贝加莱助力印刷机械行业实现精细化运营

★贝加莱工业自动化（中国）有限公司 宋华振

贝加莱助力印刷机械行业实现精细化运营

★贝加莱工业自动化（中国）有限公司 宋华振

印刷机械应用领域广泛，涵盖了包装印刷、装饰材料、报纸，应用于票据、表格、不干胶标签等多种领域。包括单张胶印/轮转胶印、凹版、柔版（机组式与卫星式），印刷机械趋向于更多传动技术的应用、工艺集成以及工厂管理。

印刷是一个非常专业细分的领域，贝加莱是此领域中知名的控制系统提供商，堪称独特的“隐形冠军”。

图1 印刷工业发展趋势概要总结

1 小批量多品种

尽管电子阅读、电子文档正日趋代替传统的纸质产品，但在机场与高铁站，杂志仍然有很大量的销量，而且种类较以往更多。随着整个社会文化水平以及激烈竞争导致的对于知识的焦虑也使得阅读并未下降，纸质的书刊杂志仍然保持着增长，超市里琳琅满目的产品包装种类也日趋增多。这也意味着包装印刷种类越来越多，而印刷企业针对市场需求生产的印刷品种类也变得更多，这是一个显著的趋势，印刷业始终面临着这样的挑战。

1.1 数字印刷已经实现“1”为批量的生产

今天，业界开始广泛探讨个性化生产。但“个性化”其实在印刷行业早有体现。即“Print on Demand”，按需要的数量、质量、功能来设计印刷产品，包括装订。来自HP的Indigo，以及数码企业如Kodak、ESPON、Xexor、Founder都已经通过数字印刷技术将这一目标实现，经过多年的发展，其单张成本已经大幅下降，数字印刷已经成为了小批量印刷的主力。目前已有数家知名的数字印刷设备制造商采用了来自贝加莱（B&R）的控制系统，包括HP的Indigo。

图2 HP Indigo数字印刷系统

1.2 低换单浪费

个性化带来的最大挑战在于当批量变小时，机器需要经常进行换单操作，从Lean Production的角度而言，设备的六大浪费就包括了开机浪费。因此，先进的机械制造商已经为印刷实现了降低开机浪费的各种解决方案，如无轴传动技术。

无轴传动技术确保高品质印刷

无轴传动/直接驱动技术均已成为广泛采用的印刷控制方案，自2003年开发第一台无轴传动机器至今，贝加莱已经在无轴传动技术领域积累了10多年的经验以及数百台机器的运营。较之传统的无轴传动方案，将套色与传动集成套色是亮点，并且，不同于其它套色方案为每个色组外接编码器，对于集成套色可以省去这一成本和安装精度与机器振动带来的不稳定以及维护。其他包括：

（1）集成套色功能：确保开机、运行、减速各个阶段的印刷品质，在横向、纵向均确保提供稳定的印刷精度，在速度达到450m/min的印刷中仍然可以确保稳定可靠的印刷品质。

（2）预对版功能：确保了在开机阶段快速的进入套准状态，最大限度地降低纸路浪费。

图3 凹版印刷集成套色系统

（3）相位恢复功能：对于需要重复下单印刷的产品（例：每个月下同一印刷订单用于生产）在系统中对上次印刷的相位参数进行重新加载，可以让印刷快速进入稳定套色，进而减少开机浪费。

图4 达到采样的X67色标模块

（4）专用色标检测技术

对于套色控制、带色标的裁切应用，贝加莱提供了多种的色标处理方案，包括ACOPOS驱动器直接的Trigger信号，以及通过插入式的色标检测模块、第三方如BST带POWERLINK接口的色标处理模块，这些模块可以实现不同的色标处理，并对印刷偏差进行处理。

