Efficienza del lavoro aumentata di oltre il 300%! Il nuovo dispositivo di ispezione dei pacchetti di sigarette è così efficiente!
Nel febbraio 2025, Zhang Jianmin, segretario del partito e direttore dell'amministrazione statale del monopolio del tabacco e direttore generale della China National Tobacco Corporation, ha sottolineato durante un'ispezione a Hunan Tobacco la necessità di "approfondire ulteriormente la riforma e l'innovazione, dare nuovo slancio allo sviluppo e alla modernizzazione di alta-qualità e promuovere l'innovazione industriale attraverso l'innovazione tecnologica, migliorando al tempo stesso continuamente le capacità di sviluppo digitale". Questa direttiva apre la strada all'innovazione tecnologica nel settore dell'imballaggio delle sigarette. La "prestazione adesiva" è un indicatore importante dell'adattabilità della macchina per pacchetti di sigarette, poiché la forza dello strato adesivo determina direttamente la stabilità strutturale dei pacchetti di sigarette durante lo stoccaggio, il trasporto e la vendita. Secondo un sondaggio del 2024 condotto dal Tobacco Packaging Committee della China Packaging Federation, il tasso medio di scarto dei pacchetti di sigarette nazionali a causa di problemi di colla è del 5,7%, con alcune piccole e medie-imprese che superano il 15%, con una conseguente perdita economica diretta annuale di oltre 200 milioni di yuan.
Attualmente, testare le prestazioni adesive dei pacchetti di sigarette finiti è interamente manuale. Il processo di test prevede tre fasi principali: preparazione del materiale, adesione della carta e valutazione del distacco-, coprendo oltre dieci azioni come il taglio dei campioni, l'applicazione della colla, la pressatura, l'impostazione, il distacco e la valutazione, tutte dipendenti completamente dal lavoro manuale. Questo metodo tradizionale presenta problemi come quantità di colla imprecise, applicazione non uniforme, carta disallineata e pressatura insufficiente, il che porta a tempi di test lunghi, prove ripetute, elevata intensità di manodopera e bassa efficienza. Alcuni apparecchi di riscaldamento comportano anche rischi per la sicurezza. Per affrontare questi problemi, Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (di seguito denominata "Changde Jinpeng") ha adottato uno "sforzo congiunto delle imprese del settore a monte e a valle", sviluppando con successo un dispositivo per testare le prestazioni degli adesivi per carta da imballaggio attraverso- benchmarking in loco e innovazione collaborativa. Questo articolo spiega sistematicamente il background, il piano tecnico, i risultati dell'implementazione e il valore promozionale del dispositivo, con l'obiettivo di fornire un riferimento per testare la qualità dell'innovazione tecnologica nel settore.
Background tecnico e analisi dei problemi
01/ Significato tecnico delle prestazioni adesive
Le prestazioni adesive si riferiscono al processo basato sul meccanismo di rottura dell'adesivo, che simula la fase di pressatura dell'adesivo nella formazione del pacchetto di sigarette. Due campioni vengono legati insieme e poi separati in modo distruttivo. Se le fibre della carta vengono separate dalla colla, la prestazione adesiva è considerata qualificata. Questo indicatore di prestazione riflette direttamente la compatibilità tra l'adesivo e il substrato di carta ed è un parametro chiave per garantire la stabilità della struttura dell'imballaggio.
02/ Metodi di prova tradizionali e loro problemi
Attualmente, tutte le scatole di sigarette necessitano di test sulle prestazioni adesive prima di lasciare la fabbrica. Il processo di test può essere suddiviso in tre fasi principali: "preparazione del materiale", "adesione della carta" e "valutazione del distacco". Le fasi operative specifiche includono: prelevare il campione da testare dal sacchetto del campione → tagliare l'area adesiva del campione a 20 mm × 50 mm → aspirare la colla con una siringa (come mostrato nella Figura 1) → far cadere la colla sull'area adesiva → distribuire la colla in modo uniforme utilizzando un contagocce pulito → allineare la carta con l'area incollata → pressare a caldo utilizzando un dispositivo di chiusura (come mostrato nella Figura 2) → lasciare riposare in posizione orizzontale per 30 minuti → staccare manualmente completamente le due superfici incollate → ispezionare visivamente per vedere se le fibre della carta sono danneggiate.
