膠印設備的數字化進程

韓曉良

美國人魯貝爾在一次印刷中，無意將印版上的圖形，先印刷到了一塊橡皮布上，再將橡皮布上的圖案轉移到紙上的時候，他驚訝地發現，印出的圖形，遠比正常印刷出的印刷品品質高得多。這一偶然的發現，促使他經過努力，在1904年發明了間接印刷的平版橡皮印刷機。當時，我國正處在清朝光緒三十四年，1908年我國引進了第一臺平版輪轉膠印機，至今膠版印刷已經在中國使用了109年，并得到了相當廣泛的應用，成為當代市場占有率最大的印刷方式。

膠印設備經過一個多世紀的發展，經歷了機械化、自動化、智能化、聯線化和數字化的發展過程。在自動化方面，已經實現包括自動換版、自動清洗、自動調版、自動供墨、潤滑油自動降溫、自動定點潤滑系統、出墨輥自動降溫等創新。在智能化創新方面，出現印刷質量智能剔除、故障智能識別、紙張智能定位、自動套印等技術。在聯線化方面，已經實現聯線專色印刷、翻轉印刷、U V上光、烘干、冷燙印、打碼、鐳射等技術。在數字化方面，印前制版已經從模擬照相、激光照排，發展到數字直接制版，印刷設備也出現在機直接制版的數字印刷機。

隨著數字印刷設備的興起和環保要求不斷提高的影響，膠印設備市場受到強烈的沖擊，膠印制造企業受到強烈的挑戰，造成一些企業倒閉、轉行和萎縮。但是，大批量的新聞出版印刷、教科書印刷、包裝印刷膠版印刷仍有不可比擬的印刷優勢，這種印刷方式的數字化創新仍在路上，并且實現數字技術的華麗轉身，其印刷效率、印刷質量、印刷成本和產業化程度仍處于領先地位，市場的影響力仍處于較高水平。

在數字化方面，膠印設備普遍設置了顯示屏（觸摸屏），大部分印刷過程的操作實現中央計算機管理，印前、印刷和印后的紙張規格設置實現共享，水墨參數具備記憶功能，隨著計算機技術、光纖傳導技術以及數字與網絡技術的不斷發展，數字技術在膠印機上的運用越來越廣泛。

驅動系統數字化

20世紀80年代末，單張紙膠印機主運動系統的速度調節仍然采用電磁調速電機（滑差電機）的調速系統，這種調速方式不但速度低，而且在滑差變速的過程中，有大量電量轉化為熱量消耗，因此電機的功率體積龐大。為了保證從輸紙到印刷及收紙的同步性，大多數設備一條傳動鏈帶動所有運動和功能部件，給制造過程和使用調整帶來很大的困難。傳統卷筒紙膠印機采用直流電機主驅動，以實現無級調速的要求，為了手動或自動穿紙作業及設備低速調整，設備還配置交流電機和減速器，以克服直流電機低速性能不足的缺陷，實現印刷機的低速運轉。為實現立式傳動結構，采用變向齒輪箱；為實現印刷過程紙張的恒張力，傳動鏈中設置磁粉制動器、磁粉離合器、摩擦無級減速器；為實現給紙、印刷、折頁、收紙等機組間的長距離傳動精度，機組間用大型底盤、長軸、聯軸節、萬向聯軸節連接，從而造成機器結構相當復雜。

現在單張紙膠印機采用3種新技術實現驅動系統數字化：一是采用變頻調速，不但可以完成機器的低速調整和工作運行，還實現無級調速和數字化控制（數控技術），而且單張紙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，實現到用戶進行機械聯機的調試。目前，單張紙膠印機的印刷和傳紙還沒有實現如卷筒紙膠印機那樣的獨立驅動，這種先進的驅動方式國際上已推出了試驗機型，即滾筒獨立驅動，傳紙保持傳統驅動方式。二是水墨平衡已經脫離了主運動，用伺服電機跟蹤主運動達到完美的水墨平衡效果。三是采用PLC，即可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入、輸出控制各種類型的機械或生產過程。

