Efektivita práce zvýšena o více než 300 %! Nové zařízení na kontrolu balení cigaret je tak účinné!

V únoru 2025 Zhang Jianmin, tajemník strany a ředitel Státní správy tabákového monopolu a generální ředitel China National Tobacco Corporation, zdůraznil během inspekce v Hunan Tobacco „dále prohloubit reformy a inovace, vnést nový impuls do vysoce-kvalitního rozvoje a modernizace a podporovat průmyslové inovace prostřednictvím technologických inovací a zároveň neustále zlepšovat digitální rozvoj“. Tato směrnice ukazuje cestu pro technologické inovace v průmyslu balení cigaret. „Výkon lepidla“ je důležitým ukazatelem přizpůsobivosti stroje na balení cigaret, protože síla vrstvy lepidla přímo určuje strukturální stabilitu balení cigaret během skladování, přepravy a prodeje. Podle průzkumu Výboru pro balení tabáku Čínské obalové federace z roku 2024 je průměrná míra zmetkovitosti domácích krabiček cigaret v důsledku problémů s lepidlem 5,7 %, přičemž některé malé a střední-podniky přesahují 15 %, což vede k roční přímé ekonomické ztrátě více než 200 milionů juanů.

V současné době je testování adhezivních vlastností hotových cigaretových balíčků zcela manuální. Proces testování zahrnuje tři hlavní kroky: přípravu materiálu, přilnavost papíru a vyhodnocení odloupnutí-, které zahrnuje více než deset činností, jako je řezání vzorků, nanášení lepidla, lisování, tuhnutí, odlupování a posouzení, vše zcela závisí na ruční práci. Tato tradiční metoda má problémy, jako je nepřesné množství lepidla, nerovnoměrná aplikace, nesprávně zarovnaný papír a nedostatečné lisování, což vede k dlouhým testovacím časům, opakovaným zkouškám, vysoké pracnosti a nízké účinnosti. Některá topná zařízení představují také bezpečnostní rizika. Za účelem vyřešení těchto problémů přijala společnost Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (dále jen „Changde Jinpeng“) „společné úsilí podniků navazujících na výrobní odvětví“ a úspěšně vyvinula zařízení pro testování účinnosti lepidla na obalový papír prostřednictvím-porovnávání na místě a inovací ve spolupráci. Tento článek systematicky vysvětluje pozadí, technický plán, výsledky implementace a propagační hodnotu zařízení s cílem poskytnout referenci pro technologické inovace testování kvality v tomto odvětví.

Technické zázemí a analýza problémů

01/ Technický význam výkonu lepidla

Výkon lepidla se týká procesu založeného na mechanismu selhání lepidla, který simuluje krok lisování lepidla při vytváření cigaretového balíčku. Dva vzorky jsou spojeny dohromady a poté destruktivně odloupnuty. Pokud jsou vlákna papíru odtržena lepidlem, lepicí výkon je považován za kvalifikovaný. Tento ukazatel výkonu přímo odráží kompatibilitu mezi lepidlem a papírovým substrátem a je klíčovým parametrem pro zajištění stability struktury obalu.

02/ Tradiční metody testování a jejich problematika

V současné době vyžadují všechny cigaretové krabičky před opuštěním továrny testování lepicí účinnosti. Proces testování lze rozdělit do tří hlavních fází: „příprava materiálu“, „přilnavost papíru“ a „vyhodnocení odlupování-“. Konkrétní pracovní kroky zahrnují: odebrání vzorku, který má být testován, ze sáčku na vzorky → oříznutí lepicí plochy vzorku na 20 mm × 50 mm → natažení lepidla injekční stříkačkou (jak je znázorněno na obrázku 1) → nakapání lepidla na plochu lepidla → rovnoměrné rozetření lepidla pomocí čistého kapátka → zarovnání papíru zpět s nalepenou plochou → zahřátí přitlačit pomocí těsnicího zařízení (jak je znázorněno na obrázku 2) → nechat vodorovně odloupnout po dobu 30 minut, vizuálně slepit zkontrolujte, zda nejsou poškozena vlákna papíru.

