圓塑瓶大輸液自動(dòng)包裝生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

秦玉超 方 超

（上海華源安徽錦輝制藥有限公司，安徽阜陽(yáng)236018）

0 引言

隨著現(xiàn)代化工業(yè)時(shí)代的到來(lái)，智能設(shè)備逐漸出現(xiàn)在各個(gè)行業(yè)，包括制藥包裝領(lǐng)域。據(jù)美國(guó)包裝和處理技術(shù)協(xié)會(huì)的一份調(diào)研報(bào)告顯示，到2018年，自動(dòng)包裝設(shè)備在制藥行業(yè)的應(yīng)用率將突破70%。人工包裝已經(jīng)不能滿足我國(guó)復(fù)雜藥品包裝的統(tǒng)一和穩(wěn)定性需求，而自動(dòng)化包裝設(shè)備優(yōu)勢(shì)突出，既可以保證包裝的質(zhì)量和穩(wěn)定性，又可以提高包裝效率，節(jié)省人工成本。

隨著國(guó)家醫(yī)改政策的推進(jìn)和塑瓶大輸液市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨白熱化，普通塑瓶大輸液的銷售價(jià)格呈逐年降低的趨勢(shì)，60%以上的普通塑瓶大輸液生產(chǎn)企業(yè)不同程度地出現(xiàn)虧損。在此背景下，使用自動(dòng)化設(shè)備，減少用人成本，成為各制藥企業(yè)降低生產(chǎn)成本的首選。

我司于2011年采購(gòu)應(yīng)用了兩條圓塑瓶大輸液生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線年產(chǎn)塑瓶大輸液1.2億瓶以上，包裝工序均由人工完成。2016年初，我司提出將上述兩條圓塑瓶大輸液（以下簡(jiǎn)稱為圓塑瓶）生產(chǎn)線的人工包裝改造為自動(dòng)包裝的方案，并于2016年7月得到成功實(shí)施。

本文將結(jié)合此次改造經(jīng)驗(yàn)，探討圓塑瓶自動(dòng)包裝設(shè)備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1 人工包裝的工藝流程及缺點(diǎn)

改造前，圓塑瓶生產(chǎn)車間分別有A、B兩條生產(chǎn)線，對(duì)稱分布，每條生產(chǎn)線產(chǎn)能為220瓶/min，每天生產(chǎn)18萬(wàn)瓶左右。A、B兩條包裝線在一個(gè)包裝間內(nèi)，各自相對(duì)獨(dú)立，包裝區(qū)面積約600m2。包裝線上的開箱、裝箱、封箱、投放墊片及印外箱三期工序均由人工操作完成，兩條包裝線共有100名包裝工人。

1.1 人工包裝的工藝流程

圓塑瓶立式貼標(biāo)后，通過(guò)貼標(biāo)輸瓶帶運(yùn)至包裝輸瓶帶，同時(shí)圓塑瓶由立式變?yōu)榕P式，然后由人工抓起裝入已開好并封好下箱蓋的包裝箱內(nèi)，包裝箱裝滿后投放墊片并用膠帶封好上箱蓋，現(xiàn)場(chǎng)碼放整齊后運(yùn)至半成品暫存區(qū)，印外箱三期后入庫(kù)。以上工作全部由人工完成。以A生產(chǎn)線為例，改造前的人工包裝設(shè)備布置如圖1所示。

1.2 人工包裝的缺點(diǎn)

（1）用人多。A、B兩條包裝線4個(gè)班組，兩班兩運(yùn)轉(zhuǎn)。單線各工位用人情況：開箱4人；裝箱封箱16人；運(yùn)至半成品區(qū)及印外箱三期5人。每組共25人，4組共100人。（2）勞動(dòng)強(qiáng)度大。人工開箱、裝箱勞動(dòng)強(qiáng)度大，尤其是裝箱，長(zhǎng)時(shí)間工作，經(jīng)常造成抓瓶子的手掌開裂、手指變形現(xiàn)象，很多職工工作一段時(shí)間后就不愿意再干了，給企業(yè)用人帶來(lái)很大的困難（3）外箱外觀質(zhì)量差。人工開箱封箱時(shí)用的是膠帶，不同的職工開箱封箱時(shí)粘貼的膠帶長(zhǎng)短不一；人工印外箱三期，經(jīng)常有漏印、漏字或墨跡深淺粗細(xì)不一等現(xiàn)象，對(duì)外箱外觀質(zhì)量造成影響。