Figura 1 Aspirazione manuale del gel
Figura 2 Pressa per termosaldatura
Dopo l'analisi, il processo operativo completamente manuale di cui sopra presenta i seguenti problemi:
(1) Bassa efficienza: i singoli test in laboratorio richiedono troppo tempo, mentre l'intero processo richiede circa 35 minuti. Dopo una richiesta di ispezione, c'è una lunga attesa per il feedback, che non può soddisfare le esigenze di monitoraggio della produzione in tempo reale-.
(2) Rischi per la sicurezza: alcune fasi del test coinvolgono apparecchiature di riscaldamento e il funzionamento manuale comporta rischi come ustioni e pericoli elettrici.
(3) Precisione insufficiente: gli attuali metodi di test sono relativamente approssimativi. Il controllo della quantità di colla si basa sull'esperienza dell'operatore e l'uniformità del rivestimento non può essere garantita, il che porta a una bassa precisione nei dati di test, rendendo difficile supportare un controllo di qualità raffinato.
(4) Elevato tasso di reispezione: l'intero processo viene eseguito manualmente e i passaggi chiave (come raschiare la colla, allineamento e pressatura) sono soggetti a errori, causando il fallimento dell'esperimento. Il tasso di reispezione arriva fino al 50%, il che non solo aumenta il carico di lavoro ma spreca anche risorse per i test.
In sintesi, i tradizionali metodi di test manuali non sono più adatti ai requisiti del moderno settore dei pacchetti di sigarette per un controllo di qualità preciso ed efficiente. C’è un urgente bisogno di sviluppare un dispositivo di test standardizzato e automatizzato per eliminare radicalmente l’interferenza umana.
Soluzione e principi tecnici
01/ Obiettivi della ricerca e approccio generale
Per affrontare i problemi di cui sopra, il nostro team di progetto ha fissato il seguente obiettivo di sviluppo: sviluppare un dispositivo per testare le prestazioni dell'adesivo della carta da imballaggio che standardizzi e automatizzi il processo di test, controlli efficacemente la quantità e l'uniformità della colla applicata, garantisca una pressatura a caldo sicura e salda e migliori significativamente l'efficienza dei test e l'affidabilità dei dati. L'approccio tecnico complessivo è quello di integrare funzioni come il raschiamento della colla, il trasferimento, il riscaldamento e la pressatura in un unico dispositivo, convertendo operazioni manuali sparse in un processo automatizzato continuo; ottenere un controllo preciso dei parametri chiave del processo attraverso una struttura meccanica precisa; ed eliminare i fattori umani attraverso procedure operative standardizzate.
02/ Progettazione strutturale del dispositivo
Il dispositivo di test delle prestazioni dell'adesivo per carta da imballaggio sviluppato appartiene al campo della tecnologia di incollaggio degli imballaggi e comprende principalmente tre moduli funzionali, come mostrato nella Figura 3.
Figura 3 Dispositivo per il test delle prestazioni degli adesivi in carta da imballaggio (a sinistra: diagramma schematico, a destra: dispositivo reale)
(1) Base: funge da piattaforma di supporto per l'intero dispositivo, integrando l'installazione del meccanismo di raschiatura, del meccanismo di rotolamento e del meccanismo di laminazione. Garantisce che il posizionamento spaziale di ciascun modulo funzionale sia coordinato con precisione, consentendo processi di test continui.
(2) Meccanismo di raschiatura: utilizzato per raschiare la colla in eccesso dalla vasca della spazzola per colla nella vasca di troppopieno e livellare la colla. Questo meccanismo è dotato di un preciso dispositivo di regolazione della distanza del raschiatore per controllare lo spessore dello strato di colla entro un intervallo preimpostato, garantendo uno spessore uniforme e costante.
(3) Meccanismo di rotolamento: utilizzato per premere la carta da imballaggio sullo strato di colla dopo averla raschiata, trasferendo la colla sulla carta. Il meccanismo è controllato da un'unità di azionamento che garantisce che il rullo applichi la colla a velocità e pressione costanti, eliminando problemi come fluttuazioni di velocità o pressione irregolare derivanti dal rotolamento manuale.
(4) Meccanismo di laminazione: utilizzato durante i test adesivi per applicare pressione e tempistica controllati sulla carta da imballaggio incollata posizionata nella vasca di laminazione, simulando il processo di laminazione nella stampa effettiva e nella produzione dell'imballaggio. Questo meccanismo include un modulo di riscaldamento elettrico per controllare con precisione la temperatura e il tempo di pressatura.
