ماشینآلات بستهبندی از پروژههای انجامشده در حوزه طراحی ماشینآلات صنایع غذایی، تجهیزات انتهای خط و سیستمهای انتقال و بستهبندی محصول بودهاند. در این پروژهها، بسته به نوع محصول، شکل بسته، ظرفیت خط، نوع فیلم، روش جمعآوری و نحوه تحویل محصول نهایی، از مکانیزمهای مختلف بستهبندی استفاده شده است.
در طراحی ماشینآلات بستهبندی، فقط پیچیدن فیلم دور محصول مطرح نیست. نحوه ورود محصول، گروهبندی، فاصلهگذاری، جهتدهی، انتقال، سیل، شیرینگ، خروج محصول، کنترل سرعت و هماهنگی با دستگاههای قبل و بعد باید بهصورت یک مجموعه کامل بررسی شوند.
انواع ماشینآلات بستهبندی
بسته به نوع محصول و فرآیند، سیستمهای مختلفی در خطوط بستهبندی قابل استفاده هستند، از جمله:
- ماشین شیرینگ
- شیرینگ پک
- بستهبندی چندتایی
- بستهبندی با فیلم
- بستهبندی حرارتی
- Flow Pack
- بستهبندی کارتن
- Carton Packing
- گروهبندی محصول
- سیستمهای End of Line
- بستهبندی لیوان
- بستهبندی بطری
- بستهبندی محصولات صنایع غذایی
- سیستمهای جمعآوری و مرتبسازی
- تجهیزات انتقال بین مراحل بستهبندی
- ماشینآلات بستهبندی سفارشی
طراحی بر اساس نوع محصول
هر محصول شرایط خاصی برای بستهبندی دارد.
در طراحی موارد زیر بررسی میشوند:
- شکل محصول
- وزن
- ابعاد
- حساسیت به فشار
- دمای محصول
- تعداد محصول در هر بسته
- نحوه قرارگیری
- ظرفیت تولید
- نوع فیلم
- نوع کارتن
- نحوه حمل بسته نهایی
- شرایط انبارش
بر اساس این اطلاعات، نوع مکانیزم و سیستم بستهبندی انتخاب میشود.
گروهبندی محصول
قبل از بسیاری از فرآیندهای بستهبندی، محصولات باید به تعداد مشخص گروهبندی شوند.
برای مثال ممکن است نیاز باشد:
- ۲ عددی
- ۴ عددی
- ۶ عددی
- ۱۲ عددی
- یا تعداد سفارشی
در هر پک قرار گیرند.
برای گروهبندی میتوان از:
- Stopper
- Pusher
- Timing Belt
- Servo Conveyor
- Gate
- Guide
- Pneumatic Mechanism
استفاده کرد.
کنترل فاصله محصولات
یکی از مسائل مهم در خطوط بستهبندی، کنترل فاصله بین محصولات است.
روشهای قابل استفاده شامل:
- اختلاف سرعت دو کانوایر
- Timing Belt
- Servo Conveyor
- Stopper
- Screw
- Indexing System
هستند.
فاصله مناسب باعث میشود محصول در موقعیت صحیح وارد مرحله بعد شود.
ماشین شیرینگ
در سیستم شیرینگ، محصول یا گروهی از محصولات توسط فیلم پوشانده شده و سپس وارد تونل حرارتی میشوند.
حرارت باعث جمعشدن فیلم و قرارگرفتن آن دور محصول میشود.
این سیستم برای بستهبندی مواردی مانند:
- بطری
- لیوان
- جعبه
- بسته چندتایی
- محصولات غذایی
- پکهای فروشگاهی
مناسب است.
شیرینگ پک
در Shrink Pack معمولاً چند محصول کنار یکدیگر قرار گرفته و توسط فیلم به یک بسته واحد تبدیل میشوند.
در طراحی این سیستم موارد زیر بررسی میشوند:
- تعداد محصول در هر پک
- آرایش محصول
- نوع فیلم
- ضخامت فیلم
- دمای تونل
- سرعت عبور
- ابعاد بسته
- کیفیت جمعشدن فیلم
تغذیه فیلم
فیلم میتواند از رول وارد دستگاه شود.
سیستم تغذیه شامل:
- Film Roll
- Roller
- Guide
- Tensioner
- Brake
- Servo Feed
است.
تنش فیلم باید کنترل شود تا فیلم چین نخورد یا پاره نشود.
کنترل کشش فیلم
اگر کشش فیلم بیش از حد باشد، فیلم ممکن است:
- پاره شود
- محصول را جابهجا کند
- شکل بسته را خراب کند
و اگر کشش کم باشد:
- چین ایجاد میشود
- موقعیت فیلم دقیق نیست
- سیل نامناسب میشود
به همین دلیل Tension Control اهمیت زیادی دارد.
