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可变二维码赋码工艺在软包装上的应用研究

时间:2018-06-24 23:18:30来源:科印网作者:张敬勇

  当前,全球经济正处于迅速变革的大潮之中,德国力推“工业4.0”,美国聚焦“物联网应用”,我国正在全面推进“中国制造2025”,旨在实现制造业转型升级。国家大力扶持制造企业推进智能制造,支持智能制造专项和智能制造示范企业。智能制造包括智能产品、智能装备、智能工厂、智能研发、智能管理、智能供应链和智能服务等领域,涉及工业机器人、AGV、自动化立体仓库、自动化生产线、制造执行系统、仓储运输管理系统、物联网等支撑技术的应用,需要实现企业信息系统和自动化系统的无缝集成,进而支撑企业智能决策。

  目前,大部分软包装企业仍然面临信息系统建设不全、信息孤岛、生产制造过程不透明、设备数据难采集、车间尚未联网、设备OEE低下、企业间协作不畅等诸多难点问题。随着企业的不断发展,信息化应用的不断深入,越来越多的企业发现ERP等系统无法全面管理与提升企业的制造水平,生产制造信息化成为企业最薄弱的环节。越来越多的企业开始关注实现生产过程中的实时采集、提高生产排产的效率、实现制造过程的追溯、提升工人与设备的绩效、保证产品质量等问题。

  所以,软包装企业亟需围绕自身发展战略进行可持续竞争优势的分析,结合发展战略目标的需求,打造智能制造信息化环境下企业的新型能力。下面,笔者就从以下几个方面为大家具体阐述。

  打造精细化生产管控能力

  目前,软包装行业中很多企业的信息化建设起步比较晚,后续建设发展也相对缓慢,尤其是车间管理领域,还是沿用多年来的手工单据和普通表格进行数据的收集、加工和传递,车间报工不及时,因而无法实时获取工单执行情况,无法为排程提供准确信息。

  为了实现精细化管理,打造软包装智能工厂,使生产制造高

  效、透明,提升生产效能,合理排产,满足交期,软包装企业必须打造精细化生产管控能力,通过建设MES系统,实现与ERP的集成,提高生产管理的透明度,及时掌握现场动态,防“患”于未然,以可靠的业务数据为基础,推进生产现场精益改善。利用APS排程工具,通过对产能、人员、定额、交期的维护实现计划的排产,合理利用企业的资源,使得生产效率和资源利用率达到最优,从而实现柔性生产优势。

  打造供应链快速响应能力

  随着市场快速响应需求的不断提升,以及客户对品质、交期要求的日益严格,软包装企业需利用信息化工具提升库存管理水平、订单交付能力,以及产供销协调能力。目前,绝大部分软包装企业存在业务单据上账滞后,库存更新不及时;生产执行过程不透明,订单完工情况无法及时获知,无法有力协调“计划”“产能”“交期”之间的矛盾。

  所以,软包装企业迫切需要打造“移动化”“准确化”和“及时化”的信息系统能力,改变传统ERP的事后单据录入、数据滞后的现状,提升公司运营效率。从销售订单的接单到生产工单的下发、原材料的发料、成品的入库到最后的产品发货,整个业务处理过程需借助条码功能与ERP系统的整合,实现“信息采集及时化”“车间操作可视化”。通过车间智能PDA的实时数据采集,实现实时报工,可以更好地获取订单执行进度情况,为生产计划排产、采购原材料和销售订单发货执行提供依据,提升企业生产计划、采购计划、销售计划的协同能力。

  打造财务业务一体化管控能力

  目前,很多软包装企业的财务核算重点是事后报表核算,而且财务核算数据滞后,对公司管理决策支持滞后。所以,需要打造财务业务一体化管控能力,通过销售到应收、采购到应付、生产到成本的无缝集成,围绕价值流,重新梳理流程,通过对业务操作环节的层层管控,杜绝舞弊风险,消除人为差错,保证业务处理的及时性和准确性,强化内控体系在各环节流程执行,并实现很好的闭环控制。加强接单的信用考核,加强超期货款的催收。财务需要从报表核算转向财务管理,成本管理从事后核算转向事中控制,及时掌握生产过程中的成本异常,对比产前设计成本,做好成本执行控制,加强对生产过程的成本管控,进而实现企业成本管控的优势。

  打造在线质量管控和分析能力

  包装印刷业的生产过程具有连贯性和快速性。每道工序的质量管控都很关键,质量问题发现得越早,后期报废损失就越少。持续稳定的品质管控要求必须在生产过程中对各工序进行在线监测和离线检测双重把关,以保证其质量。通过在生产设备上安装在线疵点检测仪器,在线诊断产品质量,提升在线监测水平。通过将在线疵点检测仪器与信息系统进行集成,自动收集在线疵点检测仪器的检查数据。再通过大数据分析,找出规律,提高产品质量。

