膠印設備的數(shù)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(zhuǎn)移到紙上的時候，他驚訝地發(fā)現(xiàn)，印出的圖形，遠比正常印刷出的印刷品品質(zhì)高得多。這一偶然的發(fā)現(xiàn)，促使他經(jīng)過努力，在1904年發(fā)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(zhuǎn)膠印機，至今膠版印刷已經(jīng)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(jīng)過一個多世紀的發(fā)展，經(jīng)歷了機械化、自動化、智能化、聯(lián)線化和數(shù)字化的發(fā)展過程。在自動化方面，已經(jīng)實現(xiàn)包括自動換版、自動清洗、自動調(diào)版、自動供墨、潤滑油自動降溫、自動定點潤滑系統(tǒng)、出墨輥自動降溫等創(chuàng)新。在智能化創(chuàng)新方面，出現(xiàn)印刷質(zhì)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(lián)線化方面，已經(jīng)實現(xiàn)聯(lián)線專色印刷、翻轉(zhuǎn)印刷、U V上光、烘干、冷燙印、打碼、鐳射等技術。在數(shù)字化方面，印前制版已經(jīng)從模擬照相、激光照排，發(fā)展到數(shù)字直接制版，印刷設備也出現(xiàn)在機直接制版的數(shù)字印刷機。

隨著數(shù)字印刷設備的興起和環(huán)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(yè)受到強烈的挑戰(zhàn)，造成一些企業(yè)倒閉、轉(zhuǎn)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(yōu)勢，這種印刷方式的數(shù)字化創(chuàng)新仍在路上，并且實現(xiàn)數(shù)字技術的華麗轉(zhuǎn)身，其印刷效率、印刷質(zhì)量、印刷成本和產(chǎn)業(yè)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(shù)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(xiàn)中央計算機管理，印前、印刷和印后的紙張規(guī)格設置實現(xiàn)共享，水墨參數(shù)具備記憶功能，隨著計算機技術、光纖傳導技術以及數(shù)字與網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，數(shù)字技術在膠印機上的運用越來越廣泛。

驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)字化

20世紀80年代末，單張紙膠印機主運動系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)仍然采用電磁調(diào)速電機（滑差電機）的調(diào)速系統(tǒng)，這種調(diào)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(zhuǎn)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(shù)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(diào)整帶來很大的困難。傳統(tǒng)卷筒紙膠印機采用直流電機主驅(qū)動，以實現(xiàn)無級調(diào)速的要求，為了手動或自動穿紙作業(yè)及設備低速調(diào)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(xiàn)印刷機的低速運轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)立式傳動結(jié)構，采用變向齒輪箱；為實現(xiàn)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(xiàn)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(lián)軸節(jié)、萬向聯(lián)軸節(jié)連接，從而造成機器結(jié)構相當復雜。

現(xiàn)在單張紙膠印機采用3種新技術實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)字化：一是采用變頻調(diào)速，不但可以完成機器的低速調(diào)整和工作運行，還實現(xiàn)無級調(diào)速和數(shù)字化控制（數(shù)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(shù)字控制技術完全可以做到與主機同步，實現(xiàn)到用戶進行機械聯(lián)機的調(diào)試。目前，單張紙膠印機的印刷和傳紙還沒有實現(xiàn)如卷筒紙膠印機那樣的獨立驅(qū)動，這種先進的驅(qū)動方式國際上已推出了試驗機型，即滾筒獨立驅(qū)動，傳紙保持傳統(tǒng)驅(qū)動方式。二是水墨平衡已經(jīng)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(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入、輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

近代卷筒紙膠印機廣泛應用獨立驅(qū)動技術，應用變頻器、伺服電機、PLC、總線技術等數(shù)控配件，實現(xiàn)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(xiàn)各功能機組獨立驅(qū)動。伺服電機直接驅(qū)動印刷滾筒，節(jié)約了大量的齒輪、變速器和傳動軸，實現(xiàn)單機組裝配，單機組現(xiàn)場聯(lián)機的模塊化生產(chǎn)方式，并實現(xiàn)多色機同時裝版，減少了輔助操作時間和制造成本，實現(xiàn)了數(shù)字化的驅(qū)動方式。

目前，獨立驅(qū)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(zhuǎn)印刷機等設備，并實現(xiàn)多種印刷方式和多種功能聯(lián)線的組合傳動。