Obrázek 1 Manuální odsávání gelu

Obrázek 2 Lis na tepelné těsnění

Po analýze má výše uvedený plně manuální proces následující problémy:

(1) Nízká účinnost: Jednotlivé testy v laboratoři trvají příliš dlouho, přičemž celý proces trvá asi 35 minut. Po žádosti o kontrolu následuje dlouhé čekání na zpětnou vazbu, která nemůže splnit potřeby-sledování výroby v reálném čase.

(2) Bezpečnostní rizika: Některé testovací kroky zahrnují topné zařízení a ruční ovládání s sebou nese rizika, jako jsou popáleniny a elektrická rizika.

(3) Nedostatečná přesnost: Současné zkušební metody jsou poměrně hrubé. Kontrola množství lepidla závisí na zkušenostech operátora a nelze zaručit jednotnost nátěru, což vede k nízké přesnosti testovacích dat, což ztěžuje podporu propracované kontroly kvality.

(4) Vysoká míra opětovné kontroly: Celý proces se provádí ručně a klíčové kroky (jako seškrábání lepidla, zarovnání a lisování) jsou náchylné k chybám, které způsobují selhání experimentu. Míra opětovné kontroly je až 50 %, což nejen zvyšuje pracovní zátěž, ale také plýtvá zdroji testování.

Stručně řečeno, tradiční metody ručního testování již nejsou vhodné pro požadavky moderního průmyslu cigaretových balíčků na přesnou a účinnou kontrolu kvality. Existuje naléhavá potřeba vyvinout standardizované, automatizované testovací zařízení, které zásadně eliminuje lidské rušení.

Řešení a technické principy

01/ Cíle výzkumu a celkový přístup

K vyřešení výše uvedených problémů si náš projektový tým stanovil následující vývojový cíl: vyvinout zařízení pro testování účinnosti lepidla na obalový papír, které standardizuje a automatizuje proces testování, účinně kontroluje množství a jednotnost naneseného lepidla, zajišťuje bezpečné a pevné lisování za tepla a výrazně zlepšuje účinnost testování a spolehlivost dat. Celkový technický přístup spočívá v integraci funkcí, jako je seškrabávání lepidla, přenášení, zahřívání a lisování do jediného zařízení, čímž se roztroušené ruční operace převádějí na nepřetržitý automatizovaný proces; dosáhnout přesné kontroly klíčových parametrů procesu prostřednictvím přesné mechanické struktury; a eliminovat lidský faktor prostřednictvím standardizovaných operačních postupů.

02/ Konstrukce zařízení

Vyvinuté zařízení na testování adheziva obalového papíru patří do oblasti technologie lepení obalů a obsahuje především tři funkční moduly, jak je znázorněno na obrázku 3.

Obrázek 3 Zařízení pro testování výkonu lepidla na balicím papíru (vlevo: schematický diagram, vpravo: skutečné zařízení)

(1) Základna: Slouží jako nosná platforma pro celé zařízení, integruje instalaci škrabacího mechanismu, rolovacího mechanismu a laminovacího mechanismu. Zajišťuje přesnou koordinaci prostorového umístění každého funkčního modulu, což umožňuje nepřetržité testovací procesy.

(2) Škrabací mechanismus: Používá se k seškrábání přebytečného lepidla z žlabu kartáče na lepidlo do přepadového žlabu a vyrovnání lepidla. Tento mechanismus je vybaven přesným zařízením pro nastavení stírací mezery pro ovládání tloušťky vrstvy lepidla v předem nastaveném rozsahu, což zajišťuje rovnoměrnou a konzistentní tloušťku.

(3) Rolovací mechanismus: Používá se k přitlačení balicího papíru na vrstvu lepidla po seškrábání a přenesení lepidla na papír. Mechanismus je řízen pohonnou jednotkou, která zajišťuje, že válec nanáší lepidlo konstantní rychlostí a tlakem, což eliminuje problémy, jako je kolísání rychlosti nebo nerovnoměrný tlak při ručním válcování.

(4) Mechanismus laminace: Používá se při zkouškách lepidla k aplikaci řízeného tlaku a načasování na lepený balicí papír umístěný v laminovacím žlabu, simulující proces laminace při skutečném tisku a výrobě obalů. Tento mechanismus obsahuje elektrický topný modul pro přesné ovládání lisovací teploty a času.

