印刷机嵌入式智能设备

进入2017，信息化时代已经深入到生活的每一个角落，不论是智能家居还是智造车床，不同行业的技术都有计算机的身影。“互联网+”“物联网”“工业4.0”等概念都是计算机技术发展带来的改变。印刷包装行业也在工业4.0提出后，开始实施数字印刷以实现行业初步转型。数字印刷的提出，使得传统的印刷技术得以提升，实现印刷工艺技术的“软件化”，距离印刷设备物联网实现还差“硬件化”一步。

印刷设备现状

国内有很多印刷企业，也有很多印刷设备制造商。印刷企业在努力实现数字印刷来适应时代潮流：个性化定制；印刷设备制造商也在努力使自家的机器更有竞争优势，但是不能仅靠压缩成本、缩减利润获取优势。印刷设备制造是将机械部件的制作和电气设备安装结合在一起，也就造成设备的电气功能基本依靠订制的电气设备来决定。在实现必要工艺的基础上，设备智能化部分已经成功被上游电气设备商牵制。

印刷设备虽不是消费电子，但也是和生产者息息相关的。如今的印刷企业，一台胶印机的值班模式都是以保证机器正常不停机运转为前提的，碰到大量订单时更是日夜连轴转，机长和他的小伙伴们都是为机器正常运转而服务，劳动量不是非常密集，但是从不停止。机器不停机运转难免出现各种状况，值班职工理所当然为机器连续运转服务。这种模式加大了职工的负担，也降低了企业效益。

设备制造商在考虑完成既定工艺流程的同时，是否真正有考虑在完成这一作业过程中，职工所扮演的角色。职工为企业服务，与企业一样都希望能短时间创造最大的效益。机器出故障第一时间是厂家的技术人员前来维修，对于印务企业而言，一次维修也是不小的开支。减少不必要故障是设计师的职责，但是故障发生时往往导致直接停机不能运转下去，停产也是让印务企业比较无奈的事情。

不论是印务还是设备制造，都有很大提升空间。企业内的ERP系统不单单只是机器前边摆放的，只为显示业务信息并等待机长手动键入作业信息的平板电脑。企业设备管理故障检修的一部分可以由机器自身完成。调试保养、状态评估等都可以通过对设备数据收集达到。

印务现状与设备制造是息息相关的，设备能否完成更高效率、更智能处理都需要设备商的开发。国内设备在机械工艺上落后国外一大截，在电气工艺上依赖国外供应商，诸如：欧姆龙、三菱等PLC厂商。降低研发成本的同时也在降低印刷设备质量、功能。

国外设备注重工艺方面科技含量的注入，如数字印刷、数码打样、可变数据打样等技术。这些设备在数字印刷上大展手脚，却也让印务企业陷入单边发展工艺技术导致的设备越来越难以维护、故障检修动辄请厂家的境地。

智能化的提出

包裝印刷不仅需要更精湛的工艺技术，更需要智能化的设备来实现。

印刷设备智能化分为：印刷设备物联网化、数据收集和应用。

构建物理网络是第一步，在以Internet为核心建立的物理联接网络基础上，实现对印刷设备数据的收集。

数据收集是智能化的第二步，智能化关键一步在于对数据的应用。设备在实现原有工艺流程的基础上，实现对设备数据的采集。数据采集包含很多方面，其中主要的方面有：①印品质量检测；②设备故障报错；③作业情况收集。

在收集数据的基础上，智能化设备一方面接收来自机长的经验调试，另一方面将数据与已收集信息进行比对，进行分析并执行对应指令。譬如：①在印品检测方面：检测到印品与样品有出入，分析图像数据后进行比对或接收机长调试指示，调节张力控制机构等来调节。②设备故障方面：设备故障会有报警，报警时智能设备接收到传感器数据，在对数据进行解读后并判断出可能的故障原因。接下来首先是查找机器本身是否具备故障矫正功能，其次是提出不需要专业技术人员维修的维修建议，最后提出建议厂家维修。③作业情况收集：设备作业数量与良品率、订单量、设备状态都有密切关系，智能设备在获取到订单数据后，将持续记录作业数量并上传ERP管理，同时作业量或废品率也是反映机器状态的重要参数。它可以显示机器处于磨合期、正常磨损期还是老化期，这些数据对于企业提高生产效率是十分有必要的。

