贝加莱工业自动化（中国）有限公司

    宋华振 （1976-）
毕业于武汉化工学院检测技术及仪器仪表专业，现任贝加莱工业自动化（上海）有限公司行业销售主管。

    现代印刷市场的变化趋势日渐明显，为了满足终端消费者的多样化的需求，包括包装、书籍、报纸等印刷均向着小批量、多品种的方向发展，这也对印刷机械制造商提出了更高的要求，机器需要具备更高的生产柔性，这包含整机的承印范围和工艺切换速度，同时由于竞争的愈加激烈，对于机器的运营成本的要求越来越苛刻。

    为了提高整机竞争力，印刷机械制造商均在不断寻求提高整机性能的途径，而由于机械本身的局限性，从机械的角度去提高对于厂商而言意味着事倍功半，而相反，从电气方面入手的提升却可以达到事半功倍的效果。
纵观印刷机械的发展变化，以下几个方面的趋势更加明显。

1 电子轴技术的发展

    电子轴技术可以理解为电子传动轴取代机械轴的概念，这里的电子轴有几种可能，电子凸轮、电子齿轮、电子轴都是一种电子轴的概念，通过采用独立驱动的伺服系统来取代印刷长轴，采用电子凸轮代替机械凸轮机构、在印后裁单中采用电子轴、在模切中采用伺服电机，电子轴的使用可以为印刷机械制造商的机器开发带来非常多的好处。

    无轴传动控制技术集成了高速实时以太网技术、智能伺服驱动技术、套色算法设计、色标检测技术等高科技含量的产品与技术，使得印刷机械的性能得到了长足的改善。

    无轴传动技术目前在软包装、装饰纸、烟标等领域出现强劲的上升趋势，代表未来发展趋势，通过高速采样色标传感器的信号并锁存位于版辊驱动电机的可达到400万线的Endat编码器信号，来计算出印刷偏差，将各单元偏差量送入模糊控制算法设计的套色软件包中，通过多变量系统的耦合和解耦运算计算出偏差调整量，由伺服系统对版辊进行相位调整，从而达到印刷套准的目的。

    通过采用无轴传动技术，印刷的升降速过程中的不良品率得到了降低、并且降低了传统机械系统的机械磨损带来的精度偏差，对于制版商而言，无需版径的递增量，可以在一套版上印不同厚度的材料。

    目前包括奥地利的B&R、德国的Bosch Rexroth、SIEMENS都可以提供印刷的无轴传动控制技术，尤其是B&R将传动控制与套色算法集成一体，充分利用了PCC的分时多任务处理能力，由于省去第三方套色系统，具有极高的性价比，未来发展趋势更加强劲。

    在划线机、票据印后裁切、不干胶标签印刷后道模切也开始大量使用电子轴裁切技术，这些应用都使用了电子凸轮技术，如在B&R的ACOPOS系列驱动器中内置了电子凸轮CAM功能，可以达到对凸轮曲线的6阶多项式的高精度描绘能力，并且具有曲线自动生成和自动补偿与电流前馈控制等技术的集成，在裁切电子轴中得到了大量应用。

2 实时以太网技术在印刷机械行业的大量应用

    就对通信的实时性要求而言，印刷机械相对于其它机械系统而言是相当高的，尤其是在高速印刷系统，如Man Roland的高速报纸机可达到12万份/小时的印刷速度，赛鲁迪、W&H的凹版可达到600米，在2007年由W&H最新的卫星式柔版机组甚至达到了1100米的世界最高印刷速度。 
 
    现场总线技术对于印刷机械行业的贡献有两个主要方面：一是使得系统更加灵活和自如，机械系统可以更加模块化，而只需要通过总线对模块进行软性的连接即可构成任意组合的印刷及印后系统。二是通过高速的实时以太网不断的进行着数据交换，印刷单元、裁切、放卷、收卷、涂布等单元均可以做到高速的同步，并且可以实现比较复杂的轴与轴之间的运动关系，目前的实时以太网技术已经发展到一个比较高的阶段，对于系统而言，通信已经不再成为系统的瓶颈。

    通过采用现场总线技术，印刷机械正在变得更加灵活自由，可以任意的增加印刷色组并且将不同的独立单元连接，只需要通过简单的参数设置即可实现联机生产，既使得各个单元都具有独立的运行能力，又可以方便的构成连线生产系统，使得机械更具有柔性的组合方式，适应不同客户的需求。

