貝加萊工業(yè)自動化（中國）有限公司 宋華振

印刷機械應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涵蓋了包裝印刷、裝飾材料、報紙，應(yīng)用于票據(jù)、表格、不干膠標簽等多種領(lǐng)域。包括單張膠印/輪轉(zhuǎn)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(shù)的應(yīng)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(lǐng)域，貝加萊是此領(lǐng)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(jié)

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(dǎo)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(shè)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(shù)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(shè)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(dāng)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(shè)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(shù)。

無軸傳動技術(shù)確保高品質(zhì)印刷

無軸傳動/直接驅(qū)動技術(shù)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(shù)領(lǐng)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(yù)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(fù)功能：對于需要重復(fù)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(shù)

對于套色控制、帶色標的裁切應(yīng)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(luò)傳輸。

1.3　印刷材料的適應(yīng)性

對于印刷而言，訂單的變化意味著材料的適應(yīng)性問題，這種變化需要系統(tǒng)具有較強的適應(yīng)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(yīng)性、高魯棒性，從而在更換訂單時靈活適應(yīng)印材。

2　生產(chǎn)運行管理

對于印刷工廠而言，OEE是一個關(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(shè)備提供的系統(tǒng)中，包括了生產(chǎn)運營管理的設(shè)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(yù)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(chǔ)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(guān)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(shè)置，減少在開機階段的浪費。

3　智能維護技術(shù)

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(shè)置了非常領(lǐng)先的維護技術(shù)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(gòu)，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(wù)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(yù)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(guān)鍵的機械連接提供振動分析，這一應(yīng)用不僅可以用于設(shè)備在線運行時的故障預(yù)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(shè)備故障預(yù)警（參數(shù)異常、超限）。

（3）智能保養(yǎng)提示

通過對設(shè)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(shè)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(shè)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(gòu)

（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(shè)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(guān)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(shè)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(shè)備以及工廠提供基于OrangeBOX的數(shù)據(jù)采集；

為新設(shè)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