زيادة كفاءة العمل بنسبة تزيد عن 300%! جهاز فحص علبة السجائر الجديد بهذه الكفاءة!
في فبراير 2025، شدد تشانغ جيانمين، سكرتير الحزب ومدير إدارة احتكار التبغ الحكومية والمدير العام لشركة التبغ الوطنية الصينية، خلال عملية تفتيش في Hunan Tobacco على "تعميق الإصلاح والابتكار، وضخ زخم جديد في التطوير والتحديث-عالي الجودة، وتعزيز الابتكار الصناعي من خلال الابتكار التكنولوجي مع تعزيز قدرات التطوير الرقمي بشكل مستمر." يمهد هذا التوجيه الطريق للابتكار التكنولوجي في صناعة تعبئة السجائر. يعد "أداء المادة اللاصقة" مؤشرًا مهمًا على القدرة على التكيف مع ماكينة تعبئة السجائر، حيث تحدد قوة الطبقة اللاصقة بشكل مباشر الاستقرار الهيكلي لعلب السجائر أثناء التخزين والنقل والمبيعات. وفقًا لاستطلاع أجرته لجنة تعبئة التبغ التابعة لاتحاد التغليف الصيني في عام 2024، يبلغ متوسط معدل الخردة في علب السجائر المحلية بسبب مشاكل الغراء 5.7%، مع تجاوز بعض المؤسسات الصغيرة والمتوسطة الحجم 15%، مما يؤدي إلى خسارة اقتصادية مباشرة سنوية تزيد عن 200 مليون يوان.
في الوقت الحالي، يتم اختبار الأداء اللاصق لعلب السجائر النهائية يدويًا بالكامل. تشتمل عملية الاختبار على ثلاث خطوات رئيسية: إعداد المواد، ولصق الورق، وتقييم التقشير-، وتغطي أكثر من عشرة إجراءات مثل قطع العينات، ووضع الغراء، والضغط، والإعداد، والتقشير، والتقييم، وكل ذلك يعتمد بشكل كامل على العمل اليدوي. تواجه هذه الطريقة التقليدية مشاكل مثل كميات الغراء غير الدقيقة، والتطبيق غير المتساوي، والورق المنحرف، والضغط غير الكافي، مما يؤدي إلى أوقات اختبار طويلة، وتجارب متكررة، وكثافة عمالة عالية، وكفاءة منخفضة. تشكل بعض معدات التدفئة أيضًا مخاطر على السلامة. لمعالجة هذه المشكلات، اعتمدت شركة Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (المشار إليها فيما يلي باسم "Changde Jinpeng") نهج "الجهد المشترك لمؤسسات الصناعة الأولية والنهائية"، ونجحت في تطوير جهاز اختبار أداء لاصق ورق التغليف من خلال قياس الأداء على-الموقع والابتكار التعاوني. تشرح هذه المقالة بشكل منهجي الخلفية والخطة الفنية ونتائج التنفيذ والقيمة الترويجية للجهاز، بهدف توفير مرجع لاختبار جودة الابتكار التكنولوجي في الصناعة.
الخلفية الفنية وتحليل المشكلات
01/ المعنى التقني لأداء المادة اللاصقة
يشير أداء اللاصق إلى العملية المعتمدة على آلية فشل اللاصق، ومحاكاة خطوة ضغط اللاصق في تشكيل علبة السجائر. يتم ربط عينتين معًا ثم يتم تقشيرهما بشكل مدمر. إذا تم تفكيك ألياف الورق بواسطة الغراء، يعتبر أداء اللصق مؤهلاً. يعكس مؤشر الأداء هذا بشكل مباشر التوافق بين المادة اللاصقة وركيزة الورق وهو معلمة أساسية لضمان استقرار هيكل العبوة.
