印刷機(jī)嵌入式智能設(shè)備

進(jìn)入2017，信息化時(shí)代已經(jīng)深入到生活的每一個(gè)角落，不論是智能家居還是智造車床，不同行業(yè)的技術(shù)都有計(jì)算機(jī)的身影?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”“物聯(lián)網(wǎng)”“工業(yè)4.0”等概念都是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展帶來的改變。印刷包裝行業(yè)也在工業(yè)4.0提出后，開始實(shí)施數(shù)字印刷以實(shí)現(xiàn)行業(yè)初步轉(zhuǎn)型。數(shù)字印刷的提出，使得傳統(tǒng)的印刷技術(shù)得以提升，實(shí)現(xiàn)印刷工藝技術(shù)的“軟件化”，距離印刷設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)還差“硬件化”一步。

印刷設(shè)備現(xiàn)狀

國內(nèi)有很多印刷企業(yè)，也有很多印刷設(shè)備制造商。印刷企業(yè)在努力實(shí)現(xiàn)數(shù)字印刷來適應(yīng)時(shí)代潮流：個(gè)性化定制；印刷設(shè)備制造商也在努力使自家的機(jī)器更有競爭優(yōu)勢，但是不能僅靠壓縮成本、縮減利潤獲取優(yōu)勢。印刷設(shè)備制造是將機(jī)械部件的制作和電氣設(shè)備安裝結(jié)合在一起，也就造成設(shè)備的電氣功能基本依靠訂制的電氣設(shè)備來決定。在實(shí)現(xiàn)必要工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)備智能化部分已經(jīng)成功被上游電氣設(shè)備商牽制。

印刷設(shè)備雖不是消費(fèi)電子，但也是和生產(chǎn)者息息相關(guān)的。如今的印刷企業(yè)，一臺(tái)膠印機(jī)的值班模式都是以保證機(jī)器正常不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)為前提的，碰到大量訂單時(shí)更是日夜連軸轉(zhuǎn)，機(jī)長和他的小伙伴們都是為機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)而服務(wù)，勞動(dòng)量不是非常密集，但是從不停止。機(jī)器不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)難免出現(xiàn)各種狀況，值班職工理所當(dāng)然為機(jī)器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)服務(wù)。這種模式加大了職工的負(fù)擔(dān)，也降低了企業(yè)效益。

設(shè)備制造商在考慮完成既定工藝流程的同時(shí)，是否真正有考慮在完成這一作業(yè)過程中，職工所扮演的角色。職工為企業(yè)服務(wù)，與企業(yè)一樣都希望能短時(shí)間創(chuàng)造最大的效益。機(jī)器出故障第一時(shí)間是廠家的技術(shù)人員前來維修，對于印務(wù)企業(yè)而言，一次維修也是不小的開支。減少不必要故障是設(shè)計(jì)師的職責(zé)，但是故障發(fā)生時(shí)往往導(dǎo)致直接停機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)下去，停產(chǎn)也是讓印務(wù)企業(yè)比較無奈的事情。

不論是印務(wù)還是設(shè)備制造，都有很大提升空間。企業(yè)內(nèi)的ERP系統(tǒng)不單單只是機(jī)器前邊擺放的，只為顯示業(yè)務(wù)信息并等待機(jī)長手動(dòng)鍵入作業(yè)信息的平板電腦。企業(yè)設(shè)備管理故障檢修的一部分可以由機(jī)器自身完成。調(diào)試保養(yǎng)、狀態(tài)評估等都可以通過對設(shè)備數(shù)據(jù)收集達(dá)到。

印務(wù)現(xiàn)狀與設(shè)備制造是息息相關(guān)的，設(shè)備能否完成更高效率、更智能處理都需要設(shè)備商的開發(fā)。國內(nèi)設(shè)備在機(jī)械工藝上落后國外一大截，在電氣工藝上依賴國外供應(yīng)商，諸如：歐姆龍、三菱等PLC廠商。降低研發(fā)成本的同時(shí)也在降低印刷設(shè)備質(zhì)量、功能。

國外設(shè)備注重工藝方面科技含量的注入，如數(shù)字印刷、數(shù)碼打樣、可變數(shù)據(jù)打樣等技術(shù)。這些設(shè)備在數(shù)字印刷上大展手腳，卻也讓印務(wù)企業(yè)陷入單邊發(fā)展工藝技術(shù)導(dǎo)致的設(shè)備越來越難以維護(hù)、故障檢修動(dòng)輒請廠家的境地。

