潘楚斌 馮裕和 梁健華 黃曉文

(好來化工(中山)有限公司 廣東 中山 528411)

前言

牙刷是基于日?？谇磺鍧嵍_發(fā)創(chuàng)造出的日用護理產(chǎn)品，早期由于材料和工藝的限制，牙刷只能以手工工藝品的形式進行制作，對牙齒的清潔效果有限。隨著科學技術的發(fā)展，塑膠材料普及并應用在牙刷上，通過模具注塑加工成型，牙刷作為一種消費日用品得到大范圍普及，牙刷的種類逐漸豐富，清潔效果也得到了改善。

中國具有龐大的人口基數(shù)，隨著農(nóng)村地區(qū)消費市場不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化推進，中國的牙刷需求在快速增長[1]。牙刷的需求量不斷的增長促進了牙刷發(fā)展，牙刷生產(chǎn)已經(jīng)由全手工制作的小作坊，逐步升級到機械化、規(guī)?；牧魉€生產(chǎn)。批量化的生產(chǎn)促使牙刷成本降低，低成本的牙刷加速了牙刷的普及，正循環(huán)地促進了牙刷的發(fā)展。近年來，隨著牙刷市場競爭越來越激烈，驅(qū)使著企業(yè)不斷改革創(chuàng)新，牙刷制造開始朝著智能化生產(chǎn)升級，牙刷生產(chǎn)一體化是牙刷未來發(fā)展的方向。

1 牙刷智能制造的背景

1.1 國際形勢

隨著發(fā)達國家技術工人短缺，新興國家勞動力成本上漲，同時制造業(yè)又出現(xiàn)了行業(yè)制造點分散、生產(chǎn)方式變更等新情況，制造技術日益趨向?qū)I(yè)化精細化復雜化。為應對制造行業(yè)新的社會課題，美國、德國、英國、日本等國家紛紛實施了以重振制造業(yè)為核心的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，頒布了一系列以“智能制造”為主題的國家戰(zhàn)略。

歐洲十九世紀工業(yè)革命發(fā)展讓德國的制刷業(yè)得到了很好的發(fā)展，德國的Zahoransky沙朗斯基作為牙刷制造設備的領導者，在一百多年前徹底改變了德國牙刷的生產(chǎn)，今天仍然是一家全球活躍的技術公司，在牙刷的生產(chǎn)機器和系統(tǒng)方面，超越了行業(yè)標準，通過計算機編程技術，提供生產(chǎn)系統(tǒng)自動化解決方案[2]。Boucherie NV于1927年成立于比利時的伊澤海姆市，于2014年與Borghi SPA合并成立Boucherie Borghi Group，專注于清潔行業(yè)的設備研發(fā)制造，旨在創(chuàng)造行業(yè)標準，為客戶提供終生的一站式解決方案和戰(zhàn)略性合作伙伴關系。作為歐洲制刷業(yè)設備的領先供應商，德國的Zahoransky和比利時的Boucherie提供行業(yè)內(nèi)最優(yōu)質(zhì)的設備和工藝，引導著制刷行業(yè)的發(fā)展。牙刷是一個依賴工藝創(chuàng)新的產(chǎn)品，技術和工藝的進步伴隨著新型牙刷的發(fā)展。

1.2 國內(nèi)形勢

中國牙刷工業(yè)相比于發(fā)達國家起步較晚，牙刷的生產(chǎn)長期依賴于手工制造，牙刷產(chǎn)業(yè)分布也較為分散，前期的發(fā)展主要依靠中國的人口紅利。隨著中國制造業(yè)的發(fā)展，近年來，中國牙刷工業(yè)開始向著規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。中國江蘇省揚州市杭集鎮(zhèn)是國內(nèi)有名的“中國牙刷之都”“中國酒店日用品之都”“旅游日化用品集散中心”，目前在日化產(chǎn)業(yè)領域已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)集聚度和市場占有率較高，品牌效應凸顯[3]。

1.3 國內(nèi)存在的差距

國外的制造發(fā)展較早，技術更加成熟，而且原材料的發(fā)展也比國內(nèi)成熟，好的技術以及原材料是實現(xiàn)智能化、自動化、數(shù)字化的基礎保障，中國還面臨著一些問題如表1。

表1

2 制造發(fā)展新趨勢

2.1 產(chǎn)業(yè)智能制造

裝備制造業(yè)是國之重器，是制造業(yè)的基石。圍繞實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標，國務院發(fā)布了《中國制造2025》，明確制造業(yè)強國的五大工程和十大領域。智能制造工程作為五大工程之一，是國家全力打造制造強國的重點項目[4]。