功能系統(tǒng)數(shù)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(guī)、側(cè)拉規(guī)、張力控制、輸紙機與主機的連接等。近年來，膠印機功能系統(tǒng)應用以下數(shù)字技術：如單張紙膠印機輸紙臺取消左右兩個側(cè)規(guī)矩紙張定位部件，通過安裝在輸紙臺兩側(cè)的光電感應裝置對紙張位置進行監(jiān)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(cè)向定位。操作人員不需要做任何側(cè)規(guī)矩調(diào)節(jié)，即可有效減少25%的調(diào)機準備時間。由于實現(xiàn)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(diào)整，克服傳統(tǒng)水墨平衡調(diào)整的困難。自動紙張預置的數(shù)字化，實現(xiàn)紙張厚度和紙張幅面的數(shù)字化預調(diào)整，使印刷機的調(diào)整信息與制版信息共享。墨色遙控系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)墨量的手工調(diào)整作業(yè)，根據(jù)印品的墨色特征，用微型伺服電機分區(qū)控制墨量，提高了輸墨精度和效率，尤其數(shù)控系統(tǒng)的記憶功能，對重復印刷可以減少墨量的調(diào)整時間。最近，又實現(xiàn)輸墨和輸水機構的數(shù)字化，將傳統(tǒng)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(xiàn)輸墨輸水的數(shù)字化，這項技術既簡化了操作，又節(jié)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(fā)布EZ COLOR一鍵印刷、無須調(diào)整、品質(zhì)達到國際標準的新技術，該技術可以無須數(shù)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?guī)焯崛?，從而使過版紙下降到5～10張，節(jié)約油墨量10%，按印刷成本計算出的最小起印數(shù)量，可以降低到200張以內(nèi)，從而使膠印設備能夠適應快速印刷的需求。這次展會實現(xiàn)了這項創(chuàng)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(xiàn)這種創(chuàng)新，并在展會現(xiàn)場實現(xiàn)現(xiàn)場印刷。之前，上海高斯圖文曾推出數(shù)字噴墨、噴水的卷筒紙印刷機，實現(xiàn)對傳統(tǒng)輸墨、輸水結(jié)構的重大變革，取得重大成果。endprint

控制系統(tǒng)數(shù)字化

20世紀末，卷筒紙膠印機紙張張力控制系統(tǒng)取得重大變革。傳統(tǒng)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(diào)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(chǎn)效率低下。為保證紙張的張力穩(wěn)定，在紙張運行過程中，還設置穩(wěn)壓器、電位器等一系列穩(wěn)定張力的監(jiān)測和執(zhí)行機構，設備結(jié)構相當復雜。近代卷筒紙膠印機張力控制系統(tǒng)完全采用伺服電機獨立驅(qū)動，只要設置好包括給紙、印刷機組、收紙的轉(zhuǎn)速差，就完全將張力置于數(shù)字化控制之中。

單張紙膠印機設置光電控制系統(tǒng)，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(fā)生，進一步提高了印刷質(zhì)量和效率及安全事故的發(fā)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(diào)版和校版機構，改變量以數(shù)字直接顯示的方式，縮短了印版安裝調(diào)整和故障診斷的輔助作業(yè)時間。

采用川流式輸紙機和真空輸紙臺，位于前擋規(guī)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(zhí)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(fā)生的幾率。

操作系統(tǒng)數(shù)字化

為減少印刷過程的輔助操作時間，提高膠印機數(shù)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(xiàn)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(diào)整或自動預置；手動水墨平衡調(diào)整或自動平衡調(diào)整；手動墨色調(diào)整或墨色遙控調(diào)整等。輔助操作還表現(xiàn)在輸紙試印調(diào)整時間差異；過版紙數(shù)量差異；套印檢測差異等環(huán)節(jié)。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(lián)機功能都在影響著印刷機的生產(chǎn)效率。設置數(shù)字化接口可以實現(xiàn)制版信息數(shù)字化傳遞，我國有的企業(yè)設置了數(shù)字化接口?？傊?，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(zhì)量高等條件都在影響著生產(chǎn)效率的提高。

膠印設備交到用戶之前，已經(jīng)對操作系統(tǒng)進行了試驗驗收，對單張紙膠印機來說，已經(jīng)進行了空運轉(zhuǎn)、高速運轉(zhuǎn)、輸紙順暢性、印刷墨色的穩(wěn)定性和均勻性、套印的準確性等試驗驗收，機器的調(diào)整環(huán)節(jié)基本達到用戶的使用要求。但設備到達用戶之后，根據(jù)企業(yè)的印刷環(huán)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(huán)境適應性的調(diào)整，尤其不同印品的變換，機器還需進行不同的調(diào)整。傳統(tǒng)的單張紙膠印機，調(diào)整中會產(chǎn)生大量的過版紙，造成時間和資源的浪費，數(shù)字化使操作系統(tǒng)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(diào)整、擋紙定位、雙張檢測器調(diào)整、前規(guī)與拉規(guī)的定位和調(diào)整、壓紙輪的定位，所有這些傳統(tǒng)的手工作業(yè)，現(xiàn)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(jù)操作者在控制臺所輸入的紙張尺寸厚度而一次調(diào)定。叼紙牙蓋片已自動根據(jù)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(diào)整和補償。在收紙端，包括噴粉器在內(nèi)的所有裝置，都根據(jù)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(diào)整作業(yè)，均由機器同時完成，時間不超過1分鐘。

