Принципы инновационного развития поточных линий для упаковывания напитков (часть 1)

ТЕМА НОМЕРА

Модернизация пищевой промышленности

УДК 663.4

Принципы инновационного развития

поточных линий

для упаковывания напитков

Б. Н. Федоренко, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств

Долгие годы стеклянные бутылки изготавливали индивидуально вручную в стеклодувных мастерских, вследствие чего их выпуск был весьма ограничен и бутылки оставались относительно дороги. Их наполнение напитками, укупорку и этикетиро-вание также осуществляли вручную на кустарных производствах напитков, либо в питейных заведениях на вынос и пр.

После того, как в 1905 г. англичанин М. Оуенс изобрел автоматическую машину по изготовлению стеклянных бутылок, развитие машинных технологий упаковывания напитков исторически происходило параллельно становлению промышленного производства бутылок, в ходе которого сте-

клянная бутылка эволюционировала от предмета роскоши до тривиальной массовой и дешевой упаковки.

Благодаря увеличению потребительского спроса на бутилирован-ные напитки, уже к середине ХХ века появились достаточно производительные машинные технологии упаковывания напитков, в которых весьма трудоемкие операции - мойка бутылок, фасование напитков, укупоривание бутылок и их межоперационное траспортирование были полностью механизированы и автоматизированы.

В последнее время многие производители напитков отказывается от использования оборотных бутылок и расфасовывает напитки ис-

ключительно в новые одноразовые бутылки. В этом случае вместо бутыл-комоечных машин линии оснащают ополаскивающими машинами.

Помимо основных (обязательных) операций, упомянутых выше, в современных линиях упаковывания напитков в разные виды потребительской (первичной) упаковки в зависимости от требований заказчика могут осуществляться и другие необходимые инженерные задачи (операции), среди которых [1]:

• распакетирование (депалетирова-ние) ящиков с порожними оборотными бутылками;

• распакетирование (депалетиро-вание) новых или оборотных бутылок;

• расштабелирование и штабелирование поддонов;

• извлечение бутылок из ящиков;

• санитарная обработка ящиков;

• контроль соответствия бутылок, поступающих на мойку, и наличия в них дефектов;

• контроль остаточного содержания щелочи в вымытых бутылках с их отбраковкой;

• сушка бутылок;

• стерилизация вымытых бутылок;

• контроль чистоты вымытых бутылок;

• насыщение напитков диоксидом углерода;

• стерилизация укупорочных средств;

• подача укупорочных средств к укупорочным машинам;

• контроль наполненных и укупоренных бутылок;

• пастеризация напитков в бутылках;

• обсушка наружной поверхности бутылок;

• этикетирование;

• нанесение даты на упаковку;

• межоперационное транспортирование ящиков, поддонов и пр.;

• учет бутылок и ящиков;

• накопление бутылок, ящиков, поддонов;

• укладывание бутылок в ящики, картонные короба и пр.;

• упаковывание бутылок в термоусадочную пленку;

• контроль заполнения ящиков;

• пакетирование (палетирование) ящиков с наполненными бутылками, пакетирование картонных коробов с бутылками;

• обандероливание и оформление коробов;

• скрепление пакетов, ящиков, коробов с готовой продукцией на поддонах.

Степень технического совершенства современных комплексных поточных технологических линий (как и отдельных видов машин, входящих в их состав), достаточно высок и продолжает постоянно повышаться за счет использования при их создании прогрессивных технологических, конструктивных и экономических принципов, к которым автор относит:

• принцип масштабирования;

• принцип агрегатирования машин;

• принцип блочного строения поточных линий;

• принцип модульного строения оборудования;

• принцип комбинирования рабочих органов машин;

• принцип минимизации контакта напитка с кислородом воздуха;

• принцип энергоэкономичности;

• принцип повышения точности фасования напитков;

• принцип улучшения производственной санитарии и микробиологической безопасности;

• принцип асептического фасования напитков;

• принцип горячего фасования напитков;

• принцип обеспечения безопасности фасования напитков;

• принцип повышения надежности контроля фасования напитков;

• принцип снижения стоимости жизненного цикла оборудования.

Инновационные особенности перечисленных принципов кратко рассмотрены в настоящей статье.

