段提勇，余 东，吴 铮，程 雷，王永贵
(杭州娃哈哈集团有限公司，杭州 310018)
摘要：针对目前三片罐八宝粥生产线存在的原辅材料消耗大、设备自动化程度低、单位能耗大等问题，在现有生产线的基础上，以自动化升级和技术改造作为实施手段，通过对焊机、制盖、原料挑选、桂圆、莲子添加，及产品杀菌5个工序的技术改造，实现企业材料成本年下降104.19万元、人力成本年下降138万元、能源消耗年下降37.8万元，改造效果明显，一方面减少了企业资源的浪费，另一方面提高了企业在市场上的竞争力，对其他同类生产线有借鉴意义。
关键词：三片罐；技术改造；自动化设备替代
20世纪80年代后期，八宝粥的概念和金属三片罐产品从台湾引入大陆，这是一种传统食品与现代罐头加工技术相结合的产品，一经问市，就受到了消费者的追捧。至今，八宝粥三片罐罐头已经成为与肉类、蔬菜类、水果类等并驾齐驱的罐头品种之一[1]。其市场潜力巨大，仅杭州娃哈哈集团一家2014年三片罐八宝粥产能就达到了57.25万吨 ，可是，伴随着三片罐八宝粥市场地位提高和产能快速增长的同时，却是原辅材料价格的居高不下、生产线的自动化程度不高、和单位产能能耗的巨大消耗。究其原因，一是我们国内的原辅材料生产，设备制造水平落后，造成了原辅材料的进价高，生产过程中消耗大，增加了企业的自身负担；二是企业自身投资规模限制和对国外市场了解的脱节，影响了生产线的自动化升级进程；三是三片罐八宝粥涉及制罐、烘干、原辅料清洗、蒸汽杀菌等诸多工序，能耗多，消耗大也是其作为耗能大户存在的客观条件。基于以上存在的问题，对于想通过降低生产成本，减轻员工劳动强度从而提高企业竞争力的企业来说，与之相关的生产线改进设计显得尤为重要。
笔者所负责的三片罐生产线以生产八宝粥产品为主，兼做蛋白饮料、茶饮料及功能性饮料等。生产速度650罐/min，整线分为空罐车间、实罐车间、杀菌车间和包装车间4个部分。
1.1 工艺介绍
如图1所示，外购马口铁进厂后通过裁板，焊接，烘干，缩颈翻边和封口完成空罐的制作工序，罐子经过清洗后进入灌装工序，在添加了经过手工挑选的固体颗粒和液体灌装物后，进入杀菌和包装车间，最终生产出合格的罐头产品，整条生产线设备种类多，生产工序多，人员配置多[2]。
图1 现有罐头生产线工艺流程图
1.2 原有生产线现状
1.2.1 原有生产线主要设备配置情况
由表1可以看出，整条生产线大部分设备都实现了全自动，且关键设备为国外进口，目前该配置在国内同行业生产线中处于领先地位。
1.2.2 原有人员配置情况
罐头线涉及的原辅材料种类多，生产工艺繁杂，除了关键设备采用自动化设备外，尚有部分岗位仍然使用大量人工，比如原料挑选，桂圆莲子添加，杀菌锅台车行走、进出笼等。
1.2.3 主要原辅材料消耗
罐头线涉及的主要原辅材料为制罐设备所需的马口铁板，灌装用的米类、豆类，配料使用的白糖、小料和包装使用的纸箱，胶带等。
1.2.4 主要外围能源消耗
罐头线所需能源主要为电、水、低压气和蒸汽。
表1 原有生产线主要设备配置情况
设备名称国别自动化程度底盖冲床中国全自动剪板机意大利全自动焊机瑞士全自动烘干炉瑞士全自动缩颈翻边机台湾全自动空罐封口机台湾全自动颗粒加料机中国全自动灌装封口机意大利全自动杀菌锅中国全自动包装机中国全自动码垛机中国全自动
从降低产品成本，减轻人员劳动强度来提高企业竞争力的目的出发，对现有三片罐生产线进行改进设计，将自动化升级和技术改造做为实施手段，经过技术人员对全线的研究、分析，将改进设计的重点放在原辅材料消耗控制、自动化设备替代手工和节能减排3个方面。
2.1 原辅材料消耗控制
2.1.1 焊接工序的马口铁，备件消耗控制
