啤酒與飲料工業(yè)的挑戰(zhàn)

　　啤酒與飲料的歷史悠久，與我們生活緊密相關(guān)，也是一個(gè)充分競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)。對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于充分競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致價(jià)格極低，利潤(rùn)攤薄，而又因?yàn)楫a(chǎn)能極大，因此，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，必須在材料、時(shí)間、人工、機(jī)器利用率等每個(gè)環(huán)節(jié)錙銖必較，否則將陷入虧損，這是一個(gè)對(duì)自動(dòng)化要求極高的市場(chǎng)，在整個(gè)機(jī)械裝備領(lǐng)域，啤酒與飲料最能考驗(yàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)力。

圖1-工廠的OEE、TCO和預(yù)測(cè)性維護(hù)需求

　　OEE是盈利的保障

　　這是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，如果用通俗的話來(lái)理解，OEE就可以理解為產(chǎn)線能夠?yàn)槠髽I(yè)盈利的指標(biāo)，圖2為OEE的構(gòu)成，對(duì)于引發(fā)OEE的各個(gè)因素，都會(huì)導(dǎo)致成本的上升，對(duì)應(yīng)的都是盈利能力。

圖2-OEE是考量產(chǎn)線運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵指標(biāo)

　　??產(chǎn)線必須穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，并能夠降低開(kāi)機(jī)浪費(fèi)；

　　??縮短生產(chǎn)等待時(shí)間、減速造成的性能浪費(fèi)；

　　??設(shè)備故障、工藝設(shè)置與切換中的可用性浪費(fèi)；

　　TCO—總擁有成本

　　啤酒與飲料這種行業(yè)的投資，必然是一個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目，因此，對(duì)于產(chǎn)線設(shè)備的總擁有成本尤其看重：

　　??材料消耗：巨大產(chǎn)能讓每1g的材料浪費(fèi)都會(huì)累積出巨大的成本，必須高精度控制如瓶子的壁厚；

　　??能源消耗：每一瓶水分?jǐn)偟碾娔?、蒸汽、壓縮氣體等消耗；

　　??人工消耗：高度自動(dòng)化降低產(chǎn)線人工消耗；

　　??學(xué)習(xí)成本：簡(jiǎn)單的操作，讓操作人員學(xué)習(xí)成本降低；

　　??維護(hù)成本：機(jī)械磨損、電氣故障等不僅增加維護(hù)成本，也增加不良品率帶來(lái)的成本。

　　??設(shè)備殘值：當(dāng)設(shè)備運(yùn)行10年后，它還保值嗎？

　　采購(gòu)成本并非唯一的考量，面對(duì)長(zhǎng)周期的投資來(lái)說(shuō)，TCO更有意義的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

　　全面預(yù)測(cè)性維護(hù)

　　預(yù)測(cè)性維護(hù)在軸承、齒輪、電氣傳動(dòng)等關(guān)鍵部件的健康狀態(tài)預(yù)測(cè)非常關(guān)鍵，這對(duì)于產(chǎn)線的影響表現(xiàn)在幾個(gè)方面：

　　??延長(zhǎng)維護(hù)間隔時(shí)間：讓設(shè)備所需的維護(hù)間隔更長(zhǎng)，讓其處于長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)，是盈利的基礎(chǔ)；

　　??壽命：從固定資產(chǎn)分?jǐn)偨嵌?，若壽命超出預(yù)期則意味著純投資回報(bào)；

　　??降低非計(jì)劃停機(jī)浪費(fèi)

　　啤酒與飲料機(jī)器具有鮮明的特征：

　　?速度極高，灌裝速度可以達(dá)到108,000瓶/小時(shí)，乃至更高；

　　?響應(yīng)速度，一個(gè)吹瓶或灌裝整個(gè)過(guò)程在100mS級(jí)完成；

　　?設(shè)備緊湊，吹瓶/灌裝/旋蓋都是數(shù)十個(gè)工站安裝于一個(gè)生產(chǎn)單元中；

　　?吹灌旋連線生產(chǎn)，OEE要求高；

　　?接線少，滑環(huán)連接需求等；

　　?掉電停車功能；

　　柔性與智能是必需

　　對(duì)于很多產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)備集成與數(shù)據(jù)分析是今天才開(kāi)始流行的事情，而對(duì)于啤酒與飲料而言，這已經(jīng)是成熟的技術(shù)，生產(chǎn)的MES/ERP集成、過(guò)程、批控制與離散包裝集成，對(duì)于其它行業(yè)來(lái)說(shuō)，才開(kāi)始，而對(duì)于啤酒飲料包裝來(lái)說(shuō)，更為柔性、智能的生產(chǎn)已經(jīng)成為必需。