سیستم سیل فیلم
پس از قرارگیری فیلم، لبههای آن باید به یکدیگر متصل شوند.
سیل میتواند با:
- Hot Knife
- Sealing Bar
- Impulse Sealer
- Continuous Sealer
انجام شود.
در طراحی سیل موارد زیر اهمیت دارند:
- دما
- زمان
- فشار
- جنس فیلم
- سرعت
- کیفیت اتصال
Hot Knife
در بعضی ماشینآلات، تیغه گرم علاوه بر سیل، فیلم را نیز برش میدهد.
در طراحی این مکانیزم موارد زیر بررسی میشوند:
- دمای تیغه
- جنس تیغه
- فشار
- کورس
- زمان تماس
- مقاومت در برابر چسبیدن فیلم
- سیستم ایمنی
تونل شیرینگ
پس از سیل، بسته وارد تونل حرارتی میشود.
داخل تونل، هوای گرم در اطراف محصول گردش میکند و فیلم را جمع میکند.
در طراحی تونل موارد زیر بررسی میشوند:
- طول تونل
- دمای کاری
- سرعت کانوایر
- توان هیتر
- تعداد فن
- گردش هوا
- عایق
- مصرف انرژی
- یکنواختی حرارت
کنترل دمای تونل
دمای تونل باید متناسب با نوع فیلم تنظیم شود.
دمای کم باعث جمعشدن ناقص فیلم میشود و دمای زیاد میتواند باعث:
- سوختن فیلم
- سوراخشدن
- تغییر شکل بسته
- آسیب به محصول
شود.
کنترل میتواند توسط:
- Thermocouple
- PT100
- PID
- PLC
انجام شود.
گردش هوای گرم
نحوه گردش هوا داخل تونل تأثیر زیادی بر کیفیت شیرینگ دارد.
اگر هوا یکنواخت نباشد، ممکن است:
- یک سمت فیلم بیش از حد جمع شود
- بخش دیگری شل بماند
- ظاهر بسته نامناسب شود
به همین دلیل محل فنها و کانالهای هوا باید با دقت طراحی شوند.
کانوایر داخل تونل
کانوایر شیرینگ باید در دمای بالا کار کند.
بسته به دما میتوان از:
- Roller Conveyor
- Chain Conveyor
- Mesh Belt
- Stainless Steel Mesh
- Heat Resistant Belt
استفاده کرد.
Flow Pack
در برخی محصولات میتوان از سیستم Flow Pack استفاده کرد.
در این روش، فیلم بهصورت پیوسته دور محصول قرار میگیرد و در طول و عرض سیل میشود.
این سیستم برای محصولاتی مانند:
- مواد غذایی تکی
- شیرینی
- بستنی
- قطعات بستهبندیشده
- محصولات کوچک
مناسب است.
سیستم سیل طولی
در Flow Pack، فیلم ابتدا در طول بسته به هم متصل میشود.
برای این کار از رولرهای گرم یا سیستم سیل پیوسته استفاده میشود.
سیل عرضی
پس از آن، ابتدا و انتهای بسته توسط فکهای سیل عرضی بسته میشوند.
این فکها میتوانند با:
- مکانیزم مکانیکی
- Servo
- Rotary Jaw
- Box Motion
حرکت کنند.
هماهنگی سرعت فیلم و محصول
یکی از مسائل مهم در Flow Pack، هماهنگی کامل سرعت فیلم و محصول است.
اگر این سرعتها هماهنگ نباشند:
- محل برش جابهجا میشود
- چاپ فیلم در جای درست قرار نمیگیرد
- بسته طول نامناسب پیدا میکند
برای همین Encoder و Servo نقش مهمی دارند.
بستهبندی بطری
در خطوط بطری، بعد از پرکن و درببند میتوان محصولات را:
- تکتک
- چندتایی
- داخل کارتن
- با Shrink Pack
بستهبندی کرد.
سیستم انتقال باید بطریها را بدون افتادن یا برخورد شدید هدایت کند.
بستهبندی لیوان
برای لیوانها نیز میتوان سیستمهای مختلفی طراحی کرد.
از جمله:
- پک چندتایی
- شیرینگ
- کارتن
- Tray Pack
- بستهبندی ردیفی
در طراحی باید ارتفاع و پایداری لیوانها در نظر گرفته شود.
Tray Pack
در این سیستم، محصولات ابتدا روی یک سینی یا Tray قرار میگیرند و سپس میتوانند با فیلم شیرینگ بسته شوند.
این روش برای بطری و برخی محصولات غذایی کاربرد دارد.
کارتنگذاری
در انتهای خط میتوان محصولات را داخل کارتن قرار داد.
این کار میتواند بهصورت:
- دستی
- نیمهاتوماتیک
- اتوماتیک
انجام شود.
