秦玉超 方 超

（上海華源安徽錦輝制藥有限公司，安徽阜陽236018）

0 引言

隨著現(xiàn)代化工業(yè)時代的到來，智能設備逐漸出現(xiàn)在各個行業(yè)，包括制藥包裝領(lǐng)域。據(jù)美國包裝和處理技術(shù)協(xié)會的一份調(diào)研報告顯示，到2018年，自動包裝設備在制藥行業(yè)的應用率將突破70%。人工包裝已經(jīng)不能滿足我國復雜藥品包裝的統(tǒng)一和穩(wěn)定性需求，而自動化包裝設備優(yōu)勢突出，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。

隨著國家醫(yī)改政策的推進和塑瓶大輸液市場競爭的日趨白熱化，普通塑瓶大輸液的銷售價格呈逐年降低的趨勢，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，使用自動化設備，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年采購應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（以下簡稱為圓塑瓶）生產(chǎn)線的人工包裝改造為自動包裝的方案，并于2016年7月得到成功實施。

本文將結(jié)合此次改造經(jīng)驗，探討圓塑瓶自動包裝設備的設計與應用。

1 人工包裝的工藝流程及缺點

改造前，圓塑瓶生產(chǎn)車間分別有A、B兩條生產(chǎn)線，對稱分布，每條生產(chǎn)線產(chǎn)能為220瓶/min，每天生產(chǎn)18萬瓶左右。A、B兩條包裝線在一個包裝間內(nèi)，各自相對獨立，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

圓塑瓶立式貼標后，通過貼標輸瓶帶運至包裝輸瓶帶，同時圓塑瓶由立式變?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)場碼放整齊后運至半成品暫存區(qū)，印外箱三期后入庫。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備布置如圖1所示。

1.2 人工包裝的缺點

（1）用人多。A、B兩條包裝線4個班組，兩班兩運轉(zhuǎn)。單線各工位用人情況：開箱4人；裝箱封箱16人；運至半成品區(qū)及印外箱三期5人。每組共25人，4組共100人。（2）勞動強度大。人工開箱、裝箱勞動強度大，尤其是裝箱，長時間工作，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間后就不愿意再干了，給企業(yè)用人帶來很大的困難（3）外箱外觀質(zhì)量差。人工開箱封箱時用的是膠帶，不同的職工開箱封箱時粘貼的膠帶長短不一；人工印外箱三期，經(jīng)常有漏印、漏字或墨跡深淺粗細不一等現(xiàn)象，對外箱外觀質(zhì)量造成影響。

圖1 改造前A生產(chǎn)線的人工包裝設備布置圖

2 自動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，我司組織人員對制藥行業(yè)的自動化包裝設備進行了針對性調(diào)查和研究，對人工包裝及自動包裝方式進行了分析對比，結(jié)合實際包裝瓶型、場地、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包裝方式。自動包裝方案的工藝流程如圖2所示。

自動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備物料入口；開箱機將包裝箱打開并用膠帶封好下底，由機械手投放下紙墊并將包裝箱運送至自動裝箱工位待用；塑瓶輸送線將圓塑瓶輸送到裝箱整理機構(gòu)，經(jīng)整理機構(gòu)整理成一定的數(shù)量，然后由裝箱機械手從抓取區(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)束后自動運送至上紙墊投放工位，由機械手投放上紙墊；進入自動封箱工位，由封箱機用膠帶封好上底；自動滾碼；人工碼放入庫。

3 方案設計要點

3.1 設計原則

圖2 圓塑瓶自動包裝方案的工藝流程

（1）利用公司原包裝場地，滿足法規(guī)要求和現(xiàn)有產(chǎn)能（220瓶/min）要求；（2）實現(xiàn)開箱、紙墊投放、裝箱、封箱、滾碼自動化；（3）原貼標機不變，兩條生產(chǎn)線各自獨立，生產(chǎn)過程互不影響；（4）減少設備投資；（5）便于運行管理和維修；（6）最大限度地降低工人勞動強度，節(jié)約勞動力。