緊隨國家裝備制造業(yè)發(fā)展政策和環(huán)境的利好，日化行業(yè)通過結(jié)合國內(nèi)外的技術發(fā)展推動產(chǎn)業(yè)變革，驅(qū)動國內(nèi)牙刷行業(yè)向著智能制造的方向發(fā)展。引導日化企業(yè)采用個性化的柔性生產(chǎn)技術，引進自動化成套生產(chǎn)線、智能控制系統(tǒng)，進一步普及工業(yè)機器人的使用，對現(xiàn)有的設施、設備進行自動化、智能化的升級改造，提高生產(chǎn)效率，建立專業(yè)高效的智能制造工廠。推動研發(fā)設計、生產(chǎn)、企業(yè)管理等環(huán)節(jié)的信息化改造升級，推進企業(yè)將內(nèi)部信息流、資金流、物流等進行信息化綜合集成，促進信息化條件下新型企業(yè)發(fā)展模式創(chuàng)新。

2.2 互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合

引導日化企業(yè)充分利用經(jīng)濟常態(tài)下“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展的新機遇，積極謀劃互聯(lián)網(wǎng)和日化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展布局，擴展杭集日化產(chǎn)品電子商務平臺功能，建設外貿(mào)產(chǎn)業(yè)帶平臺，引導平臺積極向海外拓展。加速推進亮點網(wǎng)絡、路通達科技、國富揚等信息技術公司與本地日化企業(yè)開展有效合作，構建完整的互聯(lián)網(wǎng)+日化電子商務體系，建設高度發(fā)達的銷售網(wǎng)絡，改變“杭集制造”的傳統(tǒng)營銷模式，促進實體經(jīng)濟與平臺經(jīng)濟的廣泛融合。引導日化企業(yè)O2O模式創(chuàng)新，借助網(wǎng)絡平臺及龐大的手機用戶關系型群體，密切促進企業(yè)品牌產(chǎn)品信息與主題消費群體的溝通互聯(lián)，將線下商務的機會與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起，讓互聯(lián)網(wǎng)成為線下交易的前臺。

3 牙刷工廠智能制造在好來化工的應用

3.1 一體化生產(chǎn)

隨著日用護理消費市場對高品質(zhì)牙刷的需求加速增長，長期秉持質(zhì)量優(yōu)先的黑人牙刷市場表現(xiàn)良好，市場占有率繼續(xù)不斷增長。為應對市場對黑人牙刷的需求量的提升，新牙刷車間于2016年進行產(chǎn)能升級并投入使用。新生產(chǎn)車間充分優(yōu)化了牙刷生產(chǎn)工藝流程布局，結(jié)合考慮人機物法環(huán)等多個因素，使得原本獨立的牙刷、植毛、包裝工序整合在了一起，產(chǎn)品從注塑到植毛再到包裝過程完全自動化，不需要再設立中轉(zhuǎn)緩沖區(qū)，解決了停滯物料的問題，降低了人力成本。同時生產(chǎn)流程使用SAP系統(tǒng)，生產(chǎn)計劃同步物料采購、倉庫儲存、生產(chǎn)制造、成品倉存和物流配送，讓產(chǎn)品的制造可視化、智能化和同步化。

3.2 注塑生產(chǎn)一體化

3.2.1 中央供料系統(tǒng)

中央供料系統(tǒng)是一種集中再分散的供料方式。通過系統(tǒng)程序控制，原料由中央的儲料區(qū)，經(jīng)過管道自動地運輸?shù)矫恳慌_注塑機，根據(jù)需求，系統(tǒng)可以自行調(diào)整色母與原材料的配比。中央供料系統(tǒng)實現(xiàn)了注塑生產(chǎn)過程中供料自動智能化，優(yōu)化了人力成本，減少了人為操作誤差。密閉式的供料系統(tǒng)，隔絕了原材料與外界接觸，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的同時，還改善了注塑生產(chǎn)車間的環(huán)境，解決了人工拌料帶來的粉塵危害。

3.2.2 熱流道模具

傳統(tǒng)的注塑模具通常采用冷流道設計，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生8%～12%副產(chǎn)物。副產(chǎn)物需要人工修剪與產(chǎn)品分離，回收的副產(chǎn)物經(jīng)過粉碎可以以10%～20%的添加量混合到注塑原材料中生產(chǎn)加工。這種加工方式，會在混料過程中增加混入雜質(zhì)風險，混有副產(chǎn)物的材料注塑的產(chǎn)品力學性能也會存在不穩(wěn)定的風險。熱流道模具，通過在模具中設計加熱系統(tǒng)，維持注塑原材料在熱流道中呈熔融態(tài)，產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，只有產(chǎn)品從模具中脫落，沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。

