王平益

摘要：本文主要說明印刷企業(yè)凹印工序印版輥?zhàn)詣踊鎯Φ膸追N方式，對煙印公司印版庫逐步優(yōu)化演變進(jìn)行了扼要說明，對定型設(shè)計(jì)和中間過渡性設(shè)計(jì)進(jìn)行比較和解釋，最后對自動化印版輥庫在印刷企業(yè)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：凹印印版輥；自動化存儲庫

中圖分類號：TS8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1400 （2021） 11-0022-06

Several Methods of Automatic Storage at Gravure Printing Cylinder

WANG Ping-yi（Shanghai Tobacco Packaging and Printing Co.， LTD.， Shanghai 200137， China）

Abstract： This article mainly illustrates several methods in gravure printing cylinder automation storage， in this paper， the gradually optimized evolution has carried on the brief description， to finalize the design and middle transitional design comparison and explanation， and finally， in this paper， The application trend is prospected in the future.

Key words： gravure printing cylinder； automated storage

凹印印刷是現(xiàn)代煙標(biāo)印刷的重要工藝，隨著各種版幅種類增加，煙標(biāo)多樣化，工藝改進(jìn)（例如UV），印刷企業(yè)凹印印版輥數(shù)量增長較快，一般儲輥量為數(shù)百支甚至可達(dá)數(shù)千計(jì)，存儲場地不足問題突出。合理的印版管理、備版管理及全自動化高利用率版庫運(yùn)用勢在必行。但是印版庫和紙卷庫不同，沒有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品為定制設(shè)備，合理設(shè)計(jì)方案尤為重要。隨著技術(shù)進(jìn)步，RFID印版識別、二維碼圖像識別、ERP數(shù)據(jù)同步安全鏈接、機(jī)械手臂存取印版等技術(shù)應(yīng)用，版庫智能化程度大大加快，印版庫正在以一個(gè)嶄新面目呈現(xiàn)出來，值得研究分析并比較得失。

1 四種方式印版存儲庫概要分析

1.1 傳統(tǒng)版輥架

傳統(tǒng)版輥架存儲方式為機(jī)械立架方式存儲，該類型裝置為早期設(shè)計(jì)，沿用數(shù)十年，最早推演到90年代初或更早，單組可以循環(huán)放置25支印版。優(yōu)點(diǎn)為機(jī)械爪自鎖，安全可靠，故障率低。缺點(diǎn)是場地占用多，規(guī)格受限制，需人工入架和出架，勞動強(qiáng)度大，為回轉(zhuǎn)方式取版耗時(shí)較多。

1.2 機(jī)械掛鉤式回轉(zhuǎn)庫

2014年設(shè)備部門開始在凹印車間投入使用機(jī)械掛鉤式回轉(zhuǎn)庫，機(jī)械裝置上取消原來自鎖，通過周轉(zhuǎn)方式進(jìn)行印版存取，在上版部位安裝有起重裝置，可實(shí)現(xiàn)輔助上版，降低勞動強(qiáng)度。印版識別上采用RFID（Radio Frequency Identification）無線射頻電子標(biāo)簽識別，但是該項(xiàng)測試發(fā)現(xiàn)印版掛鉤之間會相互干擾，印版準(zhǔn)確識別率低，故沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。在上版階段采用圖像識別條碼，可以進(jìn)行自動印版識別。

該版庫形式上是傳統(tǒng)機(jī)械式，但是由于采用數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行印版數(shù)據(jù)庫管理，印版識別，具備組網(wǎng)功能，因此在后續(xù)開發(fā)中該版庫接口友好可拓展功能強(qiáng)。綜合看，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)方面具備智能版庫初步功能，但是在設(shè)計(jì)思路上沒有導(dǎo)入現(xiàn)代化倉儲概念，因此版式單一（只能存儲820一種規(guī)格印版）；取板周期長（只能單一方向旋轉(zhuǎn)存?。萍s了迅速存取版實(shí)現(xiàn)。

機(jī)械掛鉤回轉(zhuǎn)庫出現(xiàn)，逐步淘汰傳統(tǒng)版架成為必然。目前我公司18臺820規(guī)格版輥架淘汰12臺，6臺650規(guī)格，6臺520規(guī)格全部淘汰。