  同时,通过对客户反馈的响应、产品品质检查报告、第三方监测报告的全流程品质与服务管理体系,提升产品质量追踪及控制能力。

  打造研发创新的知识管理能力

  研发引入项目管理系统,支持研发项目的可视、可控、可预见管理,实现流程自动化、文档标准化,提供便捷、多维度的项目看板;同时将项目管理系统与ERP、PLM等系统进行集成,实现工艺标准和数据的整合。将研发实验过程、实验数据、实验效果纳入系统进行全过程记录、跟踪和考核。通过构建统一知识管理系统,搭建知识汇聚平台,建立立体化研发知识架构和稳定、可持续的知识管理运作体系,达成知识积累和传承。

  当然,还有很多新型能力需要结合企业现状和未来发展战略目标去思考和打造,以上仅是笔者的梳理思考,只能起到抛砖引玉的作用。

  其实,很大部分企业在一定区域内拥有的优势,足以支撑其生存发展。如果该优势与企业的战略目标与定位相匹配,与企业其他战略重点与举措共同作用,企业便拥有了长足发展的动力。但是,很多企业只是把信息化作为一项单纯的技术工作来对待,认为信息化就是工具和手段,仅仅是节省时间和劳动成本的自动化工具,与企业战略、经营管理、变革创新没有关系。还有一些企业认为提升信息化能力就是建好信息系统,于是将大量的时间、精力花在如何建设一个技术先进、功能强大完备的信息系统,而不考虑信息系统如何与经营管理融合,如何推动企业的变革和创新,如何服务于企业的发展战略,如何塑造企业的新型能

  力。这些观念都需要转变,这样企业才能在智能制造信息化环境下打造全新的能力,从而与时俱进,赢得新发展。

  什么是可变二维码?可变二维码又名QR码,是20世纪90年代出现的一种矩阵二维码符号,具有识读迅速、信息容量大、可靠性高等特点。智能手机的普及以及手机像素的提高,使得人们可以通过手机内置二维码识读软件迅速识读二维码信息,这也成为可变二维码近几年在商品外包装上的应用呈现爆炸式发展的原因。作为商家,可利用可变二维码记录产品的销售渠道,起到溯源和防窜货的作用,也可利用二维码与消费者进行积分互动,逐渐积累客户群体。作为消费者,可以利用二维码进行产品的真伪查询,也可以参加二维码的积分互动,获取商家提供的额外优惠福利。可变二维码逐渐成为商品“不可或缺”的一部分。

  在国内塑料软包装行业,包括食品、药品、卫生用品包装及复合包装等都逐渐开始了可变二维码的赋码生产应用。如何确定最适合的赋码工艺,需要结合企业自身产品特点及成本综合考虑来做出选择。

  目前,在PE软包装行业,国内主流的可变二维码赋码方式共有4种:贴标技术、热转印技术、喷墨赋码技术、激光赋码技术。下面笔者将对这4种工艺的实际应用进行简要分析。

  贴标技术

  1.应用原理及现状

  贴标技术是将可变二维码数据制作成卷状不干胶标签,通过自动贴标机分别将单个或多个可变二维码标签转移到PE软包装产品指定位置的生产工艺。

  贴标技术是国内应用最早,也是应用最广泛的一种生产工艺。在PE软包装行业,可变二维码最早也是使用贴标技术来实现的。标贴技术具有设计精美(可使用彩色二维码)、贴标设备安装灵活、投资成本低等特点。覆膜的可变二维码标签不仅可以贴到PE包装袋外部,也可以贴到PE包装袋内部。

  以卫生巾包装袋为例,许多生产厂家将可变二维码设计到包装袋内部,与消费者进行积

  分互动,采用覆膜二维码标签在袋子内侧贴标,不仅使二维码标签具有良好的附着牢度,标签本身也不会对卫生巾产生污染。

  但贴标工艺产能低、耗材成本高等因素,制约了其在PE软包装行业的广泛应用,目前在高档产品应用居多。

  2.常见问题分析

  (1)二维码标签漏贴

  主要原因:①PE卷膜放卷设备张力控制不稳或膜体本身不平,造成控制贴标的光传感器未读取到电眼点信号;②标签贴好之后,PE卷膜经导辊传递反粘下来。

  解决方案:①检查设备张力控制系统及膜体平整度;②检查确认贴标设备的生产工艺,确保已经贴好的标签不被反粘;③在贴标工序后端加装在线检测设备,既可以设置为检到漏贴报警停机,也可以设置为检到漏贴报警并自动剔除。

