戴宏民
(重庆工商大学,重庆 400020)
[摘要] 文章在综述世界包装机械的发展趋势后,分析了我国存在的差距,并提出我国应大力
发展技术含量高、市场需求量大的包装机械的五大战略。
关键词:包装机械;市场需求;技术含量;发展战略
中图分类号:T B486 文献标识码:B 文章编号:1001-3563(2003)03-0005-05
收稿日期:2003203218
基金项目:国家862计划资助项目(2001AA412200)
作者简介:戴宏民(1939-),男,浙江奉化人,重庆工商大学教授,主要研究方向为包装工程及绿色包装。
Study of China ’s Development Strategies of P ackage Mechanism
DAI Hong 2min
(Chongqing University of C ommerce and Industry ,Chongqing 400020,China )
Abstract :The w orld ’s developing trend of package mechanism was introduced .The gap from w orld ’s standard was analyzed and five strategies were put forward that we should develop the package mechanism of high technology content snd large market demand.
K ey w ords :Package mechanism ;Market demand ;T echnology content ;Developing strategy
包装机械为包装工业提供装备机械,影响着各类包装制品工业的技术水平和产品档次,制约着包装工业的发展和速度。我国包装机械行业在上世纪90年代后由于包装制品工业发展的需要而出现了高速度发展,年平均增长率为30%[1],但由于起步迟,起点低,规模小,我国包装机械总体水平要比发达国家落后20年
[1]
;国内目前需求量的
60%～70%,尤其是技术含量高的成套装备依赖进口。相
对于包装制品工业,包装机械是我国包装工业的弱势。“入世”后,世界包装强国会凭借其集中的资本,优势的开发创新能力在我国降低关税后大举进入我国的包装机械市场,如无强有力的对策,我国包装工业的制高点可能为世界包装强国的国际资本所控制。
为此,我们必须分析国际包装机械的发展趋势,找出我国的差距,研究发展对策,高度重视发展我国的包装机械工业。
1 世界包装机械的发展趋势
1.1 自动化程度不断提高
提高自动化程度是包装机械发展最重要的趋势。品种和产量均居世界之首的美国十分重视包装机械与计算机紧密结合,实现机电一体化控制,将自动化操作程序、数据收集系统、自动检验系统更多应用于包装机械之中。日本则长于微电子技术,用以控制包装机械,有效的促进了无人操作和自动化程度的提高。在计量、制造和技术性能等方面居于世界领先地位的德国也高度重视提高自动化程度。几年前,德国包装机械系统设计时,自动化技术在整个系统操作及运行中还只占30%,现在已占到50%以上,其自动化设计有以下两个主要特点:
a.每个机械手均由单独电脑控制。一台包装机械为完
成复杂的包装动作,需由多个机械手完成。完成包装动作时,在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下,机械手按其发出的指令完成规定的动作,确保包装质量;
b.具有对材质及厚度的高分辨能力。在包装过程中,