基于BST-RSH模块可以达到1s的采样，支撑1000m/min的印刷速度，均采用POWERLINK实时通信网络传输。

1.3 印刷材料的适应性

对于印刷而言，订单的变化意味着材料的适应性问题，这种变化需要系统具有较强的适应性，包括不同的纸张（水粉纸、装饰纸、卡纸等），薄膜（BOPP、PE、PVC等），贝加莱的控制系统可以提供更好的适应性、高鲁棒性，从而在更换订单时灵活适应印材。

2 生产运行管理

对于印刷工厂而言，OEE是一个关键指标，作为评估机器运行与投资评估的保障，在贝加莱为印刷设备提供的系统中，包括了生产运营管理的设计。

（1）OEE统计

通过对生产中的质量参数、机器运行时间、开机等待、故障停机等时间统计，为工厂提供计算OEE指标的信息。

（2）历史数据的记录，可以提供给大数据平台，用于产品质量分析与预测能力的提供，包括机器系统的运行效率、能源分析的基础数据。

（3）质量统计分析SPC功能，为工厂提供质量统计相关的参数。

（4）配方管理：对于专业的印刷工厂，如装饰纸（上万种木纹），承接来自不同客户的订单时，可以为不同的印刷提供配方，减少操作人员对每个订单的人工设置，减少在开机阶段的浪费。

3 智能维护技术

可靠且稳定运行的机器显然是工厂最喜欢看到的场景，贝加莱为印刷机械设置了非常领先的维护技术来实现机器的可靠运行：

（1）Web-Based维护

由于B&R的控制系统采用RTOS和Intel X86架构，这使得印刷机的状态和故障可以通过远程的iPhone、Andriod平台访问，内嵌的Web服务器可以为用户提供在线的监测，包括控制器、通信、传动、程序、工艺的全面监测。

（2）基于振动的预测性维护

基于B&R CM4810振动测量与处理模块，现场的振动传感器可以为关键的机械连接提供振动分析，这一应用不仅可以用于设备在线运行时的故障预测，也方便在开发阶段提供机械调试，无需机械打孔安装。

另外，通过对减速器出入口的电流检测，也可以发现减速器的偏差，通过对各个色组的状态检测，还可以为维护人员提供设备故障预警（参数异常、超限）。

（3）智能保养提示

通过对设备主要部件提供的保养列表，为维护人员提供保养提示，以便组织计划性维护。

由此可知，贝加莱为印刷设备提供了从电气、工艺、资产管理到组件多种方式的维护管理，这些技术确保了设备全面性维护的有效进行（TPM）。

4 机器互联与物联网

通过机器的互联，将整个生产纳入一个内部数据共享来实现优化（如同解耦算法），进而在质量、能源、成本效率方面实现最优，贝加莱的APROL平台作为边缘节点可以为整个印刷工厂提供生产运营的数据采集PDA、能源监测EnMon、运维管理的ConMon，并对于质量、变更、订单进行管理，从而实现有效的互联生产。

图5 印刷工厂智能化平台架构

（1）物联网—发掘数据宝藏

云计算更擅长将传统印刷机生产运营，包括设备状态、工艺、质量等多种数据信息予以集中采集传输，而智能分析软件则可以为生产提供优化的决策支持。

边缘计算（Edge Computing）则对生产现场的相关生产、组织管理（订单、排产、配方、质量等）实时性较高（50～100ms）的数据处理与分析，并给予机器指令（如书刊的配页、折页与装订参数）。

（2）设备互联—商业互联

贝加莱为实现M2M和B2M的互联提供了多种方式的开放接口支持能力：

· 为旧设备以及工厂提供基于OrangeBOX的数据采集；

· 为新设备互联提供完全基于O P C UA+POWERLINK实时通信的解决方案；

· 对IIoT各种协议的支持（OPC UA、MQTT、AMQP）；

· 为安全集成提供openSAFETY的通信集成；

· OPC UA支持云/雾/边缘计算；

· 基于Web的远程诊断与维护；

· POWERLINK实时以太网。