　　貝加萊-啤酒飲料包裝專家

　　最嚴(yán)苛的用戶練就卓越的方案能力

　　在啤酒與飲料工業(yè)，要成為廣泛獲得認(rèn)可的方案提供商，需要在行業(yè)長(zhǎng)期的耕耘。頂級(jí)用戶，通常對(duì)行業(yè)有著深刻的理解，并且往往提出最為苛刻的需求，以使得自己在產(chǎn)業(yè)中保持持續(xù)的領(lǐng)先，而因此對(duì)貝加萊這樣的合作伙伴而言，意味著按需設(shè)計(jì)所需的軟硬件產(chǎn)品、靈活的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、工程測(cè)試與驗(yàn)證，以及培養(yǎng)行業(yè)專家。通過(guò)數(shù)十年積累，形成了今天貝加萊在全球啤酒與飲料裝備領(lǐng)域的深厚功底和客戶信任。

　　軟硬件產(chǎn)品—滿足行業(yè)特殊需求

　　集成控制、顯示、操作于一體的面板

圖3-滿足啤酒飲料工業(yè)要求的一體化面板

　　圖3是滿足行業(yè)需求的一體化面板，具有以下特點(diǎn)：

　　?高性能處理—實(shí)時(shí)任務(wù)與Wndows任務(wù)融合

　　?單電纜-信號(hào)、控制、通信于一體；

　　?IP69K防護(hù)等級(jí)—可防止水沖洗；

　　?不銹鋼設(shè)計(jì)—符合衛(wèi)生級(jí)要求；

　　?搖臂安裝—自上而下或自下而上；

　　?多點(diǎn)觸摸-防誤操作設(shè)計(jì)；

　　在整個(gè)機(jī)器的設(shè)計(jì)中，該款面板既可以作為整機(jī)的操作單元，也可以通過(guò)統(tǒng)一的電纜連接到一臺(tái)工業(yè)PC，然后多個(gè)面板操作，一個(gè)控制單元，或者多個(gè)控制的多種組合形式。

　　在圖4是貝加萊的ACOPOSmotor，它將伺服驅(qū)動(dòng)與電機(jī)集成于一體，在啤酒與飲料的吹瓶單元、旋蓋、貼標(biāo)單元大量應(yīng)用，因?yàn)樗鼭M足這些環(huán)境的特殊需求：

圖4-貝加萊ACOPOSmotor與ACOPOSremote高防護(hù)等級(jí)伺服系統(tǒng)

　　ACOPOSmotor電機(jī)驅(qū)動(dòng)一體化設(shè)計(jì)

　　?緊湊安裝；

　　?單電纜技術(shù)—接線簡(jiǎn)單；

　　?mappMotion—編程簡(jiǎn)便；

　　?內(nèi)置色標(biāo)功能—貼標(biāo)應(yīng)用；

　　?POWERLINK—高速響應(yīng)；

　　?IP65高防護(hù)等級(jí)-可承受沖洗；

　　?高階運(yùn)動(dòng)控制曲線—機(jī)械沖擊小，壽命長(zhǎng)；

　　ACOPOSremote同樣是高防護(hù)等級(jí)的逆變器，和ACOPOSmotor一樣分布式部署，可以連接各種電機(jī)，或直線電機(jī)。

　　吹瓶單元

　　由瓶胚注塑機(jī)預(yù)先制作的瓶胚，經(jīng)過(guò)理胚單元、輸送、加熱、到去胚輪，進(jìn)入吹瓶模具，經(jīng)過(guò)拉伸桿進(jìn)入，并進(jìn)行預(yù)吹、低壓吹、高壓吹、冷卻排氣的過(guò)程，快速完成一個(gè)瓶子吹制，拉伸桿提升，開(kāi)模，就生成一個(gè)瓶子，而這個(gè)復(fù)雜過(guò)程僅在100多mS內(nèi)即需要完成。

圖5-吹瓶單元流程

　　由貝加萊的ACOPOSmotor控制的伺服拉伸，可以為吹瓶提供高速的動(dòng)作過(guò)程控制，精準(zhǔn)而高速，在更為高速，如72000瓶/時(shí)以上的吹制中，考慮絲杠的機(jī)械磨損，采用直線電機(jī)，如圖6，則是由ACOPOSremote來(lái)控制第三方電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)伺服拉伸動(dòng)作。

圖6-基于ACOPOSremote控制直線電機(jī)用于吹瓶伺服拉伸

　　灌裝控制單元方案

　　在啤酒與飲料產(chǎn)品的灌裝中，各種液體的粘度、密度、含氣與否、容積大小，都會(huì)對(duì)灌裝所需的控制過(guò)程，包括閥的動(dòng)作、灌裝曲線造成變化的影響，而每個(gè)灌裝頭，對(duì)應(yīng)多個(gè)灌裝閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，包括如圖7的系列動(dòng)作，吹掃、等壓、灌裝（粗灌、精灌過(guò)程）、回氣泄壓等過(guò)程，這些同樣僅需要在數(shù)十毫秒內(nèi)完成。

