貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國）有限公司 宋華振

印刷機械應用領(lǐng)域廣泛，涵蓋了包裝印刷、裝飾材料、報紙，應用于票據、表格、不干膠標簽等多種領(lǐng)域。包括單張膠印/輪轉膠印、凹版、柔版（機組式與衛星式），印刷機械趨向于更多傳動(dòng)技術(shù)的應用、工藝集成以及工廠(chǎng)管理。

印刷是一個(gè)非常專(zhuān)業(yè)細分的領(lǐng)域，貝加萊是此領(lǐng)域中知名的控制系統提供商，堪稱(chēng)獨特的“隱形冠軍”。

圖1 印刷工業(yè)發(fā)展趨勢概要總結

1　小批量多品種

盡管電子閱讀、電子文檔正日趨代替傳統的紙質(zhì)產(chǎn)品，但在機場(chǎng)與高鐵站，雜志仍然有很大量的銷(xiāo)量，而且種類(lèi)較以往更多。隨著(zhù)整個(gè)社會(huì )文化水平以及激烈競爭導致的對于知識的焦慮也使得閱讀并未下降，紙質(zhì)的書(shū)刊雜志仍然保持著(zhù)增長(cháng)，超市里琳瑯滿(mǎn)目的產(chǎn)品包裝種類(lèi)也日趨增多。這也意味著(zhù)包裝印刷種類(lèi)越來(lái)越多，而印刷企業(yè)針對市場(chǎng)需求生產(chǎn)的印刷品種類(lèi)也變得更多，這是一個(gè)顯著(zhù)的趨勢，印刷業(yè)始終面臨著(zhù)這樣的挑戰。

1.1　數字印刷已經(jīng)實(shí)現“1”為批量的生產(chǎn)

今天，業(yè)界開(kāi)始廣泛探討個(gè)性化生產(chǎn)。但“個(gè)性化”其實(shí)在印刷行業(yè)早有體現。即“Printon Demand”，按需要的數量、質(zhì)量、功能來(lái)設計印刷產(chǎn)品，包括裝訂。來(lái)自HP的Indigo，以及數碼企業(yè)如Kodak、ESPON、Xexor、Founder都已經(jīng)通過(guò)數字印刷技術(shù)將這一目標實(shí)現，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其單張成本已經(jīng)大幅下降，數字印刷已經(jīng)成為了小批量印刷的主力。目前已有數家知名的數字印刷設備制造商采用了來(lái)自貝加萊（B&R）的控制系統，包括HP的Indigo。

圖2 HP Indigo數字印刷系統

1.2　低換單浪費

個(gè)性化帶來(lái)的最大挑戰在于當批量變小時(shí)，機器需要經(jīng)常進(jìn)行換單操作，從Lean Production的角度而言，設備的六大浪費就包括了開(kāi)機浪費。因此，先進(jìn)的機械制造商已經(jīng)為印刷實(shí)現了降低開(kāi)機浪費的各種解決方案，如無(wú)軸傳動(dòng)技術(shù)。

無(wú)軸傳動(dòng)技術(shù)確保高品質(zhì)印刷

無(wú)軸傳動(dòng)/直接驅動(dòng)技術(shù)均已成為廣泛采用的印刷控制方案，自2003年開(kāi)發(fā)第一臺無(wú)軸傳動(dòng)機器至今，貝加萊已經(jīng)在無(wú)軸傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域積累了10多年的經(jīng)驗以及數百臺機器的運營(yíng)。較之傳統的無(wú)軸傳動(dòng)方案，將套色與傳動(dòng)集成套色是亮點(diǎn)，并且，不同于其它套色方案為每個(gè)色組外接編碼器，對于集成套色可以省去這一成本和安裝精度與機器振動(dòng)帶來(lái)的不穩定以及維護。其他包括：

（1）集成套色功能：確保開(kāi)機、運行、減速各個(gè)階段的印刷品質(zhì)，在橫向、縱向均確保提供穩定的印刷精度，在速度達到450m/min的印刷中仍然可以確保穩定可靠的印刷品質(zhì)。

（2）預對版功能：確保了在開(kāi)機階段快速的進(jìn)入套準狀態(tài)，最大限度地降低紙路浪費。

圖3 凹版印刷集成套色系統

（3）相位恢復功能：對于需要重復下單印刷的產(chǎn)品（例：每個(gè)月下同一印刷訂單用于生產(chǎn)）在系統中對上次印刷的相位參數進(jìn)行重新加載，可以讓印刷快速進(jìn)入穩定套色，進(jìn)而減少開(kāi)機浪費。

圖4 達到5 s采樣的X67色標模塊

（4）專(zhuān)用色標檢測技術(shù)

對于套色控制、帶色標的裁切應用，貝加萊提供了多種的色標處理方案，包括ACOPOS驅動(dòng)器直接的Trigger信號，以及通過(guò)插入式的色標檢測模塊、第三方如BST帶POWERLINK接口的色標處理模塊，這些模塊可以實(shí)現不同的色標處理，并對印刷偏差進(jìn)行處理。

基于BST-RSH模塊可以達到1 s的采樣，支撐1000m/min的印刷速度，均采用POWERLINK實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò )傳輸。

