Arbetseffektiviteten ökas med över 300 %! Den nya inspektionsanordningen för cigarettpaket är så här effektiv!

I februari 2025 betonade Zhang Jianmin, partisekreterare och direktör för den statliga tobaksmonopolförvaltningen och generaldirektör för China National Tobacco Corporation, under en inspektion i Hunan Tobacco att "ytterligare fördjupa reformer och innovation, injicera ny fart i utveckling och modernisering av hög-kvalitet och främja industriell innovation genom teknisk utveckling samtidigt som den ständigt förbättrar kapaciteten". Detta direktiv visar vägen för teknisk innovation inom cigarettförpackningsindustrin. "Adhesiv prestanda" är en viktig indikator på cigarettförpackningsmaskinens anpassningsförmåga, eftersom styrkan på det vidhäftande lagret direkt avgör cigarettförpackningarnas strukturella stabilitet under lagring, transport och försäljning. Enligt en undersökning från 2024 av tobaksförpackningskommittén i China Packaging Federation är den genomsnittliga skrotandelen av inhemska cigarettförpackningar på grund av limproblem 5,7 %, med vissa små och medelstora företag som överstiger 15 %, vilket resulterar i en årlig direkt ekonomisk förlust på över 200 miljoner yuan.

För närvarande är det helt manuellt att testa limprestandan hos färdiga cigarettpaket. Testprocessen omfattar tre huvudsteg: materialförberedelse, pappersvidhäftning och utvärdering av avdragning-, som omfattar över tio åtgärder som att skära prover, applicera lim, pressa, sätta, skala och utvärdera, allt helt beroende på manuellt arbete. Denna traditionella metod har problem som felaktiga limmängder, ojämn applicering, felinriktat papper och otillräcklig pressning, vilket leder till långa testtider, upprepade försök, hög arbetsintensitet och låg effektivitet. Vissa värmeutrustningar utgör också säkerhetsrisker. För att ta itu med dessa problem antog Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (hädanefter kallat "Changde Jinpeng") en "gemensam ansträngning av uppströms- och nedströmsindustriföretag" och utvecklade framgångsrikt en prestandatestningsenhet för förpackningspapper genom-benchmarking på webbplatsen och samarbetande innovation. Den här artikeln förklarar systematiskt enhetens bakgrund, tekniska plan, implementeringsresultat och marknadsföringsvärde, i syfte att ge en referens för kvalitetstestning av teknisk innovation i branschen.

Teknisk bakgrund och problemanalys

01/ Teknisk betydelse av limprestanda

Limprestanda hänvisar till processen baserad på limets brottmekanism, som simulerar limpressningssteget vid bildning av cigarettpaket. Två prover binds samman och dras sedan isär destruktivt. Om pappersfibrerna dras isär av limmet anses limprestandan vara kvalificerad. Denna prestandaindikator reflekterar direkt kompatibiliteten mellan limmet och papperssubstratet och är en nyckelparameter för att säkerställa stabiliteten hos förpackningsstrukturen.

02/ Traditionella testmetoder och deras problem

För närvarande behöver alla cigarettlådor testning av limprestanda innan de lämnar fabriken. Testprocessen kan delas in i tre huvudsteg: 'materialförberedelse', 'pappersvidhäftning' och 'avdrags-utvärdering.' De specifika operationsstegen inkluderar: ta provet som ska testas från provpåsen → skär den vidhäftande delen av provet till 20 mm × 50 mm → dra lim med en spruta (som visas i figur 1) → släpp lim på det självhäftande området → sprid limet jämnt med en ren droppare → rikta tillbaka papperet → låt tillbaka papperet → låt papperet värmas upp med den limmade ytan som visas i figuren → den står horisontellt i 30 minuter → dra manuellt isär de två bundna ytorna helt → inspektera visuellt för att se om pappersfibrerna är skadade.

