工业软件应用提升印刷装备竞争力

智能制造已经被广泛应用于众多行业。作为在高端印刷设备和智能化之路上不断探索前行的领军企业斯不仅注重印刷设备本身的技术创新，更注重用工业软件来提升印刷装备的竞争力，实现从满足需求向创造需求的转变。

高斯图文印刷系统（中国）有限公司数字应用技术总监刘宏亮

作为在高端印刷设备和智能化之路上不断探索前行的领军企业，高斯图文印刷系统（中国）有限公司（以下简称“高斯”）以提出问题、解决问题的思路作为导向，在追求不断缩小与国外差距的同时，致力于成为全球范围内有特色、有影响力的软件服务商，为企业提升印刷装备竞争力增添助力。

印刷行业数字化应用现状分析

1．智能制造基础较好，但与国外相比仍存在能力差距

智能制造已经被广泛应用于众多行业，印刷行业也不例外，各种思想的汇聚为其发展创新打下了良好的基础。尽管如此，从行业整体上看，目前我们仍与国外先进企业存在着能力上的差距。

在高斯看来，如何提升印刷设备生产效率、提升企业管理水平、实现产供销协同……都是可以通过提升智能制造能力得到解决的（如图 1 所示）。

2. 数字印刷转型过程中面临的技术挑战

在数字印刷转型过程中，印刷企业面临的技术挑战主要来自以下3 个方面：

1）数据难以收集：现场设备种类繁杂，数据收集方案多种多样，如何从工业设备中获取和整合数据，以及边缘系统如何部署在工业现场。

2）海量数据难以应用：在完成数据采集后，如何有效地存储和处理海量数据，并确保数据安全独立。

3）人工智能技术壁垒：商业人工智能与工业人工智能存在巨大的鸿沟，商业人工智能技术存在可复制性，而工业人工智能应用无法进行复制，不同的工业场景需要进行定制化的开发，如何更好地融合工业机理与人工智能技术，确保人工智能技术落地。

3. 通过体系化的工业软件，实现“可视、可管、可控”

在企业生产过程中，如何降低设备能耗和故障率？如何解决客户的一系列问题以及售后服务问题？如何保证以人为本？显然，通过体系化的工业软件将其逐一构架起来，从而实现“可视、可管、可控”，是目前最科学高效的办法。

（1）数字印刷软件的特征

以新一代信息技术和智能应用为支撑，通过建立新运营体系和新治理模式，打通设备数据信息，精准提升管理运行效率和系统安全性；通过工业软件内外部数据共享与信息沟通，促进工厂敏捷化、智能化、绿色化。数字印刷软件具有特色化发展、以人为本、创新驱动、绿色生态、基础设施智能化等特点。

（2）数字印刷软件内容

数字印刷软件内容涵盖了软件、平台、设备互联和信息安全等，如图 2 所示。

高斯工业软件解决方案

面对行业挑战，高斯积极应对，通过 4 个阶段实现印刷设备数字化转型。

1) 战略规划：结合企业愿景和战略作出规划。

2) 体系设计：确定目标和行动优先级后进行体系设计。

3) 执行优化：实施并提高绩效。

4) 绩效展现：持续观测，分析结果，不断创新。

1. 高斯工业应用软件整体功能架构设计

在构建软件的整体架构时，首先我们要明确，软件产品的最大价值是由于它能够帮助自己解决问题，推动工厂数字化改造，使工厂在降本增效上提升自身的竞争力。其次，如果设备是用来服务于设备供应商自身，那么将如何开展售后及一系列的技术服务。基于诸如此类的方法进行反复论证，开展设计架构，从而建立起一个物联网数据采集平台，再把数据通过此平台进行归纳整合，最终还可以实现智能化分析。高斯工业应用软件整体功能架构设计如图 3 所示。

2. 打通数据中心与现场网络和可扩展的开放边缘框架

基于工业网络协议，将自有设备与传感设备、监控设备、控制设备等进行整合，实现平台的互联互通，统一工业数据采集与质量标准，从而提升整个行业的专业度（如图 4 所示）。

标准化对于降低企业开发成本具有重要作用。可扩展的开放边缘框架，让用户可以根据每台设备的功能定位进行自主选择。

3. 数据驾驶舱——设备监控及远程运维

（1）设备数据展示

1）设备基础数据：系统中可配置设备的基础信息，包括编码、名称、类别、位置等。

2）设备绩效展示：设备 OEE、MTTR、MTBF 等效率指标展示，为未来 TPM 应用提供数据基础。

3）设备 KPI 指标分析：根据设备的故障记录等可实现 TOP10 故障数量、故障时间等分析。

（2）生产服务——远程运维

1）保障生产制造的全过程顺畅，提升生产效率。

2）基于 GIS 地图或第三方地图接口，呈现设备位置。

3）通过工业软件，实现远端PLC 连接。

4）通过相关工业软件工具完成PLC 维护工作。

4. 软件提供多维度分析工具，助力高阶数据分析与挖掘基于客户的期望，系统提供一部分灵活的分析功能，以在系统建成后，由企业专责持续挖掘和分析产能提升空间。为此，高斯在工业软件中集成了趋势、表格、流向、热力等多维度工具，如支持系统任意仪表、管理、设备节点查询和分析支撑在日周月季年等不同维度查询和分析；支持对比、同比、环比等不同方式查询和分析；支持以分时段、分班组等方式统计查询和分析。