包装材料的厚度及材质变化不易为人眼所辨别,所以在包装机械上采用由电脑控制的摄像机和探测器来分辨包装材料厚度及对材质的变化,并在显示屏上显示,同时机器根据分辨后材料的变化改变有关参数及转数,控制在最优状态下工作。
1.2 高生产率,高可靠性
提高生产率的一个重要途径是提高转速,但提高机器转速是一个复杂问题;速度越高,单件生产成本越低,可厂房使用面积也随之提高,故障率也随之提高,反会使效率降低,因此应寻求两者最优结合点;机器转速提高对其它元件的材质、可靠性、性能及寿命也要产生相关影响,一般而言,提高转速15%～20%就会带来一系列复杂问题;何况电动机转速也是有限度的,不能想多快就多快。
除了提高转速外,提高生产率还可从另外的渠道设法解决。
a.采用连续式工作,或多工位多头工作方式。包装机械工作方式有间歇式和连续式两类,在设计时应想法使其能连续工作,以提高生产率;一台设备内也可设计多工位或多条生产线生产,生产同一产品或不同规格的系列产品,但必须提高可靠性。意大利生产小剂量颗粒包装机采用机械转鼓式计量,连续式封合并裁切,一机多工位,包装速度可达120袋/min;
b.降低废品率,提供故障分析系统。废品给生产造成的损失是最大的,不仅是产品损失,也有材料损失,因此要尽最大力量减少废品损失;包装机械上还应设置为维修服务的故障分析系统,即进行模态分析寻找故障,或通过Inter 网进行远程诊断,最大满足客户需求。今后包装机械还将进一步智能化,即设备自己寻找故障,自己去解决故障。降低了废品率及故障率,就有效保障了生产率提高;
c.使产品机械与包装机械一体化。许多产品要求生产之尾接着就进行包装,这样也有利提高产品的生产率,如德国生产的巧克力生产设备及包装设备就由一个系统控制完成。两者一体化的关键是要解决好在生产率上相互匹配,往往是包装机械成为生产的瓶颈,因此要提供生产率能匹配的两类设备。
包装机械强国还十分注重提高包装机械的可靠性和稳定性,首先是制定产品可靠性标准和加工规范,在生产中严格执行;并切实抓好机、电、气、液等配套基础件的加工质量。包装机械的可靠性是产品质量和产品寿命的一项重要指标,基础元件的可靠性和质量是整机可靠性和质量的重要保障。
1.3 好的柔性和灵活性
随着市场竞争日益加剧,产品更新换代的周期已越来越短,如化装品生产,三年一变,甚至一个季度一变,生产量又都很大,因此要求包装机械具有好的柔性和灵活性,使包装机械的寿命远大于产品的寿命周期,这样才能符合经济性要求。许多专家预测,多用途、高效率、简洁化、组合化、可移动、更小型、更加柔性和灵活性将是未来包装机械发展的重要趋势。为使包装机械具有好的柔性和灵活性,更要求提高自动化程度,大量采用微电脑技术,模块化技术和单元组合形式。为适应包装产品品种和包装类型的变化,包装机械设备的柔性和灵活性常表现在以下3个方面:
a.量的灵活性。即能包装单个产品,也能适应不同批量产品的包装;
b.构造的灵活性。整台设备采用单元组成,换用一个或几个单元,即可适应产品变化;
c.供货的灵活性。采用单元结合,将各单元组合在一起,如糖果包装机,在一个共同基础上,组合不同的单元,有三个进料口,四种不同的折叠包装形式,这样一台机器就可同时包装8～10种不同的糖果,由多个机械手操作,在一台摄像机的监控下,指挥其动作,要包装哪种糖果就可取哪种进行包装;产品改变了,只要改变摄像机内的程序即可,从而使设备具有好的柔性和灵活性;
d.轻型小型化。进入21世纪,电子、电脑、激光、机械手、机器人等高新科技广泛使用,可以将目前重型、刚性和专用的包装生产线转化为效用强大、快速、柔性强、小型化的包装生产设备,并能高度灵活的对多种类型和尺寸的包装进行充填、裹包和封口等工作。
1.4 注重成套性和配套性