3.3 植毛生產(chǎn)一體化

3.3.1 全自動牙刷柄輸送系統(tǒng)

植毛在牙刷制作過程中是一個非常重要的工序，全自動牙刷柄輸送系統(tǒng)是實現(xiàn)牙刷生產(chǎn)一體化的關鍵技術。不少傳統(tǒng)企業(yè)的牙刷制作過程還需依靠手工對牙刷柄進行分揀和轉(zhuǎn)運，勞動強度大，人工成本較高[5]。牙刷產(chǎn)品種類繁多，尺寸不一，對于植毛機來說是一種較難匹配的“原材料”。為解決這個問題，好來化工使用了基于模塊化PLC控制的全自動牙刷柄輸送系統(tǒng)，系統(tǒng)控制的機械手可以自動識別牙刷柄和自動分揀，實現(xiàn)了牙刷柄全自動輸送，這種方式大大減少了擺放刷柄的人工強度，節(jié)約了人工分揀成本。

3.3.2 視覺產(chǎn)品檢測

高速植毛機的植毛速度是800～1000孔每分鐘。一只孔數(shù)為40的牙刷，只需要3秒就可以完成植毛，依靠人工對每只牙刷進行全檢是不現(xiàn)實的。牙刷的一體化生產(chǎn)讓每一個工序都有機地結(jié)合在了一起，只要有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)品質(zhì)缺陷，就會造成大批量的不良產(chǎn)品產(chǎn)生。牙刷常見的缺陷是缺毛、無銅片、高低毛等。通過智能視覺系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對每支產(chǎn)品進行全檢，一旦發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，設備便會將異常的產(chǎn)品剔除，輸送到不良區(qū)，品質(zhì)管控人員可以對不良區(qū)的產(chǎn)品進行二次人工判定，通過定時抽檢，能夠保證設備良好運轉(zhuǎn)。

3.3.3 智能可控取毛刀

傳統(tǒng)的植毛刀片的取毛孔的大小是固定的，因此取毛的量也是固定不變的。在固定植毛取毛器的情況下，只能生產(chǎn)孔徑大小一樣的產(chǎn)品。生產(chǎn)單一產(chǎn)品多種孔徑規(guī)格的牙刷，需要頻繁地更換不同規(guī)格的取毛刀，或者采用兩臺以上的設備生產(chǎn)，頻繁的更換設備零件和多設備工序生產(chǎn)會造成產(chǎn)品不良率增高。智能可控取毛刀，可通過PLC控制系統(tǒng)，對取毛孔的大小進行控制，從而達到對取毛量的控制。改進后的植毛機，可實現(xiàn)單一產(chǎn)品多孔徑規(guī)格的牙刷一機生產(chǎn)，無需頻繁的更換取毛刀和多工序生產(chǎn)，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提升了產(chǎn)品的合格率。

3.4 包裝一體化

3.4.1 半自動包裝

牙刷的產(chǎn)品種類繁多，規(guī)格不一，市場對每種牙刷的需求量是不一樣的。對于需求量較少的牙刷，好來化工提供了半自動化生產(chǎn)包裝方案，確保了包裝高靈活性和高效性。

3.4.2 全自動包裝

全自動包裝是實現(xiàn)牙刷一體化生產(chǎn)的最后工序，應對大批量的產(chǎn)品。好來化工提供了智能包裝方案，整個包裝生產(chǎn)線可自動完成泡殼成型、下背卡、焊接、貼標、激光打碼、沖切、收集、推入膠卡座、封包裝膜和入箱打包等環(huán)節(jié)，全程機械自動化，無需人工參與。

4 結(jié)束語

智能自動化生產(chǎn)是制造業(yè)的發(fā)展趨勢，是國家重點規(guī)劃的方向。好來化工通過對牙刷生產(chǎn)自動化改造，實現(xiàn)了從注塑原料中央供料系統(tǒng)到牙刷注塑半成品，再到植毛、包裝，整個生產(chǎn)過程一體化、智能化。依托于自動化生產(chǎn)，好來化工從勞動密集型企業(yè)向技術密集型企業(yè)轉(zhuǎn)變，提升了自有品牌黑人牙刷在市場上的競爭力。牙刷一體化生產(chǎn)，能夠提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低人工成本，是牙刷未來生產(chǎn)發(fā)展的重要方向。