02/ طرق الاختبار التقليدية ومشاكلها
في الوقت الحالي، تحتاج جميع علب السجائر إلى اختبار أداء المادة اللاصقة قبل مغادرة المصنع. يمكن تقسيم عملية الاختبار إلى ثلاث مراحل رئيسية: "تحضير المواد"، و"لصق الورق"، و"تقييم-التقشير". تتضمن خطوات التشغيل المحددة ما يلي: أخذ العينة المراد اختبارها من كيس العينة ← قطع المنطقة اللاصقة للعينة إلى 20 مم × 50 مم ← رسم الغراء باستخدام حقنة (كما هو موضح في الشكل 1) ← إسقاط الغراء على منطقة اللصق ← توزيع الغراء بالتساوي باستخدام قطارة نظيفة ← محاذاة الورق مرة أخرى مع المنطقة الملصقة ← الضغط الحراري باستخدام جهاز ختم (كما هو موضح في الشكل 2) ← اتركه يقف أفقيًا لمدة 30 دقيقة ← قشر السطحين المتصلين يدويًا بعيدًا عن بعضهما ← افحص بصريًا لمعرفة ما إذا كانت ألياف الورق تالفة.
الشكل 1: الشفط اليدوي للهلام
الشكل 2: مكبس الختم الحراري
بعد التحليل، تواجه عملية التشغيل اليدوية المذكورة أعلاه المشكلات التالية:
(1) كفاءة منخفضة: تستغرق الاختبارات الفردية في المختبر وقتًا طويلاً، وتستغرق العملية الكاملة حوالي 35 دقيقة. بعد طلب الفحص، يكون هناك انتظار طويل للحصول على التعليقات، الأمر الذي لا يلبي احتياجات مراقبة الإنتاج في الوقت الفعلي-.
(2) مخاطر السلامة: تتضمن بعض خطوات الاختبار معدات تسخين، ويحمل التشغيل اليدوي مخاطر مثل الحروق والمخاطر الكهربائية.
(3) الدقة غير كافية: طرق الاختبار الحالية قاسية نسبيًا. يعتمد التحكم في كمية الغراء على خبرة المشغل، ولا يمكن ضمان تجانس الطلاء، مما يؤدي إلى انخفاض الدقة في بيانات الاختبار، مما يجعل من الصعب دعم مراقبة الجودة المكررة.
(4) معدل إعادة فحص مرتفع: يتم تنفيذ العملية بأكملها يدويًا، وتكون الخطوات الرئيسية (مثل كشط الغراء، والمحاذاة، والضغط) عرضة للأخطاء، مما يتسبب في فشل التجربة. يصل معدل إعادة الفحص إلى 50%، الأمر الذي لا يزيد من عبء العمل فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى إهدار موارد الاختبار.
باختصار، لم تعد طرق الاختبار اليدوية التقليدية مناسبة لمتطلبات صناعة عبوات السجائر الحديثة لمراقبة الجودة بدقة وكفاءة. هناك حاجة ملحة لتطوير جهاز اختبار آلي موحد للقضاء بشكل أساسي على التدخل البشري.
الحل والمبادئ التقنية
01/ أهداف البحث والمنهج العام
لمعالجة المشكلات المذكورة أعلاه، حدد فريق المشروع لدينا هدف التطوير التالي: تطوير جهاز اختبار أداء لاصق ورق التغليف الذي يعمل على توحيد عملية الاختبار وأتمتتها، والتحكم بشكل فعال في كمية وتوحيد الغراء المطبق، وضمان الضغط الساخن الآمن والثابت، وتحسين كفاءة الاختبار وموثوقية البيانات بشكل كبير. يتمثل النهج الفني العام في دمج وظائف مثل كشط الغراء، والنقل، والتسخين، والضغط في جهاز واحد، وتحويل العمليات اليدوية المتفرقة إلى عملية آلية مستمرة؛ تحقيق التحكم الدقيق في معلمات العملية الرئيسية من خلال هيكل ميكانيكي دقيق؛ والقضاء على العوامل البشرية من خلال إجراءات التشغيل الموحدة.
02/ التصميم الهيكلي للجهاز
ينتمي جهاز اختبار أداء لاصق ورق التغليف المطور إلى مجال تكنولوجيا ربط التغليف ويتضمن بشكل أساسي ثلاث وحدات وظيفية، كما هو موضح في الشكل 3.
