膠印設備智能化發展有空間

韓曉良

工信部曾以印刷設備數字化、智能化和自動化立項支持印刷設備產業的發展，并取得了積極的成果。數字化是指由模擬技術向數字技術的轉變，是各行業普遍關注的話題；智能化是指由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、精密傳感技術、智能控制技術匯集而成，并針對裝備制造領域的廣泛應用。自動化是指由提高工作效率解放操作者的技術措施，數字化、智能化、自動化這三者互相交叉、互相融合。

隨著產品市場競爭的日趨激烈，產品智能化優勢在實際操作和應用中得到了非常好的運用，其主要表現在：大大改善操作者作業環境，減輕了工作強度，使體力勞動向腦力勞動轉變；提高了產品質量、作業質量和工作效率，人在其中的主導作用在弱化；一些危險場合得到重點防護，設備和人體安全得到保障；環保、節能措施得到實時監控，提高了機器的自動化程度及智能化水平；故障診斷實現了智能化，提高了設備的可靠性、穩定性，降低了維護成本。

膠印設備的智能創新

膠印設備的智能化創新涉及多個領域，國內企業應該加大智能創新的投資力度，從追隨國外技術向自主創新技術沖擊，在最短的時間內，在以下幾方面取得成果，以推動膠印設備產業的發展。

1.膠印機工作性能的智能化

速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善膠印機動態、靜態特性等有效措施，速度、精度和效率已大大提高。

近年來，單張紙多色印刷機開始應用以下新技術：一是輸紙機脫離主機傳動鏈，用單獨的伺服電機傳動跟蹤主機，數字控制技術完全可以做到與主機同步，省掉了制造過程到用戶機械聯機的調試；二是印刷滾筒應用獨立驅動技術，節約了大量的齒輪和傳動軸，實現單機組裝配和多色機同時裝版，減少了輔助操作時間和制造成本。傳紙滾筒仍然采用齒輪長距離傳動，以保證傳遞紙的準確性；三是輸紙臺取消左右紙張定位部件——兩個側規矩，通過安裝在輸紙臺兩側的光電感應裝置對紙張位置進行監測，并將信息反饋到中央控制器，再傳送給遞紙滾筒控制牙排的伺服電機，完成牙排位置的側向定位。操作人員不需做任何側規調節，可有效減少25%的調機準備時間；四是實現水墨控制與主機運動分開，水墨平衡和水墨量可以單獨調整；五是設置自動紙張預置，實現紙張厚度和紙張幅面的自動預先調整，利用CIP3/CIP4文件格式標準使印刷機的調整信息與制版信息共享。利用PDF格式標準實現向印后設備的傳遞，實現整個印刷過程的信息傳遞過程的自動化。

卷筒紙印刷機已經在全領域廣泛應用獨立驅動技術，像電子軸、電子凸輪、電子張力控制和電子套準等控制系統，實現設計模塊化、組裝機組化、聯機用戶化，大大縮短了設備的開發設計和制造周期，成為最先進的高端智能化設備。國內單張紙多色印刷機僅部分實現輸紙機與主機傳動分離、水墨與主運動分離。

2.增加聯線智能化創新

單張紙多色膠印機的聯線技術指在輸紙、印刷、收紙的基礎上，增加功能完成聯機的其他操作。國外膠印機已經可以實現聯機專色印刷、UV上光、烘干、檢測、壞張印品分離、冷燙印技術和紙張自動翻轉實現雙面印刷等功能。為了爭奪高效和低成本的卷筒紙印刷市場，在單張紙多色印刷機前端增加裁單張機的配置，可以進行卷筒紙的上紙方式，裁單張后聯機印刷，從而降低紙張成本。國內設備在以上技術領域雖有所突破，但因價格等因素還沒有推廣開來。

采用高度集成化CPU，RISC芯片和大規模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高獨立驅動系統的集成度和軟硬件運行速度，應用LED平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點。可實現超大尺寸顯示。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統的可靠性。

硬件模塊化易于實現獨立驅動系統的集成化和標準化，根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的獨立驅動系統，膠印設備應該廣泛應用這些技術改造設備。

3.提高自動化智能水平

為減少印刷過程的輔助操作時間，提高膠印機自動化水平是用戶的普遍要求。當前，已經采用的新技術有以下幾種：自動換版、自動清洗、自動調版、自動套準、自動供墨、紙張預置、潤滑油自動降溫、自動定點潤滑系統、出墨輥自動降溫、CPC墨色遙控等。

