★貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司 宋華振

貝加萊助力印刷機(jī)械行業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化運(yùn)營(yíng)

★貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司 宋華振

印刷機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涵蓋了包裝印刷、裝飾材料、報(bào)紙，應(yīng)用于票據(jù)、表格、不干膠標(biāo)簽等多種領(lǐng)域。包括單張膠印/輪轉(zhuǎn)膠印、凹版、柔版（機(jī)組式與衛(wèi)星式），印刷機(jī)械趨向于更多傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用、工藝集成以及工廠管理。

印刷是一個(gè)非常專(zhuān)業(yè)細(xì)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(chēng)獨(dú)特的“隱形冠軍”。

圖1 印刷工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)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(jī)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。隨著整個(gè)社會(huì)文化水平以及激烈競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的對(duì)于知識(shí)的焦慮也使得閱讀并未下降，紙質(zhì)的書(shū)刊雜志仍然保持著增長(zhǎng)，超市里琳瑯滿(mǎn)目的產(chǎn)品包裝種類(lèi)也日趨增多。這也意味著包裝印刷種類(lèi)越來(lái)越多，而印刷企業(yè)針對(duì)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)顯著的趨勢(shì)，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(shí)現(xiàn)“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(xiàn)。即“Print on Demand”，按需要的數(shù)量、質(zhì)量、功能來(lái)設(shè)計(jì)印刷產(chǎn)品，包括裝訂。來(lái)自HP的Indigo，以及數(shù)碼企業(yè)如Kodak、ESPON、Xexor、Founder都已經(jīng)通過(guò)數(shù)字印刷技術(shù)將這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)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(lái)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(fèi)

個(gè)性化帶來(lái)的最大挑戰(zhàn)在于當(dāng)批量變小時(shí)，機(jī)器需要經(jīng)常進(jìn)行換單操作，從Lean Production的角度而言，設(shè)備的六大浪費(fèi)就包括了開(kāi)機(jī)浪費(fèi)。因此，先進(jìn)的機(jī)械制造商已經(jīng)為印刷實(shí)現(xiàn)了降低開(kāi)機(jī)浪費(fèi)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(qū)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(tái)無(wú)軸傳動(dòng)機(jī)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(yàn)以及數(shù)百臺(tái)機(jī)器的運(yùn)營(yíng)。較之傳統(tǒng)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(duì)于集成套色可以省去這一成本和安裝精度與機(jī)器振動(dòng)帶來(lái)的不穩(wěn)定以及維護(hù)。其他包括：

（1）集成套色功能：確保開(kāi)機(jī)、運(yùn)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(wěn)定的印刷精度，在速度達(dá)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(duì)版功能：確保了在開(kāi)機(jī)階段快速的進(jìn)入套準(zhǔn)狀態(tài)，最大限度地降低紙路浪費(fèi)。

圖3 凹版印刷集成套色系統(tǒng)

（3）相位恢復(fù)功能：對(duì)于需要重復(fù)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(tǒng)中對(duì)上次印刷的相位參數(shù)進(jìn)行重新加載，可以讓印刷快速進(jìn)入穩(wěn)定套色，進(jìn)而減少開(kāi)機(jī)浪費(fèi)。

圖4 達(dá)到采樣的X67色標(biāo)模塊

（4）專(zhuān)用色標(biāo)檢測(cè)技術(shù)

對(duì)于套色控制、帶色標(biāo)的裁切應(yīng)用，貝加萊提供了多種的色標(biāo)處理方案，包括ACOPOS驅(qū)動(dòng)器直接的Trigger信號(hào)，以及通過(guò)插入式的色標(biāo)檢測(cè)模塊、第三方如BST帶POWERLINK接口的色標(biāo)處理模塊，這些模塊可以實(shí)現(xiàn)不同的色標(biāo)處理，并對(duì)印刷偏差進(jìn)行處理。

基于BST-RSH模塊可以達(dá)到1s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(yīng)性

對(duì)于印刷而言，訂單的變化意味著材料的適應(yīng)性問(wèn)題，這種變化需要系統(tǒng)具有較強(qiáng)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(shí)靈活適應(yīng)印材。