الشكل 3: جهاز اختبار أداء لاصق ورق التغليف (يسار: رسم تخطيطي، يمين: جهاز حقيقي)
(1) القاعدة: تعمل كمنصة داعمة للجهاز بأكمله، وتدمج تركيب آلية الكشط، وآلية اللف، وآلية التصفيح. فهو يضمن تنسيق الموقع المكاني لكل وحدة وظيفية بدقة، مما يتيح عمليات الاختبار المستمرة.
(2) آلية الكشط: تستخدم لكشط الغراء الزائد من حوض فرشاة الغراء إلى حوض الفائض وتسوية الغراء. تتميز هذه الآلية بجهاز ضبط فجوة الكاشطة الدقيق للتحكم في سمك طبقة الغراء ضمن نطاق محدد مسبقًا، مما يضمن سمكًا موحدًا ومتسقًا.
(3) آلية اللف: تستخدم للضغط على ورق التغليف على طبقة الغراء بعد الكشط، ونقل الغراء إلى الورقة. يتم التحكم في الآلية عن طريق وحدة القيادة التي تضمن أن تقوم الأسطوانة بتطبيق الغراء بسرعة وضغط ثابتين، مما يزيل المشكلات مثل تقلبات السرعة أو الضغط غير المتساوي الناتج عن التدحرج اليدوي.
(4) آلية التصفيح: تستخدم أثناء اختبارات اللصق لتطبيق ضغط وتوقيت متحكم في ورق التغليف الملصق الموضوع في حوض التصفيح، لمحاكاة عملية التصفيح في الطباعة الفعلية وإنتاج التغليف. تشتمل هذه الآلية على وحدة تسخين كهربائية للتحكم بدقة في درجة حرارة الضغط ووقته.
03/ عملية الاختبار الموحدة
بناءً على الجهاز المطور، تم إنشاء عملية الاختبار الموحدة التالية:
(1) أخذ العينات: يجب أخذ عينات من 5 أوراق على الأقل لكل دفعة. يجب أن تكون العينات مسطحة وغير تالفة وخالية من الالتصاق وتلبي متطلبات الحجم التي لا تقل عن 300 مم × 300 مم. يجب أن تشير كل عينة إلى اتجاه حبيبات الورق والجوانب الأمامية/الخلفية، ويجب أن تكون مختومة في كيس.
(2) تكييف درجة الحرارة والرطوبة: يجب تكييف العينات وفقًا للشروط المحددة في GB/T 10739 لإزالة التأثيرات البيئية على النتائج.
(3) قطع العينة: قطع العينات إلى العينة 1 (98 مم × 42 مم) والعينة 2 (98 مم × 50 مم)، مما يضمن أن الجانب الطويل (98 مم) موازٍ لاتجاه الحبوب من أجل الاتساق مع اتجاه إجهاد الإنتاج.
(4) تطبيق الغراء: استخدم مستخرج الغراء لأخذ كمية ثابتة من الغراء وحقنها في خزان الغراء النقطي بوحدة تحضير العينة اللاصقة.
(5) الكشط: تقوم الكاشطة تلقائيًا بتحريك الغراء الزائد حول خزان النقاط إلى حوض الفائض وتسوية الغراء، وتشكيل طبقة سميكة بالتساوي.
(6) نقل الغراء: ضع العينة 1 (98 مم × 42 مم) في الوحدة اللاصقة بحيث يكون الجزء الأمامي متجهًا لأعلى. ابدأ تشغيل آلية الأسطوانة للضغط على العينة على طبقة الغراء المستوية بسرعة وضغط ثابتين، مما يضمن نقل الغراء بشكل موحد.
(7) التصفيح: قم بإزالة العينة 1 بالغراء ووضعها في فتحة وحدة التسخين الكهربائي لوظيفة التصفيح، بحيث يكون الجانب الملصق متجهًا لأعلى، ومحاذاة مع الجانب الأمامي للعينة 2. اضبط درجة حرارة وحدة التسخين الكهربائي وابدأ تشغيل جهاز الضغط الساخن - للضغط على العينة 1 والعينة 2 معًا.