包装机械设备的成套性和配套性关系到包装机械的功能能否全部发挥,只重视主机生产,而不考虑配套设备完整,将使包装机械应有的功能不能发挥出来。因此开发配套设备,使主机的功能得到最大的扩张,是提高设备的市场竞争力和经济性至关重要的因素。
德国的包装机械设计,重视根据用户需求,为生产企业提供全面考虑结构性及经济性的完整系统方案,并用计算机仿真技术演示操作给用户看,征求意见后进行修改。在为用户提供生产自动线或生产流水线设备时注重成套完整性,无论是高技术附加值还是较简单的设备门类,都按配套性要求提供。
德国包装机械厂家也将提供成套设备作为自己的努力目标。如一条饮料灌装线,有200多个微电脑件,有许多管线、显示屏,有100多种控制各种包装动作的软件程序,为满足1200瓶/h的生产率还须有两条线工作,因此整个饮料灌装线的生产约需占半个足球场的面积,他们要求所有这些设备均能在一个厂家或公司系统内完成,以能将完整的全套设备提供给用户。
1.5 广泛采用先进的设计方法和技术世界包装机械强国为适应市场不断变化的要求,努力提高设计质量,缩短设计周期,广泛采用了先进的设计方法和设计技术。
先进的设计方法有优化设计,可靠性设计,工业造型设计和并行设计(并行工程)等。先进的设计技术,已普遍采用的有计算机辅助设计(C AD),即国内称为“甩图板工程”;正在推广应用的是计算机仿真设计技术。
为使新产品开发速度不断加快,德国包装机械设计已普遍采用了计算机仿真技术,即将各种机器元素以数据库存入计算机,把图纸数字化后输入计算机,计算机即可自动合成为三维模型。再把实际生产时的数据和指标输进去,把各种可能发生的故障输进去,计算机三维模型即可依照真实工作情况进行操作,演示出能达到的生产率是多少?废品有多少?生产线各环节是否能匹配生产,瓶颈在何处?使客户根据显示屏上显示的图象和曲线一目了然,并可根据客户的意见修改模型。计算机合成速度很快,因此修改工作迅速方便,直到使客户或设计者满意。采用计算机仿真设计技术,大大缩短了包装机械的开发设计周期。
包装机械设计不仅要重视其功能和效率,也要注重其经济性。但是经济性不完全是机械设备本身的成本,更重要的是运转成本,因为设备折旧费只占成本的6%～8%[2],其它的就是运转成本。
2 我国包装机械存在的差距
和世界包装机械强国比较,我国总体水平差距为20年,具体表现在以下几个主要方面。
2.1 数量和品种方面
据世界包装机械协会总会(C OPAM A)统计,1997年全球的包装机械销售额为180亿美元[1],1998年我国包装机械产值仅为11亿美元;目前国外能生产的包装机械达6000多个品种,我国约能生产3000种[4];我国食品包装率仅为5%,而美国、日本、欧洲普遍使用机械包装,食品包装率分别高达90%,80%和70%左右。因此无论从数量、品种还是包装率上看,我国包装机械的产需矛盾大,主要依赖进口解决。据市场对包装机械市场预测,目前全球包装机械需求年增长率在5.3%左右,预计到2000年将达到290亿美元[4],市场需求巨大,而其中又以我国和印度需求增长最快。如不采取有力的发展对策,我国包装机械市场产需矛盾将进一步扩大,在更大程度上依赖国外进口。
2.2 质量和技术含量方面
与发达国家比较,我国包装机械总体的落后水平主要表现在质量和技术方面。目前总体的生产状况是结构简单、技术含量低的产品多,高技术附加值、高生产率的产品少;通用机械多,特殊要求、特殊物料加工及包装机械少;单机多,成套流水线少,完整的配套性尤差;重生产加工,轻研究开发,自主开发的创新产品很少[3]。
由于企业规模多数偏小,资金短缺,技术含量高的产品生产很少有人问津。高技术的大型设备,如宽幅高速瓦楞纸箱生产线、无菌包装大型高速饮料灌装机、多功能信息贴标机、组合电子称均需依赖进口。
由于我国许多包装机械尚未制定产品可靠性标准,有些有标准也定得过低,机、电、液、气基础元器件性能不稳定,从而影响了生产的包装机械的可靠性差、寿命短,严重影响了产品质量。
