的控制，就可以用激光刀代替原本的机械刀，使包装的生产更加快速和精确。而且，由于是用计算机控制，所以不会对工件的表面产生太大的损伤，使整个生产过程无污染，极大地提升了包装机械的性能。

（4）提高包装机械的可靠性。传统的包装机械是一个独立的个体，在生产的过程中只有输入的过程，并没有反馈和负反馈的存在。在这种状态下，包装机械的故障只能靠人工检验，有一定的错误率存在，而且很难及时发现故障的原因和所在地。因此，传统的包装机械可靠性并不高，发生故障后需要浪费大量的时间和精力。将柔性控制系统应用在包装机械后，增加了计算机在生产中的作用，因此就能够以计算机为基础，引入状态检测诊断系统。状态检测诊断系统是在包装机械的主要工作区贴上应变片，然后把机械信号转化为点信号，然后经过放大后直接用相应的仪器接收，起到检测包装机械运作状态的作用。在包装机械生产的过程中，状态检测诊断系统一直在运作，检测各种信号的稳定性。当故障刚刚发生时，就可以激发警报，给人们提示。而且，这种状态检测诊断系统还可以根据信号直接找到发生故障的地方，方便了维修和管理。所以，将柔性控制系统应用在包装机械中，还可以增加整个机械系统的可靠性。

（5）简化包装机械的操作。传统的包装机械很依赖人力在整个生产中的作用，整个机械的操作也需要很高的技术含量。因此，在工作人员上岗之前都要经过长时间的培训，然后还需要老师傅带着熟悉整个机械的操作和工作流程。但是，将柔性控制技术引入到包装机械后，整个生产过程在很大程度上依赖电脑的操作，只需要输入简单的指令就可以完成生产的过程。在此基础上，弱化了人力在生产中的作用，同时，这种方式也降低了误差的存在。对于企业而言，节省了大量的人力输出，还缩短了新员工培训的实践。所以，将柔性控制技术引入到包装机械中可以简化其操作，提高准确性，降低企业的生产成本。

（6）降低能源的消耗。将柔性控制应用到包装机械中可以大幅度地降低能源消耗，这主要体现在三方面上。首先，柔性控制下的包装机械是用变频电机代替传统的异步电动机，根据生产的需要不断调整输出的频率，这就可以降低超过40%的能源消耗。其次，智能化的生产还降低了产品的废品率，这也在一定程度上降低了生产过程中能源的消耗。最后，柔性控制下的包装机械是根据生产的产品个性化地设计其流程，所以会降低传统生产工艺的能源消耗。

柔性控制在包装机械行业中的应用是时代发展的趋势，不论是实现生产效率的提高和智能化程度的提高还是降低能源消耗上，都符合包装机械行业发展的方向。因此，结合上述的几种优点，柔性控制在包装机械行业的大范围应用将是时代的选择。

3 柔性控制技术在包装机械中应用的路线

3.1 客户需求是首要考虑因素

将柔性控制技术应用在包装机械行业的根本目的改善包装机械的性能，使之满足市场的需求。市场的需求是由客户决定的，因此在将柔性控制技术应用在包装机械中时，首先要考虑的就是客户的需求。市场的发展和技术的进步给包装机械的客户提供了更多的考虑空间，所以他们的需求也发生了一定的变化。首先，他们要求提高包装机械生产的效率。生产效率是成本的保障，提高生产的效率就提高了自身的市场竞争力。其次，客户还追求包装机械和生产机械的一体化，要求生产商改变生产的思路和方向。这两点要求都体现了客户对包装机械柔性的需求，是包装机械在应用柔性控制技术时考虑的重点。

自从我国提出可持续发展的概念后，整个社会都在追求可持续的经济发展方式。当前发展的是可持续的经济，要求机械设备产生的污染物较少，产生的噪声也要小，这就对包装机械内含的科技提出了更高的要求。但是当前我国的包装机械在这方面做得还不够好，设计和生产的包装机械还是以追求利益和生产为主，忽视了机械设备附属的价值。另外，包装机械设备的竞争力在某种程度体现在价格上，客户想用最低的价格购买性价比最高的产品。这种性价比更多体现在包装机械设备的科技内涵上，包含的科技越高端，其本身的附属价值就越高，同等资源消耗，可以用更快的速度和更高的质量产出更好的商品。

基于上述内容的分析可以得出，客户对包装机械的需求发生了变化。因此，再将柔性控制技术引入到包装机械中时，需要从客户的需求入手，分析合理的优化方案，最终将柔性控制技术融合到包装机械中，使之能完美地迎合市场的需求，进而取得长足的发展。

3.2 结合机电一体技术

柔性控制技术的核心是实现包装机械的智能化生产，因此要引入柔性控制系统，必须采取机电一体化的生产模式。机电一体化是将电子技术应用在机械设备中，它起到的作用主要有以下几点。

（1）检测设备的运行状态。包装机械在生产的过程中，可能会出现各种故障，这种故障并不一定会被很明显地观察出来，就成了潜在的威胁，一旦积累到临界点，将使设备彻底失去继续工作的能力，严重影响正常的生产。机电一体化可以很好地实现对包装机械生产状态的检测，根据收集到的参数分析设备是否有故障存在，提高设备运行的可靠性。

（2）实现信号的反馈和负反馈。柔性控制技术旨在实现包装机械生产的智能化，要实现这一目的，信号的反馈和负反馈在整个系统中必不可少。信号的反馈和负反馈依靠计算机系统在包装机械中的作用，而信号产生的基础就是电子技术。因此，机电一体化是实现包装机械智能化生产的关键所在。

根据上述的分析，要将柔性控制技术完美地融合在包装机械中，必须以机电一体技术为基础，然后才能完成整个的应用过程。以目前的情况而言，我国的机电一体技术发展已经取得了初步的成就，剩下的就是考虑再将柔性控制技术融入的过程。

3.3 以柔性控制技术为主导思想

将柔性控制技术应用在包装机械中，其核心就是柔性控制思想的体现。因此，在应用的过程中，以柔性控制技术为主导思想是整个应用的关键。在具体的操作中，首先要分析整个生产的过程，然后在机械单元之间导入电子技术和控制系统，实现智能化的控制和生产。然后，要对整个包装机械设备的兼容性进行测试，检查其能否满足不同条件下的工作要求。最后，就是根据市场的需求进行参数修正，实现设计的目标。

柔性控制技术实现包装机械设备生产多样化的关键所在，主要的过程就是从需求入手，然后设计不同的功能模块，最后通过计算机的信号，控制整个包装机械的生产过程。这是时代发展的趋势，也是我国包装机械发展的方向所在。

4 结语

机械设备本身并没有太多的发展方向，但是可以通过附属功能提高其本身的价值，而将高科技技术应用在包装机械设备中的过程就是提高其附属功能的途径。柔性化控制是从市场的需求入手，模块化整个包装机械的功能，所以能够满足客户的多种需求。将柔性控制技术应用在包装机械中，将为包装机械的发展提供新的思路和方向。

参考文献

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