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(dòng)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(fǎng)問(wèn)學(xué)者，湖南農業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)型碩士生導師，清華大學(xué)工程碩士研究生企業(yè)導師，鄭州大學(xué)兼職教授，國家管道工程實(shí)驗室特聘專(zhuān)家，全國工業(yè)過(guò)程測量和控制標準化技術(shù)委員會(huì )委員，工業(yè)物流自動(dòng)化河南省工程實(shí)驗室副主任，國際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì )委員，國際工程師協(xié)會(huì )委員，中國創(chuàng )新方法研究會(huì )首批會(huì )員，西門(mén)子自動(dòng)化專(zhuān)家，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì )企業(yè)創(chuàng )新專(zhuān)家。

    煙草機械技術(shù)的先進(jìn)程度，在很大程度上決定著(zhù)煙草工業(yè)的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)規模、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(jìn)作用，是煙草工業(yè)生產(chǎn)的基礎工業(yè)，它的技術(shù)水平是衡量煙草工業(yè)生產(chǎn)現代化程度的重要指標之一。煙草包裝機械是卷煙包裝的專(zhuān)用生產(chǎn)設備。近年來(lái)，隨著(zhù)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(cháng)足的發(fā)展，并向自動(dòng)化、信息化、智能化和機電一體化方向發(fā)展。本期專(zhuān)題策劃本刊記者對話(huà)中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院首席培訓師王德吉探討煙草包裝機械自動(dòng)化技術(shù)的新發(fā)展、煙草包裝機械未來(lái)所面臨的挑戰以及給自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)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(jìn)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(jìn)口設備主要有GD公司的GDX1/X2, FOCKE公司的FOCKE350，德國慕斯門(mén)公司的B1等。

    國產(chǎn)主流機型是上海煙機公司引進(jìn)意大利GD公司的GDX1/X2技術(shù)生產(chǎn)的ZB25\ZB45包裝機。近幾年，又引進(jìn)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(jìn)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）在國內卷煙廠(chǎng)占據主導地位。

    2　當前我國煙草包裝機械技術(shù)目前發(fā)展現狀？主要應用的自動(dòng)化技術(shù)？

    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(lái)引進(jìn)、消化、吸收了意大利GD和德國FOCKE等公司的包裝機組技術(shù)，縮短了與國外先進(jìn)水平的差距，總體技術(shù)水平進(jìn)步很快，現在能夠為各卷煙廠(chǎng)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(jìn)GDX2/X1技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的，控制核心為MICRO Ⅱ系統。它與較早的FZ控制系統比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有高可靠性；配套齊全，通用性強；功能完善、實(shí)時(shí)性好，友好的人機界面；系統智能化；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(zhù)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顯得相對落后，因此又引進(jìn)生產(chǎn)了ZB47和ZB48兩種機型。其中ZB47型硬盒包裝機組是引進(jìn)意大利GD公司XC/C600/PACK-OW包裝機組技術(shù)生產(chǎn)的，機組額定產(chǎn)量為550包/分，2006年5月通過(guò)國家煙草專(zhuān)賣(mài)局技術(shù)鑒定。ZB47采用了交、直流伺服技術(shù)去掉了大部分的齒輪機構，簡(jiǎn)化了機械結構，產(chǎn)品的技術(shù)性能、功能和水平都有很大升級。機組電氣的核心-MICRO Ⅱ系統與PROFIBUS、PROFINET總線(xiàn)技術(shù)結合應用，并對人機界面提升優(yōu)化，滿(mǎn)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(jìn)德國FOCKE公司的FC800包裝機組技術(shù)生產(chǎn)，額定包裝速度800包/分。國內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(shù)即嵌入式工業(yè)控制計算機技術(shù)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)控制整個(gè)機組，大量采用Elau伺服電機簡(jiǎn)化了機械結構，物料的檢測普遍廣泛采用視覺(jué)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在整機電控系統方面，仍然以GD公司早期自行開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用MICROII平臺，以及專(zhuān)用電路板組成，相對于傳統PLC具有較強可靠性，智能性。隨著(zhù)微電子技術(shù)發(fā)展，高性能PLC和IPC的出現，MICRO-II顯得通用性差，技術(shù)水平相對落后。ZB45、ZB25系統采用專(zhuān)有的總線(xiàn)結構，不利于系統擴展和數據采集，不符合各煙廠(chǎng)信息化建設的要求。在傳動(dòng)系統方面，還有很多采用直流變頻和直流伺服技術(shù)，由于直流變頻和直流伺服技術(shù)難度大、使用維護成本高昂，逐漸失去應用市場(chǎng)。取而代之的是采用交流變頻技術(shù)、交流伺服技術(shù)來(lái)控制電機運轉。自上世紀末以來(lái)，國內開(kāi)始有廠(chǎng)家在卷煙廠(chǎng)進(jìn)行GD系列的包裝機電控系統技術(shù)改造，主要采用了西門(mén)子PLC。2009年以來(lái)少數廠(chǎng)家采用倍福公司的IPC技術(shù)進(jìn)行了主控系統的改造。在局部或專(zhuān)項改造方面，國內不少廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)了包裝質(zhì)量在線(xiàn)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(jìn)對提高卷煙包裝質(zhì)量起到了積極的推進(jìn)作用。但以上裝置均采用外掛形式，與主控系統不能有機地融合為一體，不利于檢測與維修和生產(chǎn)數據的采集和統計。
 