焊机在焊接罐子的过程中，需要使用到中间电极铜线，铜线的作用是传递电流和压力，同时带走焊接时熔化的锡渣[3]。目前国内使用的铜线都是回收切断后的铜线重新制作的。多次回用后，存在杂质多，延展率下降等问题，所以在焊接时铜线经常打结(铜线在铜线缠绕桶中出来的时候，铜线经常被压出、缠住，导致铜线突然停止)，而在这个时候焊机还是正常运行的，铜线的突然停止就会造成焊机卡罐(次品增多)、焊轮磨损(假焊、备件消耗)、铜线断裂(需要重新穿铜线，费时、费力)等问题[4]。经过生产线测算，650罐/min的焊机每年上述三部分的损失为441，900元。所以，增加一套铜线打结处理装置是非常必要的。
铜线打结处理装置的改进设计。在原有铜线支架上安装一对直线滑动轴承、一个配重及其铜线导轮、两个铜线变向导轮和一个行程开关，同时将铜线打结装置的行程开关常开点串接到焊机料架的下限感应器的输出线上。铜线打结处理装置上的配重压在行程开关上方，使行程开关的常开触点闭合，电阻焊正常生产。当铜线打结卡住不动时，铜线就会把轴承上配重拉起使行程开关动作，常开触点断开，电阻焊焊完所有成圆站内的罐体后报警停机，经过测算，投入3382元，每年可节约441,900元，预计3天可以收回成本。
2.1.2 冲盖工序的马口铁原料消耗控制
(1)底盖冲床的马口铁消耗现状 。目前生产线使用的是浙江金鹰集团的高速数控冲床，冲压板材尺寸为宽度方向910mm，经过研究、分析得出，板材宽度方向还有进一步减少的空间。
(2)底盖冲床降低耗材的改进设计。提高马口铁铁皮定位及X轴与Y轴的稳定性，保证X轴上夹手的二次定位及Y轴步进精准，减少八宝底盖马口铁基版尺寸，降低余料尺寸，提高马口铁使用率。
首先对X轴上的夹手进行改进，夹铁部位由原来的夹马口铁前端改为两侧前端，并实现二次定位，防止马口铁左右位移。其次，由于首冲位置改变，对机台各参数也相应调整。 最后对X轴进行改进：原来X轴丝杆长，且支撑架是铁架，比较重，在高速运行时惯性大，不够稳定，改进后大大缩短了X轴丝杆，支撑架也更新为铝材料，极大提高X,Y轴的稳定性能。改进后，马口铁宽度尺寸由910mm缩短至906mm，可节约铁皮0.4%，提高马口铁使用率，按保守年产10亿罐计算，一年可节约马口铁34.02吨，约60万元人民币。
2.2 自动化设备替代人工操作
罐头生产线作为密集型产业，很多岗位还一直是人工操作，经过自动化设备替换、技术改造，可以减少目前的岗位用工，从而减少总的人力成本，重点需要改造的工序包括原料挑选，桂圆、莲子添加和杀菌锅进出笼。
2.2.1 原料挑选工序的自动化设备替代方案。
(1) 原料挑选现状。原料挑选包括对米，豆的初选和复选，按照650罐/min的生产线来说，人员配置为22人/天，人员配置多、劳动强度大、且挑选质量不稳定。
(2) 改造方法。通过对现有原料杂质的分析，杂质主要分为5大类，一是质量较轻，形状不固定的，如稻杆、麸皮、枯草等；二是比重区别较大的，如玻璃、石子等；三是磁性物质，如矿物质土块等；四是异色原粮，如霉变、虫蛀的豆类；五是挑选设备或运输产生的异物，如铁钉、金属碎屑等。针对以上5类杂质，我们引进了进口的除杂设备，配置振动、比重、磁力选别(用于除去磁力土块)、磁选(用于除去设备、运输带入的金属)和比色五重挑选工序，使用效果良好，且整台设备只需4个人操作即可。改造后每条线节省原料挑选人员18人，按照每个工人3万元/年工资计算，一年可以节省人力成本54万元，且挑选质量显著提高，工人劳动强度显著下降。
2.2.2 桂圆、莲子添加工序的自动化设备
(1) 桂圆、莲子添加现状。桂圆来料为速冻块，人为化开，经过清水不断漂洗之后添加到空罐中，桂圆片的形状大小不一，且粘性较强；莲子来料为干莲子，按照工艺需要预煮，预煮后莲子之间的粘性增加，且来料大小亦难控制；所以传统生产中，桂圆、莲子都采用手工添加，按照650罐/min的生产线计算，人员配置为桂圆，莲子每班各6人。
