Hiệu quả công việc tăng hơn 300%! Thiết bị kiểm tra gói thuốc lá mới hiệu quả như thế này!

Vào tháng 2 năm 2025, Zhang Jianmin, Bí thư Đảng ủy kiêm Giám đốc Cục Quản lý Độc quyền Thuốc lá Nhà nước và Tổng Giám đốc của Tập đoàn Thuốc lá Quốc gia Trung Quốc, đã nhấn mạnh trong một cuộc thanh tra ở Hunan Tobacco để 'đẩy mạnh hơn nữa cải cách và đổi mới, tạo động lực mới cho-hiện đại hóa và phát triển chất lượng cao, đồng thời thúc đẩy đổi mới công nghiệp thông qua đổi mới công nghệ, đồng thời liên tục nâng cao khả năng phát triển kỹ thuật số.' Chỉ thị này chỉ ra con đường đổi mới công nghệ trong ngành bao bì thuốc lá. 'Hiệu suất bám dính' là một chỉ số quan trọng về khả năng thích ứng của máy đóng gói thuốc lá, vì độ bền của lớp dính quyết định trực tiếp đến độ ổn định cấu trúc của bao thuốc lá trong suốt quá trình bảo quản, vận chuyển và bán hàng. Theo một cuộc khảo sát năm 2024 của Ủy ban Bao bì Thuốc lá thuộc Liên đoàn Bao bì Trung Quốc, tỷ lệ phế liệu trung bình của bao thuốc lá nội địa do vấn đề về keo là 5,7%, trong đó một số doanh nghiệp vừa và nhỏ-có tỷ lệ vượt quá 15%, dẫn đến tổn thất kinh tế trực tiếp hàng năm lên tới hơn 200 triệu nhân dân tệ.

Hiện nay, việc kiểm tra khả năng bám dính của bao thuốc lá thành phẩm hoàn toàn được thực hiện thủ công. Quá trình thử nghiệm bao gồm ba bước chính: chuẩn bị vật liệu, độ bám dính của giấy và đánh giá-bóc, bao gồm hơn mười hành động như cắt mẫu, bôi keo, ép, dán, bóc và đánh giá, tất cả đều phụ thuộc hoàn toàn vào công việc thủ công. Phương pháp truyền thống này có các vấn đề như lượng keo không chính xác, ứng dụng không đồng đều, giấy không thẳng hàng và lực ép không đủ, dẫn đến thời gian thử nghiệm dài, thử nghiệm lặp đi lặp lại, cường độ lao động cao và hiệu quả thấp. Một số thiết bị sưởi ấm cũng gây ra rủi ro về an toàn. Để giải quyết những vấn đề này, Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (sau đây gọi là 'Changde Jinpeng') đã áp dụng 'nỗ lực chung của các doanh nghiệp công nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn', phát triển thành công thiết bị kiểm tra hiệu suất của chất kết dính giấy đóng gói thông qua-đo chuẩn tại chỗ và đổi mới hợp tác. Bài viết này giải thích một cách hệ thống về bối cảnh, kế hoạch kỹ thuật, kết quả triển khai và giá trị phát huy của thiết bị, nhằm cung cấp tài liệu tham khảo cho việc đổi mới công nghệ kiểm tra chất lượng trong ngành.

Bối cảnh kỹ thuật và phân tích vấn đề

01/ Ý nghĩa kỹ thuật của tính năng kết dính

Hiệu suất kết dính đề cập đến quá trình dựa trên cơ chế hỏng chất kết dính, mô phỏng bước ép chất kết dính trong quá trình hình thành bao thuốc lá. Hai mẫu được liên kết với nhau và sau đó được bóc tách một cách triệt để. Nếu các sợi giấy bị keo kéo ra ngoài thì hiệu suất kết dính được coi là đủ tiêu chuẩn. Chỉ số hiệu suất này phản ánh trực tiếp khả năng tương thích giữa chất kết dính và nền giấy và là thông số chính để đảm bảo độ ổn định của cấu trúc bao bì.

