第1章 概述

1.1 典型機械設備的發展和現狀

機械設備是具有一定的機械結構、用于生產某種產品或加工某種物料的機器。機械設備中用來制造特定產品（消費品或生產資料）的機器稱為生產機械，如生產PET瓶的吹瓶機，生產包裝材料的印刷機（如在塑料薄膜上印刷圖案和文字），生產瓶裝啤酒的啤酒灌裝機等。根據生產產品種類的不同，生產機械可被劃分為不同的種類，如包裝機械、印刷機械、紡織機械、塑料機械等。盡管不同種類生產機械所生產的產品不同，但這些生產機械也存在某些共性，如它們都可能具有某些特定的功能部分，如收卷、放卷、多軸間的同步運動關系（齒輪比例關系、凸輪關系）、數據通信總線和自動化控制程序等。本書將主要以常用的印刷、包裝機械為例，介紹生產機械的工藝和自動化與驅動解決方案，其基本原理也適用于其他種類的機械設備。

絕大多數產品的制造過程包括產品加工階段和包裝階段，如啤酒生產過程中，先要對原料進行釀造、發酵等加工，待啤酒釀造完成后，再進行灌瓶、裝箱等工序；餅干廠先將面粉、糖、油等原料進行混合，再經過調粉（和面以形成面團）、餅干成型、烘干等加工處理生產出餅干，然后進入餅干包裝階段，即裝袋、裝盒、裝箱等。由上述兩例可以看出，包裝過程位于產品生產的最后階段。產品包裝的目的在于保護產品，便于進行產品多少的計量（如一瓶、一包等），便于產品攜帶和運輸，以及對產品進行美化、宣傳和促銷等。

我國的包裝機械起步于改革開放的20世紀80年代。在20世紀50～70年代，我國市場上銷售的許多產品是沒有包裝的，如散裝的白酒、醬油、餅干、食鹽等。經過四十年左右的發展，我國包裝機械的產品種類、產品數量、產品性能和質量有了很大程度的提高。在啤酒、飲料、食品、藥品等許多行業，國產包裝機械已被廣泛采用。目前，我國的大部分包裝機械生產企業主要分布在華東、華南等地區。如今，我們在商店或超市看到的商品，絕大部分是有包裝的，而且存在不同形式和種類的包裝以滿足不同的消費群體和消費場景的需求。這是因為隨著人民生活水平的提高，消費者的需求變得多種多樣，如人們既需要適合于隨身攜帶的小瓶裝礦泉水，也需要適合于家庭聚會或在餐廳使用的大瓶裝礦泉水等。經過多年的市場競爭，許多產品品牌的集中度在逐步提高。例如在我國的啤酒消費市場上，青島、華潤、百威英博、燕京、嘉士伯等已發展成為啤酒行業的主要供貨商，這五家啤酒公司的啤酒已經占有我國啤酒消費市場約80%的份額。這些啤酒生產商為了獲得更大的市場份額，必然要盡可能地使其產品滿足個性化、多品種的市場需求，同時還要進一步降低產品的生產成本。這意味著：人們對產品包裝形式要求的不斷提高，會促使產品生產商對相應機器的生產商提出新的要求，促使其生產的機器在滿足高效和節能的前提下，能夠適用于多種多樣的產品生產和包裝形式。上述趨勢使得生產機械向更高效、更節能和更靈活的方向不斷發展，且加速了生產機械制造商的優勝劣汰。例如在我國啤酒灌裝和包裝機械制造領域，目前可提供啤酒灌裝機、貼標機等設備的企業已經逐步集中到三至四家。過去許多靠人工完成的包裝工作（如灌裝、貼標、裝箱、碼垛等），已經越來越多地由自動化的灌裝機、貼標機、裝箱機、碼垛機等機械設備來完成。國內人力資源成本的上升進一步促進了包裝機械，尤其是裝箱、碼垛等二次包裝機械的發展。

如前所述，我國包裝機械起步較晚，目前雖然可以生產絕大多數市場需要的包裝機械，甚至有些機械設備的某些技術指標（如生產速度）與歐美廠家的不相上下，但由于機械部件的加工精度和材料性能等方面的差距，許多國產機器運行的穩定性、可靠性、故障率等方面仍有待進一步改進。我國市場上某些種類的機器設備還主要依靠進口，如聽裝啤酒（或軟飲料）灌裝設備、空瓶或滿瓶檢測設備等。在機器安全方面，國內還沒有強制性的機器安全市場準入標準（機器安全方面的知識在本書第4章介紹），這就使得國內許多機械設備生產企業對機器安全問題不夠重視，由此造成了這些企業在實施機器安全方面的經驗不足。

從我國機械設備中配備的自動化與驅動系統看，雖然絕大多數機械設備都采用國際知名品牌的硬件產品，但為降低機械設備的制造成本，我國機械設備制造商通常會選用那些在性能上剛剛能夠滿足機械設備自身基本運行需要的自動化及驅動產品，這樣往往會使機械設備的靈活性、升級和聯網能力受到影響。從機械設備的控制和驅動程序等軟件看，國內機械設備程序在模塊化和標準化方面與國際上先進的機器仍存在差距，這也是造成部分國產機械設備可靠性、易維護性、易升級和聯網性較差的原因之一。

根據有關部門的統計，約50%的包裝機械用于食品和飲料產品的包裝，其次為藥品、化妝品等產品的包裝。在本書的典型機械設備介紹中，將以上述領域中主要的機械設備為例，重點介紹它們的工藝原理及其自動化與驅動系統解決方案。