國外企業(yè)創(chuàng)新了輸墨自動預置，在印版上對各墨區(qū)的印刷面積進行測定，并將測出的數(shù)據(jù)存儲在存儲板上。各墨區(qū)的油墨遮蓋率是區(qū)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(qū)域的油墨遮蓋率?？梢园阉鶞y定的全部區(qū)域油墨遮蓋率的數(shù)據(jù)存儲于一個作業(yè)存儲板。通過這個作業(yè)存儲板，將油墨的預調(diào)數(shù)據(jù)從印版圖像閱讀裝置傳送給控制臺。這些數(shù)據(jù)讀入，并轉(zhuǎn)換成用于墨斗的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，即墨斗輥速度和需要打開的墨區(qū)，或?qū)y量結(jié)果存儲于作業(yè)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(yè)的這個預調(diào)數(shù)據(jù)輸入到存儲器中，可以把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成墨斗輥的調(diào)定值。

信息系統(tǒng)數(shù)字化

CIP3、CIP4、JDF是印刷過程文件格式標準，已經(jīng)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(shù)字化傳遞，防止了設備制造的邊緣化或孤島效應的發(fā)生。在這方面國外制造企業(yè)已經(jīng)成立聯(lián)盟，而國內(nèi)制造企業(yè)剛剛意識到這個問題的嚴重性，有的企業(yè)已經(jīng)開始應用這些數(shù)字化標準。

膠印機已經(jīng)設置數(shù)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(diào)整時間和調(diào)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(diào)節(jié)功能（包括輸紙機、收紙機、叼紙牙排、前側(cè)擋規(guī)等的紙張預制）、墨色還原自動調(diào)節(jié)功能等。

在機制版印刷機數(shù)字化

自海德堡公司1 9 9 5年推出D146-4和Speedmaster74DI在機制版數(shù)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(shù)字印刷機采用衛(wèi)星式滾筒排列結(jié)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(xiàn)了親墨和疏墨的分離。在機制版數(shù)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(chǎn)生的套印誤差，曾在快速印刷的數(shù)字快印店紅火一時，但隨著無版數(shù)字印刷設備的興起和發(fā)展，這顆耀眼的新星逐漸開始墜落。

檢測系統(tǒng)數(shù)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(tǒng)得到快速發(fā)展，一批自動檢品機進入印刷企業(yè)，檢測開始實現(xiàn)數(shù)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(zhì)量驗收標準，對每個印張進行質(zhì)量監(jiān)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(diào)整所需要的測量塊，是目前單張紙多色膠印機中最佳的質(zhì)量控制方法。endprint

聯(lián)機印張檢測系統(tǒng)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(jié)構還可以用于雙面印刷條件。高寶帶密度測量和控制的聯(lián)機監(jiān)測系統(tǒng)，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(zhì)量檢測系統(tǒng)的裝置，在檢測出印刷質(zhì)量問題的印品可以進行分離。

聯(lián)線功能數(shù)字化

聯(lián)線技術指在輸紙、印刷、收紙的基礎上，增加功能完成聯(lián)機的其他操作。國外膠印機已經(jīng)可以實現(xiàn)聯(lián)機專色印刷、UV上光、烘干、冷燙印、噴碼和紙張自動翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)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(lián)機印刷，從而降低了紙張成本。國內(nèi)設備實現(xiàn)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(fā)了帶專色印刷和UV上光的單張紙六色膠印機，又一次開創(chuàng)了聯(lián)線印刷上光的先河。北人集團公司也開發(fā)出具有聯(lián)線UV上光和鐳射功能的單張紙膠印機。

作業(yè)管理數(shù)字化

觸摸屏是一種新型的人機界面，從一出現(xiàn)就倍受關注，它的簡單易用、強大功能及優(yōu)異穩(wěn)定性使其非常適合用于工業(yè)環(huán)境。用戶可以自由地組合文字、圖形、按鈕、數(shù)字等來處理或監(jiān)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(fā)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(shù)，降低生產(chǎn)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(diào)整。對角位置的調(diào)整，可通過倍徑的無接觸傳紙器的對角線進行調(diào)整，而不影響印刷區(qū)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(tǒng)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(jù)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(jié)構，只消耗很少的清洗液，可以達到有效的清洗效果，并節(jié)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(yè)相關的印刷機設定信息，包括印刷機速度、預定印數(shù)、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(jiān)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(xù)不斷地監(jiān)控整個印刷機，為操作者提供連續(xù)的功能診斷，防止發(fā)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(fā)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(zhàn)，就是環(huán)境污染問題，雖然環(huán)保油墨不斷推出，但根本克服污染問題還要繼續(xù)采用創(chuàng)新技術予以解決。近年來，市場上已經(jīng)出現(xiàn)無水膠印、LED烘干、無噴粉作業(yè)、油墨紙張減量行動和污染排放治理行動等新技術，這些環(huán)保措施將會推動膠印設備市場適應性不斷提高。endprint