由于膠印機設備質量和自動化水平的差異，以及大型印刷設備國產化仍存在較大困難，造成膠印機進口持續在高位運行。

4.數字化帶動智能化創新

設置數字化接口，做到印前的制版信息能快速輸入印刷機，省掉重復的調整時間，減小調整誤差。當前，機器緊迫需要解決的功能有具備自動紙張智能調節功能，輸紙機、收紙機、叼紙牙排、前側擋規等的紙張預制、墨色還原自動調節功能等。

數字化一體方案已經將桌面系統、輸出設備、CTP直接制版設備、墨色遙控等過程做到數據共享、集中控制，大大縮短了印刷周期，提高了印刷效率和質量。還實現了自動上版、自動洗橡皮布、印版對角調整等功能，還有企業開始裝置紙張預置系統和數字化接口，開始應用CIP3、CIP4、JDF等數字一體化文件格式。

自海德堡公司1 9 9 5年推出D146-4和Speedmaster74DI在機制版數字印刷機以后，已有多家公司相繼推出該種設備，并主要應用于快速印刷領域。D146-4型在機制版數字印刷機采用衛星式滾筒排列結構，用激光二極管在四色印版以準確的定位同時成像。印版成像后，自動清洗掉印版表面的硅屑。印刷時，利用無水膠印油墨即實現了親墨、疏墨的分離。在機制版數字印刷機大大減少了由于更換印版所花費的輔助時間和由于更換印版所產生的套印誤差，這種設備在快速印刷領域將發揮潛在的市場，國內企業應該適時進入該領域。endprint

5.網絡化智能控制

目前，膠印設備的智能化控制方法大多以印刷過程控制為基礎，以CIP3/CIP4為平臺，采用在線色彩測量設備直接獲得實際印刷印張的色彩控制參數，并按照所選定的印刷標準進行比對和評估，實時地自動調整印刷水墨平衡參數，以達到印刷質量最優化和印刷效能最大化。

海德堡、曼羅蘭、高寶、小森等都已全面推出了膠印智能化控制系統，盡管形態各異，但核心與實現方式基本一致，主要由自動供墨導控裝置、專用印刷控制條以及智能分析與質量評估軟件三部分構成。其中，自動供墨導控裝置包括墨斗定量供墨裝置、掃描式密度測量儀或色度測量儀、測量定位器、供墨數據處理單元等。通過墨斗定量供墨裝置能夠保持油墨黏度的一致，減少油墨損耗；通過安裝在印刷機控制臺上的掃描式密度測量儀或色度測量儀，能夠橫向或縱向掃描印刷控制條，自動測量濕密度、干密度、色度或光譜，并將所采集數據處理后反饋給印刷機，再進行水墨調節與優化。智能分析與質量評估軟件則能夠根據所采集數據，分析產生問題的原因，評估印品質量，自動調整參數，保證良品率水平，同時，還能夠自動建立產品色彩控制數據檔案，動態比較相同產品、不同時段的色彩控制數據，以獲得最佳數據，并生成各種質量評測報告和色彩控制分析報告。

在drupa 2012上展示的膠印智能化控制系統中，色彩實時控制技術的應用情況最好、應用價值最高、對印企提升競爭力最為關鍵。無論是德系的海德堡、曼羅蘭、高寶，日系的小森、利優比，還是中國的上海電氣，都是通過對印品色彩控制數據的精確采集、智能化色彩控制數據的優化處理以及墨控系統色彩控制數據的實時反饋，在高速印刷環境下保持印品的高優良品率和低成本的。

色彩控制數據的精確采集既能通過小至3mm×4mm的印刷控制條單元實現，也能夠通過直接測量印刷圖像實現，既可以采用密度控制方式，也可以采用色度或光譜匹配方式。其中對開幅面印張的測量時間僅為15秒左右，從而可使得在不增加印刷紙張幅面的基礎上實現印刷色彩控制數據的采集成為生產常態。

智能化色彩控制數據的優化處理則通過軟件來智能化地處理2萬種重要顏色在膠印復制中的色彩數據及其控制參數，并依據國際標準的密度基準或色度基準，依次分析與優化灰平衡、TVI補償、實地密度微調、色差等關鍵控制數據，以控制膠印機的水墨狀態，并實時將這些色彩控制數據反饋至墨控系統，以保證水墨匹配，確保印刷質量和良好的可重復性。此外，這些數據還能夠與印企的ERP系統、質量評估系統等無縫連接，實時生成反映質量狀態的分析與評測報告，為質量與效率的共同提升提供數據支撐。

提高印刷質量的智能措施

提高印刷品質量的措施是一項綜合工程，僅在設備本身的制造質量方面，就與國外企業有較大差距，國內企業應該加快對以下措施的智能創新：

1.故障自動監測和控制系統

設置光電控制系統，可以控制印刷過程紙張準確到位，防止雙張、歪張、空張等問題的發生，進一步提高了印刷質量和效率。

采用觸摸屏技術，設置人機對話界面，印版采用了定位安裝方式，設置快速裝版機構、自動調版裝置和校版改變量以數字直接顯示等措施，縮短了印版安裝調整和故障診斷的輔助作業時間。