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)能瓶頸設備為吹瓶機，其穩(wěn)定產(chǎn)能為220瓶/min。

（2）自動裝箱前道工序的設備為貼標機，其實際穩(wěn)定產(chǎn)能為240瓶/min。

（3）適當?shù)漠a(chǎn)能儲備：由于包裝工序是整個大輸液生產(chǎn)流水線的末端工序，在正常生產(chǎn)過程中有時會因突發(fā)的設備故障引起非正常維修，從而影響前道工序的生產(chǎn)，延長整個流水線作業(yè)的時間。為消除該影響，應急維修結(jié)束后，必須提高生產(chǎn)速度，將積壓的產(chǎn)品在最短的時間內(nèi)生產(chǎn)完成，這就要求包裝設備有適當?shù)漠a(chǎn)能儲備。根據(jù)經(jīng)驗，儲備系數(shù)應在1.2～1.3，即理論產(chǎn)能應在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。

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

3.3 關(guān)鍵工藝設備及參數(shù)

3.3.1 關(guān)鍵工藝設備

關(guān)鍵工藝設備包括自動開箱機、投放紙墊機構(gòu)、圓塑瓶整理機構(gòu)、自動裝箱機、自動封箱機、自動滾碼機等。

3.3.2 各關(guān)鍵工藝設備的關(guān)鍵參數(shù)

3.3.2.1 自動開箱機、投放紙墊機構(gòu)、自動滾碼機、自動封箱機

根據(jù)自動裝箱設備的理論產(chǎn)能，生產(chǎn)能力應達到280～310瓶/min。我司產(chǎn)品每箱40瓶，要求以上設備產(chǎn)能應不低于8箱/min，為更好地滿足生產(chǎn)需求，考慮20%的設計余量，計算得到8×（1+20%）=9.6，即不低于10箱/min，確定設備的理論產(chǎn)能為8～10箱/min。

3.3.2.2 自動裝箱機

自動裝箱機的關(guān)鍵參數(shù)包括抓取速度、抓手尺寸與抓取負荷、抓手最大工作范圍、抓手往返重復精度等。通過調(diào)查與對比抓取效果，擬設計自動裝箱機的抓手方式為夾取。

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與自動開箱機等設備相同，即8～10次/min。

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

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

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

最小直線工作范圍：理論的最小直線工作范圍應能滿足抓手從儲瓶區(qū)抓起產(chǎn)品并通過直線移動將產(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理瓶機構(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。考慮安全系數(shù)為1.2，則最小直線工作范圍為839.5×1.2=1007.4mm，實際取1m。

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

表1 自動裝箱機關(guān)鍵參數(shù)

3.4 改造后的工藝設備布置

以A生產(chǎn)線為例，改造后的自動包裝設備布置如圖3所示。量。（3）改造時間短，改造費用低。在原包裝場地進行改造，用時15天，不影響車間正常生產(chǎn)。每套自動包裝設備投資60萬元，兩套共投資120萬元，6個月

圖3 改造后A生產(chǎn)線的自動包裝設備布置

4 改造后的使用效果

我司兩條圓塑瓶生產(chǎn)線于2016年7月完成了自動包裝設備的改造，已連續(xù)運行了一年多時間，運行效果如下：

（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元工資計算，每年節(jié)約工資支出252萬元。（2）降低了勞動強度，提高了產(chǎn)品外觀質(zhì)量。改造前，工人需要手工裝箱、封箱，勞動強度大，工作條件差。改造后，全自動化操作，大幅降低了工人的勞動強度，改善了工作條件。同時，解決了人工即可收回投資成本。

5 結(jié)語

運行實踐證明，將圓塑瓶人工包裝改造為自動包裝的方案成熟，工藝流暢，改造時間短，費用低，改造后節(jié)約了企業(yè)人工成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了勞動強度，企業(yè)經(jīng)濟效益顯著提升，可向同行業(yè)推廣，具有較好的社會效益。