设备的智能化是对设备的升级，但这并不表示设备上搭载的电气设备越多就越智能。很多印刷设备搭载了人机交互界面、网络联接，但却没能实现真正意义的智能化。

这里的印刷设备应不仅是印刷用设备，也包括整个工艺流程用到的其他设备，如模切机。

智能化不是一蹴而就的，需要一个成长的过程。机器设备维护与运行都是来源于机长的经验，机长接触时间越长，也就越容易判断机器的状态，越能读懂机器。智能化也是一样，新生的智能设备需要在生产过程中不断积累数据，不断收集印刷设备的运行数据，才能更好地展现智能化。

如何实现智能化

智能化的本质是数据构建与应用，而这些需要一个完整框架，即建立设备的物理连接网络。

物理联接硬件基础就是计算机技术，计算机已经深入到我们生活的各个角落，是我们生产、生活最便捷的助手。同时考虑到成本、控制因素、适应性、稳定性等因素，嵌入式是实现印刷设备智能化的最佳计算机技术。

为实现印刷设备的智能化，构建物理联接网络，提出以下解决方案：

智能化计算硬件：利用技术较为成熟、获得工业领域认可、应用广泛、开源型的计算芯片ARM。其适用于工业控制领域的系列Cortex-M7可以满足目前计算需求、数据处理需求，在稳定性、抗干扰性方面都有较强保障；网络数据传输、传感器数据采集以及对传统PLC控制的接口等。在最小改动原有设备的基础上实现最大化智能。

在软件方面：轻量级操作系统；数据库建立与通用接口建立，方便接入专家级数据库；传感器数据采集、处理与存储；智能型处理关键技术：利用专家级数据库、采集自身数据得到的以往使用数据以及机长经验输入数据记录等作为优化今后生产的依据。

智能化的实现需要在知识库方面不断积累，也就是数据的交换，知识库的积累是需要框架的。因此我们在构建好硬件框架后，需要为今后智能化的提升预留硬件接口，为未来印刷设备的更多升级预留空间，讓智能化真正实现自我升级，这些数据服务则需要企业服务器的支持。

综上，我们实现智能化的途径是：利用嵌入式计算机技术搭建使现有设备智能化的平台，实现印刷设备的物理联接，移植嵌入式操作系统来实现数据管理及网络数据交换的实时性，实现智能化关键一步：数据的存储与应用。

对智能化的预期

预期智能化平台搭建效果：由于智能化的搭建是逐步进行的，现阶段的智能化属于第一步：智能化框架的搭建。框架的搭建完成应满足：在硬件方面，液晶触控屏提供人机交互、可拓展硬件控制接口、千兆网络硬件、核心计算芯片以及通过固态的开关电路对设备原有PLC；在软件方面，数据收集、数据管理、数据库数据比对、专家数据接口、基本设备控制等。

同时结合移动平台等优势，开发Android或Windows软件，来实现对设备运转的查看与控制。移动平台控制将以用户登录的形式进行管理，以此来限制不同用户的权限，对设备起到一个保护作用。设备运转时数据记录，将不同情况的数据均记录下来，作为参照以供今后设备调整用，并设立工艺参数调整数据库，加入专家调整数据样本。在前边的基础上，运用专家数据和平时运转数据，建立优化数据模型，为今后更良好地运转作铺垫。也就是，智能化设备是一个随着时间累积不断完善的系统。

由于社会生活运转速度快，对产品研发并投入使用的周期也大大缩短，以上描述的智能化平台，其应用阶段正如二阶系统阶跃响应曲线一样：适应生产时间短，达到最佳稳定时间长。也就是说智能化设备的投入与适应印务生产的时间短，很快可以投入应用，但是要达到真正的智能化调整与预警，还需要较长的时间来不断完善数据，不断调整参数，以实现设备的自我完善。同时在设计智能化设备时，会考虑已有的参数、调整数据等来作为蓝本，以供后期参考、修改使用。

展望未来

未来的智能化，是基于现有的互联网和大数据，以大数据为基础，对未来发展趋势或运作模式作出预测，正如Google的人工智能预测流行疾病的爆发一样，印刷设备的智能都还取决于行业对智能化的认可与投入时间。智能化不仅是在减轻劳动负担，也是在提高生产效率，提升产品质量。未来的智能印刷设备不仅仅要能够对已有故障、问题作出判断并解决，同时也要能够依据已有数据进行分析并预测可能会出现的情况。