Принцип масштабирования. Действующим в РФ ГОСТ [2] номиналь-

ную производительность отечественных линий фасования пищевой продукции в стеклянные бутылки рекомендуется выбирать из параметрического ряда от 1500 до 60000 бут/ч. Однако некоторые крупные пивоваренные предприятия нуждаются в линиях более высокой производительности. Исходя из принципа масштабирования производители упаковочной техники доводят производительность пивных поточных стекло-бутылочных линий до 120000 бут./ч, а баночных - до 150000 банок/ч. Скорость перемещения бутылок этих линиях настолько высока, что человеческий глаз не различает отдельные бутылки, которые в движении сливаются в сплошной поток. Достаточно сказать, например, что линия производительностью 72000 бут./ч, в два раза превосходит скорострельность знаменитого автомата Калашникова, которая составляет 10 выстрелов в секунду.

Рассказывают, что один академик, долго наблюдая за работой высокопроизводительной линией упаковывания напитков, печально заявил: «Я знаю как устроены и функционируют все известные механизмы, но как работает эта линия я не понимаю». И в этой профессиональной байке есть большая доля правды, поскольку современные высокопроизводительные поточные линии упаковывания напитков оснащены одними из самых сложнейших машин. При этом самыми сложными в мире с точки зрения механики являются полиграфические машины, а сразу за ними следуют пищевые машины линий фасования напитков, среди которых наисложнейшими считаются современные этикетировочные машины.

В соответствии с теорией технологического потока [3] современные поточные линии упаковывания напитков могут обладать гибкими, полужесткими и жесткими связями [1, 4]. Линии с нежесткими (гибкими) связями характеризуются тем, что в них операции накопления имеются между всеми технологическими операциями (рис. 1 а). В линиях с полужесткими связями функционируют группы смежных операций с жесткими связями, а между собой эти группы соединены гибкими связями в виде операций накопления и хранения в специальных накопителях или ветвях конвейеров (рис. 1 б). В линиях с жесткими связями операции накопления отсутствуют между всеми смежными операциями (рис. 1 в), при этом в таких технологических потоках все машины должны работать синхронно, т. е. продолжительность каждой операции

должна быть одинаковой или кратной продолжительности ведущей операции. Таким образом, конструкторы стремятся создавать линии с максимальным количеством жестких связей, т. е. без промежуточных накопителей бутылок, ПЭТ или банок между смежными технологическими операциями.

Этой прогрессивной тенденции способствует принцип агрегатирования машин, в соответствии с которой в единый операционный комплекс жестко (т. е. без промежуточных накопителей) объединяют две или более машины, предназначенные для одновременного последовательного осуществления смежных технологических операций. Таким образом, та или иная совокупность машин размещена на одной раме, имеет, как правило, общий привод, пульт управления и пр. и представляет собой одну единицу технологического оборудования, которую в соответствии с современной терминологией называют агрегат, а на производственном сленге моноблок или триблок. Принцип агрегатирования способствует сокращению производственных площадей, уменьшению эксплуатационных расходов, сокращению обслуживающего персонала и сокращению транспортировки продукта между смежными операциями, что имеет особое значение при работе с напитками, чувствительными к окислению и посторонней микрофлоре. На рис. 2 показан пример фасовочно-укупорочного агрегата.

Созданию современных инновационных линий с жесткими связями способствует и принцип блочного строения поточных линий, при котором отдельные агрегаты и машины объединяют в жестко соединенные между собой блоки. Пример блочного строения комплексной технологической линии упаковывания напитков приведен на рис. 3.

Благодаря агрегатированию оборудования и блочному строению поточных технологических линий потребность в производственных

а

б

в

Рис. 1. Схема строения технологических потоков с различными связями: а - гибкими (или нежесткими); б - полужесткими; в - жесткими.

МОДЕРНИЗАЦИИ ПИЩЕВОИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ТЕМА НОМЕРА

Рис. 3. Прогрессивная линия упаковывания напитков в ПЭТ с жесткими связями как совокупность блоков «ЕгдоЫос Ь> и «ЕгдоЫос D» производства компании «Кгопеэ»

площадях для их размещения существенно сокращается.