3 模块化的机械系统和软件的模块化

    机械系统的模块化是未来的发展趋势，这会使得机械厂商更容易应对终端客户对于机器的不同的变化需求，同时也是降低成本的一个最佳途径，通过设计标准的可组装的机械部分，使得批量加大从而降低制造成本，对于机械厂商而言，这是一个要去不断创新的尝试。

    对应模块化的机械系统，编程技术的模块化同样重要，通过设计软件功能块，通过系统调用方式使得机器的开发像搭积木一样的快速实现，贝加莱（B&R）的C语言编程使得机器电气工程师可以更加自由的设计自己独特的功能块供调用，包含印刷的色标检测、套色、张力等。SIEMENS、Baomuller等厂商的伺服驱动器里也集成了专用于套色、张力、收放卷等功能模块。
 
    模块化编程可以缩短开发周期，使得制造商能够快速的提供针对客户需求的机器软件设计，也是降低了自身的开发周期从而降低了开发、调试成本。

4 整体解决方案

    整体解决方案往往被挂在嘴上，而真正像Man Roland、KBA、海德堡、Muller Mutinni那样将整个商业印刷从最初的制版、印刷、印后加工、质量、物流、成本等集成在一个系统里向客户提供印刷整厂的解决方案的目前在国内并不多。

    当国内厂商还在争夺机器的时候，而欧洲的厂商已经上升到整体解决方案的层面，而这的确是一个未来的发展趋势，这也是一种软实力的竞争。

    效益的考量有一个很重要的指标就是时间，时间越短则效率越高，通过将各个机械单元的集成，能够在一条线上连续的从印刷到印后包书、裁切的完成，这样就降低了整个工作流程的时间，并且由于整机的同步性能更好的保证加工质量，而另一个方面将生产系统与在线的物流集成能够及时的反应生产现场的状况，以便能够及时做出调整来降低系统的成本。

    整体解决方案是一个大范围的融合了管理与技术的复杂工程，如如何通过生产计划系统来最合理的安排订单排产，将机器的效率应用于最有利可图的作业上来，通过工艺追溯来分析工艺过程从而提高良品率，降低废料，提升印刷品质，与ERP系统融合降低库存和在线库存来降低成本，通过全面性生产维护TPM来提高设备的运行效率，降低当机时间，这些都更多的融入到整个印刷系统中来，另一个方面也会有更好的与管理系统的接口衔接。

    印刷机械在中国有很大的发展空间，中国的市场潜力巨大，但是，我们仍然要不断学习来自欧美的经验，加强技术创新，从而获得更强的国际竞争力。

应用案例一

    海德堡新款装订机EB4000在伯明翰2006年IPEX展览会上发布并且收到了观众的巨大热情反响，该产品适应于工业印刷和书籍装订配合，可以提供高达4000本/小时的装订速度。

    在机器研发阶段，海德堡印后加工公司为EB4000开发提出了一个目标，并设定了能够满足当前及未来客户对于小批量多品种、削减生产等待时间、提升品质和降低成本的市场需求的新标准，为了解决这些问题，客户需要可以为新的订单快速的调整机器，同时能够保持最小浪费下的高品质和高可靠性。来自莱比锡的团队通过采用B&R技术，结合模块化的机械结构设计成功实现了这个更高自动化程度要求的标准。
分布式结构，专业执行

    机器主要由折叠机、不同装订过程站（例如：书脊、胶合、封面）、冷却装置及裁切部构成，“这种完美装订机和折叠机的分布式结构使得用户可以优化以满足自己的需要。” 海德堡装订集团软件开发经理Andreas Steinert博士这样说道。与B&R的专家一起，海德堡可以开发全新的完整分布式控制架构，“来自B&R团队的驻厂服务给了我们很大的帮助，不仅确保我们采用了最新的技术，并且确认我们开发新组件的时候需求得到了清晰的理解。” Andreas Steinert博士说。

    来自B&R创新性的X20产品，可以配合分布式的系统架构，片状结构设计，并且能够提供所有需要的组件例如CPU、IO、通信接口，使得它能够优化目标架构，“通过X20系统的帮助，我们能够设计完整的功能单元，这可以保证操作的独立性”控制系统由一个在折叠机上的X20CPU，另一个在装订机上，这些X20 CPU可以通过Ethernet Powerlink与其它单元进行通信。