02/ Các phương pháp kiểm tra truyền thống và vấn đề của chúng

Hiện tại, tất cả các hộp thuốc lá đều cần được kiểm tra hiệu suất kết dính trước khi xuất xưởng. Quá trình thử nghiệm có thể được chia thành ba giai đoạn chính: 'chuẩn bị vật liệu', 'độ bám dính của giấy' và 'đánh giá bóc{1}}.' Các bước thao tác cụ thể bao gồm: lấy mẫu cần kiểm tra từ túi mẫu → cắt vùng dính của mẫu có kích thước 20mm × 50mm → dùng ống tiêm rút keo (như hình 1) → nhỏ keo lên vùng dính → trải đều keo bằng ống nhỏ giọt sạch → căn chỉnh tờ giấy lại với vùng được dán → ép nhiệt bằng thiết bị dán kín (như hình 2) → để yên trong 30 phút → thủ công bóc hoàn toàn hai bề mặt được dán ra ngoài → kiểm tra trực quan xem giấy có còn dính hay không sợi bị hư hỏng.

Hình 1 Hút gel bằng tay

Hình 2 Máy ép hàn nhiệt

Sau khi phân tích, quy trình vận hành hoàn toàn thủ công ở trên có các vấn đề sau:

(1) Hiệu quả thấp: Các thử nghiệm đơn lẻ trong phòng thí nghiệm mất quá nhiều thời gian, toàn bộ quá trình mất khoảng 35 phút. Sau khi yêu cầu kiểm tra, phải chờ đợi phản hồi rất lâu, không thể đáp ứng-nhu cầu giám sát sản xuất theo thời gian thực.

(2) Mối nguy hiểm về an toàn: Một số bước thử nghiệm liên quan đến thiết bị sưởi ấm và việc vận hành thủ công tiềm ẩn những rủi ro như bỏng và nguy hiểm về điện.

(3) Độ chính xác không đủ: Các phương pháp thử nghiệm hiện tại còn tương đối thô. Việc kiểm soát lượng keo phụ thuộc vào kinh nghiệm của người vận hành và không thể đảm bảo tính đồng nhất của lớp phủ, dẫn đến dữ liệu thử nghiệm có độ chính xác thấp, gây khó khăn cho việc hỗ trợ kiểm soát chất lượng tinh tế.

(4) Tỷ lệ kiểm tra lại cao: Toàn bộ quá trình được thực hiện thủ công và các bước chính (như cạo keo, căn chỉnh và ép) dễ mắc lỗi, gây ra lỗi thử nghiệm. Tỷ lệ tái kiểm tra lên tới 50%, điều này không chỉ làm tăng khối lượng công việc mà còn gây lãng phí tài nguyên kiểm tra.

Tóm lại, các phương pháp kiểm tra thủ công truyền thống không còn phù hợp với yêu cầu kiểm soát chất lượng chính xác và hiệu quả của ngành công nghiệp bao bì thuốc lá hiện đại. Cần phải phát triển một thiết bị kiểm tra tự động, tiêu chuẩn hóa để loại bỏ căn bản sự can thiệp của con người.

Giải pháp và nguyên tắc kỹ thuật

01/ Mục tiêu nghiên cứu và cách tiếp cận tổng thể

Để giải quyết các vấn đề trên, nhóm dự án của chúng tôi đặt ra mục tiêu phát triển sau: phát triển một thiết bị kiểm tra hiệu suất của chất kết dính giấy bao bì nhằm tiêu chuẩn hóa và tự động hóa quy trình kiểm tra, kiểm soát hiệu quả lượng và tính đồng nhất của keo được áp dụng, đảm bảo ép nóng an toàn và chắc chắn, đồng thời cải thiện đáng kể hiệu quả kiểm tra và độ tin cậy của dữ liệu. Phương pháp kỹ thuật tổng thể là tích hợp các chức năng như cạo keo, chuyển, gia nhiệt và ép keo vào một thiết bị duy nhất, chuyển đổi các hoạt động thủ công rải rác thành một quy trình tự động liên tục; đạt được sự kiểm soát chính xác các thông số quy trình quan trọng thông qua cấu trúc cơ khí chính xác; loại bỏ yếu tố con người thông qua các quy trình vận hành được tiêu chuẩn hóa.