(2) 改造方法。经过公司技术人员专项攻关，一款应用于桂圆、莲子添加的自动化设备应运而生，该设备采用卫生级转盘，通过离心力将待添加的产品旋转到转盘的边缘，同时通过特殊设计的风道和吹嘴，实现物料的精确、快速添加，改进后，桂圆、莲子添加工序由每班12人减少到每班4人，且添加过程卫生，准确。
2.2.3 杀菌工序的自动化设备替代方案
(1) 杀菌锅进、出笼现状。罐头产品灌装后经由装笼机将产品装到笼子内，在通过杀菌台车以4笼为单位推进杀菌锅进行产品灭菌，这个过程中，工人们需要将装有4笼产品的台车横向沿着导轨推至所需使用的杀菌锅面前，然后将4笼产品推进杀菌锅，杀菌锅结束后再将锅内的笼子用钩子拉出来，按照650罐/min的生产线，该工序配置推笼工为8人/班，工人劳动强度大，且有安全隐患，人员换岗频繁。
(2) 改进方法。为解决这个问题，公司科研人员对现有的手动台车进行了全新的升级改造，新的设备采用电机驱动实现台车横向行走，采用整体式伸缩拉杆实现不锈钢笼的自动缸内进出，大大减轻了人员的劳动强度，设备上线后该岗位的人员配置由8人/每班减少至2人/每班[5]，改造后每条线可以减少推笼、拉笼人员总计12人，节省人力成本的同时，安全事故大大减少，工人劳动强度大为降低。
2.3 节能减排
罐头生产线一直是厂区能源消耗的大户，经过分析现有生产线的能源消耗情况，我们将改造的重点放在杀菌锅的蒸汽排放上。
2.3.1 杀菌锅的蒸汽排放现状
蒸汽加热，是罐头常用的一种杀菌方法[6]。卧式杀菌锅为常用设备，在杀菌升温过程中，为了尽快排出冷气团，保持锅内的热量均衡，有8min的大排气时间，蒸汽直接排放到大气中，存在一定的资源浪费[7-9]。
2.3.2 改造方法
围绕这个问题 ，公司的技术人员经过分析，研究，制作了一套蒸汽的回收利用装置。改造思路和方法是通过在原有φ76大排气管道上加装304不锈钢管式换热器，与10度的一级纯水进行换热(改造后的管理安装图见图2)，吸收杀菌过程中大排气的热量，用来换热配料和锅炉区域用水。改造中需要注意的问题是：要保证改造后设备的热分布测试检测合格。经过测试，改造前后的热分布曲线没有变化，符合要求。
图2 改造后的管路安装图
1-冷凝水收集器1 2-新增换热器3冷凝水收集器2 4-Φ159管道排放5-冷凝水排放口2 6-八宝杀菌锅
通过改造，大排气换热后的热水可以用于生产配料，回收的冷凝水可以用于冬季采暖，冷却的蒸汽冷凝水可以用于杀菌釜循环水池补水，大大降低蒸汽及水的使用量。经过测算，改造后每条线可节约能耗费用37.8万元/年。
在现有生产线基础上，以降低产品成本，减轻人员劳动强度为目的，从原辅材料消耗控制、自动化设备替代手工和节能减排3个方面入手，以自动化升级和技术改造做为实施手段，技术人员设计了铜线防打结装置，改进了冲盖送铁的夹持部件，实现了焊机和制盖两个工序的原辅材料消耗的降低；引进了大型原料挑选的自动化设备，设计、研发了桂圆、莲子添加设备，提高了原料挑选和添加工序的自动化程度，降低了人力成本；研究、制作了杀菌锅蒸汽热量回收系统，实现了杀菌工序的热能回收。通过技术改造，实现企业材料成本年下降104.19万元、人力成本年下降138万元、能源消耗年下降37.8万元，效果明显，一方面减少了企业资源的浪费，另一方面提高了企业在市场上的竞争力，对其他同类生产线有借鉴意义。
参考文献：
[1] 文慕雨.八宝粥行业黑马[J]. 新食品 ·中国食品评介，2009(10)：9.
[2] 覃健召.三片罐饮料罐设备管理对产品工艺和生产效率影响的研究[D].广州：华南理工大学，2009.
[3] 李胜先.铜线在电阻焊制罐技术中的应用[J].包装与食品机械，2002，20(1)：24-26.
[4] 王永贵，吴铮，杭维明，等. 焊轮在电阻焊制罐机中的应用 [J].包装与食品机械，2015，33(2)：69-71.
