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    王德吉，男，中共黨員，博士，首席培訓師，博士生導師。從事復雜煙草自動化與信息化研究與培訓工作。兼職國家高級考評員，中科院高級訪問學者，湖南農(nóng)業(yè)大學學術型碩士生導師，清華大學工程碩士研究生企業(yè)導師，鄭州大學兼職教授，國家管道工程實驗室特聘專家，全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術委員會委員，工業(yè)物流自動化河南省工程實驗室副主任，國際自動控制聯(lián)合會委員，國際工程師協(xié)會委員，中國創(chuàng)新方法研究會首批會員，西門子自動化專家，中國科學技術協(xié)會企業(yè)創(chuàng)新專家。

    煙草機械技術的先進程度，在很大程度上決定著煙草工業(yè)的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式、能源和原輔材料消耗等，因而影響煙草工業(yè)的產(chǎn)品水平、質(zhì)量、品種、效益以及更新?lián)Q代周期，對煙草工業(yè)的發(fā)展起促進作用，是煙草工業(yè)生產(chǎn)的基礎工業(yè)，它的技術水平是衡量煙草工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化程度的重要指標之一。煙草包裝機械是卷煙包裝的專用生產(chǎn)設備。近年來，隨著對煙草產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高，煙草包裝機械也得到了長足的發(fā)展，并向自動化、信息化、智能化和機電一體化方向發(fā)展。本期專題策劃本刊記者對話中國煙草總公司職工進修學院首席培訓師王德吉探討煙草包裝機械自動化技術的新發(fā)展、煙草包裝機械未來所面臨的挑戰(zhàn)以及給自動化技術帶來的機遇。

     1　我國煙草行業(yè)當前所應用包裝機械的整體情況如何？
 
    我國煙草行業(yè)目前應用的包裝機械品種較多。600包/分以上的超高速機組主要是進口產(chǎn)品，包括意大利GD公司的H1000型、S1000型、W1000型；德國FOCKE公司的F8；這些機組生產(chǎn)速度均達到1000包/分。600包/分以下的高中速機組主要包括：進口設備主要有GD公司的GDX1/X2, FOCKE公司的FOCKE350，德國慕斯門公司的B1等。

    國產(chǎn)主流機型是上海煙機公司引進意大利GD公司的GDX1/X2技術生產(chǎn)的ZB25\ZB45包裝機。近幾年，又引進消化意大利公司的XC\C600\PACK-OW生產(chǎn)制造了ZB47包裝機，目前正引進德國FOCKE公司的FC800生產(chǎn)ZB48包裝機，生產(chǎn)能力為每分鐘800包。ZB45(硬盒)和ZB25（軟盒）在國內(nèi)卷煙廠占據(jù)主導地位。

    2　當前我國煙草包裝機械技術目前發(fā)展現(xiàn)狀？主要應用的自動化技術？

    我國的煙草包裝機械主要是上海煙機公司生產(chǎn)制造。自1988年以來引進、消化、吸收了意大利GD和德國FOCKE等公司的包裝機組技術，縮短了與國外先進水平的差距，總體技術水平進步很快，現(xiàn)在能夠為各卷煙廠提供400包/分的ZB45硬盒包裝機組和ZB25軟盒包裝機組。以上兩種機型基本是引進GDX2/X1技術進行生產(chǎn)的，控制核心為MICRO Ⅱ系統(tǒng)。它與較早的FZ控制系統(tǒng)比較，具有以下優(yōu)點：具有高可靠性；配套齊全，通用性強；功能完善、實時性好，友好的人機界面；系統(tǒng)智能化；控制軟件功能強。從而提高了模塊和硬件靈活配置的可能性，增加了設備的自診斷功能，加快了控制器運行速度。但隨著工藝的提升，速度的提高以及信息化發(fā)展的需求，機器可靠性方面和控制系統(tǒng)顯得相對落后，因此又引進生產(chǎn)了ZB47和ZB48兩種機型。其中ZB47型硬盒包裝機組是引進意大利GD公司XC/C600/PACK-OW包裝機組技術生產(chǎn)的，機組額定產(chǎn)量為550包/分，2006年5月通過國家煙草專賣局技術鑒定。ZB47采用了交、直流伺服技術去掉了大部分的齒輪機構(gòu)，簡化了機械結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的技術性能、功能和水平都有很大升級。機組電氣的核心-MICRO Ⅱ系統(tǒng)與PROFIBUS、PROFINET總線技術結(jié)合應用，并對人機界面提升優(yōu)化，滿足高效、多功能、可靠、智能等要求。ZB48型硬盒硬條包裝機組是2009年9月引進德國FOCKE公司的FC800包裝機組技術生產(chǎn)，額定包裝速度800包/分。國內(nèi)對于超高速包裝機組的研制剛剛起步，與國外存在一定的差距。ZB48包裝機額定生產(chǎn)能力為800包/分，控制核心為德國倍福的 IPC技術即嵌入式工業(yè)控制計算機技術，通過工業(yè)以太網(wǎng)控制整個機組，大量采用Elau伺服電機簡化了機械結(jié)構(gòu)，物料的檢測普遍廣泛采用視覺檢測裝置。IPC控制具有計算速度快、控制精度高、靈活多變、易于維護等優(yōu)勢。

