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包装印刷业离智能制造 究竟还有多远?

时间:2018-11-09 15:19:04来源:科印网作者:何从友

  现在我们每天都谈及无人工厂、熄灯作业、智慧工厂、工业4.0、两化融合、中国制造2025……,其实它们的核心内容都是“智能制造”。提到“智能制造”,我们这些制造业的从业者就会感到焦虑,因为讨论这些概念的人,更多的是从事非制造业的互联网大佬或互联网精英们,但他们确实“跨界”看到了制造业未来的本质发展方向。

  智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化的智能系统。其借助计算机模拟人类的智能活动,从而取代制造环境中人的脑力劳动。智能制造技术是在现代传感、网络、计算机、自动化等先进技术的基础上,通过智能化的感知、人机交互、决策和执行,实现制造过程的智能化。

  计算机、互联网和自动化不是新鲜事物,为什么现在才提出“智能化”的概念?主要是今天的传感技术、各种复杂算法的软件和计算机的运行速度都达到了一个极高的水平,能够针对“不确定性”的任务进行及时的判断和执行。

  我们知道,第一次工业革命是18世纪60年代从英国发起的人类历史上的首次技术革命,以工作机替代手工劳动,并以蒸汽机作为动力源被广泛使用为标志。时隔100年,第二次工业革命在19世纪60年代后期出现,其标志是用电力替代蒸汽动力而被广泛应用,促进了工业生产的大规模进行。也因为有了电,以西门子、格拉姆、爱迪生、贝尔等精英代表发明了一系列电器,为第三次工业革命奠定了坚实的基础。第三次工业革命是以电子计算机发明和应用为主要标志,并应用于诸多领域的一场信息控制技术革命,促进了工业生产自动化。第四次工业革命则是刚刚开始的基于物理信息系统的智能化时代。

  智能制造的核心

  谈到智能制造,就要了解智能制造的关键步骤:状态感知(准确感知设备或系统的实时运行状态)→实时分析(对获取的实时运行状态数据进行快速准确的加工和处理)→自主决策(根据数据处理结果,按照设定的规则自动做出判断和决策)→精准执行(执行机构自动实现决策的执行)。显然,上述4个步骤是一个闭环智能系统,操控机器实施智能制造。

  智能制造的关键核心是什么?是“数据驱动”!

  智能制造的两个关键要素:一是数据信息软件系统(网上接单系统、ERP系统、MES系统),包装印刷企业要想践行智能制造,首要任务是要进行信息化建设,建立一个数据承载和数据传输的信息管理系统,这个系统就是传达智能制造所需数据的大脑神经网络系统;二是与上述软件系统能够进行数据交互的硬件制造设备。

  包装印刷业的典型特征

  制造业根据特点类型不同,可分为如下两种。

  1.流程型制造业

  流程型制造业的特点是产品品种相对固定、单个品种生产批量大;生产设备按照产品线进行布置,可实现流水线作业。比如食品、医药、石油化工等行业都是典型的流程型制造业。

  2.离散型制造业

  离散型制造业的特点是产品品种多、单一品种生产批量小;工艺路线不固定,有长有短、有简有繁;很难形成流水线作业,生产设备按照工艺来布局,加工物料或半产品需要搬运。

  包装印刷业就是典型的离散型制造业,而且具有明显的个性化定制特征。

  包装印刷业离智能制造究竟还有多远

  本文以纸包装印刷业为例来阐述,软包装印刷业与之极为类似。上文提到智能制造必须由数据驱动,也就是说,从客户需求端的信息采集到工厂内部的相关作业参数信息的生成与传递,再到设备智能化运行,全程都是通过数据来驱动。对于包装印刷业,这不是一般的挑战,而是极大的挑战!具体来说,要实现全程数据驱动,需要攻克多个堡垒。

  堡垒1 网上接单系统

  用互联网技术直接获取来自客户端的需求数据,其中包含加工数量、产品规格、工艺数据及定稿的客户图文文件。网上接单系统实现的难度虽然有点大,但目前很多印刷电商都已经实现,并已投入实际运营,如“印通天下”“阳光印网”“长荣健豪”“世纪开元”等。不过请大家注意这些印刷电商的网上接单系统多是用在商业印刷领域,除了“E盒印”等极少数外,目前还鲜有看到包装印刷电商的网上自动接单系统,说明包装印刷业要攻克第一个堡垒也不是一件容易的事,至于其中的差异不在此赘述。

  堡垒2 构建ERP系统

  ERP系统是企业经营业绩的数据源,当然也是企业经营者一双明亮的眼睛。主流ERP系统一般都有如下几个模块:物料、产品BOM、人员设备资源、仓库管理、销售管理、客户管理、供应商管理、车间制造和财务成本统计。

  ERP系统为企业决策层实时分析经营业绩和制定重大决策提供了客观及时的数据来源,同时也是智能制造的数据源。

  ERP系统首先是生产计划自动排产APS的数据保障。ERP系统把网上接单系统传来的数据与相应的工艺产品BOM匹配,生成相应的客户订单、加工作业单和原材料采购订单,并输出生产计划排程,一旦完成制造加工,又可按客户交货期的送货计划通知把货准时送到客户手中。