近代卷筒紙膠印機廣泛應用獨立驅動技術，應用變頻器、伺服電機、PLC、總線技術等數控配件，實現電子軸、電子凸輪、電子張力控制和電子套準等新技術，從而實現各功能機組獨立驅動。伺服電機直接驅動印刷滾筒，節約了大量的齒輪、變速器和傳動軸，實現單機組裝配，單機組現場聯機的模塊化生產方式，并實現多色機同時裝版，減少了輔助操作時間和制造成本，實現了數字化的驅動方式。

目前，獨立驅動技術還廣泛用于PS版間歇式標簽印刷機、柔性版印刷機、凸版輪轉印刷機等設備，并實現多種印刷方式和多種功能聯線的組合傳動。

功能系統數字化

過去膠印設備用一條傳動鏈連接機器的全套功能，包括水墨控制、前擋規、側拉規、張力控制、輸紙機與主機的連接等。近年來，膠印機功能系統應用以下數字技術：如單張紙膠印機輸紙臺取消左右兩個側規矩紙張定位部件，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，再傳送給控制遞紙滾筒牙排的伺服電機，完成牙排位置的側向定位。操作人員不需要做任何側規矩調節，即可有效減少25%的調機準備時間。由于實現水墨控制與主機運動分開，因此水墨平衡和水墨量可以單獨調整，克服傳統水墨平衡調整的困難。自動紙張預置的數字化，實現紙張厚度和紙張幅面的數字化預調整，使印刷機的調整信息與制版信息共享。墨色遙控系統克服了傳統墨量的手工調整作業，根據印品的墨色特征，用微型伺服電機分區控制墨量，提高了輸墨精度和效率，尤其數控系統的記憶功能，對重復印刷可以減少墨量的調整時間。最近，又實現輸墨和輸水機構的數字化，將傳統的墨斗、出墨輥、水斗、出水輥的輸墨輸水方式提升為噴墨噴水方式，實現輸墨輸水的數字化，這項技術既簡化了操作，又節約了油墨使用量，設備的制造過程也得到簡化。2017年北京國際印刷技術展覽會上，杭州科雷曾發布EZ COLOR一鍵印刷、無須調整、品質達到國際標準的新技術，該技術可以無須數碼打樣、CTP精確制版、打孔和墨泵直接供墨、無須清洗就可以完成印刷。印刷品需要墨量可直接由印刷專家提供的專家庫提取，從而使過版紙下降到5～10張，節約油墨量10%，按印刷成本計算出的最小起印數量，可以降低到200張以內，從而使膠印設備能夠適應快速印刷的需求。這次展會實現了這項創新的設想，杭州科雷為用戶在一臺筱原四開四色膠印機上實現這種創新，并在展會現場實現現場印刷。之前，上海高斯圖文曾推出數字噴墨、噴水的卷筒紙印刷機，實現對傳統輸墨、輸水結構的重大變革，取得重大成果。endprint

控制系統數字化

20世紀末，卷筒紙膠印機紙張張力控制系統取得重大變革。傳統卷筒紙膠印機給紙機紙卷放卷到送紙機構用磁粉制動器控制張力，送紙機構到印刷機組之間的紙帶張力用無級減速器控制紙帶張力；最后一個印刷機組到折頁還需要進行張力控制。如果不需要折頁，直接進行復卷，還需要磁粉離合器進行紙帶的張力控制，這種人為的手動控制調整既浪費紙張和時間，還需要較高技術水平操作人員，造成生產效率低下。為保證紙張的張力穩定，在紙張運行過程中，還設置穩壓器、電位器等一系列穩定張力的監測和執行機構，設備結構相當復雜。近代卷筒紙膠印機張力控制系統完全采用伺服電機獨立驅動，只要設置好包括給紙、印刷機組、收紙的轉速差，就完全將張力置于數字化控制之中。

單張紙膠印機設置光電控制系統，可以控制印刷過程紙張準確到位，防止雙張、歪張、空張和安全故障問題發生，進一步提高了印刷質量和效率及安全事故的發生。

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、自動調版和校版機構，改變量以數字直接顯示的方式，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。