Если при создании инновационных поточных линий конструкторы стремятся к повышению жесткости их структуры, то функциональность технологического потока разработчики стремятся, наоборот, сделать более гибкой. Одним из конструктивных принципов, направленных на повышение функциональной

гибкости поточной линии упаковывания напитков является принцип комбинирования рабочих органов машин, входящих в ее состав. Так, например, благодаря поворотному комбинированному механизму уку-поривания (рис. 4) можно быстро переходить от одного укупорочного средства к другому, расширяя тем самым функциональные возможности линии упаковывания напитков.

На повышение функциональной гибкости инновационных технологических линий упаковывания напитков направлен и принцип модульного строения оборудования. В соответствии с этим принципом создана инновационная этикетировочная машина модульного типа (рис. 5), представляющая собой базовую конструкцию, к которой присоединяют сменные рабочие модули для нанесения штучных этикеток на холодном клее, для самоклеющихся этикеток, для штучных этикеток на горячем клее, для рулонных опоясывающих этикеток, а с 2010 г. к ним добавился и модуль для нанесения рукавных термоусадочных этикеток.

Основным преимуществом этике-тировочных машин модульного типа является их универсальность, что позволяет быстро переходить с одного вида оформления на другой или комбинировать различные виды оформления. Учитывая это, машины модульного типа особенно предпочтительны для предприятий с широким ассортиментом выпускаемой продукции и многообразным ее оформлением.

Таким образом, благодаря этому принципу реализуется расширение функциональных возможностей инновационных поточных линий упаковывания напитков, т. е. прогрессивная конструктивная концепция «одна для всех».

Принцип снижения стоимости жизненного цикла оборудования - один из важнейших экономических по-

£ m ш -

a

m Cl — -

та р • Энергозатраты

S Ф Л к

ю о f Стоимость мпчлстм

ш Стоимость оОоруд она ния

В

! 1 ! I

— Пе-рнад эксплуатации. годы Оетпи i ГинидТ Система 1 -старое, традиционное оборудование; Система 2 - ново«, прогрессивное оборудование

Рис. 6. Сравнение стоимости жизненного цикла традиционного и инновационного оборудования

казателей инновационных технологических линий, который в России, к сожалению, практически не принимается во внимание при выборе оборудования. Под стоимостью жизненного цикла (в зарубежной литературе 1_СС) понимают совокупные затраты потребителя на приобретение и использование техники за весь срок ее эксплуатации (рис. 6).

Новое, прогрессивное, инновационное оборудование хоть и оказывается дороже традиционного оборудования, но жизненный цикл его существенно ниже, поскольку конструктивно оно более надежно, содержит меньше быстро изнашивающихся частей и требует гораздо меньше энергозатрат на функционирование.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федоренко, Б. Н. Пивоваренная инженерия: технологическое оборудование от-расли/Б.Н. Федоренко - СПб.: Профессия, - 2009. - 1000 с.

2. ГОСТ 24740 - 90 Линии упаковывания жидкой пищевой продукции в стеклянные бутылки. Типы и основные параметры.

3. Панфилов, В. А. Теория технологического потока. - 2-е изд., исправл. и доп./В.А. Панфилов - М.: КолосС, -2007. - 319 с.

4. Федоренко, Б.Н. Прогрессивная концепция поточных линий упаковывания напитков в ПЭТ/Б.Н. Федоренко // - Пиво и напитки. - 2009. - № 6. - С. 42 - 43.

REFERENCES

1. Fedorenko B.N. Pivovarennaya in-zheneriya: tekhnologicheskoe oborudovanie otrasli [Brewing Engineering: Technology Equipment Industry]. St. Petersburg, Professiya Publ., 2009. 1000 p.

2. GOST 24740-90 Lines of packaging liquid food products in glass bottles. Types and basic parameters.

3. Panfilov V.A. Teoriya tekhnolog-icheskogo potoka [The theory of the process stream]. 2nd ed., Moscow, KolosS Publ., 2007. 319 p.

4. Fedorenko B.N. [Progressive concept of production lines for packaging beverages in PET]. Pivo i napitki, 2009, no. 6, pp. 42-43.