2 生產(chǎn)運(yùn)行管理

對(duì)于印刷工廠而言，OEE是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，作為評(píng)估機(jī)器運(yùn)行與投資評(píng)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(yùn)營(yíng)管理的設(shè)計(jì)。

（1）OEE統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)中的質(zhì)量參數(shù)、機(jī)器運(yùn)行時(shí)間、開(kāi)機(jī)等待、故障停機(jī)等時(shí)間統(tǒng)計(jì)，為工廠提供計(jì)算OEE指標(biāo)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(tái)，用于產(chǎn)品質(zhì)量分析與預(yù)測(cè)能力的提供，包括機(jī)器系統(tǒng)的運(yùn)行效率、能源分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（3）質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析SPC功能，為工廠提供質(zhì)量統(tǒng)計(jì)相關(guān)的參數(shù)。

（4）配方管理：對(duì)于專(zhuān)業(yè)的印刷工廠，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(duì)每個(gè)訂單的人工設(shè)置，減少在開(kāi)機(jī)階段的浪費(fèi)。

3 智能維護(hù)技術(shù)

可靠且穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)器顯然是工廠最喜歡看到的場(chǎng)景，貝加萊為印刷機(jī)械設(shè)置了非常領(lǐng)先的維護(hù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的可靠運(yùn)行：

（1）Web-Based維護(hù)

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(jī)的狀態(tài)和故障可以通過(guò)遠(yuǎn)程的iPhone、Andriod平臺(tái)訪問(wèn)，內(nèi)嵌的Web服務(wù)器可以為用戶(hù)提供在線(xiàn)的監(jiān)測(cè)，包括控制器、通信、傳動(dòng)、程序、工藝的全面監(jiān)測(cè)。

（2）基于振動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)

基于B&R CM4810振動(dòng)測(cè)量與處理模塊，現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)傳感器可以為關(guān)鍵的機(jī)械連接提供振動(dòng)分析，這一應(yīng)用不僅可以用于設(shè)備在線(xiàn)運(yùn)行時(shí)的故障預(yù)測(cè)，也方便在開(kāi)發(fā)階段提供機(jī)械調(diào)試，無(wú)需機(jī)械打孔安裝。

另外，通過(guò)對(duì)減速器出入口的電流檢測(cè)，也可以發(fā)現(xiàn)減速器的偏差，通過(guò)對(duì)各個(gè)色組的狀態(tài)檢測(cè)，還可以為維護(hù)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(guò)對(duì)設(shè)備主要部件提供的保養(yǎng)列表，為維護(hù)人員提供保養(yǎng)提示，以便組織計(jì)劃性維護(hù)。

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(hù)管理，這些技術(shù)確保了設(shè)備全面性維護(hù)的有效進(jìn)行（TPM）。

4 機(jī)器互聯(lián)與物聯(lián)網(wǎng)

通過(guò)機(jī)器的互聯(lián)，將整個(gè)生產(chǎn)納入一個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)共享來(lái)實(shí)現(xiàn)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(xiàn)最優(yōu)，貝加萊的APROL平臺(tái)作為邊緣節(jié)點(diǎn)可以為整個(gè)印刷工廠提供生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)采集PDA、能源監(jiān)測(cè)EnMon、運(yùn)維管理的ConMon，并對(duì)于質(zhì)量、變更、訂單進(jìn)行管理，從而實(shí)現(xiàn)有效的互聯(lián)生產(chǎn)。

圖5 印刷工廠智能化平臺(tái)架構(gòu)

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

云計(jì)算更擅長(zhǎng)將傳統(tǒng)印刷機(jī)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，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(jì)算（Edge Computing）則對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)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(shù)據(jù)處理與分析，并給予機(jī)器指令（如書(shū)刊的配頁(yè)、折頁(yè)與裝訂參數(shù)）。

（2）設(shè)備互聯(lián)—商業(yè)互聯(lián)

貝加萊為實(shí)現(xiàn)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(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O P C UA+POWERLINK實(shí)時(shí)通信的解決方案；

· 對(duì)IIoT各種協(xié)議的支持（OPC UA、MQTT、AMQP）；

· 為安全集成提供openSAFETY的通信集成；

· OPC UA支持云/霧/邊緣計(jì)算；

· 基于Web的遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)；

· POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。