圖1 改造前A生產(chǎn)線的人工包裝設(shè)備布置圖

2 自動(dòng)包裝方案的選擇及工藝流程

為降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，我司組織人員對(duì)制藥行業(yè)的自動(dòng)化包裝設(shè)備進(jìn)行了針對(duì)性調(diào)查和研究，對(duì)人工包裝及自動(dòng)包裝方式進(jìn)行了分析對(duì)比，結(jié)合實(shí)際包裝瓶型、場(chǎng)地、產(chǎn)能、包裝質(zhì)量要求等，擬將開箱、裝箱、投放墊片、封箱及印外箱三期工位改造為自動(dòng)包裝方式。自動(dòng)包裝方案的工藝流程如圖2所示。

自動(dòng)包裝方案的工藝流程：包裝箱、上下紙墊、膠帶等分別由人工放置在設(shè)備物料入口；開箱機(jī)將包裝箱打開并用膠帶封好下底，由機(jī)械手投放下紙墊并將包裝箱運(yùn)送至自動(dòng)裝箱工位待用；塑瓶輸送線將圓塑瓶輸送到裝箱整理機(jī)構(gòu)，經(jīng)整理機(jī)構(gòu)整理成一定的數(shù)量，然后由裝箱機(jī)械手從抓取區(qū)域抓取，一次性裝入成型的紙箱中，一次裝滿一箱，裝箱結(jié)束后自動(dòng)運(yùn)送至上紙墊投放工位，由機(jī)械手投放上紙墊；進(jìn)入自動(dòng)封箱工位，由封箱機(jī)用膠帶封好上底；自動(dòng)滾碼；人工碼放入庫(kù)。

3 方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)原則

圖2 圓塑瓶自動(dòng)包裝方案的工藝流程

（1）利用公司原包裝場(chǎng)地，滿足法規(guī)要求和現(xiàn)有產(chǎn)能（220瓶/min）要求；（2）實(shí)現(xiàn)開箱、紙墊投放、裝箱、封箱、滾碼自動(dòng)化；（3）原貼標(biāo)機(jī)不變，兩條生產(chǎn)線各自獨(dú)立，生產(chǎn)過(guò)程互不影響；（4）減少設(shè)備投資；（5）便于運(yùn)行管理和維修；（6）最大限度地降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力。

3.2 理論產(chǎn)能的確定

確定理論產(chǎn)能需要考慮以下因素：

（1）整條生產(chǎn)線上的產(chǎn)能瓶頸設(shè)備為吹瓶機(jī)，其穩(wěn)定產(chǎn)能為220瓶/min。

（2）自動(dòng)裝箱前道工序的設(shè)備為貼標(biāo)機(jī)，其實(shí)際穩(wěn)定產(chǎn)能為240瓶/min。

（3）適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)能儲(chǔ)備：由于包裝工序是整個(gè)大輸液生產(chǎn)流水線的末端工序，在正常生產(chǎn)過(guò)程中有時(shí)會(huì)因突發(fā)的設(shè)備故障引起非正常維修，從而影響前道工序的生產(chǎn)，延長(zhǎng)整個(gè)流水線作業(yè)的時(shí)間。為消除該影響，應(yīng)急維修結(jié)束后，必須提高生產(chǎn)速度，將積壓的產(chǎn)品在最短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)完成，這就要求包裝設(shè)備有適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)能儲(chǔ)備。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，儲(chǔ)備系數(shù)應(yīng)在1.2～1.3，即理論產(chǎn)能應(yīng)在240×1.2=288瓶/min和240×1.3=312瓶/min之間。

（4）產(chǎn)能大，意味著一次性投資高，投資回收期長(zhǎng)。

綜合考慮以上因素，確定自動(dòng)包裝方案的理論產(chǎn)能為280～310瓶/min。

3.3 關(guān)鍵工藝設(shè)備及參數(shù)

3.3.1 關(guān)鍵工藝設(shè)備

關(guān)鍵工藝設(shè)備包括自動(dòng)開箱機(jī)、投放紙墊機(jī)構(gòu)、圓塑瓶整理機(jī)構(gòu)、自動(dòng)裝箱機(jī)、自動(dòng)封箱機(jī)、自動(dòng)滾碼機(jī)等。

3.3.2 各關(guān)鍵工藝設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)

3.3.2.1 自動(dòng)開箱機(jī)、投放紙墊機(jī)構(gòu)、自動(dòng)滾碼機(jī)、自動(dòng)封箱機(jī)

根據(jù)自動(dòng)裝箱設(shè)備的理論產(chǎn)能，生產(chǎn)能力應(yīng)達(dá)到280～310瓶/min。我司產(chǎn)品每箱40瓶，要求以上設(shè)備產(chǎn)能應(yīng)不低于8箱/min，為更好地滿足生產(chǎn)需求，考慮20%的設(shè)計(jì)余量，計(jì)算得到8×（1+20%）=9.6，即不低于10箱/min，確定設(shè)備的理論產(chǎn)能為8～10箱/min。