因此,在我国包装机械产品中,目前仅有5%左右能够达到发达国家90年代初期的水平,有20%的产品仅能和国外80年代的产品相比,其余60%左右仅能达到国外70年代的水平。
2.3 出口创汇方面
由于世界包装市场巨大,对包装机械需求量大,在4大包装机械强国中,包装机械的出口额占总产值的比重都很大。而据1998年统计资料,我国包装机械出口0.45亿美元,仅约占当年总产值的4%左右。
我国出口的包装机械产品技术附加值低,多为低水平耗材产品,而发达国家出口产品多为高技术含量的成套生产线设备,这也是我国的一大明显差距。
3 我国包装机械的发展对策
3.1 实施“振兴包装机械装备制造业”战略
a.从市场需求看,随着世界商品经济日益繁荣,世界包装市场巨大,仅我国在“入世”后预测,2010年G DP将比2000年翻一番,达到20000亿美元,相应的包装市场规模至少会达到5000到6000亿人民币,从而对包装机械的市场需求量巨大。据专家预测,全球包装机械需求年增长率为5. 3%左右,2005年将达到290亿美元,2010年接近400亿美元,而其中中国和印度将占有最大的份额。因此对包装机械市场的需求,国内、国际两个市场都是巨大的;
b.我国要成为“制造强国”,则要经过几代人前仆后继,数亿人的奋发努力。目前按工业增加值看,1998年我国制造业已位居美国、日本、德国之后,居世界第4位[5],现在又提出向“制造强国”的目标奋斗。从制造大国向制造强国跨越,关键是提高制造能力的核心———装备制造能力。制造业主要由轻工纺织制造、资源加工工业和机械电子制造业三大部分组成,而后者即装备制造业,通常可以机械电子制造业在制造业中所占比重来衡量是否是制造强国,以1996年为例,美国为41.9%、日本为43.63%、德国为46.4%、法国为39.63%、英国为37.33%、韩国为45.3%。而我国在2001年统计,机械电子制造业仅占34.16%,轻纺制造占30.58%,资源加工工业占33.93%,整个制造业呈轻型化状态。包装机械业在机械电子制造业中占有一定的比重,以美国为例,除发电设备、冶金石化设备和汽车生产装备等重型装备外,包装机械占整个装备制造业1.2%[1]。因此大力发展包装机械业,提高装备制造业在制造业中的比重,是我国实现“制造强国”奋斗目标所必需的;
c.从包装行业的发展看20年来,我国包装工业实现了跨越式发展,一直以高于18%的年平均速度递增,2001年总产值达到2376亿元,正逐步跻身“包装大国”。但从行业内部看,制品工业发展快,而包括包装机械和包装原材料的包装基础工业相对发展迟缓,成了我国包装工业的弱势,为了改变依赖外国的现状,占住自己包装工业的制高点,使包装工业能自主发展,则也必须大力发展包装机械业。
3.2 对包装机械企业集约整合,实施“联合发展”战略
我国包装机械企业多属中小型企业,分散、规模小、生产集中度低是其明显的弱点,据统计,仅食品包装机械制造企业有6000多家,其中2000多家不够稳定,产值及销售额超过亿元的仅有十几家,年销售额超过3000万元的企业也仅有50家,其总销售额只有80亿元,生产集中度只有20. 66%[4]。包装产品、包装机械在市场上的竞争取决于成本、质量和交货时间三要素,而这一般是要依靠加大投入,进行技术改造才能得以实现,没有一定经济规模的企业是难以做到的。“小而全”是没有出路的,只有通过集约整合,走“联合发展”的路,才能使我国包装机械行业发展壮大,在国际国内市场上才能具有竞争力,这是我国发展包装机械这一新兴产业的重要前提。