    更多的关注放在了增加自动化程度上，目的是为了降低由于生产任务的改变或者格式的切换而造成的机器停机准备、换装时间，众多的执行机构（即，伺服电机）被用于来改善EB4000的自动格式切换，模块化是通过采用X20分布式IO和CAN通信来实现，而同时通过EthernetPowerlink高速实时总线来连接执行机构（伺服电机和驱动）。

    高品质产品的基础：优化运动曲线轮廓

    通过ACOPOS伺服驱动器控制的伺服电机允许复杂的运动曲线生成，这在高品质最终产品中扮演非常重要的角色，“通过功能强大和性能卓越的伺服驱动，我们可以开发并完善从书本折叠到书脊上胶的整个过程”，Andreas Steinert解释道，“另一方面，我们可以将轮廓曲线生成和格式设置融为一体，此外，这可以使得表面压力保持在常数，这保证了胶订的稳定性。”

    由于这样的设计，当生产切换的时候手动调整工作降低到最小程度，这使装订机由于更加友好操作变得更加完美，客户仅仅需要通过三个操作站中任意一个或者前道印刷部提供一个新的格式参数，而控制器自动计算选择正确的压板并按照设定曲线运动，这个运动的轮廓曲线可以通过在B&R　AutomationStudio中为机械结构和运动组件设计的CAD软件来生成并优化，这降低了工程计算量从而节省了开发成本，“在同一个环境里进行控制和运动的开发的确让我们产生极大兴趣，现在我们无法想象没有这些好处将来如何工作？”软件开发主管补充道。

应用案例二

    Muller Martini在所有的机器研发中都使用最新的技术。在新设备的设计阶段，决定把机器的电缆和配线减少到最小值。使用带67保护的B&R X67 I/O系统，并把I/O直接安装在传感器群的位置上，即实现了上述设想。
把X2X链接（一个分布式底版）作为控制系统的中枢，使用该新型控制观念的结果就是除去了连接控制柜的大量配线。另外，由于主干连接的减少，节省了大量的劳动力，接点的大量减少大大降低了错配线的概率。除了提高汇编过程的效率，还增加了该领域可供展示的机器的可靠性。如今，在必要的情况下，一个服务技术员或是工程师不必处理中间连接就能够毫不费力的阻止和改变I/O或传感器，因此大大减少了故障和机器停工期。

    Prantl先生注意到在机器中使用X67I/O的优势之处如下所示：“X67是一个真正的分布式的I/O，而不是一个中央遥控架。人们可以把I/O安装到设备中，这可推动设计、装配以及之后的设备维修等方面的许多步骤”。
它把机器的各个部分和中央处理器连接，而不是传统的干线电缆和中间连接，导致整个机器都到处都是电线。硬件成本的增加抵消了劳动力成本的大大减少，导致全面净余额。除了X67I/O系统，还安装了一个B&R Power PanelPP200的机器发展为具有综合控制功能的操作员界面，同样ACOPOS伺服系统通过CAN推动联络到中央控制系统。B&R的编程器软件AutomationStudio，一个负责机械装置、调节装置和显像的单一工具，曾被用于整个机器应用程序的编程。“当Automation Studio得到新发展时，Muller Martini是在雏形期就使用它的公司之一。在过去的几年里，它已经成长为一个稳定的、通用的、分布较广的工具。它帮助控制系统的开发者轻松综合系统的其他方面，作为不同的装置，在此被集成为一个书芯。该书芯被移至已备好书脊（书的背部）和胶水的装订工那里，再把封面粘到每个书芯上然后就成了一本书。然后该书被移至一个三刀切书机处并切成同样尺寸。从这点开始，书被运往市场进行销售。总之，Muller Martini在美国所经历的优势也被全世界的Muller Martini集团所分享。该公司在他们所有的机器研发中实行亲密合作并分享所有的缺陷和成功。另外，这些改进最终都传递给了他们的顾客：使用友善性、短暂的更换时间、有用性和功能性的提高。这些使得停工率具有更好的性能，并增加了单位生产力。对于消费者来说，这些财富在今日的市场环境中是至关重要的。一般来说，工业会走向减少批量的趋势，结果导致更加频繁的更换机器参数。能提供较高模块性和灵活性的机器应用程序，对现在和将来满足市场需求来说组件，比如机械装置和HMI等都是处于同一个平台上的。