智能化的提出

包裝印刷不僅需要更精湛的工藝技術(shù)，更需要智能化的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。

印刷設(shè)備智能化分為：印刷設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)化、數(shù)據(jù)收集和應(yīng)用。

構(gòu)建物理網(wǎng)絡(luò)是第一步，在以Internet為核心建立的物理聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對印刷設(shè)備數(shù)據(jù)的收集。

數(shù)據(jù)收集是智能化的第二步，智能化關(guān)鍵一步在于對數(shù)據(jù)的應(yīng)用。設(shè)備在實(shí)現(xiàn)原有工藝流程的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集包含很多方面，其中主要的方面有：①印品質(zhì)量檢測；②設(shè)備故障報(bào)錯(cuò)；③作業(yè)情況收集。

在收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，智能化設(shè)備一方面接收來自機(jī)長的經(jīng)驗(yàn)調(diào)試，另一方面將數(shù)據(jù)與已收集信息進(jìn)行比對，進(jìn)行分析并執(zhí)行對應(yīng)指令。譬如：①在印品檢測方面：檢測到印品與樣品有出入，分析圖像數(shù)據(jù)后進(jìn)行比對或接收機(jī)長調(diào)試指示，調(diào)節(jié)張力控制機(jī)構(gòu)等來調(diào)節(jié)。②設(shè)備故障方面：設(shè)備故障會(huì)有報(bào)警，報(bào)警時(shí)智能設(shè)備接收到傳感器數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀后并判斷出可能的故障原因。接下來首先是查找機(jī)器本身是否具備故障矯正功能，其次是提出不需要專業(yè)技術(shù)人員維修的維修建議，最后提出建議廠家維修。③作業(yè)情況收集：設(shè)備作業(yè)數(shù)量與良品率、訂單量、設(shè)備狀態(tài)都有密切關(guān)系，智能設(shè)備在獲取到訂單數(shù)據(jù)后，將持續(xù)記錄作業(yè)數(shù)量并上傳ERP管理，同時(shí)作業(yè)量或廢品率也是反映機(jī)器狀態(tài)的重要參數(shù)。它可以顯示機(jī)器處于磨合期、正常磨損期還是老化期，這些數(shù)據(jù)對于企業(yè)提高生產(chǎn)效率是十分有必要的。

設(shè)備的智能化是對設(shè)備的升級，但這并不表示設(shè)備上搭載的電氣設(shè)備越多就越智能。很多印刷設(shè)備搭載了人機(jī)交互界面、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，但卻沒能實(shí)現(xiàn)真正意義的智能化。

這里的印刷設(shè)備應(yīng)不僅是印刷用設(shè)備，也包括整個(gè)工藝流程用到的其他設(shè)備，如模切機(jī)。

智能化不是一蹴而就的，需要一個(gè)成長的過程。機(jī)器設(shè)備維護(hù)與運(yùn)行都是來源于機(jī)長的經(jīng)驗(yàn)，機(jī)長接觸時(shí)間越長，也就越容易判斷機(jī)器的狀態(tài)，越能讀懂機(jī)器。智能化也是一樣，新生的智能設(shè)備需要在生產(chǎn)過程中不斷積累數(shù)據(jù)，不斷收集印刷設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，才能更好地展現(xiàn)智能化。

如何實(shí)現(xiàn)智能化

智能化的本質(zhì)是數(shù)據(jù)構(gòu)建與應(yīng)用，而這些需要一個(gè)完整框架，即建立設(shè)備的物理連接網(wǎng)絡(luò)。

物理聯(lián)接硬件基礎(chǔ)就是計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)深入到我們生活的各個(gè)角落，是我們生產(chǎn)、生活最便捷的助手。同時(shí)考慮到成本、控制因素、適應(yīng)性、穩(wěn)定性等因素，嵌入式是實(shí)現(xiàn)印刷設(shè)備智能化的最佳計(jì)算機(jī)技術(shù)。

為實(shí)現(xiàn)印刷設(shè)備的智能化，構(gòu)建物理聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)，提出以下解決方案：

智能化計(jì)算硬件：利用技術(shù)較為成熟、獲得工業(yè)領(lǐng)域認(rèn)可、應(yīng)用廣泛、開源型的計(jì)算芯片ARM。其適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的系列Cortex-M7可以滿足目前計(jì)算需求、數(shù)據(jù)處理需求，在穩(wěn)定性、抗干擾性方面都有較強(qiáng)保障；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、傳感器數(shù)據(jù)采集以及對傳統(tǒng)PLC控制的接口等。在最小改動(dòng)原有設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)最大化智能。