03/ Standardizovaný zkušební proces

Na základě vyvinutého zařízení byl stanoven následující standardizovaný testovací proces:

(1) Odběr vzorků: V každé dávce by mělo být odebráno nejméně 5 listů. Vzorky by měly být ploché, nepoškozené, bez lepení a měly by splňovat požadavek na velikost alespoň 300 mm × 300 mm. Každý vzorek by měl udávat směr zrna papíru a přední/zadní strany a měl by být uzavřen v sáčku.

(2) Úprava teploty a vlhkosti: Vzorky by měly být kondicionovány za podmínek specifikovaných v GB/T 10739, aby se eliminovaly vlivy prostředí na výsledky.

(3) Řezání vzorku: Nařežte vzorky na Vzorek 1 (98 mm × 42 mm) a Vzorek 2 (98 mm × 50 mm), přičemž zajistěte, aby dlouhá strana (98 mm) byla rovnoběžná se směrem zrna, aby byla konzistentní se směrem výrobního napětí.

(4) Nanášení lepidla: Pomocí extraktoru lepidla odeberte fixní množství lepidla a vstříkněte ho do zásobníku na bodové lepidlo modulu pro přípravu vzorku lepidla.

(5) Škrabka: Škrabka automaticky přesune přebytečné lepidlo kolem zásobníku do přepadového žlabu a vyrovná lepidlo, čímž vytvoří rovnoměrně silnou vrstvu.

(6) Přenos lepidla: Umístěte vzorek 1 (98 mm × 42 mm) do modulu lepidla přední stranou nahoru. Spusťte válečkový mechanismus, aby se vzorek přitlačil na vyrovnanou vrstvu lepidla konstantní rychlostí a tlakem, aby byl zajištěn rovnoměrný přenos lepidla.

(7) Laminace: Odstraňte vzorek 1 s lepidlem a umístěte jej do slotu modulu elektrického ohřevu funkce laminace, lepenou stranou nahoru, zarovnanou s přední stranou vzorku 2. Nastavte teplotu modulu elektrického ohřevu a spusťte lisovací zařízení za horka-, aby se vzorek 1 a vzorek 2 stlačily dohromady.

(8) Instalace vzorku: Odeberte laminovaný vzorek z adhezního zařízení, umístěte jeden konec vzorku 2 do pevné štěrbiny testeru odlupování a druhý konec vzorku 1 upněte trakčním zařízením.

(9) Test odlupování: Jak je znázorněno na obrázku 4, použijte u trakčního přípravku úhel odlupování 150 stupňů a zkušební rychlost 600 mm/s. Zaznamenejte křivku odlupovací síly a určete způsob porušení (selhání papírových vláken nebo selhání rozhraní lepidla).

Obrázek 4 Test odlupování krabičky cigaret

04/ Klíčové technologické průlomy

Toto zařízení dosáhlo technologických průlomů v následujících třech oblastech:

(1) Integrovaný design: Integrací tří hlavních funkčních modulů-oškrabávání lepidla, navíjení a laminování- do jediné základny standardizuje celý proces při experimentech s výkonem lepidla, včetně nanášení lepidla, vyrovnávání vrstvy lepidla, přenášení lepidla a laminování, což eliminuje chyby mezi kroky.

(2) Přesná kontrola parametrů: stírací mechanismus zajišťuje stejnoměrnou tloušťku vrstvy lepidla (chyba menší nebo rovna 0,01 mm); rolovací mechanismus, poháněný servosystémem, ovládá válečky tak, aby přenášely lepidlo konstantní rychlostí a tlakem, s přesností rychlosti ±0,1 mm/sa přesností tlaku ±0,5N; laminovací mechanismus dokáže přesně nastavit tlak laminování (±1N), teplotu (±1 stupeň) a čas (±0,1s), čímž přesně simuluje skutečné výrobní podmínky.

(3) Standardizovaný provoz: Všechny operace se nastavují prostřednictvím rozhraní člověk-stroj a po spuštění jedním-kliknutím se celý proces dokončí automaticky. Tím jsou zcela eliminovány závady způsobené ruční obsluhou, jako je nepřesné množství lepidla, nerovnoměrné nanášení, špatně zarovnaný papír nebo nedostatečné lisování, což zajišťuje opakovatelnost a srovnatelnost výsledků testu. Porovnání procesu před-a{6}}testování je znázorněno na obrázku 5.

