CC BY
105
Pukhova Ekaterina Aleksandrovna, senior lecturer, ea.puhova@mail.ru, Russia, Moscow, Moscow State University of Printing of Ivan Fyodorov
УДК 621.798.34
ПРОГРАММА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА ФАСОВОЧНО-УПАКОВОЧНЫХ АВТОМАТОВ ДЛЯ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ
И.А. Савенкова
Представлен алгоритм работы компьютерной программы автоматизированного выбора фасовочно-упаковочных автоматов для сыпучих продуктов в мягкую тару. Данная программа содержит все необходимые базы данных и позволяет выбрать оптимальный дозатор и упаковочный материал для продукта. Выбор осуществляется на основе функционально-стоимостного и критериального анализов.
Ключевые слова: компьютерная программа, фасовочно-упаковочный автомат, сыпучий продукт, критериальный анализ, упаковочный материал.
За прошедшее время на рынке упаковочных машин появилось огромное количество западных и отечественных образцов упаковочной техники, в том числе и фасовочно-упаковочных автоматов для сыпучих продуктов (ФУА). Но на сегодняшний день в России отсутствует единая система классификации, увязывающая особенности сыпучего продукта, упаковочного материала и конструктивное исполнение фасовочноупаковочного автомата [1].
Для выполнения данной задачи была подробно исследована технологическая цепочка: сыпучий продукт - упаковочный материал - дозатор сыпучего продукта - фасовочно-упаковочный автомат. По этим параметрам были составлены классифицированные банки данных, оптимизированные для работы компьютерной программы выбора ФУА. По итогам исследования была написана компьютерная программа автоматизированного выбора оптимального ФУА [2].
Все сыпучие продукты по своим свойствам были разбиты на группы, для которых были выбраны согласно их гранулометрическому составу оптимальные дозаторы. Упаковочный материал подбирался для каждого
продукта индивидуально с учетом биохимических свойств сыпучего продукта. Для фасовочно-упаковочных автоматов, представленных на российском рынке, были определены важнейшие характеристики методом функционально-стоимостного анализа [2].
На первом этапе анализа были выявлены 33 параметра для оценки фасовочно-упаковочных автоматов, характеризующие их по экономическим, экономико-организационным, техническим и дополнительным показателям [3].
На втором этапе был установлен приоритет выявленных характеристик и отсеяны незначительные из них. Для решения поставленной задачи использовалось мнение 7 экспертов, непосредственно связанных с упаковочной отраслью [3].
С точки зрения экспертов, наиболее значимыми параметрами для ФУА являются:
I. Характеристики, связанные с упаковываемым продуктом:
1. Разнообразие видов фасуемых продуктов;
2. Время переналадки оборудования с одного продукта на другой;
3. Точность дозировки (отклонение дозирования).
II. Технические:
1. Производительность с продуктом;
2. Потребляемая электрическая мощность оборудования;
III. Характеристики, связанные с упаковочным материалом (пленкой) и пакетом:
1. Разнообразие типов пакетов;
2. Тип сварки.
IV. Экономико-организационные:
1. Срок окупаемости оборудования.
V. Дополнительные:
1. Наличие системы защиты обслуживающего персонала во время работы оборудования (предохранители и т.п.);
2. Наличие дополнительного оборудования (счетчики, нагреватели, индикаторы, муфты, термопринтер для нанесения информации на пакет);
3. Наличие системы управления (предохранительные выключатели, программируемые контроллеры или компьютеры).
Эти характеристики легли в основу классифицированного банка данных ФУА.
В ходе работы были составлены следующие банки данных по параметрам взаимодействующих пар:
1. Классифицированный банк данных типовых сыпучих гранулированных продуктов (взаимодействующие пары: продукт - дозатор и продукт - упаковочный материал). Содержит информацию о 158 продуктах.
2. Классифицированный банк данных дозаторов фасовочноупаковочных автоматов (взаимодействующие пары: дозатор - продукт и
дозатор - ФУА). Содержит информацию о 146 упаковочных материалах.
3. Классифицированный банк данных упаковочных материалов для сыпучих продуктов (взаимодействующие пары: упаковочный материал -ФУА и упаковочный материал - продукт). Содержит информацию о 158 продуктах.
4. Классифицированный банк данных фасовочно-упаковочных автоматов (взаимодействующие пары: ФУА - дозатор и ФУА - упаковочный материал). Содержит информацию о 254 автоматах 37 фирм.
Необходимость хранения и быстрой обработки больших объемов информации, содержащихся в четырех классифицированных банках данных, и учет одновременно множества параметров выбора ФУА послужили главными причинами создания компьютерной программы выбора ФУА [4].