Figur 1 Manuell sugning av gel

Figur 2 Värmeförseglingspress

Efter analys har ovanstående helt manuella driftprocess följande problem:

(1) Låg effektivitet: Enstaka tester i laboratoriet tar för lång tid, och hela processen tar cirka 35 minuter. Efter en begäran om inspektion är det en lång väntan på feedback, vilket inte kan uppfylla produktionsövervakningsbehoven i realtid.-

(2) Säkerhetsrisker: Vissa teststeg involverar uppvärmningsutrustning, och manuell drift medför risker som brännskador och elektriska faror.

(3) Otillräcklig noggrannhet: Nuvarande testmetoder är relativt grova. Kontroll av limmängden är beroende av operatörens erfarenhet, och enhetlighet i beläggningen kan inte garanteras, vilket leder till låg precision i testdata, vilket gör det svårt att stödja förfinad kvalitetskontroll.

(4) Hög återinspektionshastighet: Hela processen utförs manuellt och nyckelsteg (som att skrapa lim, justering och pressning) är benägna att göra fel, vilket orsakar experimentfel. Återinspektionsfrekvensen är så hög som 50 %, vilket inte bara ökar arbetsbelastningen utan också slösar med testresurser.

Sammanfattningsvis är traditionella manuella testmetoder inte längre lämpliga för den moderna cigarettförpackningsindustrins krav på exakt och effektiv kvalitetskontroll. Det finns ett akut behov av att utveckla en standardiserad, automatiserad testanordning för att i grunden eliminera mänsklig störning.

Lösning och tekniska principer

01/ Forskningsmål och övergripande strategi

För att ta itu med ovanstående frågor har vårt projektteam satt upp följande utvecklingsmål: att utveckla en prestandatestenhet för förpackningspapperslim som standardiserar och automatiserar testprocessen, effektivt kontrollerar mängden och likformigheten av lim som appliceras, säkerställer säker och fast uppvärmd pressning och avsevärt förbättrar testningseffektiviteten och datatillförlitligheten. Det övergripande tekniska tillvägagångssättet är att integrera funktioner som limskrapning, överföring, uppvärmning och pressning i en enda enhet, vilket omvandlar spridda manuella operationer till en kontinuerlig automatiserad process; uppnå exakt kontroll av viktiga processparametrar genom en exakt mekanisk struktur; och eliminera mänskliga faktorer genom standardiserade driftsprocedurer.

02/ Enhetens strukturkonstruktion

Den utvecklade enheten för testning av förpackningspapperslim tillhör området för förpackningsbindningsteknik och innehåller huvudsakligen tre funktionella moduler, som visas i figur 3.

Figur 3 Förpackningspapperslim prestandatestenhet (vänster: schematiskt diagram, höger: verklig enhet)

(1) Bas: Fungerar som stödplattform för hela enheten och integrerar installationen av skrapmekanismen, rullmekanismen och lamineringsmekanismen. Det säkerställer att den rumsliga positioneringen av varje funktionsmodul är exakt koordinerad, vilket möjliggör kontinuerliga testprocesser.

(2) Skrapmekanism: Används för att skrapa överflödigt lim från limborsttråget in i bräddtråget och jämna ut limmet. Denna mekanism har en exakt justering av skrapgapet för att kontrollera limskiktets tjocklek inom ett förinställt område, vilket säkerställer enhetlig och konsekvent tjocklek.

(3) Rullmekanism: Används för att pressa förpackningspapperet på limskiktet efter skrapning, för att överföra limmet till papperet. Mekanismen styrs av en drivenhet som säkerställer att valsen applicerar lim med konstant hastighet och tryck, vilket eliminerar problem som hastighetsfluktuationer eller ojämnt tryck från manuell valsning.

(4) Lamineringsmekanism: Används under limtester för att applicera kontrollerat tryck och timing på det limmade förpackningspapperet som placerats i lamineringstråget, vilket simulerar lamineringsprocessen i faktisk tryckning och förpackningsproduktion. Denna mekanism inkluderar en elektrisk värmemodul för att exakt styra presstemperatur och tid.

