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貝加萊工業(yè)自動化（中國）有限公司 宋華振

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

印刷是一個非常專業(yè)細分的領域，貝加萊是此領域中知名的控制系統(tǒng)提供商，堪稱獨特的“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?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)產(chǎn)品，但在機場與高鐵站，雜志仍然有很大量的銷量，而且種類較以往更多。隨著整個社會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)的書刊雜志仍然保持著增長，超市里琳瑯滿目的產(chǎn)品包裝種類也日趨增多。這也意味著包裝印刷種類越來越多，而印刷企業(yè)針對市場需求生產(chǎn)的印刷品種類也變得更多，這是一個顯著的趨勢，印刷業(yè)始終面臨著這樣的挑戰(zhàn)。

1.1　數(shù)字印刷已經(jīng)實現(xiàn)“1”為批量的生產(chǎn)

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

圖2 HP Indigo數(shù)字印刷系統(tǒng)

1.2　低換單浪費

個性化帶來的最大挑戰(zhàn)在于當批量變小時，機器需要經(jīng)常進行換單操作，從Lean Production的角度而言，設備的六大浪費就包括了開機浪費。因此，先進的機械制造商已經(jīng)為印刷實現(xiàn)了降低開機浪費的各種解決方案，如無軸傳動技術。

無軸傳動技術確保高品質(zhì)印刷

無軸傳動/直接驅(qū)動技術均已成為廣泛采用的印刷控制方案，自2003年開發(fā)第一臺無軸傳動機器至今，貝加萊已經(jīng)在無軸傳動技術領域積累了10多年的經(jīng)驗以及數(shù)百臺機器的運營。較之傳統(tǒng)的無軸傳動方案，將套色與傳動集成套色是亮點，并且，不同于其它套色方案為每個色組外接編碼器，對于集成套色可以省去這一成本和安裝精度與機器振動帶來的不穩(wěn)定以及維護。其他包括：

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

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

圖3 凹版印刷集成套色系統(tǒng)

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

圖4 達到5 s采樣的X67色標模塊

（4）專用色標檢測技術

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(qū)動器直接的Trigger信號，以及通過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，這些模塊可以實現(xiàn)不同的色標處理，并對印刷偏差進行處理。

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實時通信網(wǎng)絡傳輸。

1.3　印刷材料的適應性

對于印刷而言，訂單的變化意味著材料的適應性問題，這種變化需要系統(tǒng)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(tǒng)可以提供更好的適應性、高魯棒性，從而在更換訂單時靈活適應印材。

2　生產(chǎn)運行管理

對于印刷工廠而言，OEE是一個關鍵指標，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(tǒng)中，包括了生產(chǎn)運營管理的設計。

（1）OEE統(tǒng)計

通過對生產(chǎn)中的質(zhì)量參數(shù)、機器運行時間、開機等待、故障停機等時間統(tǒng)計，為工廠提供計算OEE指標的信息。

（2）歷史數(shù)據(jù)的記錄，可以提供給大數(shù)據(jù)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(tǒng)的運行效率、能源分析的基礎數(shù)據(jù)。

（3）質(zhì)量統(tǒng)計分析SPC功能，為工廠提供質(zhì)量統(tǒng)計相關的參數(shù)。

（4）配方管理：對于專業(yè)的印刷工廠，如裝飾紙（上萬種木紋），承接來自不同客戶的訂單時，可以為不同的印刷提供配方，減少操作人員對每個訂單的人工設置，減少在開機階段的浪費。

3　智能維護技術

可靠且穩(wěn)定運行的機器顯然是工廠最喜歡看到的場景，貝加萊為印刷機械設置了非常領先的維護技術來實現(xiàn)機器的可靠運行：

（1）Web-Based維護

由于B&R的控制系統(tǒng)采用RTOS和Intel X86架構，這使得印刷機的狀態(tài)和故障可以通過遠程的iPhone、Andriod平臺訪問，內(nèi)嵌的Web服務器可以為用戶提供在線的監(jiān)測，包括控制器、通信、傳動、程序、工藝的全面監(jiān)測。

（2）基于振動的預測性維護

基于B&R CM4810振動測量與處理模塊，現(xiàn)場的振動傳感器可以為關鍵的機械連接提供振動分析，這一應用不僅可以用于設備在線運行時的故障預測，也方便在開發(fā)階段提供機械調(diào)試，無需機械打孔安裝。

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

（3）智能保養(yǎng)提示

通過對設備主要部件提供的保養(yǎng)列表，為維護人員提供保養(yǎng)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，這些技術確保了設備全面性維護的有效進行（TPM）。

4　機器互聯(lián)與物聯(lián)網(wǎng)

通過機器的互聯(lián)，將整個生產(chǎn)納入一個內(nèi)部數(shù)據(jù)共享來實現(xiàn)優(yōu)化（如同解耦算法），進而在質(zhì)量、能源、成本效率方面實現(xiàn)最優(yōu)，貝加萊的APROL平臺作為邊緣節(jié)點可以為整個印刷工廠提供生產(chǎn)運營的數(shù)據(jù)采集PDA、能源監(jiān)測EnMon、運維管理的ConMon，并對于質(zhì)量、變更、訂單進行管理，從而實現(xiàn)有效的互聯(lián)生產(chǎn)。

圖5 印刷工廠智能化平臺架構

（1）物聯(lián)網(wǎng)—發(fā)掘數(shù)據(jù)寶藏

云計算更擅長將傳統(tǒng)印刷機生產(chǎn)運營，包括設備狀態(tài)、工藝、質(zhì)量等多種數(shù)據(jù)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(xiàn)場的相關生產(chǎn)、組織管理（訂單、排產(chǎn)、配方、質(zhì)量等）實時性較高（50~100ms）的數(shù)據(jù)處理與分析，并給予機器指令（如書刊的配頁、折頁與裝訂參數(shù)）。

（2）設備互聯(lián)—商業(yè)互聯(lián)

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

為舊設備以及工廠提供基于OrangeBOX的數(shù)據(jù)采集；

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

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實時以太網(wǎng)。

摘自《自動化博覽》2017年5月刊