顛覆式創新-漫談貝加萊印刷控制技術
http://www.sharifulalam.com 2021-05-31 14:42 來源：貝加萊
哈佛教授Clayton Kristensen在1997年一部著作中首次提出了顛覆式創新（Disruptive Innovation）這一概念。但是，與我們直觀的理解不同在于，顛覆式創新并非完全是0->1的變革，Kristensen從用戶導向的視角對其特點進行總結為“更簡單、更便利、更便宜”，并且，顛覆式創新也并非完全是競爭性的，它可能是對原有市場的彌補，也可以發生在一個企業內部的不同業務部門。
圖1-Calyton Kristensen提出顛覆式創新
當然，顛覆性創新是一種在科學的發散中尋找可能性，但又需要借助于工程（Engineering）的收斂中來逐步落地，才能真正將顛覆性創新落地到為用戶帶來真正的價值，進而贏得市場。貝加萊作為機器智能領域的全球技術領先企業，一直專注于與業界標桿性企業合作，開創性的提供機器的創新方案。今天我們簡單聊聊在印刷工業，我們的合作伙伴們一起開創的顛覆性技術應用。
圖2-貝加萊控制技術覆蓋印刷機械各個機型
貝加萊印刷控制技術如圖2所示，涵蓋了印刷的各種機型及聯線生產系統，并且，借助于貝加萊在傳統領域的張力控制技術、溫度控制、裁切等技術，擴展到數字印刷領域。
從專用套色到集成套色的變革
在上世紀90年代，像凹版、柔版這類卷筒紙印刷就開始從“機械軸”邁向“電子軸”傳動的時代，這種從機械到機電融合的方式帶來了機器更高精度、更低的維護成本，以及更高速的響應能力，這相對于純機械蝸輪蝸桿的傳動而言，是一個巨大的進步,如圖3為凹版印刷機械結構。
為了實現這種電子軸，在這個領域，過去通常需要兩套系統，一套伺服傳動控制和一套專用的套色系統。通常套色系統需要檢測印刷偏差，并計算出調節量反饋給傳動系統，傳統上印刷套色系統非常昂貴，每一色組的價格高達數千美元。由于卷筒紙連續印刷過程中，紙張或薄膜經過壓印、烘干后，紙張會產生變形，這種變形會給套印帶來復雜性，因為人的肉眼分辨的界限在0.1mm，因此，必須達到這個精度才能合格。
圖3-凹版印刷機組結構圖
但是，由于紙張是連續的，任何的版的調整都會影響其他顏色，而且由于材料張力、機器速度、加速度、溫度等都與偏差及其調整緊密相關，這種緊密的耦合關系使得解耦算法成為系統的關鍵。
貝加萊借助于可編程計算機控制器的強大算法處理能力，以及實時以太網的高速傳輸能力，開創性的在伺服驅動器上直接插入色標檢測卡，并本地處理偏差，通過高速實時以太網POWERLINK給控制器，運行套色算法，并解耦出偏差調整量給伺服軸，這一集成套色架構，省略了專用套色系統，因此大幅降低了系統的整體成本。
圖4-凹版印刷無軸傳動系統
早在2003年，貝加萊即與凹版印刷領域的國內龍頭企業陜西北人開始合作，通過這種顛覆式的集成套色印刷技術，在各種材料（紙張/薄膜）、速度、加速度下的測試驗證，終于形成了集成套色的解決方案，并穩定運行，印刷速度已經從早期220m/min達到今天的550m/min的性能，如圖4。
集成套色不僅可以應用于凹版無軸傳動機組，也同樣適用于窄幅機組式柔版、輪轉膠印標簽印刷機組等各種卷筒紙連續印刷機器。
直接驅動技術