1.3　印刷材料的適應性

對于印刷而言，訂單的變化意味著(zhù)材料的適應性問(wèn)題，這種變化需要系統具有較強的適應性，包括不同的紙張（水粉紙、裝飾紙、卡紙等），薄膜（BOPP、PE、PVC等），貝加萊的控制系統可以提供更好的適應性、高魯棒性，從而在更換訂單時(shí)靈活適應印材。

2　生產(chǎn)運行管理

對于印刷工廠(chǎng)而言，OEE是一個(gè)關(guān)鍵指標，作為評估機器運行與投資評估的保障，在貝加萊為印刷設備提供的系統中，包括了生產(chǎn)運營(yíng)管理的設計。

（1）OEE統計

通過(guò)對生產(chǎn)中的質(zhì)量參數、機器運行時(shí)間、開(kāi)機等待、故障停機等時(shí)間統計，為工廠(chǎng)提供計算OEE指標的信息。

（2）歷史數據的記錄，可以提供給大數據平臺，用于產(chǎn)品質(zhì)量分析與預測能力的提供，包括機器系統的運行效率、能源分析的基礎數據。

（3）質(zhì)量統計分析SPC功能，為工廠(chǎng)提供質(zhì)量統計相關(guān)的參數。

（4）配方管理：對于專(zhuān)業(yè)的印刷工廠(chǎng)，如裝飾紙（上萬(wàn)種木紋），承接來(lái)自不同客戶(hù)的訂單時(shí)，可以為不同的印刷提供配方，減少操作人員對每個(gè)訂單的人工設置，減少在開(kāi)機階段的浪費。

3　智能維護技術(shù)

可靠且穩定運行的機器顯然是工廠(chǎng)最喜歡看到的場(chǎng)景，貝加萊為印刷機械設置了非常領(lǐng)先的維護技術(shù)來(lái)實(shí)現機器的可靠運行：

（1）Web-Based維護

由于B&R的控制系統采用RTOS和Intel X86架構，這使得印刷機的狀態(tài)和故障可以通過(guò)遠程的iPhone、Andriod平臺訪(fǎng)問(wèn)，內嵌的Web服務(wù)器可以為用戶(hù)提供在線(xiàn)的監測，包括控制器、通信、傳動(dòng)、程序、工藝的全面監測。

（2）基于振動(dòng)的預測性維護

基于B&R CM4810振動(dòng)測量與處理模塊，現場(chǎng)的振動(dòng)傳感器可以為關(guān)鍵的機械連接提供振動(dòng)分析，這一應用不僅可以用于設備在線(xiàn)運行時(shí)的故障預測，也方便在開(kāi)發(fā)階段提供機械調試，無(wú)需機械打孔安裝。

另外，通過(guò)對減速器出入口的電流檢測，也可以發(fā)現減速器的偏差，通過(guò)對各個(gè)色組的狀態(tài)檢測，還可以為維護人員提供設備故障預警（參數異常、超限）。

（3）智能保養提示

通過(guò)對設備主要部件提供的保養列表，為維護人員提供保養提示，以便組織計劃性維護。

由此可知，貝加萊為印刷設備提供了從電氣、工藝、資產(chǎn)管理到組件多種方式的維護管理，這些技術(shù)確保了設備全面性維護的有效進(jìn)行（TPM）。

4　機器互聯(lián)與物聯(lián)網(wǎng)

通過(guò)機器的互聯(lián)，將整個(gè)生產(chǎn)納入一個(gè)內部數據共享來(lái)實(shí)現優(yōu)化（如同解耦算法），進(jìn)而在質(zhì)量、能源、成本效率方面實(shí)現最優(yōu)，貝加萊的APROL平臺作為邊緣節點(diǎn)可以為整個(gè)印刷工廠(chǎng)提供生產(chǎn)運營(yíng)的數據采集PDA、能源監測EnMon、運維管理的ConMon，并對于質(zhì)量、變更、訂單進(jìn)行管理，從而實(shí)現有效的互聯(lián)生產(chǎn)。

圖5 印刷工廠(chǎng)智能化平臺架構

（1）物聯(lián)網(wǎng)—發(fā)掘數據寶藏

云計算更擅長(cháng)將傳統印刷機生產(chǎn)運營(yíng)，包括設備狀態(tài)、工藝、質(zhì)量等多種數據信息予以集中采集傳輸，而智能分析軟件則可以為生產(chǎn)提供優(yōu)化的決策支持。

邊緣計算（Edge Computing）則對生產(chǎn)現場(chǎng)的相關(guān)生產(chǎn)、組織管理（訂單、排產(chǎn)、配方、質(zhì)量等）實(shí)時(shí)性較高（50~100ms）的數據處理與分析，并給予機器指令（如書(shū)刊的配頁(yè)、折頁(yè)與裝訂參數）。

（2）設備互聯(lián)—商業(yè)互聯(lián)

貝加萊為實(shí)現M2M和B2M的互聯(lián)提供了多種方式的開(kāi)放接口支持能力：

為舊設備以及工廠(chǎng)提供基于OrangeBOX的數據采集；

為新設備互聯(lián)提供完全基于OPC UA+POWERLINK實(shí)時(shí)通信的解決方案；

對IIoT各種協(xié)議的支持（OPCUA、MQTT、AMQP）；

為安全集成提供openSAFETY的通信集成；

OPC UA支持云/霧/邊緣計算；

基于Web的遠程診斷與維護；

POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年5月刊