    綜上所述，ZB45、ZB25在整機電控系統(tǒng)方面，仍然以GD公司早期自行開發(fā)的專用MICROII平臺，以及專用電路板組成，相對于傳統(tǒng)PLC具有較強可靠性，智能性。隨著微電子技術發(fā)展，高性能PLC和IPC的出現(xiàn)，MICRO-II顯得通用性差，技術水平相對落后。ZB45、ZB25系統(tǒng)采用專有的總線結(jié)構(gòu)，不利于系統(tǒng)擴展和數(shù)據(jù)采集，不符合各煙廠信息化建設的要求。在傳動系統(tǒng)方面，還有很多采用直流變頻和直流伺服技術，由于直流變頻和直流伺服技術難度大、使用維護成本高昂，逐漸失去應用市場。取而代之的是采用交流變頻技術、交流伺服技術來控制電機運轉(zhuǎn)。自上世紀末以來，國內(nèi)開始有廠家在卷煙廠進行GD系列的包裝機電控系統(tǒng)技術改造，主要采用了西門子PLC。2009年以來少數(shù)廠家采用倍福公司的IPC技術進行了主控系統(tǒng)的改造。在局部或?qū)ｍ椄脑旆矫妫瑖鴥?nèi)不少廠家開發(fā)了包裝質(zhì)量在線檢測裝置如小包成像檢測、條包成像檢測、缺盒檢測等。這些改進對提高卷煙包裝質(zhì)量起到了積極的推進作用。但以上裝置均采用外掛形式，與主控系統(tǒng)不能有機地融合為一體，不利于檢測與維修和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計。
 
    3　當前我國煙草包裝機械行業(yè)與國外發(fā)達地區(qū)相比，在自動化技術應用方面還存在哪些差距？

    目前，國外主要煙草包裝機械廠家在機組電控系統(tǒng)方面，已經(jīng)選用德國倍福公司的IPC技術，如德國的FOCKE FX系列包裝機。同我國普遍使用的FZ、MICRO-II、PLC技術相比，IPC系統(tǒng)的平臺更開放，處理速度更快（最快處理周期可以達到50微秒）。應用IPC技術，在一個處理周期內(nèi)就能將任務處理完，不需使用中斷處理，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    另外，國外最新推出的包裝設備，已經(jīng)將在線質(zhì)量檢測系統(tǒng)融入了設備總體設計中，與主機機械結(jié)構(gòu)和主電控系統(tǒng)渾然一體，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護性。

    總之，國內(nèi)煙草包裝機械無論在包裝速度、主控系統(tǒng)平臺、各專項系統(tǒng)與主控系統(tǒng)融合上，均存在較大的差距。

    4　煙草包裝機械在節(jié)能、環(huán)保、安全方面未來的發(fā)展重點？

    節(jié)能主要是從工業(yè)活動前端提升能源和資源的有效利用率，從源頭減少能源的消耗；環(huán)保更多是后端處理，對工業(yè)活動日常產(chǎn)生的污染物進行處理后，然后排放到自然環(huán)境中。

    在包裝機械節(jié)能方面，隨著電子齒輪伺服系統(tǒng)、能源綜合管理等新技術的出現(xiàn)與成熟，在機械傳動能量損失、加熱器等大功率器件無用功率的降低上，將是包裝機械節(jié)能的首要突破發(fā)展重點。

    v環(huán)保方面，大范圍采用電子齒輪伺服傳動技術，減少以往因齒輪咬合傳動產(chǎn)生的噪音、減少粉塵、降低能耗。

    安全方面，提高設備自動化、智能化和信息化程度，盡可能的減少操作人員干預、嚴格執(zhí)行操作規(guī)范等都是安全生產(chǎn)的發(fā)展方向和必要手段。