5. 设备维护策略

工厂在实施设备维护策略时，经历了 5 个阶段：

第一阶段：被动维护。在设备出现异常后，才进行维护，该种维护方式不仅效率低下，而且对生产管理有较大的负面作用，影响工厂生产，增加生产成本。

第二阶段：预防性维护。顾名思义，该方式为周期维护，也是当前工厂主要使用的维护方式，该运维方式可以大大降低生产中断的风险，但是对于突发故障响应机制较差。

第三阶段：基于状态监测的维护。该方式不仅融合了预防性维护的方法，还增加了对突发故障的应对机制，但是该方式需要人员进行判断，柔性较高，容易出现误判的情况。

第四阶段：预测性维护。通过使用人工技能技术，实现对现场设备的数据分析，实现对即将出现异常情况的预测，确保工厂生产稳定的进行，进而提升工厂效率，降低生产成本。

第五阶段：主动维护。随着工业人工智能技术的推广，实现设备的主动维护，在未出现故障的时候，通过数据分析，预判设备故障问题，防患于未然。

研究显示，仅有 18% 资产的故障模式是因为随着设备使用年限的增加而导致故障，仅仅依靠传统的预防性维护不足以预防其他 82% 的资产故障模式。为此，高斯提出了“设备防护策略”，通过对机器状态的监测，帮助用户实现“预测性维护”，实现以可靠性为中心的运维实践。高斯的设备防护策略金字塔如图 5所示。

6. 定制化的模型支撑分析建模有效落地

通过工业软件，根据每台设备的实际情况，进行逐个建模分析，并基于模型发现问题。具体方法包括：

（1）分区对比

1）关联分析：就同种类型不同区域的设备进行使用基准测试。

2）指标分析：通过将产量或其他驱动因素的标准化来比较设备、能源使用情况。

（2）创建分析模型

1）创建相关场景模型，分为管理模型和设备模型，并将实际情况与预期进行比较。

2）评估基于过程或产品的设备、能源使用情况。

3）跟踪并计算相关数据，如能源强度或设备性能系数。

（3）绩效展现

1）衡量和比较的设备绩效、能源消耗，以确定改进或调整的地方。

2）实现设备情况、能源消耗评定标准。

3）通过分析确认系统改进的ROI（投资回报率）。

7. 通过工业软件实现异常管理报警闭环管理

1）管理规范和制度参考：系统提供相关事件制度文档查询工具；实时掌控设备运行状态。

2）报警事件的级别定义：对级别进行定义；对各类事件等级进行判定。

3）指标评估分析：事件结果的数量化分析；计算相应的指标与状态评估和分析。

4）事件记录及任务调度：事件及时记录于系统中；指派相关人员进行处理。

5）事件及时化响应：推送信息到相关部门；及时化响应系统作出及时响应。

6）闭环事件管理优势：提升事件处理效率；降低隐患，推动安全、高效的生产。

高斯工业软件应用价值及成效

在高斯看来，通过多样性的技术手段，可以从边缘、能源、设备3 方面来支持数字化印刷设备系统的建设，且方案中应用的各种工业软件都具备成熟可靠的解决方案。

1. 工业软件为客户工厂带来确切价值成效

如图 6 所示，工业应用软件能够汇总各种指标，并进行统一分析，为企业决策带来更多指导。

2. 工业软件的应用为高斯带来的实际价值

工业软件的应用，让我们可以通过远程技术对客户现场的设备进行运维管理，帮助客户进行全方位的运营优化。

1）关键工艺数据展示：百毫秒级轮间隔；实现关键工艺数据采集。

2）实现设备能耗管理：设备故障分析、设备工艺分析、能耗数据分析。

3）实现智能化分析应用：废纸张率下降 80%，设备故障率下降50%，员工差旅成本下降 65%，售后服务满意度提升 80%。未来，高斯将持续为客户提供从数据采集到数据分析的全方位服务，为印刷业数字化乃至智能化建设打下坚实精良的基础。

（本文根据“2023 中国印工协印刷行业软件应用技术峰会”的演讲实录编辑整理）