印刷控制技术的发展

作者：贝加莱工业自动化(上海)有限公司 宋华振

欢迎访问e展厅 展厅 2 胶印机展厅 胶印机, 轮转印刷机, 平张胶印机, ... 印刷机械制造商面临的挑战 1.数字化潮流 尽管传统意义上来说，我们谈到印刷通常是指凹版、柔版或胶印技术，但是，2012的德鲁巴给我们最大的冲击却是数字印刷的崛起，尽管过去几年数字印刷不断成为热点，但是，它毕竟还是一个成本高昂的，并且印刷质量尚不能达到凹版和胶印的品质，然而，本次德鲁巴上，HP的Indigo,LANDA的带有冲击性的视觉效果却真实的给了大家震撼，不仅仅是在印刷本身，而且在于其在市场方面的震撼力，掀起了一股不可阻挡的数字化潮流。 1.1.数字化的潮流 与来自传统印刷工业以外领域的厂商如Kodak, HP,Xexor,Adobe与传统的厂商不同，他们渊源于数字技术的PC,数码打印、软件业务，现在正在转向大规模的工业印刷领域，他们以其在IT领域的技术积累实现了对传统印刷工业的改造，从PDF生成到直接印刷，并且借助于数字技术将整个工厂实现为一个整体进行管理，实现数字化印刷流程。 数字印刷的原理分为静电照相数字印刷技术、喷墨数字印刷技术、磁成像数字印刷技术、热成像数字印刷几种。喷墨印刷技术则是油墨以一定的速度从微细喷嘴有选择性地喷射到承印物上实现油墨影像再现，这种印刷可以达到360、600、1024dpi的印刷精度，与传统印刷如胶印的分界点在10000张，在短版活件方面数字印刷具有非常大的优势。 数字印刷的优势概括如下： 1. 无需制版-对于传统胶印、凹版、柔印而言，因此可以省略制版成本； 2. 每张可以不同-这是数字印刷相对于传统印刷最为致命的优势-因为真正实现“按需印刷”，尤其对于变化的如电信账单、银行对账单的打印，这一优势将充分体现。 3. 更为快速响应，直接制作完成PDF即可打印； 4. Web-to-print，直接在网络上看到的文件也可以被打印； 当然，数字印刷在品质与大数量印刷方面尚与传统印刷有一定的差距，例如凹版的幅面和速度可以适应大量的高品质印刷如烟草行业，这些目前还是数字印刷无法达到的，但是，在未来，数字印刷可以赢得40%的未来十年市场确是得到了公认的。 1.2.新的赢利模式的变革 数字印刷技术不仅带给行业技术的变革，也带来了赢利模式的变革，与传统印刷制造商销售机器不同，数字印刷制造商通常是以新的方式-提供客户机器而收取每张纸和耗材-油墨的费用，这降低了初始设备投资，如果对于客户而言，运行成本是可以接受的，那么-这就意味着一个巨大的挑战，传统的机械制造商固有的市场将被逐渐蚕食，根据多个对印刷工业的调研显示，未来，数字印刷将占据40%~50%的印刷业务市场。 因此，对于传统印刷机械制造商而言，将面临着数字时代的挑战： ●如何将其设备与数字化的未来接轨？ ●如何面对来自数码印刷厂商的巨大挑战？ ●如何实现印刷效率的提升而又提供更为开放的接口？ ●如何满足End User对于Turnkey交钥匙工程的需求？ ●如何满足生产信息与控制的集成？ 2按需印刷与按需装订 数字印刷业被誉为“按需印刷”的代表，它也通过数字技术将整个印刷包含进入一个集成系统中来这包含了对于印刷设计、制版、印刷、印后的全部流程，能够按照客户所需灵活的生产，具有最大的个性化。因此，传统的印刷机械领导厂商如Heidelberg、KBA、Man Roland也看到了数字印刷的未来，与数字印刷的厂商共同推进了数字印刷的发展，一方面，在其印刷中融入了数字印刷的设备研发，另一方面，将数字化与传统印刷融合，提供按需印刷和按需装订的整个印刷厂解决方案，在这方面，海德堡、高宝体现了其与时俱进的领导企业气质。 