03/ Standardiserad testprocess

Baserat på den utvecklade enheten upprättades följande standardiserade testprocess:

(1) Provtagning: Minst 5 ark bör provtas per sats. Proverna ska vara plana, oskadade, fria från att klibba och uppfylla storlekskravet på minst 300 mm × 300 mm. Varje prov ska ange pappersfibrernas riktning och fram-/baksidorna och förseglas i en påse.

(2) Temperatur- och fuktighetskonditionering: Proverna bör konditioneras under de förhållanden som specificeras i GB/T 10739 för att eliminera miljöpåverkan på resultaten.

(3) Provskärning: Skär proverna i prov 1 (98 mm × 42 mm) och prov 2 (98 mm × 50 mm), och se till att långsidan (98 mm) är parallell med kornriktningen för överensstämmelse med produktionsspänningsriktningen.

(4) Applicering av lim: Använd en limextraktor för att ta en fast mängd lim och injicera det i dot limreservoaren i modulen för beredning av limprov.

(5) Skrapning: Skraparen flyttar automatiskt överflödigt lim runt prickbehållaren in i bräddtråget och jämnar ut limmet och bildar ett jämnt tjockt lager.

(6) Limöverföring: Placera prov 1 (98 mm × 42 mm) i den självhäftande modulen med framsidan uppåt. Starta rullmekanismen för att pressa provet på det utjämnade limskiktet med konstant hastighet och tryck, vilket säkerställer enhetlig limöverföring.

(7) Laminering: Ta bort prov 1 med lim och placera det i den elektriska värmemodulens öppning för lamineringsfunktionen, med den limmade sidan uppåt, i linje med framsidan av prov 2. Ställ in temperaturen på den elektriska värmemodulen och starta varmpressen- för att trycka ihop prov 1 och prov 2.

(8) Provinstallation: Ta det laminerade provet från limanordningen, placera ena änden av prov 2 i det fasta spåret på skalprovaren och klämma fast den andra änden av prov 1 med dragfixturen.

(9) Avdragningstest: Som visas i figur 4, använd en 150 graders avdragningsvinkel och en testhastighet på 600 mm/s med dragfixturen. Registrera avdragningskraftskurvan och bestäm felläget (pappersfiberfel eller limgränssnittsfel).

Figur 4 Cigarettpåse peelingtest

04/ Nyckelteknologiska genombrott

Denna enhet har uppnått tekniska genombrott inom följande tre områden:

(1) Integrerad design: Genom att integrera de tre huvudsakliga funktionsmodulerna-limskrapning, rullning och laminering-till en enda bas, standardiserar den hela processen i adhesiva prestandaexperiment, inklusive applicering av lim, utjämning av limskiktet, överföring av lim och laminering, vilket eliminerar fel mellan stegen.

(2) Exakt parameterkontroll: Skrapmekanismen säkerställer att limskiktet är enhetligt i tjocklek (fel mindre än eller lika med 0,01 mm); rullmekanismen, som drivs av ett servosystem, styr rullarna för att överföra limmet med konstant hastighet och tryck, med hastighetsnoggrannhet på ±0,1 mm/s och trycknoggrannhet på ±0,5N; lamineringsmekanismen kan justera lamineringstrycket (±1N), temperaturen (±1 grad) och tiden (±0,1s), exakt simulera faktiska produktionsförhållanden.

(3) Standardiserad drift: Alla operationer ställs in via ett mänskligt-maskingränssnitt och efter ett-klickstart slutförs hela processen automatiskt. Detta eliminerar helt defekter orsakade av manuell drift, såsom felaktig limmängd, ojämn applicering, felinriktat papper eller otillräcklig pressning, vilket säkerställer repeterbarhet och jämförbarhet av testresultaten. Jämförelsen av processen före-och-efter testning visas i figur 5.