[5] 周东，陈书琼，陈凯，等.杀菌釜全自动进出料台车[J].轻工机械，2013(1)：80-82.
[6] 涂顺明.食品杀菌新技术 [M].北京：中国轻工业出版社，2004.
[7] 周万云，许洪朋，刘东杰，等.反应堆压力容器主螺栓孔修复方案探讨[J].压力容器，2015，32(2)：75-80.
[8] 张丽娜，任淑红，刘敏珊.超临界CO2微细管内传热特性研究[J].流体机械，2015，43(3)：17-21.
[9] 杭维明，王永贵.套标机电热收缩炉的创新升级设计[J].包装与食品机械，2015，33(2)：46-48.
DUAN Ti-yong, YU Dong, WU Zheng, CHENG Lei，WANG Yong-gui
(Hangzhou Wahaha Group Co.Ltd.,Hangzhou 310018,China)
Abstract：The thesis points out that there are some problems about the production line for congee, such as the big consumption of raw and auxiliary materials, the low automation of equipment and the big consumption of energy.The technicians will improve the techniques of welding machine, making ends, selecting the raw material, the addition of longan and lotus seeds, and the product sterilization on the basis of the present production line. Therefore the enterprise cost will fall 1,041,900 yuan every year. The labor cost fall 1,380,000 yuan every year. And the energy consumption will fall 378,000 yuan every year. The reform effect is obvious. On the one hand, it reduces the waste of enterprise resources, on the other hand, it improves the competitiveness of enterprises in the market. It is significant for other similar production lines to refer to.
Key words：three-piece can;technical improvement;the replacement of automatic equipment
收稿日期：2015-08-25;
修稿日期：2015-10-12
作者简介：段提勇(1982-)，男，硕士，工程师，从事食品设备的研究和管理，通信地址：310018 浙江杭州市下沙经济技术开发区围垦街66-2号 杭州娃哈哈集团有限公司设备工程部，E-mail：tiyong.duan@wahaha.com.cn。
中图分类号：TS295.9
文献标志码：A
文章编号：1005-1295(2015)06-0066-04
doi：10.3969/j.issn.1005-1295.2015.06.016
联系客服