03/ Processo di test standardizzato
Sulla base del dispositivo sviluppato, è stato stabilito il seguente processo di test standardizzato:
(1) Campionamento: devono essere campionati almeno 5 fogli per lotto. I campioni devono essere piatti, non danneggiati, privi di appiccicature e soddisfare i requisiti dimensionali di almeno 300 mm × 300 mm. Ogni campione deve indicare la direzione della grana della carta e i lati fronte/retro ed essere sigillato in un sacchetto.
(2) Condizionamento di temperatura e umidità: i campioni devono essere condizionati nelle condizioni specificate in GB/T 10739 per eliminare le influenze ambientali sui risultati.
(3) Taglio del campione: tagliare i campioni nel Campione 1 (98 mm × 42 mm) e nel Campione 2 (98 mm × 50 mm), assicurandosi che il lato lungo (98 mm) sia parallelo alla direzione delle venature per coerenza con la direzione dello stress di produzione.
(4) Applicazione della colla: utilizzare un estrattore di colla per prelevare una quantità fissa di colla e iniettarla nel serbatoio della colla a punti del modulo di preparazione del campione di adesivo.
(5) Raschiamento: il raschietto sposta automaticamente la colla in eccesso attorno al serbatoio del punto nella vasca di troppopieno e livella la colla, formando uno strato uniformemente spesso.
(6) Trasferimento della colla: posizionare il campione 1 (98 mm × 42 mm) nel modulo adesivo con la parte anteriore rivolta verso l'alto. Avviare il meccanismo a rulli per premere il campione sullo strato di colla livellato a velocità e pressione costanti, garantendo un trasferimento uniforme della colla.
(7) Laminazione: rimuovere il campione 1 con la colla e posizionarlo nello slot del modulo di riscaldamento elettrico della funzione di laminazione, con il lato incollato rivolto verso l'alto, allineato con il lato anteriore del campione 2. Impostare la temperatura del modulo di riscaldamento elettrico e avviare il dispositivo di pressatura a caldo- per pressare insieme il campione 1 e il campione 2.
(8) Installazione del campione: prendere il campione laminato dal dispositivo adesivo, posizionare un'estremità del campione 2 nella fessura fissa del peel tester e bloccare l'altra estremità del campione 1 con il dispositivo di trazione.
(9) Test di distacco: come mostrato nella Figura 4, utilizzare un angolo di distacco di 150 gradi e una velocità di prova di 600 mm/s con il dispositivo di trazione. Registrare la curva della forza di distacco e determinare la modalità di guasto (guasto della fibra della carta o guasto dell'interfaccia della colla).
Figura 4 Test di distacco del pacchetto di sigarette
04/ Principali innovazioni tecnologiche
Questo dispositivo ha raggiunto progressi tecnologici nelle seguenti tre aree:
(1) Progettazione integrata: integrando i tre moduli funzionali principali-raschiatura, laminazione e laminazione della colla-in un'unica base, standardizza l'intero processo negli esperimenti sulle prestazioni dell'adesivo, tra cui l'applicazione della colla, il livellamento dello strato adesivo, il trasferimento della colla e la laminazione, eliminando gli errori tra i passaggi.
(2) Controllo preciso dei parametri: il meccanismo di raschiamento garantisce che lo strato adesivo abbia uno spessore uniforme (errore inferiore o uguale a 0,01 mm); il meccanismo di rotolamento, azionato da un servosistema, controlla i rulli per trasferire l'adesivo a velocità e pressione costanti, con una precisione di velocità di ±0,1 mm/s e una precisione di pressione di ±0,5 N; il meccanismo di laminazione può regolare con precisione la pressione di laminazione (±1N), la temperatura (±1 grado) e il tempo (±0,1 s), simulando accuratamente le condizioni di produzione effettive.
(3) Operazione standardizzata: tutte le operazioni vengono impostate tramite un'interfaccia uomo-macchina e, dopo un-clic di avvio, l'intero processo viene completato automaticamente. Ciò elimina completamente i difetti causati dal funzionamento manuale, come quantità di colla imprecisa, applicazione non uniforme, carta disallineata o pressione insufficiente, garantendo la ripetibilità e la comparabilità dei risultati del test. Il confronto tra il processo di test prima-e-dopo è mostrato nella Figura 5.