對于機械傳動而言，為了降低機械復雜性，采用直接驅動的方式也是非常重要的一個發展趨勢。首先，它消除了傳統減速箱的背隙帶來的偏差，其次，采用直接連接提高了傳動系統剛性，能夠獲得更好的動態響應能力。直接驅動通常采用扭矩電機，如圖5，這種電機的顯著特征是“低速大扭矩”，但這種類型電機會存在一種被稱為“齒槽效應”的問題，即，當電機轉子經過每個定子線圈的時候，對于高速電機，轉子的慣性可以沖破齒槽的磁場變化，但是，低速電機就會受到這個變化的磁場影響，進而產生抖動。
圖5-直驅電機
圖6-采用直接驅動技術的W&H凹版印刷機組
這種齒槽效應引發的抖動會給像印刷機械這樣需要高精度傳動的設備帶來影響，為了解決這個問題，貝加萊的ACOPOS伺服系統提供了“齒槽間隙補償”功能，通過該項秘密武器，可以消除齒槽效應帶來的抖動，進而使得印刷的質量得到保障。例如，在德國知名印刷機械廠商W&H的高達16色的印刷系統中，如圖6，直驅技術使得機械結構更簡單，版輥更換與維護也更為便利，這都得益于高質量的技術保障。
數字印刷技術
數字印刷，是典型的跨界技術融合的典范，帶來了印刷技術的巨大變革，它將傳統的卷筒紙印刷的張力控制、直接驅動技術與數字印刷的噴墨技術相融合，以一種顛覆式的生產方式來改變印刷工業對于“個性化”生產的需求，又可以達到大規模生產所需的速度，進而實現“大規模定制”。不僅如此，在貝加萊的合作用戶中，還有很多開創性的，將傳統印刷與數字印刷融合帶來的創新。
早在2010年左右，貝加萊即與HP展開數字印刷領域的合作，包括Indigo 單張數字印刷系列以及T系列卷筒紙連續印刷機型的合作，如圖7。
圖7-HP T系列卷筒紙數字印刷
對于HP T系列的印刷機而言，貝加萊提供了直接驅動技術，它可以提供3微米的定位精度，以滿足數字印刷高品質的需求，以及為高速印刷所提供的收放卷張力控制技術。這使得該型機器印刷速度可以達到彩色183m/min或單色244m/min的驚人速度。當然，數字印刷還可以直接與印后裝訂單元結合，并形成個性化的書刊裝訂，為消費者提供個性化的服務。
圖8-Krones的數字印刷與灌裝同步
在飲料灌裝領域，Krones是全球頂級廠商，除了在灌裝領域的合作，Krones還通過與貝加萊及數字印刷技術廠商共同合作，為用戶提供聯線數字印刷系統，如圖8，它可以在線更換標簽，將數字印刷與傳統貼標技術融合，帶來全新的貼標能力，通過6-18個噴墨頭，提供所需的色彩組合，UV固化，這樣的單元可以達到12000/小時的容器生產。
這是一個典型的顛覆式創新應用場景，因為它使得印刷的標簽完全可以按照個性化的需求來實現打印與貼標，但是，其技術又來源于數字技術，以及傳統貼標控制技術。
圖9-Gallus數字聯線印刷機
Gallus是柔版印刷領域全球知名的廠商，與貝加萊有著悠久合作歷史，在很多產品的印刷中，在基本的印刷色彩之上，還需要一些個性化的部分，在原有的機器上，增加數字印刷單元，如圖9，將原有的印刷疊加更為個性化的部分，例如打碼、標識、個性化定制的標簽內容，Gallus的數字連線標簽印刷可以達到1200dpi的印刷精度。
跨界融合帶來顛覆式創新
綜上所述，跨界融合為顛覆式創新帶來了機遇，顛覆式創新必然是用戶需求導向，能夠為用戶帶來更為便利的機器生產、更經濟的系統、更簡單的機器。當然，顛覆式創新必須與工程落地相互結合，貝加萊提供的技術如套色、張力控制、直接驅動技術都為這些機器的開發帶來風險的降低，采用成熟的技術，跨界融合，是顛覆式創新的邏輯道路。
編輯精選
