基于Minitab 的自動打印貼標機優化改進

潘佳月，張鴻強

（甘肅煙草工業有限責任公司天水卷煙廠，甘肅天水 741020）

0 引言

煙草行業一號工程，即煙草行業卷煙生產經營決策管理系統，是煙草行業近年來最大的一個信息化工程項目，通過一號工程碼可以實現對生產的卷煙牌號、規格、流向等信息和產品質量信息進行追溯[1]。因此，確保煙箱上一號工程碼的完整有效，將是實現質量追溯的必要前提。

1 存在問題及現狀分析

對于卷煙生產企業來說，節能降耗是一個永恒不變的主題，如何使生產效率最大化，如何控制成本，是上至決策層下到普通職工共同關注的焦點[2]。對天水卷煙廠2018 年度輔聯設備維修費用進行分析，發現導致該廠輔聯設備維修費用超標的主要原因是打印貼標機打印頭的更換費用，因此，如何有效降低打印貼標機打印頭的維修費用，是控制設備維修費用的主要途徑。

目前天水卷煙廠共有7 組打印貼標機，均為馬肯依瑪士公司生產的Cimjet300 系列自動打印貼標機，在使用過程中普遍存在打印頭易磨損、打印頭消耗高的情況。為準確分析車間打印貼標機打印頭使用情況，對2018 年5 月—2019 年4 月的打印頭消耗情況進行了統計（表1）。

表1 在線打印貼標機打印頭壽命相關數據統計

通過計算，每個打印頭平均可打印一號工程碼數位65 264個。根據熱敏打印頭使用說明書，可知型號為KHT-107-12PAJ1-MKM（1293 Ω）的熱敏打印頭的理論打印壽命大于30 km，以當前打印的一號工程碼尺寸可以計算出額定打碼量約為28 萬張。由此可以看出，當前該車間的打印頭實際打印量遠小于理論值。

2 改進措施

熱敏打印機有選擇地在熱敏紙的確定位置上加熱，由此就產生了相應的圖形，加熱器排成方點或條的形式由打印機進行邏輯控制，當被驅動時就在熱敏紙上產生一個與加熱元素相應的圖形?？刂萍訜嵩氐倪壿嬰娐罚瑫r也控制著進紙，因此才能在整個標簽或紙張上印出圖形[3]。結合生產過程以及熱敏打印機的打印原理可知，造成打印頭更換的主要原因是打印頭個別陣點的損壞或打印的條碼模糊、無法被有效識別，因此對上述原因進行了針對性改進。

2.1 打印方式的改進

條形碼是由寬度不同、反射率不同的條和空，按照一定的編碼規則（碼制）編制成，用以表達一組數字或字母符號信息的圖形標識符。常見的條形碼是由反射率差很大的黑色線條和白色線條組成的，由于白色物體能反射各種波長的可見光，黑色物體則吸收各種波長的可見光，所以當條形碼掃描光源發出的光照射到黑白相間的條形碼上時，反射光照射到光電轉換器上，并轉換成相應的電信號輸出到放大整形電路，最后經譯碼器譯成數字、字符信息，便完成了條形碼辨讀的全過程[4]。

由上述分析可知，在條碼掃描過程中只要條碼有一定的區域完整有效，即可實現對條碼信息的識別，若由于某個陣點損壞、導致條碼線條缺失，則不能實現條碼信息的有效識別。因此，可以通過改進條碼打印方式，由原有的橫向打印變更為豎向打印，使損壞的個別陣點均勻缺失在條碼各線條上，而避免損壞的陣點導致條碼某個線條的整體缺失，進而影響條碼信息的識別。

2.1.1 模擬測試

通過上面的分析，理論上可以通過改變模板內容實現方向改變。為驗證方案是否可行，查閱相關打碼機說明書資料，并在當前模式下修改內部模板內條碼方向，用當前標簽紙進行了測試。事實證明，該方案可行，可以實現條形碼的橫向打印模式。

2.1.2 標簽紙及碳帶的材料要求

根據測試結果，只需要將原有一號工程碼轉向即可，條碼幾何尺寸保持不變，因此只需定制尺寸條碼尺寸為105×75 mm 的標簽紙（縱向粘貼）及寬度為75 mm 的碳帶即可，另外標簽紙最大卷直徑不能超過350 mm。

2.1.3 一號工程碼模板調整

利用打碼機圖標管理軟件（CT52），將打碼機當前所使用的條碼方向旋轉90°，并保存、下載至打碼機，同時對標簽紙進給量及退回量位置進行微調（圖1、圖2）。

圖1 條碼模板旋轉前

圖2 條碼模板旋轉后

2.1.4 安裝調試

為了更好地實現豎向打印，根據條碼尺寸制作了專用敷貼板，能夠實現更好的條碼敷貼效果，同時將打碼機懸掛支架、窄軌敷貼板，掃描儀側裝架后，將5#打碼機進行轉向調整，并在調整后煙箱條碼的粘貼位置，對打碼機左右位置進行了精確調整，最后順利實現了條碼的打印方式變更。

2.2 打印參數的優化

在一號工程碼條碼打印過程中，打印貼標機參數設置不合理或打印頭壓緊力過大，均會造成打印頭的急劇磨損，導致打印頭更換頻繁，通過對打印貼標機相關參數進行調整，發現打印濃度、打印速度以及打印頭壓緊力的大小對打印頭的壽命影響最大。為找到最優參數，設計了DOE（Design Of Experiment，試驗設計）試驗（表2）[5]。

表2 DOE 實驗結果

按照DOE 試驗設計順序，在車間現有的6 組打碼機上進行了試驗，并將試驗結果列入表格，通過Minitab 軟件分析后，模型有效但存在彎曲趨勢，因此在原有11 組試驗的基礎上又增加了6 個軸點，再次進行試驗，試驗分析后繪制了圖3。

圖3 打碼量與參數的曲面

通過試驗分析，可以看出打印濃度設定值和打印頭壓縮量之間存在一定的交互作用。為了找出最優值，經過前面的試驗分析后，再次進行了響應優化（圖4），最終得出當打印濃度為103%、打印速度為180 mm/s、打印頭壓縮量為1.5 mm 時，打印頭壽命最長，可打印84 610 個條碼。

圖4 參數優化響應曲線

3 改進效果

為便于統計改進后打印頭在線打碼量情況，以改進的5#打碼機為驗證對象，按照優化后的參數進行設置，并采用豎向打印方式，更換新打印頭后，在線打碼量達到95 423 個時，其中一個陣點損壞，由于為豎向打印方式并不影響條碼的打印質量，直至最后打印的條碼模糊無法別識別，共計打印條碼168 542 個，與改進前的打印量相比打印頭壽命提升了約3 倍，大大減少了打印頭的消耗量，經濟效益顯著。