Figur 5 Jämförelse av upptäcktsprocessen före och efter förbättring

Tekniska effekter och dataanalys

01/ Effektivitetsförbättringsanalys

Efter flera datorbaserade-verifieringar och faktiska tester har den här enheten uppnått betydande förbättringar i detektionseffektiviteten. Den totala tiden för en enstaka upptäckt minskade från 2057 sekunder med traditionella manuella metoder till 442 sekunder, vilket motsvarar en 365,38 % ökning av arbetseffektiviteten. Framgångsgraden för hela detekteringsprocessen nådde 100 %, och åter-inspektionsfrekvensen sjönk från 50 % till 0, vilket kraftigt minskade arbetsintensiteten för operatörerna.

02/ Detektionsnoggrannhet och tillförlitlighet

Kundfeedback: "Utformningen av den här enheten är vetenskaplig och rimlig, lätt att använda, mycket exakt och stabil. Den övervinner effektivt de förseningar och dataavvikelser som finns i tidigare manuella testmetoder, vilket ger starkt tekniskt stöd för att förbättra vår kontroll över den självhäftande kvaliteten på förpackningspapper."

03/ Säkerhetsförbättringar

Traditionell manuell testning använder värmeutrustning som värmeförseglare, som utgör risker för brännskador och elektriska faror. Denna enhet integrerar värmemodulen i en sluten kompositstruktur, med hjälp av värmeisolering och automatisk temperaturkontroll. Operatörer behöver inte röra delar med hög-temperatur, vilket helt eliminerar risken för brännskador.

Sociala förmåner och tillämpningsvärde

01/ Direkta ekonomiska fördelar

Genom att förutsäga pappers självhäftande prestanda i förväg, minskar denna enhet effektivt slöseri och omarbetning vid förpackningsproduktion. Det uppskattas att om det tillämpas brett inom branschen, kan skrotandelen av färdiga cigarettförpackningar på grund av problem med vidhäftning minska från i genomsnitt 5,7 % till under 2 %. Samtidigt kan den förbättrade detekteringseffektiviteten spara betydande arbetskostnader, vilket minskar arbetskostnaderna per detektion med cirka 80 %.

02/ Teknologiskt ledarskap

Den standardiserade driften av denna enhet kan mäta vidhäftningsprestandan hos olika typer av lim och effektivt screena formuleringar som är lämpliga för cigarettpapper, bläck och beläggningsprocesser. Detta förkortar FoU-cykeln för limval och förbättring av formeln, och tar upp praktiska problem i cigarettförpackningsproduktionen som delaminering, skalning, limspill och fastsättning, och etablerar ett system för utvärdering av kompatibilitet mellan lim och cigarettpapper.

03/ Industrikedjesynergi

Projektet antar ett gemensamt tillvägagångssätt över uppströms och nedströms av industrikedjan, och integrerar de tekniska, talang- och utrustningsresurserna för uppströms lim FoU, mittströmstryck av cigarettpaket och nedströms produktionsföretag för cigarettförpackningar. Detta bryter informations- och teknikbarriärerna mellan varje länk och bildar ett fullständigt-tekniskt optimeringssystem från råvaror till färdiga produkter, främjar cigarettförpackningsindustrin mot större effektivitet, precision och intelligens, och stärker branschens kärnkonkurrenskraft.

04/ Bidrag till industristandardisering

Detta projekt utvecklade framgångsrikt Kinas första enhet för att testa den vidhäftande prestandan hos förpackningspapper, vilket uppnådde en branschförst. För att möta de enhetliga tekniska specifikationer som krävs av olika företag och testinstitutioner standardiserade projektgruppen forskningsresultaten, främjade tekniska framsteg och kvalitetsförbättringar av vikkartonger och råvaror (papper) inom förpacknings- och tryckeriindustrin, och förbättrade resurskoordineringen och innovationsförmågan i uppströms- och nedströmsföretag.

I framtiden kommer forskargruppen att fortsätta att optimera enhetens intelligens, utveckla ett automatiskt utvärderingssystem baserat på maskinseende, för att uppnå helt obemannad detektering av limprestanda, samtidigt som man utforskar applikationer av enheten för att testa de vidhäftande egenskaperna hos andra förpackningsmaterial (som plast och metallfolie), vilket ger större bidrag till testteknik för förpackningskvaliteten inom förpackningen.