实施“联合发展”战略,要和企业内部改革相结合。我国现有包装机械企业大多是国有企业,在市场竞争环境下,国有独资企业做不到产权明晰和政企分开就很难搞好,因此必须按现代企业制度运作,逐步向投资多元化过渡,建成具有规模的股份制公司。
实施“联合发展”战略,还要和加快“请进来”和“走出去”步伐相结合。要发展高技术含量、高档次的包装机械,须抓紧“入世”机遇,主动引进、消化和吸收新技术,选择一些有基础的地区或国内龙头企业,和包装机械集团建立一些股份制的大集团,带动国内包装机械工业发展。同时要继续加强对外出口,对不同类的地区出口不同档次,为当地市场所需要的包装机械,不断扩大市场占有份额,努力使包装机械成为我国的一个外向型创汇产品。实施“联合发展”战略,也要重视在公司或集团内部实行专业化分工。国内外实践表明,专业化分工是采用专业化技术,不断改进提高产品质量,不断提高产品技术含量的重要条件。3.3 实施“夯实技术基础”战略
包装机械是集许多高新技术为一体的高技术含量机械,美、日、德、意等国家积极引进各个领域的新技术,不断开发出新的包装机械品种,因此我国包装机械制造企业、研究院所、高等学校必须对这些包装机械的基础技术和技术标准加强研究,夯实技术基础。
3.3.1 包装机械基础技术
a.机电一体化技术。目标是提高包装机械的自动化程度及运行可靠性和稳定性;
b.微电脑应用技术。将微机控制、检测、补偿、调整、显示等技术应用于包装机械完成动作的控制和监视,提高包装机械运行的可靠性和智能化程度;
c.热管技术。用以提高包装机械封口的质量,可靠性及对材料的适应性,节约能源;
d.基础配套技术。配套的电气液压元件、专用泵、阀产品、传感器、光电转换元件、电机、电器及液压控制元件的质量保证技术;以及各种在线或离线的检测设备,如异物检测、重量复核、金属检测、真空度检测等设备、技术的开发;
e.现代设计技术。包括计算机辅助设计(C AD)、计算机仿真设计、优化设计、可靠性设计、工业造型设计以及并行设计等技术,不断提高包装机械的设计水平;
f.模块化技术。采用模块化设计,提高包装生产线的柔性及生产系统的操作水平;
g.现代制造技术。大力推广应用C AD/C AM技术,提高工艺水平、材料表面处理、质量检测以及材料适应性等技术。
3.3.2 包装机械标准
高质量的包装机械必须制定高质量的各项标准,标准要与国际标准接轨,包括产品技术性能标准、产品可靠性标准、产品环境性能标准、产品加工及检测规范;包装机械企业则要根据国际标准的要求,努力通过质量保证体系IS O9000和环境管理体系IS O14000的认证。如此才能获得国际通行证,才能提高市场竞争力。
3.4 实施“拳头产品”战略
发展包装机械,必须深入市场调研,了解国内外市场需求和包装机械的发展动态,行业协会应制定指导性的包装机械重点产品发展计划,实施“拳头产品”战略。工业发达国家已有这方面成功的经验:美国以机电一体化的包装机械见长,尤长于瓦楞纸(板)箱加工机械;德国则以计量包装机械领先于世界,而日本擅长于应用微电子技术于包装机的控制之中。
制定包装产品重点发展计划要考虑三方面因素:
a.市场需求。国内外市场对包装机械有不同类型、不同档次、不同先进程度、不同经济承受力的需求,必须深入掌握各地市场需求量后,制定重点产品发展计划,方能做到适销对路;
b.符合世界包装机械发展趋势。世界包装机械总的趋势是提高自动化、提高生产率、提高柔性灵活性、技术含量和先进程度不断提高,制定我国包装机械“拳头产品”发展战略时,必须重点考虑到这种趋势,尤其是大的工业集团、研发机构更要将此作为目标;
c.考虑新包装材料的需要。包装在繁荣商品市场经济中有其独特的功效,其中一个重要因素是包装材料不断的创新,随之引起包装结构、档次、花色、品种不断的翻新变化。包装材料变化也要引起包装机械变化,包装机械针对特定物料、特定材料设计更能提高基经济效益。美国包装机械业的一大特点是与包装材料相结合,与包装材料一起进行系统化销售,他们根据包装材料开发新产品,保证技术领先,同时在获得了强大的资本后盾后,有了投入的主体,就能不断开发创新。这一点也是我国在制定发展计划或战略时要充分吸取的。