در سیستم اتوماتیک مراحل میتوانند شامل:
- بازکردن کارتن
- تشکیل کف
- گروهبندی محصول
- قرار دادن محصول
- بستن کارتن
- چسبزنی
باشند.
Carton Erector
کارتنهای تخت میتوانند از خشاب برداشته شده، باز شوند و برای ورود محصول آماده شوند.
این سیستم شامل:
- Magazine
- Vacuum Pick
- Folding Mechanism
- Pneumatic Actuator
- Conveyor
است.
Carton Packer
پس از آمادهشدن کارتن، محصولات وارد آن میشوند.
روشهای انتقال محصول به داخل کارتن میتوانند شامل:
- Push
- Drop
- Pick & Place
- Robot
- Side Load
- Top Load
باشند.
بستهبندی رباتیک
در خطوط با محصولات متنوع میتوان از ربات برای بستهبندی استفاده کرد.
ربات میتواند:
- محصول را بردارد
- مرتب کند
- داخل کارتن بگذارد
- جهت محصول را تغییر دهد
- چند نوع بسته ایجاد کند
Pick & Place
برای بسیاری از خطوط، Pick & Place گزینه مناسبی برای قرار دادن محصول در بسته یا کارتن است.
این سیستم میتواند:
- پنوماتیک
- سروویی
- Cartesian
- Delta
- SCARA
- Robot Arm
باشد.
لیبلزنی کنار خط
در کنار ماشین بستهبندی میتوان تجهیزات لیبلزن نصب کرد.
لیبل میتواند روی:
- محصول
- بسته
- کارتن
- فیلم
قرار گیرد.
هماهنگی لیبلزن با سرعت خط اهمیت زیادی دارد.
تاریخزن
پس از بستهبندی یا در حین آن میتوان اطلاعاتی مانند:
- تاریخ تولید
- تاریخ انقضا
- Batch Number
- کد محصول
را چاپ کرد.
تجهیزات مورد استفاده میتوانند شامل:
- Inkjet
- Thermal Transfer
- Laser
باشند.
سیستم Reject
محصول یا بسته معیوب باید از خط خارج شود.
دلایل Reject میتوانند شامل:
- نبود محصول
- بسته ناقص
- سیل نامناسب
- لیبل اشتباه
- وزن نامناسب
- چاپ ناقص
باشند.
Reject میتواند با:
- Pusher
- Air Jet
- Diverter
- Drop Gate
انجام شود.
Checkweigher
در بعضی خطوط، پس از بستهبندی وزن هر محصول بررسی میشود.
سیستم Checkweigher میتواند بستههای خارج از محدوده را تشخیص دهد و به Reject فرمان دهد.
Metal Detector
در صنایع غذایی ممکن است Metal Detector نیز در انتهای خط قرار گیرد.
این دستگاه برای تشخیص ذرات فلزی ناخواسته در محصول استفاده میشود.
انتقال بین دستگاهها
ماشین بستهبندی باید با دستگاههای قبل و بعد هماهنگ باشد.
تجهیزات انتقال میتوانند شامل:
- Belt Conveyor
- Modular Conveyor
- Roller Conveyor
- Side Transfer
- Lift
- Turn Table
- Diverter
باشند.
Accumulation
در بعضی خطوط لازم است بین دو دستگاه ظرفیت بافر ایجاد شود.
Accumulation Conveyor اجازه میدهد محصولات بهصورت کنترلشده جمع شوند بدون اینکه کل خط متوقف شود.
کنترل سرعت خط
سرعت تجهیزات بستهبندی باید با ظرفیت خط هماهنگ باشد.
برای کنترل سرعت میتوان از:
- VFD
- Servo
- PLC
- Encoder
استفاده کرد.
Synchronization
در خطوط سریع، چند محور باید بهصورت همزمان کار کنند.
برای مثال:
- سرعت کانوایر
- فیلم
- فک سیل
- تیغه
- انتقال محصول
باید با یکدیگر Synchronize شوند.
سنسورها
برای کنترل محصول و بسته از سنسورهای مختلف استفاده میشود:
- Photoelectric Sensor
- Proximity
- Color Mark Sensor
- Encoder
- Vision Sensor
سنسور مارک فیلم
اگر فیلم چاپشده باشد، باید محل برش با چاپ هماهنگ شود.
برای این کار از Photo Mark Sensor استفاده میشود.
سیستم سروو بر اساس این مارک محل برش را اصلاح میکند.
طراحی پنوماتیک
پنوماتیک در بسیاری از ماشینآلات بستهبندی برای حرکاتی مانند:
- Pusher
- Clamp
- Stopper
- Cutter
- Gate
- Reject
- Pick & Place
استفاده میشود.
استفاده از سروو
سروو در بخشهایی که دقت یا سرعت بالا لازم است استفاده میشود.
