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过程检测成就数字印刷

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发表时间:2023-10-09 15:03作者:宋祎来源:印刷工业


2023 年,中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》,其中提出,到 2025 年,基本形成横向打通、纵向贯通、协调有力的一体化推进格局,数字中国取得重要进展;到 2035 年,数字化发展水平进入世界前列,数字中国建设取得重大成就。随着我国印刷业近年来的飞速发展,一些新的行业困境展现在了我们面前。


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北京华夏视科技术股份有限公司高级产品经理姜永泉


北京华夏视科技术股份有限公司(简称“华夏视科”)是国家级专精特新“小巨人”企业,国家高新技术企业,同时也是北京市新技术新产品(服务)企业,业务领域涉及光学、图像算法、计算机软件、机械设计、自动化、人工智能、大数据等 10 个专业。公司在实现国产化方面不断努力,目前已获得 50 项国家专利及 60 项软件著作权。作为“国家印刷业数字化发展改革试点单位”,华夏视科始终在积极探索印刷行业高质量发展的数字化、智能化发展之路上奋力前行,构建了印刷质量数字化分析与决策系统,极大地满足了印刷企业质量管理的需求。


印刷质量数字化分析与决策系统

印刷质量数字化分析与决策系统是以实现印刷质量数字化管控为目标,以印刷机检测设备数据采集为基础,以质量数据分析为手段,应用人工智能技术,实现缺陷数据及色彩数据的精准分类,通过分析给出缺陷产生的原因及解决方法,并通过质量评分进行质量绩效考核,从而形成的一整套质量管控改进及评价系统。


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图 1 印刷质量分析与决策系统


如图 1 所示,印刷质量分析与决策系统按照功能分为 5 个层次,即现场层、数据层、连接层、操作层和管理层构成科学先进的检测技术贯穿印前对版、印刷过程、印后及终检全流程。

1. 软件系统

(1)缺陷数据软件

通过相机等图像采集后,经过深度学习等智能算法,对缺陷进行识别、分类,再进一步分析引起缺陷产生的原因,从而指引现场进行相应的处理,再通过收集回馈信息,进一步对现场数据进行完善。缺陷数据软件的应用可极大地减少对操作员经验的依赖。现场印刷品产生纸毛后,如判断纸毛位于橡皮布上,提醒现场操作人员,清洗橡皮布。进一步对纸毛产生的原因进行环比,是此类纸张反复出现纸毛问题,还是其他纸张也同样反复出现,再进一步判断是纸张问题,还是油墨问题等,通过同一工单不同时间段的数据分析,来判断油墨印刷过程中是否因快慢干、水墨平衡等原因导致了油墨乳化、粘度增大等问题,从而衍生纸毛增加。

(2)颜色数据软件

通过相机、分光光度计等硬件,采集印刷样张整幅密度、网点、叠印以及光谱等颜色数据,进一步分析印刷纵向的串墨、下墨均匀性、压力均匀性、版头版尾墨色差异程度等,为现场生产提供调整依据,再通过大数据的分析,进一步对原材料稳定性、设备稳定性、维护保养、人员技能等进行环比,提供运营管理的决策依据。

(3)过程分析及质量管理系统

1)统计报表

以数据分析为基础,结合大数据处理、深度学习、通用大模型等技术,将分析结果以统计报表的方式呈现出来,不仅有统计数据,同时还可以生成基于大数据和工艺等的质量问题报告、质量改善方案和持续改进建议,帮助企业在质量管理上实现从“平面”到“立体”的提升。