根据有关部门调研的意见,以下产品可供制定包装机械发展计划或战略时的参考:
a.农产品深加工包装机械。国家经贸委2002年提出,为解决“三农”问题大计,需要大力发展农产品深加工的包装机械或加工、包装一体化机械;
b.包装制品及包装容器加工机械。包括多层宽幅高强度瓦楞纸板及纸箱加工设备;纸浆模塑成型机械;金属罐(钢质三片和二片罐)包装容器加工设备;塑料中空容器加工设备及模具设计制造技术,PET制瓶系统;10组、12组、双滴微机控制玻璃成型设备,轻量瓶生产加工设备;
c.直接包装机械。有啤酒、饮料成套设备,性能上要高速度、低损耗、计量精确、自动检测、压盖贴标的全自动大型化成套设备,规模上重点发展5万吨/年和10万吨/年两种;真空、换气包装设备及装置,重点是1～10kg袋容量和连续式的真空包装设备以及气体按比例充入袋内的高效换气包装设备;无菌液体、半液体食品包装设备;中袋、多列、高速制袋2充填2封口包装机械,开发集容器成型2充填2封口和真空、无菌技术为一体的多功能包装机械;裹包、封口包装机,包括收缩、拉伸、扭结、折叠、缠绕、裹包机械及高频热合、脉冲、电磁感应、激光、冷封、超声波及热空气封口等设备;果蔬、日用百货、工业材料等多种形式捆扎机械;
d.包装印刷机械。高速多色平印机;柔性版印刷设备;柔性版印刷与印后加工(上漆、烫金、模切、压痕等)联合机组;柔性版印刷与胶印、丝网印刷联合机组。
3.5 大力倡导技术创新,实施“集成创新”战略
制造业竞争力的关键是技术创新能力,我国包装机械作为新兴产业,要立足于世界包装机械之林更应重视创新,没有自主产权的品牌,没有自己知识产权的专利,新兴产业是发展不起来的。要提倡技术创新需要抓好三个环节,一是人才,二是投入,三是策略。
人才须从培养抓起,培养人才必须重视能力培养,即学习能力、协调能力、创新意识与能力和职业技能的培养;同时还需造就一个环境或文化,德国企业十分重视企业文化,尊重人才、尊重工程师、重质量、重信誉,形成了优秀的风尚,从而使德国产品走向世界,享有很高的声誉。
投入是创新的重要前提,工业强国的成功经验表明:企业用于研究开发的投资占销售额的1%,企业难以生存,占2%可勉强维持,占5%才有竞争力,而我国许多包装机械企业平均水平不足1%,因此生产出的产品很难有创新和竞争力[1]。
创新策略除了引进创新策略,模仿与突破相结合的创新策略外,更重要的是集成创新策略。所谓集成创新,系指在市场需求的驱动下,人们将已获取的新知识、新技术创造性地集成起来,以系统集成的方式创造出新产品、新工艺和新技术,从而满足不断发展的需求。集成创新是一种风险小、成本低、周期短,却具有重大商业价值的创新方式,可以成为实现技术跨越的突破口。运载火箭、波音747飞机、家用电器、加工中心等大多是实现集成创新的产物[5]。
我国要实现包装机械技术创新,应当借重集成创新这个好的思想方法和创新策略,并将之上升为理论和战略,在努力紧跟世界包装机械发展的总趋势,抓好技术基础的基础上,将一些已有的新技术,如微波技术、航天工业的热管技术、磁性技术、微电子控制技术、信息处理技术、光电及化学的传感技术、激光切割技术、新材料技术、生物技术引进到包装机械中来,不断开发出技术含量高、性能好、技术先进的新产品。
[参考文献]
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[5] 路甬祥.团结奋斗、开拓创新、建设制造强国[J].中国机械工
程,2002,23.下载本文