    “不同控制部件在同一平台的统一缩短了研发时间。结果便是消除接口和软件驱动器问题后实现的卓越性能”，FerdinandPrantl说道。

    Muller Martini也研发了便利于把三维图画从CAD系统引至屏幕图象的工具。这增加了亲切感，一个无经验的操作员无需预先告知屏幕上所出现的象征符号，而只要看着机器的实际部件就行。这减少了屏幕图象的研发时间。

应用案例三

    由于人们对智能印刷生产方法以及对报纸生产多样化提出了越来越高的要求因此相应在印刷机管理方面也形成了新的理念。过去的印刷室现在变成了高度自动化的印刷厂，可以在作业种类不断增加的条件下保证最大生产能力。在这种新的印刷环境下，柔性和一致性成为关键的要求，而Goss公司对印刷机的最新革新恰恰就达到了这一要求，能够为21世纪的印刷企业提供最高价值。在大量生产报纸印刷市场，Goss公司的Goss      Colorlinerㄓ∷⒒?峁┝斯δ茏疃唷⒆钗?榛畹慕饩龇桨浮８眯陀∷⒒?且恢帜？榛?挠∷⑾低常?杓凭哂懈叨鹊囊恢滦院妥罴训闹柿浚???庇志×拷档屠朔眩?醵塘松??奔洹６?庖怀删偷娜〉镁鸵览倒?驹谒??∷⒒?杓品矫娑嗄甑木?椋?由掀渥钚碌摹霸ど韬蟛挥霉堋奔际醺镄隆?

    Goss公司在为其Colorlinerㄓ∷⒒?盗锌?⒖刂葡低呈保?紫仁潜匦胍?≡褡罴训挠布?教ǎ?闷教ㄒ?芄话镏鶪oss公司在要求日益提高的市场上获得竞争优势。Goss公司需要最好的技术，能够使其设备达到更高的性能和柔性水平，从而使公司能够牢牢地控制市场。出于上述原因，Goss公司选择了B＆R公司作为其控制系统的合作伙伴。在这一决策过程中，Automation Studio发挥了重要作用，向Goss公司提供了其所需要的技术功能。Goss公司需要高水平语言编程、高性能处理器和具有足够带宽的网络，这些硬件在以每小时85,000份的速度印刷时要能够保证印刷机数据输出的一致性。客户自己的报纸印刷和第三方承包印刷行业对柔性的更高要求也提高了投资回报,Colorlinerㄓ∷⒒?且恢直曛拘缘母咝阅芸?攀接∷⑾低常?哂斜ㄓ∷⒅健⒍ㄖ粕柚谩⒄鄣??⑼彩骄砣』?约坝∽只?裙δ堋?

预设后不用管功能

    Colorlinerㄓ∷⒒?荊oss公司向最大程度印刷自动化目标而努力的最先成果。该印刷机采用“预设后不用管”技术，该技术意味着最高的生产能力和最大的投资回报。该系统自动化的核心是对印刷前数据的利用。根据这些数据，用户可以对Colorlinerㄓ∷⒒?ど杵湎乱桓鲎饕担?佣?跎倨舳?朔选?

    Goss公司“预设后不用管”技术的核心是一个开放式控制系统，该系统可以连接到Goss公司和其他销售商的控制台，也可以与很多辅助设备整合。Goss公司的控制系统中含有智能模块，这些模块能够执行特定印刷功能，如上墨、打湿、张拉以及折叠分页控制等。这些模块构成了数据库驱动控制系统的组成部分，通过这一系统，Colorlinerㄓ∷⒒?谠诵惺狈浅１阌谟没Р僮鳌?

    B＆R公司的系统非常准确地反映出了上述需求，因此成为Goss公司理想的未来合作伙伴。当客户提出特定应用要求时，B＆R公司愿意为其相应开发专门的产品，致力于使客户完全满意，这一点也加强了这种伙伴关系。

    Goss公司的数字上墨系统是Colorlinerㄓ∷⒒?恼?遄槌刹糠郑?孟低尘哂心芄痪×考跎倮朔选⒂∷⒅柿扛咔伊恢碌扔诺恪?