在軟件方面：輕量級操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫建立與通用接口建立，方便接入專家級數(shù)據(jù)庫；傳感器數(shù)據(jù)采集、處理與存儲(chǔ)；智能型處理關(guān)鍵技術(shù)：利用專家級數(shù)據(jù)庫、采集自身數(shù)據(jù)得到的以往使用數(shù)據(jù)以及機(jī)長經(jīng)驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)記錄等作為優(yōu)化今后生產(chǎn)的依據(jù)。

智能化的實(shí)現(xiàn)需要在知識(shí)庫方面不斷積累，也就是數(shù)據(jù)的交換，知識(shí)庫的積累是需要框架的。因此我們在構(gòu)建好硬件框架后，需要為今后智能化的提升預(yù)留硬件接口，為未來印刷設(shè)備的更多升級預(yù)留空間，讓智能化真正實(shí)現(xiàn)自我升級，這些數(shù)據(jù)服務(wù)則需要企業(yè)服務(wù)器的支持。

綜上，我們實(shí)現(xiàn)智能化的途徑是：利用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)搭建使現(xiàn)有設(shè)備智能化的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)印刷設(shè)備的物理聯(lián)接，移植嵌入式操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)智能化關(guān)鍵一步：數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與應(yīng)用。

對智能化的預(yù)期

預(yù)期智能化平臺(tái)搭建效果：由于智能化的搭建是逐步進(jìn)行的，現(xiàn)階段的智能化屬于第一步：智能化框架的搭建。框架的搭建完成應(yīng)滿足：在硬件方面，液晶觸控屏提供人機(jī)交互、可拓展硬件控制接口、千兆網(wǎng)絡(luò)硬件、核心計(jì)算芯片以及通過固態(tài)的開關(guān)電路對設(shè)備原有PLC；在軟件方面，數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)比對、專家數(shù)據(jù)接口、基本設(shè)備控制等。

同時(shí)結(jié)合移動(dòng)平臺(tái)等優(yōu)勢，開發(fā)Android或Windows軟件，來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的查看與控制。移動(dòng)平臺(tái)控制將以用戶登錄的形式進(jìn)行管理，以此來限制不同用戶的權(quán)限，對設(shè)備起到一個(gè)保護(hù)作用。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，將不同情況的數(shù)據(jù)均記錄下來，作為參照以供今后設(shè)備調(diào)整用，并設(shè)立工藝參數(shù)調(diào)整數(shù)據(jù)庫，加入專家調(diào)整數(shù)據(jù)樣本。在前邊的基礎(chǔ)上，運(yùn)用專家數(shù)據(jù)和平時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，建立優(yōu)化數(shù)據(jù)模型，為今后更良好地運(yùn)轉(zhuǎn)作鋪墊。也就是，智能化設(shè)備是一個(gè)隨著時(shí)間累積不斷完善的系統(tǒng)。

由于社會(huì)生活運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，對產(chǎn)品研發(fā)并投入使用的周期也大大縮短，以上描述的智能化平臺(tái)，其應(yīng)用階段正如二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線一樣：適應(yīng)生產(chǎn)時(shí)間短，達(dá)到最佳穩(wěn)定時(shí)間長。也就是說智能化設(shè)備的投入與適應(yīng)印務(wù)生產(chǎn)的時(shí)間短，很快可以投入應(yīng)用，但是要達(dá)到真正的智能化調(diào)整與預(yù)警，還需要較長的時(shí)間來不斷完善數(shù)據(jù)，不斷調(diào)整參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自我完善。同時(shí)在設(shè)計(jì)智能化設(shè)備時(shí)，會(huì)考慮已有的參數(shù)、調(diào)整數(shù)據(jù)等來作為藍(lán)本，以供后期參考、修改使用。

展望未來

未來的智能化，是基于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對未來發(fā)展趨勢或運(yùn)作模式作出預(yù)測，正如Google的人工智能預(yù)測流行疾病的爆發(fā)一樣，印刷設(shè)備的智能都還取決于行業(yè)對智能化的認(rèn)可與投入時(shí)間。智能化不僅是在減輕勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，也是在提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量。未來的智能印刷設(shè)備不僅僅要能夠?qū)σ延泄收稀栴}作出判斷并解決，同時(shí)也要能夠依據(jù)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并預(yù)測可能會(huì)出現(xiàn)的情況。