02/ Thiết kế kết cấu thiết bị

Thiết bị kiểm tra hiệu suất kết dính giấy bao bì được phát triển thuộc lĩnh vực công nghệ liên kết bao bì và chủ yếu bao gồm ba mô-đun chức năng, như trong Hình 3.

Hình 3 Thiết bị kiểm tra hiệu suất kết dính giấy bao bì (trái: sơ đồ, phải: thiết bị thật)

(1) Đế: Đóng vai trò là nền tảng hỗ trợ cho toàn bộ thiết bị, tích hợp lắp đặt cơ cấu cạo, cơ cấu lăn và cơ cấu cán màng. Nó đảm bảo việc định vị không gian của từng mô-đun chức năng được phối hợp chính xác, cho phép các quá trình thử nghiệm diễn ra liên tục.

(2) Cơ cấu cạo: Dùng để cạo phần keo thừa từ máng chổi quét keo sang máng tràn và san phẳng keo. Cơ chế này có thiết bị điều chỉnh khoảng cách cạp chính xác để kiểm soát độ dày lớp keo trong phạm vi đặt trước, đảm bảo độ dày đồng đều và nhất quán.

(3) Cơ cấu cuộn: Dùng để ép giấy đóng gói lên lớp keo sau khi cạo, chuyển keo vào giấy. Cơ chế này được điều khiển bởi một bộ truyền động để đảm bảo con lăn bôi keo ở tốc độ và áp suất không đổi, loại bỏ các vấn đề như dao động tốc độ hoặc áp suất không đồng đều do lăn thủ công.

(4) Cơ chế cán màng: Được sử dụng trong quá trình kiểm tra độ kết dính để tạo áp suất và thời gian được kiểm soát lên giấy bao bì đã dán được đặt trong máng cán màng, mô phỏng quá trình cán màng trong sản xuất in ấn và đóng gói thực tế. Cơ chế này bao gồm một mô-đun gia nhiệt bằng điện để kiểm soát chính xác nhiệt độ và thời gian ép.

03/ Quy trình kiểm tra chuẩn hóa

Dựa trên thiết bị được phát triển, quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn hóa sau đây đã được thiết lập:

(1) Lấy mẫu: Mỗi đợt phải lấy mẫu ít nhất 5 tờ. Mẫu phải phẳng, không bị hư hại, không bị dính và đạt yêu cầu về kích thước tối thiểu là 300mm × 300mm. Mỗi mẫu phải ghi rõ hướng thớ giấy và mặt trước/sau và được đóng kín trong túi.

(2) Điều hòa nhiệt độ và độ ẩm: Các mẫu phải được điều hòa trong các điều kiện quy định trong GB/T 10739 để loại bỏ ảnh hưởng của môi trường đến kết quả.

(3) Cắt mẫu: Cắt mẫu thành Mẫu 1 (98mm × 42mm) và Mẫu 2 (98mm × 50mm), đảm bảo cạnh dài (98mm) song song với hướng thớ để thống nhất với hướng ứng suất sản xuất.

(4) Ứng dụng keo: Sử dụng máy chiết keo để lấy một lượng keo cố định và bơm vào ngăn chứa keo chấm của mô-đun chuẩn bị mẫu keo.

(5) Cạo: Máy cạo tự động di chuyển keo thừa xung quanh ngăn chứa dấu chấm vào máng tràn và san bằng keo, tạo thành một lớp dày đều.

(6) Chuyển keo: Đặt Mẫu 1 (98mm × 42mm) vào mô-đun kết dính với mặt trước hướng lên trên. Khởi động cơ cấu con lăn để ấn mẫu lên lớp keo đã được san phẳng với tốc độ và áp suất không đổi, đảm bảo truyền keo đồng đều.