操作系統數字化

為減少印刷過程的輔助操作時間，提高膠印機數字化水平是用戶的普遍要求。當前，單張紙多色膠印機的輔助操作表現在：手工上版或自動上版；單機組上版或多機組同時上版；手工洗橡皮布或自動洗橡皮布；紙張厚度和幅面變化手工調整或自動預置；手動水墨平衡調整或自動平衡調整；手動墨色調整或墨色遙控調整等。輔助操作還表現在輸紙試印調整時間差異；過版紙數量差異；套印檢測差異等環節。當代單張紙多色膠印機的記憶功能、制版信息傳遞功能、印刷后的專色、上光、烘干、冷燙印等聯機功能都在影響著印刷機的生產效率。設置數字化接口可以實現制版信息數字化傳遞，我國有的企業設置了數字化接口。總之，一臺高檔的單張紙多色膠印機，用工少、出活快、浪費少、印品質量高等條件都在影響著生產效率的提高。

膠印設備交到用戶之前，已經對操作系統進行了試驗驗收，對單張紙膠印機來說，已經進行了空運轉、高速運轉、輸紙順暢性、印刷墨色的穩定性和均勻性、套印的準確性等試驗驗收，機器的調整環節基本達到用戶的使用要求。但設備到達用戶之后，根據企業的印刷環境、印品的幅面尺寸、圖樣的色彩條件等因素，機器還應該進行環境適應性的調整，尤其不同印品的變換，機器還需進行不同的調整。傳統的單張紙膠印機，調整中會產生大量的過版紙，造成時間和資源的浪費，數字化使操作系統有很大的改進。

國外單張紙膠印機可以預設飛達，操作者可一次同時對印刷機的輸紙、印刷、收紙裝置及輔助裝置進行設定。在飛達前端，操作者只需將紙張裝入飛達垛板，其余的工作就由機器接管了，包括飛達頭定位、吸嘴定位、吸氣調整、擋紙定位、雙張檢測器調整、前規與拉規的定位和調整、壓紙輪的定位，所有這些傳統的手工作業，現在有預設飛達的海德堡印刷機上，只需一按鍵便可完成。在印刷單元，印刷壓力也根據操作者在控制臺所輸入的紙張尺寸厚度而一次調定。叼紙牙蓋片已自動根據輸入的紙張厚度，而設定為兩倍于紙張厚度的位置。印刷壓力可以得到自動調整和補償。在收紙端，包括噴粉器在內的所有裝置，都根據新的紙張尺寸和厚度一次同時設定。收紙裝置的紙擋板、闖紙器、吸氣制動輪也自動定位。從輸紙到印刷單元再到收紙的一系列調整作業，均由機器同時完成，時間不超過1分鐘。

國外企業創新了輸墨自動預置，在印版上對各墨區的印刷面積進行測定，并將測出的數據存儲在存儲板上。各墨區的油墨遮蓋率是區域油墨需要量的一種度量。傳感器測量桿只需一次掠過印版，即可測量出各區域的油墨遮蓋率。可以把所測定的全部區域油墨遮蓋率的數據存儲于一個作業存儲板。通過這個作業存儲板，將油墨的預調數據從印版圖像閱讀裝置傳送給控制臺。這些數據讀入，并轉換成用于墨斗的調節數據，即墨斗輥速度和需要打開的墨區，或將測量結果存儲于作業存儲板，并隨同印版交給印刷工人。這樣印刷工人就可以在印刷機仍在進行某一項作過程中，提前把下一項作業的這個預調數據輸入到存儲器中，可以把這些數據轉換成墨斗輥的調定值。

信息系統數字化

CIP3、CIP4、JDF是印刷過程文件格式標準，已經成為國外印刷設備制造商共同遵守的準則，這些標準造就從印前、印刷和印后加工的數字化傳遞，防止了設備制造的邊緣化或孤島效應的發生。在這方面國外制造企業已經成立聯盟，而國內制造企業剛剛意識到這個問題的嚴重性，有的企業已經開始應用這些數字化標準。

膠印機已經設置數字化接口，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和調整誤差。當前，機器最緊迫需要解決的功能有具備自動紙張調節功能（包括輸紙機、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。

在機制版印刷機數字化

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和疏墨的分離。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，曾在快速印刷的數字快印店紅火一時，但隨著無版數字印刷設備的興起和發展，這顆耀眼的新星逐漸開始墜落。