①订单维度:订单的横纵向比较,比如同一客户的订单质量投诉占比、质量事故损失、同一质量问题的频率等。

②班组维度:以机长为核心的现场质量管理,分析同一班组、不同班组之间,同一工单、同一纸张的质量数据。

③机台维度:以设备 TPM 为核心的现场质量管理,大保养、周保养等设备维护频率、维修停机时长、频率等。

④批次维度:同一工单,不同生产批次之间的质量数据纵向分析,在原材料和工艺因素之外,增加环境、人员技能等因素对质量的影响。

⑤工艺维度:工艺的纵向数据分析,分为新工艺测试、试产及成熟工艺的连续性生产质量分析。

⑥原材料维度:原材料的横向、纵向分析数据,同一纸张、油墨,不同批次之间的技术指标数据、现场质量数据等。

2)质量评级

质量评级由质量评分和分级管理两部分组成。

①质量评分:以质量数据为基础,对现场产品、设备、过程控制、人员技能等进行打分。

②分级管理:以质量分数为主要依据,其他因素为次要依据,进行质量的分级管理,从而确保重要客户、重要产品的质量可控。

3)工厂管理

通过质量评级等量化管理手段可为工厂带来不同维度的管理方式,具体内容包括:

①绩效目标:质量成本、质量频次、重大质量问题、批次质量事故。

②质量数据:数据采集、缺陷分类、数据分析。

③质量评级:质量评分、分级管理。

④工厂管理:工单质量、设备TPM、人员技能、原材料、产品质量、工艺改善。

2. 质量数采主要设备

华夏视科的质量数采设备主要有对版软件、离线检测与在线检测设备、胶印图像离线检测系统、单张胶印在线检测系统、卷筒胶印在线检测系统等。

(1)对版软件

1)正确传递:包括出版社与印刷厂间的样书与电子文件;设计公司与品牌商间的数码样与电子文件。

2)正确制作:在文件多次修改或文件拼版等情况下,通过软件进行检查可保证文件的准确性、一致性,从而规避人工操作可能出现的问题。

3)正确 RIP:RIP 软件的应用为对版难点所在,仍需不断解决改善,究其原因有以下几个方面:汉字的特殊性;国内 RIP 的复杂性;包装设计文件的复杂性;设计师与印刷工艺的断层。

(2)离线检测与在线检测设备

1)离线检测:离线检测设备检测精度高,可定量发现缺陷,尤其可减少连续废和严重废。华夏视科的离线检测系统检测精度可达0.06mm,首先通过首检功能,检查印刷品和电子文件,以完全保证印刷品与文件的一致,然后进行过程抽检、色差检测,可控制过程中的数据。抽检过程需要人工完成。

离线检测主要应用于:信息量大的图书、期刊;高质量的主题出版物、中小学教材教辅等;难识读、字号小的文字及外文、少数民族文字等。

2)在线检测:相比离线检测抽检过程需人工完成,在线检测不论是轮转印刷机在线检测,还是单张纸印刷机在线检测,均可实现每张100% 的检测。

(3)胶印图像离线检测系统:定量检测印刷产品中存在的缺陷或者印刷精度的一款设备。本设备从印刷前的拼版开始进行检测监督,避免由于印版瑕疵或者橡皮布的表面不洁而导致的印刷产品整批报废。

1)产品功能

①首检功能:采用 PDF 文件模板,杜绝因印版问题造成的连续废。

②抽样检测:采用标准样建模,检测印刷过程缺陷。

③色差检测:对印品进行全幅色差检测。

2)产品亮点

①智能建模:快速建模,模板可重复使用。

②自适应吸风:自适应调整,平整吸附不同厚度、大小纸张。

③低耗节能:风泵额定功率仅为 850W,是同类产品的 30%。

④双相机:减少边缘畸变,提高传递函数,图像均匀性佳。

⑤铸件基座:铸件稳定性好,精度可保持 10 年以上。

⑥自主研发:具有发明专利及软件著作权。


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图 2 单张胶印在线检测系统


(4)单张胶印在线检测系统华夏视科自主研发的智能在线检测系统(如图 2 所示),可实时100% 检测印刷缺陷,防止连续废及严重废。其功能特点如下:

1)双相机成像系统,成像精度 高。 减 少 边 缘 畸 变, 提 高 传 递函 数, 图 像 均 匀 性 佳; 分 辨 率 在0.09 ~ 0.12mm 间可调。