(7) Cán màng: Loại bỏ Mẫu 1 bằng keo và đặt nó vào khe mô-đun sưởi điện của chức năng cán màng, với mặt được dán hướng lên trên, thẳng hàng với mặt trước của Mẫu 2. Đặt nhiệt độ mô-đun sưởi điện và khởi động thiết bị ép nóng-để ép Mẫu 1 và Mẫu 2 lại với nhau.

(8) Lắp đặt mẫu: Lấy mẫu đã ép từ thiết bị kết dính, đặt một đầu của Mẫu 2 vào khe cố định của máy thử vỏ và kẹp đầu còn lại của Mẫu 1 bằng thiết bị cố định lực kéo.

(9) Thử nghiệm bong tróc: Như trong Hình 4, sử dụng góc bong tróc 150 độ và tốc độ thử nghiệm là 600mm/s với thiết bị cố định lực kéo. Ghi lại đường cong lực bóc và xác định dạng hư hỏng (lỗi sợi giấy hoặc lỗi giao diện keo).

Hình 4 Thử nghiệm bóc vỏ bao thuốc lá

04/ Những đột phá công nghệ then chốt

Thiết bị này đã đạt được những đột phá về công nghệ trong 3 lĩnh vực sau:

(1) Thiết kế tích hợp: Bằng cách tích hợp ba mô-đun chức năng chính-cạo keo, lăn và cán màng-vào một đế duy nhất, nó chuẩn hóa toàn bộ quy trình trong các thử nghiệm hiệu suất kết dính, bao gồm bôi keo, san bằng lớp keo, chuyển keo và cán màng, loại bỏ lỗi giữa các bước.

(2) Kiểm soát thông số chính xác: Cơ chế cạo đảm bảo lớp keo có độ dày đồng đều (sai số Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01mm); cơ cấu lăn được điều khiển bởi hệ thống servo, điều khiển các con lăn để truyền chất kết dính ở tốc độ và áp suất không đổi, với độ chính xác về tốc độ là ±0,1mm/s và độ chính xác áp suất là ±0,5N; cơ chế cán có thể điều chỉnh chính xác áp suất cán (± 1N), nhiệt độ (± 1 độ) và thời gian (± 0,1 giây), mô phỏng chính xác các điều kiện sản xuất thực tế.

(3) Hoạt động được tiêu chuẩn hóa: Tất cả các hoạt động được thiết lập thông qua giao diện-con người và sau khi bắt đầu-một cú nhấp chuột, toàn bộ quá trình sẽ tự động hoàn tất. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn các khuyết tật do thao tác thủ công như lượng keo không chính xác, ứng dụng không đều, giấy lệch hoặc ép không đủ, đảm bảo độ lặp lại và khả năng so sánh của kết quả kiểm tra. Việc so sánh trước-và-quá trình thử nghiệm được hiển thị trong Hình 5.

Hình 5 So sánh quá trình phát hiện trước và sau cải tiến

Hiệu ứng kỹ thuật và phân tích dữ liệu

01/ Phân tích cải tiến hiệu quả

Sau nhiều lần xác minh{0}}trên máy tính và thử nghiệm thực tế, thiết bị này đã đạt được những cải tiến đáng kể về hiệu quả phát hiện. Tổng thời gian cho một lần phát hiện đã giảm từ 2057 giây khi sử dụng các phương pháp thủ công truyền thống xuống còn 442 giây, thể hiện hiệu quả công việc tăng 365,38%. Tỷ lệ thành công của toàn bộ quá trình phát hiện đạt 100% và tỷ lệ-kiểm tra lại giảm từ 50% xuống 0, giúp giảm đáng kể cường độ lao động của người vận hành.

02/ Độ chính xác và độ tin cậy phát hiện

Phản hồi của khách hàng: "Thiết kế của thiết bị này khoa học và hợp lý, dễ vận hành, độ chính xác cao và ổn định. Nó khắc phục hiệu quả độ trễ và sai lệch dữ liệu thường thấy trong các phương pháp kiểm tra thủ công trước đây, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ để tăng cường khả năng kiểm soát của chúng tôi đối với chất lượng kết dính của giấy bao bì."

