貝加萊工業自動化（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、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細分的領域，貝加萊是此領域中知名的控制系統提供商，堪稱獨特的“隱形冠軍”。

圖1 印刷工業發展趨勢概要總結

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產品，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，紙質的書刊雜志仍然保持著增長，超市里琳瑯滿目的產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，而印刷企業針對市場需求生產的印刷品種類也變得更多，這是一個顯著的趨勢，印刷業始終面臨著這樣的挑戰。

1.1　數字印刷已經實現“1”為批量的生產

今天，業界開始廣泛探討個性化生產。但“個性化”其實在印刷行業早有體現。即“Printon Demand”，按需要的數量、質量、功能來設計印刷產品，包括裝訂。來自HP的Indigo，以及數碼企業如Kodak、ESPON、Xexor、Founder都已經通過數字印刷技術將這一目標實現，經過多年的發展，其單張成本已經大幅下降，數字印刷已經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

個性化帶來的最大挑戰在于當批量變小時，機器需要經常進行換單操作，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為印刷實現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印刷

無軸傳動/直接驅動技術均已成為廣泛采用的印刷控制方案，自2003年開發第一臺無軸傳動機器至今，貝加萊已經在無軸傳動技術領域積累了10多年的經驗以及數百臺機器的運營。較之傳統的無軸傳動方案，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，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。

（2）預對版功能：確保了在開機階段快速的進入套準狀態，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品（例：每個月下同一印刷訂單用于生產）在系統中對上次印刷的相位參數進行重新加載，可以讓印刷快速進入穩定套色，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，從而在更換訂單時靈活適應印材。

2　生產運行管理

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中，包括了生產運營管理的設計。

（1）OEE統計

通過對生產中的質量參數、機器運行時間、開機等待、故障停機等時間統計，為工廠提供計算OEE指標的信息。

（2）歷史數據的記錄，可以提供給大數據平臺，用于產品質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）質量統計分析SPC功能，為工廠提供質量統計相關的參數。

（4）配方管理：對于專業的印刷工廠，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和故障可以通過遠程的iPhone、Andriod平臺訪問，內嵌的Web服務器可以為用戶提供在線的監測，包括控制器、通信、傳動、程序、工藝的全面監測。

（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，也方便在開發階段提供機械調試，無需機械打孔安裝。

另外，通過對減速器出入口的電流檢測，也可以發現減速器的偏差，通過對各個色組的狀態檢測，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　機器互聯與物聯網

通過機器的互聯，將整個生產納入一個內部數據共享來實現優化（如同解耦算法），進而在質量、能源、成本效率方面實現最優，貝加萊的APROL平臺作為邊緣節點可以為整個印刷工廠提供生產運營的數據采集PDA、能源監測EnMon、運維管理的ConMon，并對于質量、變更、訂單進行管理，從而實現有效的互聯生產。

圖5 印刷工廠智能化平臺架構

（1）物聯網—發掘數據寶藏

云計算更擅長將傳統印刷機生產運營，包括設備狀態、工藝、質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提供優化的決策支持。

邊緣計算（Edge Computing）則對生產現場的相關生產、組織管理（訂單、排產、配方、質量等）實時性較高（50~100ms）的數據處理與分析，并給予機器指令（如書刊的配頁、折頁與裝訂參數）。

（2）設備互聯—商業互聯

貝加萊為實現M2M和B2M的互聯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的數據采集；

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

對IIoT各種協議的支持（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。

摘自《自動化博覽》2017年5月刊