機(jī)械掛鉤回轉(zhuǎn)庫主要在二個(gè)方面有明顯優(yōu)勢：全自動上下版無需人工抬版，極大降低勞動強(qiáng)度；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理印版信息功能并實(shí)現(xiàn)ERP數(shù)據(jù)同步，2019年采用WEBSERVICE安全數(shù)據(jù)鏈接方式，2020年實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人版庫數(shù)據(jù)組網(wǎng)。

結(jié)論：掛鉤式版庫盡管存在出入庫耗時(shí)較長還有占地面積大等缺點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全系數(shù)高，數(shù)據(jù)管理能力強(qiáng)，依舊值得保留和發(fā)展。

1.3 多層移動小車式高速版庫

2016年設(shè)備部門為縮短存取印版時(shí)間，開始在凹印車間投入使用多層移動小車周轉(zhuǎn)庫，一組合計(jì)2臺，設(shè)計(jì)有4層結(jié)構(gòu)，每層設(shè)計(jì)有輸送車，可以高速輸送印版。該設(shè)計(jì)核心是提高輸送速度，可以一次上下9支印版。單庫總存儲量為32*3+24=120支，其中第一層由于有進(jìn)出小車占用一定空間放置24支，其余3層放置32支。

設(shè)計(jì)上主要采用步進(jìn)電機(jī)方式進(jìn)行位置控制，通過探頭讀取導(dǎo)軌上標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行位置判斷，開環(huán)控制。在各層取印版輥后需要與設(shè)計(jì)在頂端的升降支架進(jìn)行交接，升降動作為絲桿設(shè)計(jì)，因?yàn)榻z桿關(guān)系限制為4層，無法設(shè)計(jì)成更高層數(shù)。同樣由于開環(huán)，造成定位精度不足。另外比較重要的不足是采用西門子SMART系統(tǒng)，該配置要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫功能難度過大，對硬件接口編程要求太高，因此沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與ERP聯(lián)接。也許設(shè)計(jì)工控機(jī)+SQL高級語言數(shù)據(jù)控制是最可靠方式，遺憾該平臺沒有配置。但是該平臺實(shí)現(xiàn)條碼讀入功能，可以進(jìn)行條碼入庫操作，實(shí)現(xiàn)方式是掃描頭接口數(shù)據(jù)與PLC數(shù)據(jù)交換。

結(jié)論：多層移動小車式高速版庫設(shè)計(jì)適用于生產(chǎn)規(guī)模適中的印刷企業(yè)，比如印版周轉(zhuǎn)量小于300支規(guī)模，該設(shè)計(jì)具有占地面積小，全自動上下版且高速的優(yōu)點(diǎn)。但是實(shí)例中配置較低，控制系統(tǒng)沒有閉環(huán)造成定位精度較低，故障率較高，這是該設(shè)計(jì)沒有推廣的關(guān)鍵。另外沒有配置數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理能力較弱也是該設(shè)計(jì)缺點(diǎn)。

1.4 倉儲式自動版輥庫

2018年設(shè)備部門結(jié)合掛鉤式機(jī)械庫和多層式高速庫優(yōu)缺點(diǎn)，特別是結(jié)合了當(dāng)前成熟物料倉儲庫技術(shù)，在凹印車間投入使用高速大容量倉儲式全自動版輥庫，原設(shè)計(jì)起重部分沿用掛鉤庫人工吊版，后改進(jìn)為機(jī)械手上下版，提高工作效率和存取版速度。

該設(shè)備具有948個(gè)印版輥位（316個(gè)貨位），出入庫形式采用自動掃碼方式，出入庫極限時(shí)間為7分鐘/次（取3根印版并且考慮分別位于不同托板上耗用時(shí)間最長的情況），單人操作便能完成所有流程，同時(shí)印版數(shù)據(jù)庫和ERP進(jìn)行實(shí)時(shí)對接。單支印版輥存（取）效率為最多耗時(shí)2分鐘。