(8) تركيب العينة: خذ العينة المغلفة من جهاز اللصق، ثم ضع أحد طرفي العينة 2 في الفتحة الثابتة لجهاز اختبار التقشير، ثم ثبت الطرف الآخر من العينة 1 بجهاز الجر.
(9) اختبار التقشير: كما هو موضح في الشكل 4، استخدم زاوية تقشير تبلغ 150 درجة وسرعة اختبار تبلغ 600 مم/ثانية مع أداة الجر. سجل منحنى قوة التقشير وحدد وضع الفشل (فشل ألياف الورق أو فشل واجهة الغراء).
الشكل 4: اختبار تقشير علبة السجائر
04/ اختراقات التكنولوجيا الرئيسية
حقق هذا الجهاز اختراقات تكنولوجية في المجالات الثلاثة التالية:
(1) التصميم المتكامل: من خلال دمج الوحدات الوظيفية الثلاث الرئيسية-كشط الغراء ولفه وتصفيحه-في قاعدة واحدة، فإنه يعمل على توحيد العملية بأكملها في تجارب أداء المواد اللاصقة، بما في ذلك وضع الغراء وتسوية الطبقة اللاصقة ونقل الغراء والتصفيح وإزالة الأخطاء بين الخطوات.
(2) التحكم الدقيق في المعلمات: تضمن آلية الكشط أن تكون الطبقة اللاصقة موحدة في السمك (خطأ أقل من أو يساوي 0.01 مم)؛ آلية التدحرج، مدفوعة بنظام مؤازر، تتحكم في الأسطوانات لنقل المادة اللاصقة بسرعة وضغط ثابتين، مع دقة سرعة تبلغ ±0.1 مم/ثانية ودقة ضغط تبلغ ±0.5 نيوتن؛ يمكن لآلية التصفيح أن تضبط بدقة ضغط التصفيح (±1N)، ودرجة الحرارة (±1 درجة)، والوقت (±0.1 ثانية)، مما يحاكي بدقة ظروف الإنتاج الفعلية.
(3) عملية موحدة: يتم ضبط جميع العمليات من خلال واجهة الآلة-البشرية، وبعد نقرة واحدة-ابدأ، تكتمل العملية بأكملها تلقائيًا. يؤدي هذا إلى إزالة العيوب الناتجة عن التشغيل اليدوي تمامًا، مثل كمية الغراء غير الدقيقة، أو التطبيق غير المتساوي، أو محاذاة الورق بشكل غير صحيح، أو الضغط غير الكافي، مما يضمن التكرار وقابلية المقارنة لنتائج الاختبار. تظهر المقارنة بين عملية الاختبار قبل-و-بعدها في الشكل 5.
الشكل 5: مقارنة عملية الكشف قبل وبعد التحسين
التأثيرات الفنية وتحليل البيانات
01/ تحليل تحسين الكفاءة
وبعد العديد من عمليات التحقق والاختبارات الفعلية-المعتمدة على الكمبيوتر، حقق هذا الجهاز تحسينات كبيرة في كفاءة الاكتشاف. انخفض إجمالي الوقت للكشف الواحد من 2057 ثانية باستخدام الطرق اليدوية التقليدية إلى 442 ثانية، وهو ما يمثل زيادة بنسبة 365.38% في كفاءة العمل. وصل معدل نجاح عملية الكشف بأكملها إلى 100%، وانخفض معدل إعادة الفحص-من 50% إلى 0، مما أدى إلى تقليل كثافة اليد العاملة بشكل كبير بالنسبة للمشغلين.
02/ دقة الكشف والموثوقية
تعليقات العملاء: "تصميم هذا الجهاز علمي ومعقول، وسهل التشغيل، ودقيق للغاية، ومستقر. إنه يتغلب بشكل فعال على التأخير وانحرافات البيانات الموجودة في طرق الاختبار اليدوية السابقة، مما يوفر دعمًا فنيًا قويًا لتعزيز سيطرتنا على جودة لاصق ورق التغليف."