  (2)对PE卷膜产品贴标时废码率较高

  主要原因:在对PE卷膜进行印刷时,很难保证100%无缺陷,在此基础上再进行贴标,会有一部分标签随着有印刷缺陷的产品一同被剔除,这样既增加了废码率,也增加了制造成本。

  解决方案:在对PE卷膜产品进行贴标之前,先用检品机进行质量检测,剔除有印刷缺陷的产品,同时做好无缝接口,贴好标识,以便贴标之后剔除带有标识的接口部位的废品。

  热转印技术

  1.应用原理及现状

  热转印技术是先将图案预印到色带(转印薄膜或转印纸)上,再通过热转印设备将图案转印到产品表面的生产工艺。

  热转印技术最早应用于织物的热转移印花生产,但随着科学技术的不断发展,除了织物,其在陶瓷、金属以及塑料片材和薄膜上的应用也越来越广泛。

  在PE软包装行业,热转印二维码以黑白码居多,与贴标工艺类似,其设备具有安装灵活方便、前期投入门槛低的特点,且耗材成本比贴标技术低,但也存在产能相对不高的特点,且热转印二维码的耐溶剂性较差,也存在因转印不完全而不能被识读的风险。

  对于单层PE软包装,如果生产厂家计划用可变二维码进行防窜货管控,那么就存在不法商贩用溶剂修改二维码的风险,但对于复合软包装,可以将二维码转印到复合层,由于复合材料本身对二维码形成一层保护,就可以完美解决二维码易被涂改的问题。

  2.常见问题分析

  (1)热转印不完全

  主要原因:热转印的原理是先预印再经过加热实现转印,转印过程中容易受到二维码自身条件或转印环境(如温湿度等)或承印材料表面性能等因素的影响,从而造成转印不完全。

  解决方案:在实际生产过程中如果出现转印不完全的问题,可以先做一个最基本的判断。如果出现批量产品转印不完全的问题,则需要逐一判断是二维码、转印环境还是承印材料的问题;如果出现个别产品转印不完全的问题,则需要确认在生产过程中是否存在其他不稳定因素。

  建议在热转印完成之后增加二维码在线检测环节,确保赋码产品100%合格。

  (2)热转印不牢

  主要原因:赋有热转印二维码的产品,在储运过程中会受到环境或相互之间摩擦等因素的影响,容易造成因二维码部分缺失而不能被正常识读。

  解决方案:热转印二维码在耐溶剂性方面,目前还没有比较好的解决方案,但在耐摩擦性方面,可用实验室模拟真实储运环境进行测试,确保在储运过程中不被磨损。

  (3)二维码出现断层、裂缝

  主要原因:热转印过程中,如果承印材料表面不平整,极易造成转印二维码出现断层和裂缝现象。

  解决方案:承印材料赋码部位一定要保持平整,热转印过程中不能有震动或者抖动。最佳的赋码时间是印刷品还处于单层膜阶段,如果PE薄膜已经做成成品包装袋,则需要注意二维码转印位置一定不要在折角边或者两层和四层的交界处。

  喷墨赋码技术

  1.应用原理及现状

  喷墨赋码技术主要是通过软件控制,喷射墨滴到承印材料表面而形成图像的过程。根据墨水类型的不同,喷墨赋码技术又分为UV喷码、溶剂墨喷码和水墨喷码3种。

  在PE软包装应用中,由于考虑到VOCs排放及附着牢度等因素,较少采用溶剂墨喷码,而水墨喷码在PE软包装上的应用也处于起步阶段,最高喷印速度虽然可以达到300~600m/min,但赋码效果有待提高,尤其牢度问题亟待解决。因此,通常考虑采用UV喷码进行可变二维码赋码。

  UV喷码可以在非吸收性材料表面喷印并快速固化,固化后完全无毒,且耐溶剂性出色。UV喷码在诸如BOPP、PET等基材表面的喷码速度可以达到200m/min,但由于PE薄膜具有易拉伸特性,其实际稳定喷码速度在120m/min左右(600dpi×300dpi)。如果遇到多拼版产品,还可以增加喷头数量,提高生产效率。耗材成本方面,经过调研及实际上机测试,按照相同大小规格的二维码来考虑,单个UV喷墨二维码成本仅为贴标二维码的1/30~1/20。

  UV喷码通常采用在线和离线两种工艺来进行,在线(与印刷机连线)喷码首先需要考虑喷码的速度与印刷机的速度互相匹配,不会造成产能浪费,其次还要考虑产品的结构特性,所有需要喷码的产品是否都在该印刷机上生产;离线(单独复卷平台)喷码则更适合产品种类多变的企业,而且可以最大限度地发挥速度产能优势,但缺点是需要额外投入一台收放卷性能稳定的复卷平台。