圖7-灌裝單元流程簡(jiǎn)圖

　　在灌裝單元，貝加萊的閥島控制器、reACTION技術(shù)都是這些高速任務(wù)的有力支撐。

圖8-貝加萊針對(duì)灌裝控制的技術(shù)

　　閥島控制器

　　閥島控制專為吹瓶與灌裝閥的控制，可以由總線連接，直接通過(guò)簡(jiǎn)單的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)最為簡(jiǎn)便的系統(tǒng)架構(gòu)，節(jié)省接線，編程更為方便，也是貝加萊在啤酒飲料灌裝領(lǐng)域的一大利器。如圖8所示，采用閥島控制器可以節(jié)省大量接線，采用CANopen、POWERLINK、PROFINET等總線可以與第三方閥島進(jìn)行連接。

　　伺服旋蓋單元

圖9-旋蓋單元

　　除了像啤酒、汽水類的壓蓋，大部分都采用旋蓋的方式，在這里ACOPOSmotor為每個(gè)瓶子提供旋蓋，這里的核心要點(diǎn)在于“精準(zhǔn)與快速”的平衡，整個(gè)貝加萊ACOPOS家族的每個(gè)產(chǎn)品都具有強(qiáng)大的控制能力，在速度環(huán)與扭矩環(huán)之間快速切換，能夠在高速旋蓋同時(shí)又可以確保精準(zhǔn)的力量控制。

圖10-基于PLC open的標(biāo)準(zhǔn)封裝的運(yùn)動(dòng)控制模塊

　　在mappMotion中，專門有針對(duì)這樣的速度與扭矩環(huán)切換的功能，讓其又快又準(zhǔn)。

　　貼標(biāo)單元

　　每種不同的酒或飲料都會(huì)需要貼標(biāo)，而為了與高速產(chǎn)線匹配，大量的圓盤貼標(biāo)通過(guò)高速的貼標(biāo)，將不同的標(biāo)簽高速貼上，啤酒會(huì)有多個(gè)標(biāo)站提供標(biāo)簽，這些都需要精準(zhǔn)而又高速的控制。

圖11-貼標(biāo)機(jī)伺服旋轉(zhuǎn)單元

　　采用ACOPOSmotor構(gòu)成的多軸同步系統(tǒng)，如圖12所示，可以為每個(gè)瓶子提供旋轉(zhuǎn)，以提升整體貼標(biāo)效率。

圖12-采用ACOPOSmotor的貼標(biāo)單元控制系統(tǒng)

　　熱膜包裝單元

　　在前面處理完成后，經(jīng)濟(jì)型飲料會(huì)采用膜包進(jìn)行封裝，便于攜帶，或紙包，高級(jí)的啤酒或飲料一般用紙箱包裝的方式，這就是大家在超市里看到的飲料的常用包裝方式。

　　貝加萊的模包控制方案在中國(guó)也有長(zhǎng)達(dá)20年的經(jīng)驗(yàn)了，基本上已經(jīng)在該領(lǐng)域成為標(biāo)準(zhǔn)，早期由ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，后來(lái)升級(jí)到ACOPOSmulti，或者集成度更高的ACOPOSP3，通常伺服軸從4-15個(gè)不等。

圖13-熱膜包裝基本原理圖

　　OMAC/PackML

　　OMAC/PackML為來(lái)自不同廠商的機(jī)器提供了一個(gè)統(tǒng)一的UI設(shè)計(jì)、編程標(biāo)準(zhǔn)、通信交互規(guī)約，使得遵循該規(guī)范的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全廠協(xié)同，對(duì)于MES系統(tǒng)與機(jī)器之間、質(zhì)量數(shù)據(jù)、OEE統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的連接。

圖14-通過(guò)PackML實(shí)現(xiàn)整線的集成

　　PackML

圖15-PackML的統(tǒng)一UI設(shè)計(jì)

　　在貝加萊的OPCUA規(guī)約行業(yè)規(guī)范中支持OMAC/PackML，在mapp的軟件中也支持PackML的編程，以及基于Web的配置，在APROL平臺(tái)中也對(duì)PackML進(jìn)行了支持，以便工廠的數(shù)據(jù)可以以相同的規(guī)約匯集。

　　總結(jié)

　　一表總結(jié)貝加萊啤酒與飲料工業(yè)解決方案匹配度

　　從這張表中，我們可以將終端生產(chǎn)企業(yè)的需求、機(jī)器的需求與貝加萊的解決方案進(jìn)行匹配，無(wú)論在哪個(gè)視角，貝加萊都非常了解并提供了所需的軟件、硬件產(chǎn)品技術(shù)。

　　當(dāng)然，方案少不了貝加萊深通行業(yè)的機(jī)電工程師的努力，因?yàn)?，只有硬件、軟件與專家，才能構(gòu)成整個(gè)方案。