Obrázek 5 Porovnání detekčního procesu před a po zlepšení

Technické efekty a analýza dat

01/ Analýza zlepšení účinnosti

Po několika počítačových{0}}ověřeních a skutečných testech dosáhlo toto zařízení výrazného zlepšení účinnosti detekce. Celková doba pro jednu detekci se snížila z 2057 sekund při použití tradičních manuálních metod na 442 sekund, což představuje 365,38% zvýšení efektivity práce. Úspěšnost celého detekčního procesu dosáhla 100 % a míra re-kontroly klesla z 50 % na 0, což značně snížilo pracnost operátorů.

02/ Přesnost a spolehlivost detekce

Zpětná vazba od zákazníků: "Návrh tohoto zařízení je vědecký a rozumný, snadno ovladatelný, vysoce přesný a stabilní. Účinně překonává zpoždění a odchylky dat zjištěné v předchozích metodách ručního testování a poskytuje silnou technickou podporu pro zvýšení naší kontroly nad lepicí kvalitou balicího papíru."

03/ Vylepšení bezpečnosti

Tradiční ruční testování používá topná zařízení, jako jsou tepelné utěsňovače, které představují riziko popálení a elektrického nebezpečí. Toto zařízení integruje topný modul do uzavřené kompozitní konstrukce pomocí tepelné izolace a automatické regulace teploty. Obsluha se nemusí dotýkat dílů s vysokou teplotou, což zcela eliminuje riziko popálení.

Sociální výhody a hodnota aplikace

01/ Přímé ekonomické přínosy

Tím, že toto zařízení předem předpovídá adhezní vlastnosti papíru, účinně snižuje odpad a přepracování při výrobě obalů. Odhaduje se, že při širokém použití v celém odvětví by se míra zmetkovitosti hotových cigaretových balíčků kvůli problémům s lepidlem mohla snížit z průměrných 5,7 % na méně než 2 %. Současně může zlepšená účinnost detekce ušetřit značné náklady na pracovní sílu a snížit náklady na práci na detekci přibližně o 80 %.

02/ Technologické vedení

Standardizovaný provoz tohoto zařízení může měřit adhezní výkon různých typů lepidel a účinně prosévat formulace vhodné pro papír na balení cigaret, inkousty a procesy potahování. To zkracuje cyklus výzkumu a vývoje pro výběr lepidla a zlepšení složení, přesně řeší praktické problémy při výrobě cigaretových krabiček, jako je delaminace, odlupování, přetečení lepidla a lepení, a zavádí systém hodnocení kompatibility mezi lepidlem a papírem na balení cigaret.

03/ Synergie průmyslového řetězce

Projekt zaujímá společný přístup napříč před a po proudu průmyslového řetězce, integruje technické, talentované a vybavení zdrojů upstreamového výzkumu a vývoje lepidel, středního proudu tisku cigaretových krabiček a navazujících podniků na výrobu obalů cigaret. Tím se prolomí informační a technologické bariéry mezi jednotlivými články, vytvoří se úplný-řetězcový systém technické optimalizace od surovin až po hotové výrobky, posouvá se odvětví balení cigaret směrem k vyšší efektivitě, přesnosti a inteligenci a zvyšuje se základní konkurenceschopnost tohoto odvětví.

04/ Příspěvek k průmyslové standardizaci

Tento projekt úspěšně vyvinul první čínské zařízení pro testování adhezivních vlastností balicího papíru, čímž dosáhl prvenství v oboru. Pro splnění jednotných technických specifikací požadovaných různými společnostmi a testovacími institucemi projektový tým standardizoval výsledky výzkumu, podporoval technický pokrok a zlepšování kvality skládacích kartonů a surovin (papíru) v obalovém a polygrafickém průmyslu a posílil koordinaci zdrojů a inovační schopnosti napříč dodavatelskými a navazujícími podniky.

V budoucnu bude výzkumný tým pokračovat v optimalizaci inteligence zařízení, vyvíjet automatický vyhodnocovací systém založený na strojovém vidění, dosahovat plně bezobslužné detekce adhezivního výkonu, a zároveň zkoumat aplikace zařízení pro testování adhezivních vlastností jiných obalových materiálů (jako jsou plasty a kovové fólie), což bude více přispívat k inovacím v technologii testování kvality obalů.