کاربردها شامل:
- Film Feed
- Jaw
- Conveyor
- Product Spacing
- Pick & Place
- Cutter
هستند.
طراحی Hygienic
در ماشینآلات بستهبندی صنایع غذایی، بخشهایی که نزدیک محصول باز قرار دارند باید قابلیت نظافت مناسب داشته باشند.
موارد مهم شامل:
- استفاده از استیل
- سطح صاف
- دسترسی مناسب
- حذف نقاط تجمع مواد
- امکان شستوشو
شاسی و بدنه
شاسی دستگاه میتواند از:
- استیل
- فولاد
- پروفیل آلومینیومی
- سازه ورقی
ساخته شود.
در طراحی شاسی موارد زیر بررسی میشوند:
- استحکام
- لرزش
- دسترسی تعمیراتی
- محل کاورها
- مسیر کابل و شیلنگ
- محل موتور و گیربکس
کاورهای ایمنی
قطعات متحرک مانند:
- تیغه
- زنجیر
- تسمه
- فک سیل
- موتور
- کوپلینگ
باید با حفاظ مناسب پوشانده شوند.
سیستم ایمنی
تجهیزات ایمنی میتوانند شامل:
- Emergency Stop
- Safety Switch
- Interlock
- Safety Relay
- Light Curtain
- Guard
باشند.
HMI
اپراتور میتواند از HMI پارامترهای دستگاه را تنظیم کند.
موارد قابل تنظیم شامل:
- سرعت
- دما
- طول بسته
- زمان سیل
- تعداد محصول در پک
- Recipe
- وضعیت سنسورها
هستند.
Recipe
در خطوط چندمحصولی میتوان برای هر محصول Recipe تعریف کرد.
هر Recipe میتواند شامل:
- سرعت خط
- طول فیلم
- دمای سیل
- زمان
- تعداد محصول
- موقعیت سروو
- تنظیمات Reject
باشد.
Changeover
برای تغییر محصول یا سایز بسته، برخی تنظیمات دستگاه باید تغییر کنند.
این موارد میتوانند شامل:
- عرض Guide
- ارتفاع
- طول بسته
- موقعیت سنسور
- قالب
- سرعت
- فیلم
باشند.
کاهش زمان Changeover
برای کاهش زمان تنظیم میتوان از:
- Quick Clamp
- Hand Wheel
- Position Indicator
- Servo Adjustment
- Recipe
- قطعات تعویض سریع
استفاده کرد.
اتوماسیون خط
PLC میتواند تمام مراحل را کنترل کند:
- ورود محصول
- شمارش
- گروهبندی
- فیلمگذاری
- سیل
- برش
- تونل
- Reject
- شمارش خروجی
شمارش تولید
سیستم میتواند اطلاعاتی مانند:
- تعداد تولید
- تعداد بسته
- تعداد Reject
- ظرفیت لحظهای
- تولید شیفت
را ثبت کند.
مدلسازی سهبعدی
پیش از ساخت، کل دستگاه و مسیر محصول در محیط سهبعدی بررسی میشود.
موارد بررسی شامل:
- تداخل قطعات
- مسیر فیلم
- حرکت مکانیزم
- محل موتور
- فضای تعمیر
- مسیر محصول
- کاورها
- مسیر شیلنگ و کابل
تست دستگاه
پس از ساخت، دستگاه با محصول و فیلم واقعی تست میشود.
موارد مورد بررسی شامل:
- کیفیت بسته
- سرعت
- کیفیت سیل
- کیفیت شیرینگ
- موقعیت برش
- عملکرد سنسورها
- Reject
- پایداری در کار مداوم
چالشهای پروژه
مهمترین چالشهای ماشینآلات بستهبندی شامل موارد زیر بودهاند:
- سرعت بالای خط
- تنوع محصول
- کنترل فیلم
- کنترل کشش
- کیفیت سیل
- هماهنگی چند محور
- تغییر سایز
- جلوگیری از گیرکردن محصول
- کنترل دمای تونل
- کیفیت شیرینگ
- هماهنگی با تجهیزات قبل و بعد
- کاهش زمان Changeover
نتیجه پروژه
نتیجه این پروژهها، طراحی و اجرای انواع ماشینآلات بستهبندی برای محصولات صنایع غذایی و خطوط تولید بوده است.
این تجهیزات شامل سیستمهای شیرینگ، بستهبندی چندتایی، گروهبندی محصول، سیستمهای فیلم، Flow Pack، کارتنگذاری و تجهیزات انتهای خط بودهاند.
در این پروژهها، مکانیزم انتقال، پنوماتیک، سروو، کنترل فیلم، سیل، برش، تونل حرارتی، سیستم Reject و اتوماسیون بهصورت یک مجموعه کامل طراحی شدهاند تا دستگاه با سرعت و ساختار واقعی خط تولید هماهنگ باشد.