03/ Cải thiện an toàn

Thử nghiệm thủ công truyền thống sử dụng các thiết bị làm nóng như máy hàn nhiệt, gây nguy cơ bỏng và nguy hiểm về điện. Thiết bị này tích hợp mô-đun sưởi ấm vào một cấu trúc composite khép kín, sử dụng vật liệu cách nhiệt và điều khiển nhiệt độ tự động. Người vận hành không cần chạm vào-các bộ phận có nhiệt độ cao, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ bỏng.

Lợi ích xã hội và giá trị ứng dụng

01/ Lợi ích kinh tế trực tiếp

Bằng cách dự đoán trước hiệu suất kết dính của giấy, thiết bị này giúp giảm thiểu lãng phí và phải làm lại một cách hiệu quả trong quá trình sản xuất bao bì. Người ta ước tính rằng nếu được áp dụng rộng rãi trên toàn ngành, tỷ lệ phế liệu của bao thuốc lá thành phẩm do vấn đề về chất kết dính có thể giảm từ mức trung bình 5,7% xuống dưới 2%. Đồng thời, hiệu quả phát hiện được cải thiện có thể tiết kiệm đáng kể chi phí lao động, giảm chi phí lao động cho mỗi lần phát hiện khoảng 80%.

02/ Dẫn đầu về công nghệ

Hoạt động được tiêu chuẩn hóa của thiết bị này có thể đo hiệu suất kết dính của các loại keo khác nhau và sàng lọc hiệu quả các công thức phù hợp với giấy, mực và quy trình phủ bao thuốc lá. Điều này rút ngắn chu trình R&D để lựa chọn keo và cải tiến công thức, giải quyết chính xác các vấn đề thực tế trong sản xuất bao thuốc lá như tách lớp, bong tróc, tràn keo và dính, đồng thời thiết lập hệ thống đánh giá khả năng tương thích giữa keo và giấy bao thuốc lá.

03/ Sức mạnh tổng hợp của chuỗi ngành

Dự án áp dụng cách tiếp cận chung xuyên suốt chuỗi công nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn, tích hợp các nguồn lực kỹ thuật, nhân tài và thiết bị của R&D keo thượng nguồn, in bao thuốc lá trung nguồn và các doanh nghiệp sản xuất bao bì thuốc lá hạ nguồn. Điều này phá vỡ các rào cản về thông tin và công nghệ giữa mỗi liên kết, hình thành một hệ thống tối ưu hóa kỹ thuật-chuỗi đầy đủ từ nguyên liệu thô đến thành phẩm, thúc đẩy ngành bao bì thuốc lá hướng tới hiệu quả, độ chính xác và trí tuệ cao hơn, đồng thời nâng cao khả năng cạnh tranh cốt lõi của ngành.

04/ Đóng góp vào việc tiêu chuẩn hóa ngành

Dự án này đã phát triển thành công thiết bị đầu tiên của Trung Quốc để thử nghiệm khả năng kết dính của giấy đóng gói, đạt được thành tích đầu tiên trong ngành. Để đáp ứng các thông số kỹ thuật thống nhất theo yêu cầu của các công ty và tổ chức thử nghiệm khác nhau, nhóm dự án đã tiêu chuẩn hóa kết quả nghiên cứu, thúc đẩy tiến bộ kỹ thuật và cải thiện chất lượng của thùng giấy gấp và nguyên liệu thô (giấy) trong ngành đóng gói và in ấn, đồng thời tăng cường khả năng phối hợp và đổi mới nguồn lực giữa các doanh nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tối ưu hóa trí thông minh của thiết bị, phát triển hệ thống đánh giá tự động dựa trên thị giác máy, đạt được khả năng phát hiện hoàn toàn không cần người điều khiển về hiệu suất kết dính, đồng thời khám phá các ứng dụng của thiết bị để kiểm tra đặc tính kết dính của các vật liệu đóng gói khác (chẳng hạn như nhựa và lá kim loại), đóng góp lớn hơn cho sự đổi mới trong công nghệ kiểm tra chất lượng bao bì.