Figura 5 Confronto del processo di rilevamento prima e dopo il miglioramento
Effetti tecnici e analisi dei dati
01/ Analisi del miglioramento dell'efficienza
Dopo numerose verifiche su computer-e test effettivi, questo dispositivo ha ottenuto miglioramenti significativi nell'efficienza di rilevamento. Il tempo totale per un singolo rilevamento è diminuito da 2.057 secondi utilizzando i metodi manuali tradizionali a 442 secondi, con un aumento dell'efficienza lavorativa del 365,38%. Il tasso di successo dell'intero processo di rilevamento ha raggiunto il 100% e il tasso di ri-ispezione è sceso dal 50% a 0, riducendo notevolmente l'intensità del lavoro per gli operatori.
02/ Precisione e affidabilità del rilevamento
Feedback dei clienti: "Il design di questo dispositivo è scientifico e ragionevole, facile da usare, altamente preciso e stabile. Supera efficacemente i ritardi e le deviazioni dei dati riscontrati nei precedenti metodi di test manuali, fornendo un forte supporto tecnico per migliorare il nostro controllo sulla qualità adesiva della carta da imballaggio."
03/ Miglioramenti della sicurezza
I test manuali tradizionali utilizzano apparecchiature di riscaldamento come termosigillatrici, che comportano rischi di ustioni e pericoli elettrici. Questo dispositivo integra il modulo riscaldante in una struttura composita chiusa, utilizzando l'isolamento termico e il controllo automatico della temperatura. Gli operatori non hanno bisogno di toccare-parti ad alta temperatura, eliminando completamente il rischio di ustioni.
Benefici sociali e valore applicativo
01/ Benefici economici diretti
Prevedendo in anticipo le prestazioni adesive della carta, questo dispositivo riduce efficacemente gli sprechi e le rilavorazioni nella produzione degli imballaggi. Si stima che, se applicato su vasta scala in tutto il settore, il tasso di scarto dei pacchetti di sigarette finiti a causa di problemi di adesivi potrebbe essere ridotto da una media del 5,7% a meno del 2%. Allo stesso tempo, la migliore efficienza di rilevamento può far risparmiare notevolmente sui costi di manodopera, riducendo i costi di manodopera per rilevamento di circa l'80%.
02/ Leadership tecnologica
Il funzionamento standardizzato di questo dispositivo può misurare le prestazioni adesive di diversi tipi di colla e vagliare in modo efficiente formulazioni adatte per carta per pacchetti di sigarette, inchiostri e processi di rivestimento. Ciò accorcia il ciclo di ricerca e sviluppo per la selezione della colla e il miglioramento della formula, affrontando con precisione i problemi pratici nella produzione dei pacchetti di sigarette come la delaminazione, il distacco, il traboccamento della colla e l'adesione, e stabilisce un sistema di valutazione della compatibilità tra colla e carta del pacchetto di sigarette.
03/ Sinergia di filiera
Il progetto adotta un approccio congiunto a monte e a valle della catena industriale, integrando le risorse tecniche, di talento e di attrezzature delle imprese di ricerca e sviluppo sulla colla a monte, della stampa intermedia di pacchetti di sigarette e delle imprese di produzione di imballaggi di sigarette a valle. Ciò rompe le barriere informative e tecnologiche tra ciascun collegamento, formando un sistema di ottimizzazione tecnica-della catena completa, dalle materie prime ai prodotti finiti, promuovendo il settore dell'imballaggio delle sigarette verso una maggiore efficienza, precisione e intelligenza e migliorando la competitività di base del settore.
04/ Contributo alla standardizzazione industriale
Questo progetto ha sviluppato con successo il primo dispositivo cinese per testare le prestazioni adesive della carta da imballaggio, ottenendo una prima assoluta nel settore. Per soddisfare le specifiche tecniche unificate richieste da diverse aziende e istituti di prova, il team del progetto ha standardizzato i risultati della ricerca, promuovendo il progresso tecnico e il miglioramento della qualità dei cartoni pieghevoli e delle materie prime (carta) nel settore dell'imballaggio e della stampa e migliorando il coordinamento delle risorse e le capacità di innovazione tra le imprese a monte e a valle.
In futuro, il gruppo di ricerca continuerà a ottimizzare l'intelligenza del dispositivo, sviluppando un sistema di valutazione automatico basato sulla visione artificiale, ottenendo un rilevamento completamente senza operatore delle prestazioni adesive, esplorando al contempo le applicazioni del dispositivo per testare le proprietà adesive di altri materiali di imballaggio (come plastica e fogli metallici), apportando maggiori contributi all'innovazione nella tecnologia di test della qualità degli imballaggi.