2.1 CIP3到CIP4 1995年26家印刷、印后与数码印刷企业共同制定在于将Prepress,Print,Postpress进行集成，组建了CIP3联盟，在2001年JDF联盟加入CIP3将Process概念引入使得整个印刷工业逐渐转为CIP4平台。 CIP3带给印刷工业巨大的变革正在于将整个工厂纳入统一的管理架构之下: 在印前，CIP3可实现文件的色彩管理、补漏白、字体、文稿、图像的管理、拼大版及生成ICC Profile以及用数字打样机打样。 在印刷中，CIP3在印刷机上实现油墨量的控制（油墨扩大和转换曲线）、套准控制、颜色质量控制（颜色色彩和密度测量）。 在印后，通过传送裁切和装订的参数和信息，实现对印刷品的裁切控制和装订控制。 PPF文件是在这一阶段所使用的采用PostScript脚本写成的格式文件 它为印刷工业提供了数字化的流程需要的数据，但是，它无法提供反馈-即，系统运行的效果如何？是否达到了设计要求，因此，产生了新一代的JDF－JDF作为一种“数字化的标准工作传票（Job Ticket）”，从一个印刷任务诞生、执行直至终结的各个阶段上，一直伴随着它，对它的状况随时进行记录、跟踪，为系统、设备进行正确的控制提供信息。 JDF采用XML脚本语言写成，与原有的PostScript相比具有非常广泛的适用性。 用JDF将客户、印刷商务机构、管理信息系统、印前/印刷/印后生产部门联系起来，这种联系是紧密而且有机的。 2.2数字工厂流程 现代IT技术及控制技术使得这一需求得到很好的实现，从下面这个流程我们可以看到印刷流程的完整运行： 设计室将图形、照片、文本集成设计为所需的印刷对象， RIP(栅格图像处理器)生成照排、打印机可识别的点阵信息－输出到打样，经由分色片生成打样版文件，可以由Computer to Film的方式直接生成版并经客户确认提供给印刷单元，同时经过扫描的打样版可提取数字的油墨信息给印刷控制台，对油墨的均衡进行调节。 3.无轴传动技术 3.1无轴传动的市场概要 来自Eltromat的套色系统与驱动制造商共同构成了无轴传动系统，Bosch Rexroth在1994年开创了”Shaftless”无轴传动技术的概念，通过与Eltromat在传统凹版印刷领域的合作占据市场领先，在2000年后此项技术在印刷机械领域得到了快速发展，2004年B&R通过集成套色系统方案在北人印刷机械的应用也进入了这一市场，2006年SIEMENS在松德机械获得了其第一台无轴传动机器的开发，截至目前，主要是这三家企业在整个无轴传动市场占据了主流。我们以B&R的无轴传动系统为例介绍该技术的原理。 3.2贝加莱无轴传动与集成套色 3.2.1虚轴与实轴控制 对于贝加莱系统而言，印刷传动系统为一个可以由多个轴的电子齿轮关系构成的系统，构成虚拟主轴关系，伺服轴都跟随一个由数学模型建立的轴进行同步运动，这个虚拟主轴使得系统可以近似为一个理论的系统，无偏差、无磨损的系统，保证高精度的印刷控制及张力控制的高速同步控制。 3.2.2运动轨迹自动生成 无论对于电子齿轮、电子凸轮CAM而言，系统可智能的设定参数，由系统自动按照需要生成最为光滑而高速的运动曲线，从而能够大大降低系统对于机械的冲击，保证高品质印刷和裁切等任务的执行。 3.2.3自动套色技术 当系统色标经过第一个光电眼时，系统锁定一个当前伺服相位值，当色标经过第二个光眼时锁定第二个伺服相位值，两个相较计算出偏差值，多个色组偏差值计算后，通过高速实时总线Ethernet POWERLINK传输至X20 CPU站的套色软件系统，考虑系统的速度、张力设定等因素，经过多变量系统耦合和解耦运算给出每个轴的调整值，经Ethernet POWERLINK传输至每个驱动轴，进行相位调整，从而实现对偏差的处理。 