檢測系統數字化

合格品的檢測往往采用視覺和手工的方法，近代自動視覺系統得到快速發展，一批自動檢品機進入印刷企業，檢測開始實現數字化。單張紙膠印設備在最后一個印刷單元上安裝的攝像機，可以對印刷品進行自動視覺檢測，并按質量驗收標準，對每個印張進行質量監控，將有缺陷的印張傳送到收紙裝置的另一個紙臺上，從而消除成品中的廢品。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，而且有多個組合的灰平衡調整所需要的測量塊，是目前單張紙多色膠印機中最佳的質量控制方法。endprint

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、燙金或折頁前自動剔除，這種結構還可以用于雙面印刷條件。高寶帶密度測量和控制的聯機監測系統，只需約60張印張即可將密度標準化。曼羅蘭曾在2011年東莞展覽會上展示一臺設置印刷質量檢測系統的裝置，在檢測出印刷質量問題的印品可以進行分離。

聯線功能數字化

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、冷燙印、噴碼和紙張自動翻轉實現雙面印刷。為了爭奪高效和低成本的卷筒紙印刷市場，在單張紙多色膠印機前端增加裁單張機的配置，可以進行卷筒紙裁單張后聯機印刷，從而降低了紙張成本。國內設備實現以上技術雖有所突破，但因價格等因素還沒有推廣開來。2012年江蘇昌昇開發了帶專色印刷和UV上光的單張紙六色膠印機，又一次開創了聯線印刷上光的先河。北人集團公司也開發出具有聯線UV上光和鐳射功能的單張紙膠印機。

作業管理數字化

觸摸屏是一種新型的人機界面，從一出現就倍受關注，它的簡單易用、強大功能及優異穩定性使其非常適合用于工業環境。用戶可以自由地組合文字、圖形、按鈕、數字等來處理或監控管理隨時可能變化的信息。隨著機械設備新技術的飛速發展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，無法提高效率，但使用人機界面，能明確指示并告知操作員機器設備目前的狀況，使操作變得簡單生動。使用觸摸屏，還可以使機器配線標準化、簡單化，同時也能減少PLC控制所需的點數，降低生產成本，也相對提高整套設備的附加值。

膠印機設置中央控制臺，也就是計算機操縱臺，可以將多種手工操作在中央控制臺進行。自動上版裝置對快速印刷和多機組配置印刷特別重要。在中央控制臺上可直接在裝版過程中對印版進行橫向、周向和對角位置調整。對角位置的調整，可通過倍徑的無接觸傳紙器的對角線進行調整，而不影響印刷區域，省去了過去對印版反復校正的操作，使其可以重復使用。

全自動清洗系統只需要幾分鐘時間，就可將橡皮滾筒和壓印滾筒清洗干凈。操作人員可在中央控制臺選擇各個不同的清洗過程，并且將其同時啟動完成清洗操作。根據滾筒上臟的程度，選用不同的清洗程序，具有極好的清洗效果。毛刷式清洗裝置采用大型密封結構，只消耗很少的清洗液，可以達到有效的清洗效果，并節省開支。

印刷機中央控制臺具備的預選擇功能，操作者可以輸入所有與作業相關的印刷機設定信息，包括印刷機速度、預定印數、潤版液量、橡皮布洗滌時間、輥子洗滌時間、紙張尺寸、印刷機的導紙裝置設定、滾筒之間的壓力、干燥裝置、噴粉裝置設定等。

印刷機中央控制臺上的電子計算機，與機上配備的電子監測控制點配合，把各種信息從印刷機反饋給操作者，可以持續不斷地監控整個印刷機，為操作者提供連續的功能診斷，防止發生設定錯誤或意外故障，例如防護罩打開、紙張傳送故障、紙張定位不準等，能立即向控制臺發出信號，并在顯示屏上準確指出故障原因。

當前，膠印設備還遇到一項重大挑戰，就是環境污染問題，雖然環保油墨不斷推出，但根本克服污染問題還要繼續采用創新技術予以解決。近年來，市場上已經出現無水膠印、LED烘干、無噴粉作業、油墨紙張減量行動和污染排放治理行動等新技術，這些環保措施將會推動膠印設備市場適應性不斷提高。endprint