  ERP系统是智能制造的基础数据系统。因为ERP系统集成了销售、工艺、物料、加工、仓库以及财务成本等所有数据,这些数据流驱动企业运营的资源需求,相当于把企业所有经营管理环节从线下搬到了线上,企业业务自然而然地在运营中数据化和流程化了。显然,ERP系统为数据驱动的智能制造提供了丰富的数据源。

  堡垒3 构建MES系统

  MES系统就是制造执行系统。MES系统上接ERP层,下接自动化设备的执行层。

  ①MES系统接收来自ERP系统的作业参数,并通过工控服务器和PLC控制器驱动设备进行智能化操作。比如采用伺服、喷印、激光、3D等数字技术,驱动执行机构实现包装产品的规格、图文内容等作业参数的物理加工,包括智能换型。

  ②MES系统同时通过工控服务器和PLC控制器把线下实际制造加工各类作业的状态参数实时地采集并输入ERP系统,让ERP系统运行的数据精准和智能。

  ③MES系统与ERP系统一起构成计划、控制、反馈、调整的完整智能制造闭环系统。

  堡垒4 能够进行数据交互的硬件制造设备(外购或自行设计制造)

  我们来看一下在纸包装印刷制造的各个工艺环节或工序,目前这些设备能够进行数据交互的能力如何?

  (1)印刷机

  目前基于数字化的喷墨/静电成像技术的数字印刷机是印刷业最早起步智能制造的设备(CTP暂不考虑在内)。当然数字印刷机实现了印刷工序中最重要的图文内容的数字自动交互,从而实现了智能制造与智能换型,这是印刷工序智能制造的革命性技术突破。不过其辅助工作部分的机械动作尚不能完全实现智能化换型,比如卷筒式数字印刷机的收放卷、单张纸数字印刷机飞达换型的全智能化等。

  (2)表面处理设备

  目前基于数字化的喷墨技术和数字化图像识别定位技术、UV数字上光机、UV数字压凹凸机和数字烫金机,能够实现UV上光内容、压凹凸内容和烫印内容的数字自动交互,从而实现智能制造与智能换型。这也是近年来表面处理工序实现智能制造的革命性技术突破。但这些设备的辅助工作部分的机械动作尚不能完全实现智能化,如飞达、烫金箔的全智能换型等。

  除此之外,目前表面处理工序中的水性上光、压光、覆膜等表面处理设备尚未出现智能制造的雏型。

  (3)模切压痕机

  目前基于数字激光切割技术的数字模切机,如海科和大族冠华已经实现了模切刀版的智能换型和切割过程的高度智能化;海科用类似3D打印技术(海科专利DART)实现了压痕钢线的智能加载和换型,但尚未实现压痕底模的数字化,而这一点恰恰是后续实现智能糊盒的关键控制要点。同样它们的辅助工作部分的机械动作尚不能完全实现智能化,如飞达、收料的全智能换型等。

  (4)糊盒机

  还未看到智能糊盒机的雏型。我们目前只看到BOBST的Matic糊盒机采用步进技术对纸盒幅面折叠机构进行半自动调节,作业单结束之后,电脑记录物理位置参数,下次“一键换单”,而且还只能是简单盒型 。这是多年前胶印机就已经实现的飞达尺寸“一键换单”技术。很显然,基于纸盒材质、尺寸、盒型、折痕力和速度的多维度参数的变化,可以想象糊盒机的数字智能化作业将是最难攻克的硬件设备之一。

  (5)智能质量监控

  基于CCD线阵数字扫描/数字图像(人脸)识别技术和糊盒机漏胶检测技术,用数字技术实现产品质量的在线监控,并分离不合格产品,其难度虽然较大,但已经实现。目前我们看到糊盒在线检品机和在线漏胶检测机在行业内得到了越来越多的应用。

  堡垒5 成品包装码垛智能物流线

  成品包装码垛智能物流线的实现难度相对较小,目前已经能够实现。比如,多台糊盒机共线的自动包装和码垛物流线已经在业内部分厂家成功实施。

  堡垒6 数字化智能仓储系统(原材料及成品)

  数字化智能仓储系统的实现没有难度,已经在业界得到较多应用。

  堡垒7 加工物料或半成品在工序(工位)之间的智能衔接输送、流转,直到成品自动装箱

  加工物料或半成品在工序(工位)之间的智能衔接输送、流转,直到成品自动装箱,在包装印刷制造业至今没有找到有效的方法,对于柔性换型物料更是束手无策。如果能够实现,将彻底颠覆包装印刷业这个传统个性化定制行业的制造物流现状。在我们可以预见的未来,要全面彻底地实现离散型包装印刷业的智能制造,其物流的智能化难度实在太大。

  综上所述,包装印刷业要实现智能制造,还有很多堡垒需要攻克。处于不同阶段的包装印刷企业,特别是处于工业2.5阶段的企业,现实点来说,应首先迈入工业3.0阶段,用IT技术建立和完善企业的信息化管理系统。不论处于什么阶段的包装印刷企业,智能化之路只能是先易后难、先局部后整体。

  由此可见,没有现成的包装印刷智能化制造系统或智能化工厂供我们购买,即使能够不惜重金购买到,不久大家又会掉进“红海”深渊,因为现成的东西永远不是自己的核心竞争力所在。对于具有离散型、典型个性化定制特征的传统包装印刷企业,要坚定地走向智能制造,这项任务一定是“一把手工程”,其需要财力、精力和毅力的充分配合,否则只能是挂在墙上的智能化愿景而已!


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