Данная программа была написана на объектно-ориентированном языке программирования JavaScript + HTML и работает с текстовыми банками данных. При помощи языка HTML создано ее графическое оформление и удобный для пользователя интерфейс [5].
Для работы с классифицированными банками данных использованы подпрограммы, написанные на объектно-ориентированном языке программирования Java [6]. Данные подпрограммы выполняют самые различные функции: они своевременно обращаются к классифицированным банкам данных, запрашивают из них необходимую информацию, анализируют ее заданным способом и выводят результаты на экран. Так же Java-приложения анализируют данные, вводимые пользователем с клавиатуры, и производят все необходимые расчеты по формулам, внесенным в алгоритм программы.
Рассмотрим алгоритм работы программы на примере выбора автомата для кофе в зернах.
На первом этапе пользователь выбирает из базы данных необходимый сыпучий продукт (кофе в зернах), программа самостоятельно анализирует гранулометрические и физико-химические свойства продукта и рекомендует для него подходящие дозаторы и упаковочные материалы (рис. 1).
Пользователь выбирает из предложенных оптимальных вариантов наиболее подходящий тип дозатора (например, объемный дисковый (ста-канчиковый) дозатор) и марку упаковочного материала (например, PET/Al/PE), задает массу дозы (200 г) и точность дозирования (0-0,5%) (рис. 2).
Далее пользователь вводит необходимую толщину упаковочного материала (например, 70 мкм), задает тип пакета (пакет с плоским дном «гассет»), коэффициент его заполнения (0,8), количество пакетоформирующих ручьев (1) и производительность (50-100 пак/мин).
1З2
Рис. 1. Диалоговое окно №1 программы оптимального выбора ФУА
Рис. 2. Диалоговое окно №2 программы оптимального выбора ФУА
Программа автоматически рассчитывает (рис. 3):
3
1. Объем массы дозы: Уд =357 см .
2. Объем пакета: Уп =446,25 см3 (при Кз = 0,8).
3. Длину пакета (при ширине Ь=10 см, высоте h=3 см и величине припусков с=1,5 см): 1=15 см.
4. Длину развертки пакета = 0,29 м.
5. Ширину развертки пакета (ширина, рулона) = 0,24 м [7].
Рис. 3. Диалоговое окно №4 программы оптимального выбора ФУА
В итоге на первом этапе работы программы автоматически формируется список фасовочно-упаковочных автоматов, соответствующих условиям пользователя и определенных методом функционально-стоимостного анализа, как наиболее оптимальных для упаковки, например, зернового кофе:
1) машина ОМАГ CS фирмы OMAG с объемным стаканчиковым дозатором;
2) машина АР-И3 фирмы «Инженер» с объемным стаканчиковым дозатором;
3) машина Бестром-202 фирмы «Бестром» с объемным стаканчиковым дозатором.
Однако для выбора наиболее эффективного процесса дозирования и фасовки автоматы необходимо дополнительно технологически сравнить.
На втором этапе данная задача автоматически осуществляется программой при помощи метода критериального анализа.
Теория критериального анализа учитывает так называемые «возмущающие факторы» процесса, его недостатки и погрешности, к которым можно отнести стук, вибрацию, удары, толчки, пульсацию, сложность процесса, иногда осуществляемого по сложным пространственным траек-
ториям центров масс объектов обработки, нарушение товарного вида изделий и многое другое. Это можно функционально классифицировать и реализовать в виде специальных критериев синтеза Ку и соответствующих им «критериальных индексов» у (с, д, ц, п, тд, эп) [8]:
1) с - сложности элементов траекторий центров масс объектов дозирования (гранул продукта массой во времени. Сложностью элемента траектории принято обозначать любую плавную линию, отличную от прямой.
2) д - динамичность элементов траекторий центров масс объектов дозирования (гранул продукта массой ш}) во времени. Здесь учитываются элементы траекторий с резкими изменениями их направления под любым углом.
3) ц - характеризует непрерывность или цикличность всего процесса фасования (п/с 1.1., 1.2., 2.1., 2.2., 3.1., 3.2.), соотносящегося с циклом машины, и учитывает время холостого хода ^ из всего времени цикла машины.
4) п - учитывает количество технологических операций, выполняемых процессом дозирования.
5) тд - косвенным образом характеризует точность отмериваемых доз продукта.
6) эп - косвенным образом характеризует скорость перемещения гранул продукта из мерной емкости в тару.