該庫由巷道堆垛機(jī)、搬運(yùn)機(jī)械手、鏈條輸送機(jī)等構(gòu)成。主要采用機(jī)械手搬運(yùn)、版輥出入庫數(shù)據(jù)化管理、全自動貨叉等先進(jìn)技術(shù)，具有占用面積小，印版存儲率高等優(yōu)點(diǎn)，在長度36米、寬度5米、高度8米區(qū)域內(nèi)可以放置近千支印版，并且具備擴(kuò)充簡便的特點(diǎn)（預(yù)計(jì)原設(shè)備25%投入可以擴(kuò)充50%儲量到1500支，且升級周期只需數(shù)周），且能適應(yīng)我公司820、650、520等各種規(guī)格印版存放。這是前面所有類型版輥庫設(shè)計(jì)都不具備的，節(jié)省人力搬運(yùn)同時(shí)提高進(jìn)出庫效率，采用二維碼輸入方式降低出錯(cuò)概率，為印版出入庫準(zhǔn)確性、及時(shí)性提供保障。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 定位技術(shù)

堆垛機(jī)水平定位由位于地軌兩側(cè)頂端的激光測距傳感器進(jìn)行定位，定位精度+/-5mm，為開環(huán)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通過光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)。

堆垛機(jī)攜帶貨叉平臺垂直定位，距離測量原理和圖8一致，為閉環(huán)系統(tǒng)，垂直方向安裝編碼器進(jìn)行位置反饋，位置精度+/-5mm。

2.2 機(jī)械手（搬運(yùn)機(jī)器人）及配套夾具

搬運(yùn)機(jī)器人選用ABB IRB660，分解搬運(yùn)動作選擇4個(gè)自由度，搬運(yùn)重量270kg，滿足印版輥重量要求。定位精度0.1mm，參數(shù)為+/-0.12mm，機(jī)械手精度足以滿足印版輥搬運(yùn)定位精度。目前故障主要來自于指令系統(tǒng)錯(cuò)誤或本身程序不完備，機(jī)器人在Robotstudio軟件運(yùn)行，程序定位偏差和夾具設(shè)計(jì)是目前主要問題。針對圓周長800mm及以上大印版，誤觸發(fā)直徑保護(hù)比較多，需要修改機(jī)械手位置坐標(biāo)進(jìn)行完善。夾具設(shè)計(jì)不盡合理表現(xiàn)在保護(hù)探頭誤觸發(fā)比較多，任務(wù)執(zhí)行中斷情況也比較常見，這都是定制設(shè)備程序不完善或硬件配置不夠合理所造成，需要不斷積累不斷改進(jìn)。

綜合評價(jià)后結(jié)論為：貨架式設(shè)計(jì)可以滿足大量存儲要求，在高度方向可以進(jìn)行延展來進(jìn)一步提高空間效率，又通過不同尺寸印版輥定位支架來滿足不同印版規(guī)格需求（常見520/650/820，可以改進(jìn)為更寬尺寸例如1420）；機(jī)械手自動上下版降低勞動強(qiáng)度，堆垛機(jī)縱橫向定位精度保證動作可靠和整機(jī)安全，綜合看各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)非常突出。

和多層移動小車高速庫設(shè)計(jì)比較見表2：

3 總結(jié)和展望

經(jīng)過較長時(shí)間摸索，幾代機(jī)型改進(jìn)，倉儲式自動版輥立體庫作為最優(yōu)方案得到確認(rèn)。同時(shí)我們也認(rèn)為該設(shè)計(jì)前期投入較大，如果印刷企業(yè)規(guī)模較小，多層高速庫仍是可以考慮方案。但是對于規(guī)模較大印刷企業(yè)生產(chǎn)而言，倉儲式自動版輥立體庫優(yōu)勢非常明顯，另外由于天地軌設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)具有可拓展性特點(diǎn)。

拓展后該型設(shè)計(jì)規(guī)模經(jīng)濟(jì)性將體現(xiàn)，估算值為25%原裝備資金投入，將容量拓展原來設(shè)計(jì)總儲量50%以上。單位造價(jià)估算（萬元/支）可以降低到0.34，通過表1、表2比較可以看出該方案為一種經(jīng)濟(jì)性較佳設(shè)計(jì)。

拓展數(shù)量受到各元件距離限制，圖8通訊模式，理論上可以達(dá)到100米，但實(shí)際情況有一定差距，預(yù)計(jì)通訊失敗率明顯上升，這是該方案需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一。

參考文獻(xiàn)：

[1] SICK ISD 400操作指導(dǎo)手冊.