2) 检 测 速 度 快: 可 快 速 建立产品质量检测标准模板,大大缩短检测前的准备时间;可满足15000pcs/h 以上的速度。

3)自备吹风风泵,功率仅为600W。

4)检测数据可分析:废品处理可采用声光报警、插标、喷码等方式;检测数据互联互通,可与“印刷质量分析与决策系统”对接,可推送给 MES/ERP 等。

5)双屏显示:主屏显示实时检测结果;副屏实时显示静止画面,静止画面为当前印刷品全幅图像。

(5)卷筒胶印在线检测系统


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图 3 卷筒胶印在线检测系统


该系统适用于各种国产及进口书刊轮转印刷机,如图 3 所示。其功能特点如下:

1)高速高效:检测速度可以达到 45000 张 /h。

2)检测工位:正背双工位设计,实现两面同时检测。

3)免维护:安装位置及相机安装采用平视或俯视方式,并加装防尘护罩,以保证系统做到免维护。

4)废品处理:废品处理采用声光报警、喷标、自动剔废等方式。

5)建模:无需建模,自动选取定位核。

6)双屏显示:主屏实时显示检测结果,副屏实时显示静止画面,静止画面为当前印刷品全幅图像。

7)检测数据:检测数据互联互通,可与“印刷质量分析与决策系统”对接,可推送给 MES/ERP 等。


数字看印刷

1. 我国数字化管理水平现状

如今,数字中国已不仅是一个规划,据工业和信息化部 2022 年 9月的统计数据显示,目前我国规上工业企业研发设计数字化工具的使用率达到 55.7%,生产设备数字化水平持续提升,关键工序数控率达75.1%,数字化管理比例达 68.1%。

2. 我国数字经济发展现状宏观数据显示,我国数字经济同样呈现蓬勃发展态势:2020 年数字经济核心产业增加值占 GDP 比重达 7.8%,数字经济总量居世界第二位;2023 年上半年,北京数字经济发展提速,实现增加值 9180.5亿元,其中数字经济核心产业实现增加值 5565.1 亿元,增长 10.9%,占数字经济增加值的比重超过 6%。由此可见,数字经济的未来发展也可被看作是我国的经济发展实现“弯道超车”的重要契机。


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图 4 我国印刷业营收利润与成本对比


3. 印刷业营收利润、成本现状随着数字化发展的逐步推进,我国印刷企业的利润、经营成本也发生了一些变化(如图 4 所示),印刷企业每百元营收成本呈现逐步上 升 趋 势, 即 便 增 长 较 为 缓 慢。2019 年、2020 年,由于疫情等特殊因素的影响以及印刷企业工价的调整,该趋势略微下滑,但整体仍保持上升态势。相较而言,利润率则呈现下降趋势。

2022 年,国家新闻出版署通报的“3·15”抽查合格率结果显示:印制单册质量合格率为 99.4%, 印制批质量合格率为 98.3%。此数据为抽取党政、主题出版物以及中小学教材等高质量产品的调查数据。根据中宣部发布的数据,2021 年出版物营收额为 22119.5 亿元,印刷规上企业营收额为 7645 亿元。按以上数据计算,印刷企业质量损失高达 100 ~ 400 亿元,可以说是一笔很大的数目。

4. 现阶段行业发展面临的困境随着我国印刷业近年来的飞速发展,一些新的行业困境也展现在我们面前。首先是人口结构变化带来的影响。随着人口红利的消退,人口老龄化问题也愈发凸显。其次,用工成本上升,专业性、复合型人才长期短缺。我们发现,在企业里不仅是操作员这种基础员工存在招工难的问题,就是想在企业里培养一个专业性、复合型人才也十分困难。这也意味着,未来专业性、复合型人才面临断档的可能性。

5. 先进技术助推印刷企业数字化转型随着数字化、智能化改造的深入推进,我国印刷产业的整体实力显著提升。如何改变行业现状,用先进技术降低成本,向效率要效益,正在成为越来越多的企业所思考的重点。华夏视科提出的以机器视觉为基础的工业质检手段来替代传统人工目视检查的质检方法,成为了帮助印刷企业实现数字化转型的重要手段之一。


(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)

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