3.3.2.2 自動(dòng)裝箱機(jī)

自動(dòng)裝箱機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)包括抓取速度、抓手尺寸與抓取負(fù)荷、抓手最大工作范圍、抓手往返重復(fù)精度等。通過(guò)調(diào)查與對(duì)比抓取效果，擬設(shè)計(jì)自動(dòng)裝箱機(jī)的抓手方式為夾取。

抓取速度：產(chǎn)品裝箱方式為每箱一層，排列方式為5排×8瓶=40瓶，每次抓取40瓶，該工位的理論抓取速度應(yīng)與自動(dòng)開箱機(jī)等設(shè)備相同，即8～10次/min。

抓手尺寸：圓塑瓶尺寸為直徑63.5mm，抓手長(zhǎng)度為63.5×8=508mm；5排抓手寬度為63.5×5=317.5mm。

抓取負(fù)荷：每次抓取40瓶250mL的大輸液，對(duì)不同品種的該規(guī)格圓塑瓶大輸液進(jìn)行稱重，每瓶重約0.275kg，理論抓取負(fù)荷為0.275×40=11kg，安全系數(shù)取1.3，即每排抓手理論負(fù)荷為11×1.3=14.3kg。

抓手重復(fù)定位精度：該參數(shù)的確定取決于外箱尺寸和實(shí)際裝入瓶子尺寸的間隙大小。間隙大，產(chǎn)品裝入容易，抓手重復(fù)定位精度要求低。間隙過(guò)大，在入庫(kù)存放及運(yùn)輸過(guò)程中，箱子易變形，從而可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。正常情況下，外箱尺寸與實(shí)際裝入瓶子尺寸的長(zhǎng)寬各有2～4mm的余量，因此抓手重復(fù)定位精度不應(yīng)大于1mm。

最小直線工作范圍：理論的最小直線工作范圍應(yīng)能滿足抓手從儲(chǔ)瓶區(qū)抓起產(chǎn)品并通過(guò)直線移動(dòng)將產(chǎn)品放入包裝箱內(nèi)的要求，即理論最小直線工作范圍為自動(dòng)理瓶機(jī)構(gòu)寬度與紙箱輸送帶寬度之和。我司外箱寬度322mm、抓手寬度317.5mm與傳送帶寬度200mm之和為839.5mm?？紤]安全系數(shù)為1.2，則最小直線工作范圍為839.5×1.2=1007.4mm，實(shí)際取1m。

結(jié)合設(shè)備特性、抓手材質(zhì)厚度、理瓶機(jī)構(gòu)分瓶擋板厚度及安裝維修空間預(yù)留等因素，最終確定的自動(dòng)裝箱機(jī)關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。封箱膠帶長(zhǎng)短不一，人工印外箱三期經(jīng)常漏印、漏字或墨跡深淺粗細(xì)不一等問題，提升了產(chǎn)品外觀質(zhì)

表1 自動(dòng)裝箱機(jī)關(guān)鍵參數(shù)

3.4 改造后的工藝設(shè)備布置

以A生產(chǎn)線為例，改造后的自動(dòng)包裝設(shè)備布置如圖3所示。量。（3）改造時(shí)間短，改造費(fèi)用低。在原包裝場(chǎng)地進(jìn)行改造，用時(shí)15天，不影響車間正常生產(chǎn)。每套自動(dòng)包裝設(shè)備投資60萬(wàn)元，兩套共投資120萬(wàn)元，6個(gè)月

圖3 改造后A生產(chǎn)線的自動(dòng)包裝設(shè)備布置

4 改造后的使用效果

我司兩條圓塑瓶生產(chǎn)線于2016年7月完成了自動(dòng)包裝設(shè)備的改造，已連續(xù)運(yùn)行了一年多時(shí)間，運(yùn)行效果如下：

（1）減少了操作人員，節(jié)省了人工成本。兩條圓塑瓶輸液生產(chǎn)線原采用人工包裝，共有操作人員100人；改造后，每組10人，共用40人，減少60人，按照每人每月3500元工資計(jì)算，每年節(jié)約工資支出252萬(wàn)元。（2）降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品外觀質(zhì)量。改造前，工人需要手工裝箱、封箱，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作條件差。改造后，全自動(dòng)化操作，大幅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作條件。同時(shí)，解決了人工即可收回投資成本。

5 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)行實(shí)踐證明，將圓塑瓶人工包裝改造為自動(dòng)包裝的方案成熟，工藝流暢，改造時(shí)間短，費(fèi)用低，改造后節(jié)約了企業(yè)人工成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益顯著提升，可向同行業(yè)推廣，具有較好的社會(huì)效益。