    5　當前，我國煙草包裝機械行業(yè)發(fā)展面臨著哪些挑戰(zhàn)？行業(yè)的未來發(fā)展對于自動化技術提出了哪些新的需求？

    當前，我國煙草包裝機械行業(yè)發(fā)展面臨著以下挑戰(zhàn)和需求：

    在用設備的改造。隨著改造以滿足工業(yè)化與信息化融合的需要。我國煙草包裝機械存在機型及品牌較多、電控系統(tǒng)新技術的應用參差不齊，老的設備存在生產(chǎn)效率低下、維護成本高、系統(tǒng)開放性差等問題。針對這些陳舊設備的升級改造也勢在必行，是維持當前的高維護費用的支出還是升級改造的高投入，讓每個卷煙廠都適時的找到這個平衡點還是有不小的挑戰(zhàn)。

    傳統(tǒng)技術的改進。隨著市場多樣化的需要，需要小品種多規(guī)格的卷煙，因此ZB45、ZB25現(xiàn)有技術必須不斷改進。如包裝機組上7-6-7形式上發(fā)展7-7-6或19支、25支等多種包裝形式，以適應市場需要。

    新技術的研發(fā)。隨著技術的發(fā)展和行業(yè)的要求，包裝設備正沿著數(shù)字化、微型化、個性化、交互式、移動式、集成式、網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展。將來包裝設備更新?lián)Q代的主要特點：采用統(tǒng)一的工控平臺，使用先進的智能傳感器和伺服驅(qū)動技術，提高機組控制及產(chǎn)品檢測水平。大量移植采用民用和軍用工業(yè)的各種現(xiàn)代化高精度技術 、電子技術、微電子技術、邊緣技術 、模糊技術，加速提高包裝設備和生產(chǎn)線的可靠性、安全性、無人作業(yè)性等自動化水平 。包裝機械的集成化、智能化、網(wǎng)絡化、柔性化將成為未來發(fā)展的主流。

    6　對于未來煙草包裝機械的發(fā)展趨勢，您有何見解？

    更高的包裝質(zhì)量：這是卷煙包裝設備變革的前提。

    更高的包裝速度：這仍是卷煙包裝設備追求的目標之一。

    更高的靈活性：在盡可能少更換零件的條件下，可以包裝不同規(guī)格或數(shù)量的煙支，可以各種不同的包裝材料，可以達到軟盒、硬盒形式的快速改變，以適應日益變幻的市場需要。

    更高的可靠性和穩(wěn)定性：牽涉到設計的合理性、零件材料的選用、零部件加工精度和裝配質(zhì)量等相關因素。

    便于維修：所有先進設備都十分注重這一方面。

    優(yōu)良的人類工程學：它運用人體測量學、生理學、心理學和生物學等研究手段和方法，綜合的對人體結(jié)構(gòu)、功能、心理及力學等問題進研究，所設計的機械、儀器和控制裝置能使操作者發(fā)揮最大的效能。

    網(wǎng)絡技術的應用：生產(chǎn)指揮系統(tǒng)與包裝設備的直接相連；調(diào)試期間的遠距離監(jiān)控指揮；遠距離服務；通過包裝設備在線與零件供應商咨詢聯(lián)絡。

    此外，原輔材料集中供應、虛擬制造與數(shù)字工廠都是包括包裝設備在內(nèi)的煙草行業(yè)的必然發(fā)展趨勢。

    要做到這些要求，必須要機械和電氣高度配合，才能設計出完美的產(chǎn)品。

    在機械加工方面，利用計算機CAD/CAPP/CAM等設計技術，輔以精密成型技術和數(shù)控精密加工裝備，制造出精密凸輪、齒輪、異型件等，提高機組的穩(wěn)定性、易用性。

    電氣設計方面，在國家“統(tǒng)一工控平臺”指導思想指引下，我國未來煙草包裝機械電控系統(tǒng)，將以IPC作為主導系統(tǒng)控制平臺，輔以智能傳感及伺服驅(qū)動技術、先進總線技術等，提高整個機組的速度、高度智能化、高質(zhì)量和高可靠性。IPC技術的使用，一定能夠使我國煙草包裝機械控制水平得到很大的提高。

    總的看來，在今后相當長時間內(nèi)，世界卷煙包裝機械仍將向高速(將采用雙路包裝技術)、高生產(chǎn)效率、便于操作和維修保養(yǎng)、高靈活性、產(chǎn)品質(zhì)量好且穩(wěn)定以及全自動化方向發(fā)展，同時，其噪音和安全性將得到改善，也將利用計算機技術對生產(chǎn)資料和數(shù)據(jù)進行管理與整個卷煙廠的主計算機系統(tǒng)相聯(lián)，以便更有效地對全廠的生產(chǎn)進行科學管理。