与传统的印刷套色系统优势在于： －独立印刷套色系统，由贝加莱独立开发而无需昂贵的第三方套色系统； －一个处理器、一条总线、一套软件； －预套印技术降低废料； 3.3无轴传动技术优势 3.3.1.机械长轴使得机器的灵活性得到限制，由于机械系统的固有特性，为了不同的印刷必须设置不同的齿轮组，这意味着更换订单将需要非常多的时间来调整机器，而对于快速响应市场而言，这是致命的，电子轴或无轴传动仅仅需要通过参数的设置即可针对不同长度的印辊提供不同的相位调整即可进入印刷状态，其灵活性与传统的机械轴大大提升。 3.3.2.提高印刷精度的稳定性-无轴传动采用伺服电机驱动，整个印刷系统可以理解为一个理想的齿轮关系，电子齿轮可以达到极高的精度，使得机械的误差可以忽略不计。 3.3.3带来维护成本的下降，由于机械系统磨损会带来大量的维修成本，而几乎可以理解为无磨损的电子驱动系统将使得这一维护问题迎刃而解，即使对于印刷过程，也可以对机械系统进行补偿，使得系统更高的印刷精度。 3.3.4.更多的功能设计-可以更为方便的工艺配方下载、设备的I/O级诊断、基于IT技术的维护与远程诊断等，这些正是数字印刷技术所需的接口技术。 3.3.5其他例如，降低了噪音，减少了占地面积，可以在纸路间更为简单的机械设计，从而空间更加节省。 4.联线生产 4.1传统印刷 联线生产是指将整个工厂的独立的机器单元通过输送单元进行连接，从而将独立的机器孤岛连接，降低中间环节从而实现高速生产的能力，这带来的优势在于： ● 生产可以更加灵活组织，工艺切换更加快速便捷； ● 降低中间切换的浪费，传统意义上的生产从一个单元到另一个单元由于采用人工输送，必然会产生上机后的测试方能进入正常工作状态，这会带来这个阶段的废料，而通过联线则可以直接实现生产，从而无需废料的产生。 ● 能够实现整厂的管理－通过生产数据的网络反馈，可以对生产成本、批次、质量分布等进行统一管理 ● 质量优化－通过基于数据的分析整厂建模，可以对生产过程中的工艺相关参数进行集成，并在线分析和调整，实现工艺质量的优化和未来的持续改善。 4.2数字印刷与传统装订的数字化融合 海德堡就是一个典型，它通过数字技术，将整个印刷工厂从印前的CTP、胶印、折页、配页、装订、切书完全连接，从而实现整个工厂的连线生产，而印后制造商如Muller Martinni、MBO、Kolbus等也实现了印后的联线生产能力，国内的紫光机械、北人股份也同样在这个领域的发展占据领先，而如MBO、深圳精密达也分别与HP、Kodak等数字印刷业的巨头共同合作，提供从数字印刷到装订的联线能力。 4.3联线生产的技术要求 4.3.1开放的接口连接，这使得控制系统必须支持开放的设备互联，来自不同的制造商的系统采用了不同的现场总线，例如：Profibus/Profinet,POWERLINK,CANopen,Modbus等，控制厂商必须提供更为灵活的接口连接。 4.3.2软件的模块化设计-对于灵活的生产组合而言，软件必须与之匹配，软件就像一个开关一样，可以组合，根据生产需要，在本次德鲁巴，贝加莱展出了为海德堡所提供的生产灵活性的样本：当机器变换生产时，系统的配置可以自动识别并重新计算来开始新的订单生产。

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