    3　當前我國煙草包裝機械行業(yè)與國外發(fā)達地區相比，在自動(dòng)化技術(shù)應用方面還存在哪些差距？

    目前，國外主要煙草包裝機械廠(chǎng)家在機組電控系統方面，已經(jīng)選用德國倍福公司的IPC技術(shù)，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(shù)相比，IPC系統的平臺更開(kāi)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(shù)，在一個(gè)處理周期內就能將任務(wù)處理完，不需使用中斷處理，從而提高了系統的穩定性。

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

    總之，國內煙草包裝機械無(wú)論在包裝速度、主控系統平臺、各專(zhuān)項系統與主控系統融合上，均存在較大的差距。

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

    節能主要是從工業(yè)活動(dòng)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(dòng)日常產(chǎn)生的污染物進(jìn)行處理后，然后排放到自然環(huán)境中。

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

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

    安全方面，提高設備自動(dòng)化、智能化和信息化程度，盡可能的減少操作人員干預、嚴格執行操作規范等都是安全生產(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(zhù)哪些挑戰？行業(yè)的未來(lái)發(fā)展對于自動(dòng)化技術(shù)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(zhù)以下挑戰和需求：

    在用設備的改造。隨著(zhù)改造以滿(mǎn)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、電控系統新技術(shù)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、系統開(kāi)放性差等問(wèn)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(gè)卷煙廠(chǎng)都適時(shí)的找到這個(gè)平衡點(diǎn)還是有不小的挑戰。

    傳統技術(shù)的改進(jìn)。隨著(zhù)市場(chǎng)多樣化的需要，需要小品種多規格的卷煙，因此ZB45、ZB25現有技術(shù)必須不斷改進(jìn)。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(chǎng)需要。

    新技術(shù)的研發(fā)。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和行業(yè)的要求，包裝設備正沿著(zhù)數字化、微型化、個(gè)性化、交互式、移動(dòng)式、集成式、網(wǎng)絡(luò )化、智能化的方向發(fā)展。將來(lái)包裝設備更新?lián)Q代的主要特點(diǎn)：采用統一的工控平臺，使用先進(jìn)的智能傳感器和伺服驅動(dòng)技術(shù)，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)的各種現代化高精度技術(shù) 、電子技術(shù)、微電子技術(shù)、邊緣技術(shù) 、模糊技術(shù)，加速提高包裝設備和生產(chǎn)線(xiàn)的可靠性、安全性、無(wú)人作業(yè)性等自動(dòng)化水平 。包裝機械的集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化、柔性化將成為未來(lái)發(fā)展的主流。

    6　對于未來(lái)煙草包裝機械的發(fā)展趨勢，您有何見(jiàn)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，可以包裝不同規格或數量的煙支，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(chǎng)需要。

    更高的可靠性和穩定性：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(guān)因素。

    便于維修：所有先進(jìn)設備都十分注重這一方面。

    優(yōu)良的人類(lèi)工程學(xué)：它運用人體測量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和生物學(xué)等研究手段和方法，綜合的對人體結構、功能、心理及力學(xué)等問(wèn)題進(jìn)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(luò )技術(shù)的應用：生產(chǎn)指揮系統與包裝設備的直接相連；調試期間的遠距離監控指揮；遠距離服務(wù)；通過(guò)包裝設備在線(xiàn)與零件供應商咨詢(xún)聯(lián)絡(luò )。

    此外，原輔材料集中供應、虛擬制造與數字工廠(chǎng)都是包括包裝設備在內的煙草行業(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(shù)，輔以精密成型技術(shù)和數控精密加工裝備，制造出精密凸輪、齒輪、異型件等，提高機組的穩定性、易用性。

    電氣設計方面，在國家“統一工控平臺”指導思想指引下，我國未來(lái)煙草包裝機械電控系統，將以IPC作為主導系統控制平臺，輔以智能傳感及伺服驅動(dòng)技術(shù)、先進(jìn)總線(xiàn)技術(shù)等，提高整個(gè)機組的速度、高度智能化、高質(zhì)量和高可靠性。IPC技術(shù)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(lái)，在今后相當長(cháng)時(shí)間內，世界卷煙包裝機械仍將向高速(將采用雙路包裝技術(shù))、高生產(chǎn)效率、便于操作和維修保養、高靈活性、產(chǎn)品質(zhì)量好且穩定以及全自動(dòng)化方向發(fā)展，同時(shí)，其噪音和安全性將得到改善，也將利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)資料和數據進(jìn)行管理與整個(gè)卷煙廠(chǎng)的主計算機系統相聯(lián)，以便更有效地對全廠(chǎng)的生產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)管理。