03/ تحسينات السلامة
يستخدم الاختبار اليدوي التقليدي معدات التدفئة مثل مانعات التسرب الحرارية، والتي تشكل مخاطر الحروق والمخاطر الكهربائية. يقوم هذا الجهاز بدمج وحدة التسخين في هيكل مركب مغلق، وذلك باستخدام العزل الحراري والتحكم التلقائي في درجة الحرارة. لا يحتاج المشغلون إلى لمس الأجزاء ذات درجة الحرارة المرتفعة-، مما يؤدي إلى التخلص تمامًا من خطر الحروق.
الفوائد الاجتماعية وقيمة التطبيق
01/ المنافع الاقتصادية المباشرة
من خلال التنبؤ بأداء لاصق الورق مسبقًا، يقلل هذا الجهاز بشكل فعال من النفايات وإعادة العمل في إنتاج التغليف. تشير التقديرات إلى أنه إذا تم تطبيقه على نطاق واسع في جميع أنحاء الصناعة، فيمكن تقليل معدل الخردة من علب السجائر الجاهزة بسبب مشكلات المواد اللاصقة من متوسط 5.7% إلى أقل من 2%. وفي الوقت نفسه، يمكن لتحسين كفاءة الكشف أن يوفر تكاليف كبيرة للعمالة، مما يقلل من تكاليف العمالة لكل كشف بحوالي 80%.
02/ الريادة التكنولوجية
يمكن للتشغيل الموحد لهذا الجهاز قياس الأداء اللاصق لأنواع مختلفة من الغراء وتركيبات الشاشة بكفاءة مناسبة لورق علب السجائر والأحبار وعمليات الطلاء. يؤدي ذلك إلى تقصير دورة البحث والتطوير لاختيار الغراء وتحسين الصيغة، ومعالجة المشكلات العملية بدقة في إنتاج عبوات السجائر مثل التصفيح، والتقشير، وتدفق الغراء، والالتصاق، وإنشاء نظام تقييم التوافق بين الغراء وورق علبة السجائر.
03/ تآزر سلسلة الصناعة
يتبنى المشروع نهجًا مشتركًا عبر المراحل الأولية والنهائية لسلسلة الصناعة، حيث يدمج الموارد التقنية والمواهب والمعدات للبحث والتطوير في مجال الغراء في المراحل الأولية، وطباعة علب السجائر في المراحل النهائية، وشركات إنتاج عبوات السجائر في المراحل النهائية. يؤدي هذا إلى كسر حواجز المعلومات والتكنولوجيا بين كل رابط، وتشكيل-نظام تحسين تقني كامل من المواد الخام إلى المنتجات النهائية، وتعزيز صناعة تعبئة السجائر نحو مزيد من الكفاءة والدقة والذكاء، وتعزيز القدرة التنافسية الأساسية لهذه الصناعة.
04/ المساهمة في توحيد الصناعة
نجح هذا المشروع في تطوير أول جهاز في الصين لاختبار الأداء اللاصق لورق التغليف، مما حقق أول صناعة في العالم. لتلبية المواصفات الفنية الموحدة التي تتطلبها مختلف الشركات ومؤسسات الاختبار، قام فريق المشروع بتوحيد نتائج البحث، وتعزيز التقدم التقني وتحسين جودة الكرتون القابل للطي والمواد الخام (الورق) في صناعة التعبئة والتغليف والطباعة، وتعزيز تنسيق الموارد وقدرات الابتكار عبر مؤسسات المنبع والمصب.
في المستقبل، سيواصل فريق البحث تحسين ذكاء الجهاز، وتطوير نظام تقييم تلقائي يعتمد على رؤية الآلة، وتحقيق الكشف بدون طيار بالكامل عن أداء المادة اللاصقة، مع استكشاف تطبيقات الجهاز لاختبار الخصائص اللاصقة لمواد التعبئة والتغليف الأخرى (مثل البلاستيك والرقائق المعدنية)، مما يقدم مساهمات أكبر في الابتكار في تكنولوجيا اختبار جودة التغليف.