  综上所述,UV喷码在PE软包装上的应用从产能、喷码效果、耗材成本来考虑非常合适,但前期投入成本相对较高,进口设备的价格更是达到了国产设备的3~4倍。

  2.常见问题分析

  (1)二维码反粘

  主要原因:UV喷墨二维码经过UV固化之后是无毒的,且牢度非常好,所以可能是由于UV墨水没有完全固化所致。

  解决方案:检查UV墨水是否完全固化,通常的检测方法为:UV喷墨二维码经UV固化完成后,用棉签蘸取有机溶剂(如乙醇)对二维码轻轻往复擦拭25次(来回计为1次),如果二维码能够被正常识读且不掉墨,则认为UV喷墨二维码固化完全,否则需要调整UV墨水配方或提高UV灯固化功率。

  (2)二维码结皮、脱落

  主要原因:出现这种情况一般考虑薄膜基材的表面处理强度是否达到要求。对于PE薄膜,通常要求表面处理强度不低于38达因值。

  解决方案:用处理笔或者处理液对薄膜基材进行测试,如果表面处理强度达不到要求,考虑重新进行电晕处理或更换薄膜基材。

  (3)二维码出现白色线条

  主要原因:UV喷码设备喷头堵塞会造成某一位置不出墨,导致在二维码纵向(走料方向)出现白色线条,影响二维码识读。

  解决方案:在进行二维码UV喷码作业之前,必须检查喷头状态,如果有堵塞现象,必须及时清洗或更换喷头。

  (4)二维码重码

  主要原因:重码或不识读是UV喷码过程中非常严重的事故,一旦出现,损失严重。在二维码完好的前提下,二维码不能被识读或有重码,主要是因为二维码信息在转码(将原始数据信息转化为喷码信息)过程中出现问题。

  解决方案:在每批产品生产之前必须进行查重,这样可以有效避免因原始数据重复或在操作过程中产生重码而带来的损失,同时也要确认转码之后的数据与原始数据所承载的信息保持一致。

  激光赋码技术

  1.应用原理及现状

  激光赋码技术是使用软件偏转激光束,利用激光的高温(或高能量)直接烧灼需要标识的产品表面,形成字体或图案的工艺。

  激光技术主要有CO2激光、红外激光、绿激光和紫外激光。其中CO2激光和红外激光被称为热激光,在雕刻过程中会产生大量的热量;而绿激光和紫外激光则是利用高能量使基材中的显色成分变异,从而达到形成字体或图案的目的,被称为冷激光。

  由于PE薄膜熔点较低,热激光会使膜体熔融收缩变形,故而必须选用冷激光进行赋码。经验证测试,绿激光和紫外激光均适用于PE软包装。其中,绿激光更适用于有印刷油墨的区域,分别在不同的底色上赋码会呈现出不同颜色的二维码。例如,在大红色底色上赋码会呈现金色二维码,在黑色底色上赋码会呈现白色二维码,效果对比较为强烈,二维码易被识读。紫外激光则可以在乳白PE膜表面的非印刷区域或袋子内侧进行打码,颜色呈深灰色,既安全,又有效。

  激光赋码技术的优势非常明显,通过其赋码原理我们知道采用激光赋码工艺不需要耗材,且激光发射器的寿命非常长,可以最大限度地降低生产成本,且环保无污染。此外,激光赋码技术是将二维码永久地“雕刻”在产品表面,除非包装材料被破坏,否则二维码会永久存在。其设备投入成本与UV喷码技术相比持平或略低。

  但激光赋码技术同样存在一些弱点:在透明膜体材质表面无法进行赋码,产能低(在PE薄膜表面生产16mm×16mm二维码的最大速度在50m/min左右),二维码分辨率低,识读速度略低于其他几种赋码方式等。

  2.常见问题分析

  (1)二维码变形

  主要原因:激光喷码技术对基材运行速度的稳定性要求非常高,如果出现较大的速度波动,会直接导致二维码外观整体被压缩或拉长,造成不能被识读。

  解决方案:要求基材运行速度稳定,速度偏差不超过0.5m/min。

  (2)识读速度慢

  主要原因:激光二维码的识读速度普遍低于贴标、热转印和喷墨二维码,主要是因为激光发射器功率过低或要求的生产速度过快。

  解决方案:在不影响产品质量的前提下,提升激光发射器功率或适当降低生产速度。

  时代在发展,科技在进步,未来可变二维码在PE软包装上的应用会越来越广泛。对于目前在PE软包装上应用的贴标、热转印、喷墨赋码和激光赋码工艺来说,还有很多需要提高的地方;对于PE软包装企业来说,每种工艺都有其独特优势,取其长,避其短,才能够在可变二维码的应用道路上越走越远。


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