Принципы инновационного развития поточных линий для упаковывания напитков

Ключевые слова

жизненный цикл оборудования, линии упаковывания напитков, технологический поток, укупоривание, фасование, этике-тирование

Реферат

Современный уровень технического оснащения комплексных поточных линий для упаковывания напитков достаточно высок, тем не менее, техническое совершенство таких линий и отдельных видов машин, входящих в их состав постоянно повышается. Прежде всего это происходит благодаря применению при их конструировании прогрессивных принципов инновационного развития, среди которых: принцип масштабирования; принцип агрегатирования машин; принцип блочного строения поточных линий; принцип модульного строения оборудования; принцип комбинирования рабочих органов машин; принцип минимизации контакта напитка с кислородом воздуха; принцип энергоэкономичности; принцип повышения точности фасования напитков; принцип улучшения производственной санитарии и микробиологической безопасности; принцип асептического фасования напитков; принцип горячего фасования напитков; принцип обеспечения безопасности фасования напитков; принцип повышения надежности контроля фасования напитков; принцип снижения стоимости жизненного цикла оборудования. Инновационные особенности перечисленных технологических, конструктивных и экономических принципов кратко рассмотрены в настоящей статье. Инновационные поточные линии, созданные на основе перечисленных принципов, обеспечивают очень высокие производительности и требуют существенно меньших производственных площадей, благодаря своей компактности, вследствие агрегатирования и блочной компоновки, а также сокращению накопителей между технологическими стадиями. При эксплуатации такие линии обеспечивают повышенную функциональную гибкость - быстрый и легкий переход не только на новый формат сосудов, но и на новое укупорочное средство, благодаря применению комбинированных укупорочных механизмов. Этому способствует и модульное строение этикетировочных машин, благодаря которому происходит быстрый переход на другие типы этикеток и методы их нанесения. Конструктивные особенности машин, входящих в инновационные поточные линии, позволяют в лучшей степени обеспечить соблюдение жестких требований производственной санитарии и микробиологической безопасности. В инновационных линиях сокращается стоимость их жизненного цикла, повышается надежность контроля выпускаемой продукции и реализуются прогрессивные технологические приемы фасования напитков, позволяющие существенно повысить их стабильность.

Авторы

Федоренко Борис Николаевич, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Россия, Москва, Волоколамскоешоссе, 11. borisfedorenko@gmail.com

Principles of innovative Development

for Flow Lines of Beverages Packaging

Key words

beverages packaging lines, technological line, packaging, closing, labeling, equipment service life

Abstracts

The technicalequipments modern levelofcomplexflowlinesofbeverages packagingis high enough, however, thetechnicalperfectionof such linesand individual typesofmachines, included in such lines, isconstantlyincreasing. First of all, thisis due totheuse in theirconstructionof progressive principlesof innovative development, amongwhich: theprincipleofscaling; principleofmachineassembly; the principle of block structure of flow lines; the principle of modular equipment structure; the principle of combining the working element of machines; the principle of minimizing the contact of the beverage with the oxygen in the air; the principle of energy efficiency; the principle of increasing the accuracy of beverage filling; the principle of improving industrial sanitation and microbiological safety; the principle of aseptic beverage dispensing; the principle of hot beverage dispensing; the principle of ensuring the safety of beverage packaging; principle of improving the reliability of the control of beverage packaging; principle of reducing the cost of the equipment life cycle. Innovative features of the listed technological, constructive and economic principles are briefly considered in this article. Innovative production lines based on these principles ensure very high productivitylevel, require significantly smaller production areas due to their compactness, due to aggregation, and block layout, as well as reduction of storages between technological stages. In use, such lines provide increased functional flexibility - a quick and easy transition not only to the new vessel format, but also to a new closure, due to the use of combined closures. This is facilitated by the modular structure of labeling machines, due to this -it is a rapid transition to other types of labels and methods for their application. The design features of the machines included in the innovative flow lines make it possible to better meet the stringent requirements of industrial sanitation and microbiological safety. In innovative lines, the cost of their life cycle is reduced, the reliability of the output control is increased and progressive technological methods of beverage dispensing are implementing, which significantly increase their stability.

Authors

Fedorenko Boris Nikolaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Moscow State University of food production, 11, Volokolamsk Highway,. Moscow, 125080 borisfedorenko@gmail.com