7) твп - нарушение товарного вида продукта (гранул продукта массой ш}) в процессе дозирования - нарушение формы гранул продукта, смятие гранул, слипание продукта, а также царапины и нарушение целостности продукта.
В данной работе также были использованы коэффициенты весомости /, которые определяются по специальному аппарату ранжирования, разработанному проф. Панишевым В.Г. С их помощью получаются взвешенные суммы числовых значений критериальных индексов, необходимые при выборе оптимального процесса дозирования [8].
Числовые значения коэффициентов весомостей/, соответствующие
индексам, ]
с д ц п тд эп твп
/с /д /ц /п /тд /эп /твп
0,17 0,14 0,13 0,20 0,12 0,13 0,10
Программа запрашивает значения критериев из Базы данных дозаторов со значениями критериев для п/с 2.1 и п/с 2.2 для каждого автомата из списка, сформированного на первом этапе ее работы.
Затем программа автоматически строит в памяти матрицу решений,
135
с помощью которой определяет оптимальный процесс с минимальной взвешенной суммой числовых значений критериальных индексов (X А//*/ = тт). Наиболее оптимальным является автомат АР-И3 фирмы «Инженер».
Итогом второго этапа работы программы является список из трех наиболее оптимальных фасовочно-упаковочных автоматов, расставленных в порядке возрастания их взвешенных сумм числовых значений критериальных индексов (рис. 4):
1) машина АР-И3 фирмы «Инженер» X Ау*/ =3,22;
2) машина ОМАГ CS фирмы OMAG X Ау*/1 =4,03;
3) машина Бестром-202 фирмы «Бестром» X Ау*/ =5,83.
Рис. 4. Результат работы программы оптимального выбора ФУА
Далее пользователь может связаться с поставщиками данного оборудования для получения дополнительной информации (наличие на складе, цена, условия поставки и т.д.).
Работа является весьма актуальной, так как на данный момент в России не существует единой системы классификации фасовочноупаковочных автоматов, увязывающей особенности сыпучего продукта и конструктивные особенности фасовочно-упаковочного автомата.
Результаты исследования представляют несомненный интерес для широкого круга специалистов и будут практически использоваться при выборе оптимального фасовочного автомата для конкретного сыпучего продукта и упаковочного материала.
Компьютерная программа, написанная в результате выполнения оптимизации процесса выбора ФУА, очень удобна для предприятий малого и среднего бизнеса.
Список литературы
1. Панишев В. Упаковочная техника. Оценка мирового уровня, синтез новых инженерных решений // Тара и упаковка. 1994. №1. С.16-17.
2. Панишев, В. Критериальный анализ упаковочных машин // Тара и упаковка. 1995. №3. С.12-14.
3. Самарин Ю.Н., Синяк М. А. Технико-экономическая оценка и выбор фотонаборных автоматов для полиграфического производства: монография. Издательство МГУП. М.: МГУП, 2001. 166 с.
4. ГОСТ 23554.0-79 СУКП. Экспертные методы оценки качества промышленной продукции. Основные положения. Введ. 01.01.80. М.: Изд-во стандартов, 1979. 26 с.
5. Гончаров А.Ю. Web-дизайн: HTML, JavaScript и CSS/ А.Ю. Гончаров // Издательство АСТ. М.: АСТ, 2007. 320 с.
6. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2008. М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2007. 847 с.
7. Ефремов Н.Ф., Лемешко Т.В., Чуркин А.В. Конструирование и дизайн тары и упаковки: учебник для вузов/ под ред. Н.Ф. Ефремова. М.: МГУП, 2004. 424 с.
8. Панишев В.Г. Расчетный практикум по технологическому оборудованию на примере фасовочных машин: учеб. пособие. М.: МГУПП, 1991. 74 с.
Савенкова Ирина Александровна, аспирантка, ассистент, Россия, Москва, Московсковский государственный университет печати им. Ивана Федорова
THE COMPUTER PROGRAM OF SELECTION OF VERTICAL FORMING-, FILLING-AND SEALING MACHINES FOR PACKING DRY PRODUCTS
I.A. Savenkova
This article describes main work principles of computer program of selection of vertical forming-, filling- and sealing machines for packing dry products in soft package. This program contains all necessary databases and allows choosing optimal filler and packaging material for dry product. Selection fulfills by means of value analysis and criterial analysis method.
Key words: computer program, vertical forming-, filling- and sealing machine, dry product, criterial analysis, packaging material.
Savenkova Irina Aleksandrovna, post-graduate student, assistant, 89031936624@mail.ru, Russia, Moscow, Moskovskovsky state university of the press of a named of Ivan Fedorov