采用川流式輸紙機和真空輸紙臺，位于前擋規處的光電檢測裝置使紙張的早到、晚到及歪斜均被識別出來，并執行錯誤紙張的鎖定功能，不但提高了印刷速度，而且減少了故障發生的幾率。

2.水墨控制、紙張運行和潤滑的智能化

墨斗輥連續運轉，對于墨量的變化能作出迅速反應，有利于墨色控制。墨路排布先進、合理，施墨均勻穩定，可以實現短墨路和加大墨量供墨性能。墨斗輥的出墨量大小通過電機遙控并數字顯示，做到準確、可靠。

水斗輥采用單獨電機驅動，其轉速自動跟蹤主機速度，可對水量的變化需求作出快速反應，過橋輥連接靠版水輥與靠版墨輥，氣動控制的過橋輥離合，可實現水墨聯合印刷或水墨脫開印刷及預濕潤功能。配有濕潤液的冷卻裝置、酒精配比恒定裝置、溫度調節裝置及自動的濕潤液循環裝置，從而使印刷質量進一步提高。

帶有吹風裝置的導紙板，使紙張無劃痕運行，氣動控制取樣接紙，收紙堆上方裝有按區域控制的風扇，風扇轉速可自動跟蹤主機速度。

主機上設有定點、定量、定時自動集中潤滑系統，不論潤滑位置高低和距離遠近，都能得到所需的潤滑油。潤滑的間隔時間可在0～60分鐘這個范圍選定。該系統還具有油路故障、油位過低等報警裝置，大大增加了機械安全運行的可靠性。

3.自動檢測裝置

最后一個印刷單元上安裝的攝像機，對印刷品進行視頻檢測，按質量標準，進行每一印張的質量監控，剔除有缺陷的印張，將其轉到收紙裝置的另一個紙臺上，從而減少成品中的廢品。色彩測量和控制可以掃描和測量位于印張邊緣或印張中部的印刷控制條。印刷控制條不僅非常小，而且有多個組合灰平衡調整所需要的測量塊，是目前單張紙多色印刷機中最佳的質量控制方法。

聯機印張檢測系統能在印刷機高速運行時，對印張頁面進行掃描并與參考樣張對比，將不合格的印張進行標識，在模切、燙金或折頁時自動剔除，也可將其用于雙面印刷機。高寶帶密度測量和控制的聯機監測系統，只需60張左右的印張即可將密度標準化。

4.溫度和濕度控制系統

多功能溫控系統通過測量主要墨輥的溫度，維持和控制開機和停機時的最佳溫度，以減少色彩調整，穩定印刷質量。墨輥溫度控制和冷卻系統使墨輥表面溫度不變，減少印品墨色偏差，穩定印刷質量。冷卻系統對墨斗輥和串墨輥采用水循環冷卻，以控制墨輥的溫度。

中央水冷裝置和內部控制系統可控制室內溫度，減少熱量，提高印刷質量，同時降低氣流速度，減少污染和噪聲。

5.短墨路輸墨系統

短墨路輸墨系統采用網紋輥短墨路輸墨裝置，實現無墨鍵、無水印刷。高寶Genius52 UV是最早使用網紋輥短墨路輸墨方式的膠印機，在drupa 2008展會上高寶又展示了3款無水膠印機，分別為單張紙多色印刷機利必達74 Gravuflow、74Karat DI以及卷筒紙印刷機Cortina。這種短墨路輸墨技術在國內設備上尚未采用，在免化學沖洗CTP版材成功推出的當代，這項技術還有很大的發展余地。

6.電敏保護裝置（ESPD）

電敏保護裝置是一種智能化廣泛用于設備安全的防護裝置，就是我們經常用到的光電保護裝置，即當光線被遮住后，機器或機構停止動作。光電保護裝置可以單獨設置，也可以設置光電保護裝置組。例如：在單張紙印刷機的收紙部分，按一定的尺寸要求設置的光電保護裝置，可以防止人體的進入產生的收紙鏈排對人的傷害；切紙機為了保證操作安全，應設置一組光電保護裝置，在切紙機工作時，可以阻止手臂的進入從而避免傷害。

膠印設備的數字化創新使印刷信息、文件格式化和管理實現無縫傳遞；膠印設備的智能化創新將使設備的監測信息、檢測信息、故障信息、驅動傳動指令和實時監控替代人工的干預，“人格化”的機器設備將給膠印設備帶入新的發展空間。endprint