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文/陜西科技報(bào)記者 周勵(lì)

圖/西安交通大學(xué)

設(shè)備造價(jià)僅僅是進(jìn)口的20%品牌印刷包裝廠，使國(guó)外同類產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)的份額由95%降到10%以下，大幅提升了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高端包裝印刷裝備的高度國(guó)產(chǎn)化，在“面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康”方面，再次彰顯了西安交通大學(xué)的科技貢獻(xiàn)。

這就是榮獲2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)的西安交大梅雪松教授團(tuán)隊(duì)成果——“高端包裝印刷裝備關(guān)鍵技術(shù)及系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目帶來(lái)的重要意義。

近日，記者采訪了梅雪松教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，試圖挖掘他們?nèi)绾喂?jiān)克難、解決多項(xiàng)技術(shù)難題的“秘訣”，詮釋他們?yōu)閷?shí)現(xiàn)我國(guó)高端包裝印刷裝備彎道超車做出的不懈努力。

西安交大梅雪松教授團(tuán)隊(duì)

●“讓高端包裝印刷裝備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化”

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和社會(huì)不斷進(jìn)步，我國(guó)對(duì)高端包裝印刷的需求量越來(lái)越大，尤其是對(duì)印刷殘留物有著嚴(yán)格要求的食藥、日用等與人民生命健康息息相關(guān)的產(chǎn)品。資料顯示，我國(guó)目前高端包裝印刷業(yè)總產(chǎn)值近萬(wàn)億元；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的智能包裝產(chǎn)品的大量應(yīng)用，更是迫切需求高保真、環(huán)保的高端包裝印刷裝備。

高端包裝印刷裝備是高精度和綠色環(huán)保印刷的核心設(shè)備，在商品流通、追溯等環(huán)節(jié)中發(fā)揮著不可或缺的作用，曾經(jīng)很長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)主要依賴進(jìn)口。同時(shí)，由于在印刷過(guò)程高耗能、產(chǎn)生有害VOCs氣體、包裝廢料污染環(huán)境，一直被國(guó)家列為食品監(jiān)管、高污染防治重點(diǎn)監(jiān)控行業(yè)。

團(tuán)隊(duì)探討工作

在梅雪松教授團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目實(shí)施前，我國(guó)95%的高端包裝印刷裝備依賴于德國(guó)、瑞士、意大利、日本等海外品牌，一臺(tái)進(jìn)口設(shè)備的價(jià)格高達(dá)約五千萬(wàn)元，成為我國(guó)包裝印刷企業(yè)難以承受之重。從而導(dǎo)致低端設(shè)備充斥市場(chǎng)，印刷品質(zhì)量差、能耗高、污染大，包裝殘留超標(biāo)等重大食品安全事件時(shí)有發(fā)生。

“我們一定要做自主研發(fā)，讓高端包裝印刷裝備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化”的愿景品牌印刷包裝廠，10多年前就扎根在了梅雪松教授心中。

10多年后，在梅雪松教授、陶濤教授、趙飛研究員為代表的科研團(tuán)隊(duì)率領(lǐng)下，依托國(guó)家重大科技計(jì)劃，解決了高端包裝印刷裝備的多個(gè)技術(shù)難題，構(gòu)建了高速、高精度電子軸控制理論和技術(shù)體系，開(kāi)發(fā)了集同步、張力控制和缺陷檢測(cè)為一體的分布式電子軸控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)際最高印刷速度和控制精度；發(fā)明了熱風(fēng)能量循環(huán)利用的節(jié)能油墨干燥系統(tǒng)，使得VOCs排放量和印品溶劑殘留遠(yuǎn)小于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)允許值；并提出基于內(nèi)置傳感器和支持向量機(jī)的在線故障診斷方法，開(kāi)發(fā)出制造商服務(wù)云與用戶自有云的兩層運(yùn)維管控平臺(tái)，首次在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了高端包裝印刷裝備運(yùn)維過(guò)程的智能化管控，降低企業(yè)運(yùn)維成本40%以上。

梅雪松教授科研團(tuán)隊(duì)

截至目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)結(jié)碩果，形成了18項(xiàng)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，研制了2大類16種高端包裝印刷國(guó)產(chǎn)化裝備，主要指標(biāo)處于國(guó)際同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平，成為行業(yè)的技術(shù)引領(lǐng)者。

中國(guó)綠色包裝印刷要用“中國(guó)高端裝備”，產(chǎn)品投入使用以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了出口大于進(jìn)口的大幅逆轉(zhuǎn)。國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品銷往娃哈哈、國(guó)際紙業(yè)等國(guó)內(nèi)外30多個(gè)國(guó)家的千余家印包企業(yè)，應(yīng)用于寶潔、可口可樂(lè)等品牌包裝印刷，全球銷量第一，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到70%以上。國(guó)際市場(chǎng)研究公司Fortune Business Insights將其列入全球柔版印刷機(jī)的頂級(jí)企業(yè)，成果技術(shù)應(yīng)用單位被授予2019年國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新示范企業(yè)和首批“制造業(yè)單項(xiàng)冠軍培育企業(yè)”。

梅雪松教授

● 項(xiàng)目成果突破多項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)難題

“當(dāng)前，世界各國(guó)對(duì)包裝印刷行業(yè)的節(jié)能減排要求日漸提高，綠色包裝印刷已經(jīng)成為全球印刷業(yè)未來(lái)發(fā)展的主流。因此，印刷所用的紙張和塑料薄膜越來(lái)越薄，最薄的塑料薄膜甚至不足10微米，這就對(duì)包裝印刷裝備提出了極高的技術(shù)要求。”梅雪松教授在向記者介紹電子軸控制系統(tǒng)的工作原理時(shí)說(shuō)。

“電子軸控制是印刷裝備中的關(guān)鍵核心技術(shù)，我們整個(gè)項(xiàng)目攻關(guān)的重點(diǎn)主要集中在三方面：一是提高印刷精度和準(zhǔn)確程度，二是解決油墨烘干技術(shù)難題，三是提供在線故障檢測(cè)和云服務(wù)。”

電子軸傳動(dòng)印刷機(jī)具有速度高、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、柔性度好、能量消耗小、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。印刷品上出現(xiàn)的每種顏色都由一個(gè)電子軸控制，不同顏色按照不同比例“混搭”印刷后，才會(huì)形成人們所看到的五顏六色的印刷包裝品。

梅雪松教授給記者介紹

梅雪松說(shuō)：“印刷對(duì)數(shù)碼彩色圖像顏色深度的要求是8位，也就是說(shuō)，高端包裝印刷裝備一般至少有8個(gè)軸，顏色越豐富，所需要用到的電子軸就越多。如何讓每個(gè)電子軸既能完成自己的‘規(guī)定動(dòng)作’，還與其它電子軸實(shí)現(xiàn)‘無(wú)縫銜接’，多個(gè)電子軸同步協(xié)作，在線速度超過(guò)350米/分的高速運(yùn)動(dòng)情況下，最終在長(zhǎng)達(dá)100多米的塑料薄膜上保證0.1mm以內(nèi)的誤差，才能印出一幅幅精美的圖案，這是高端包裝印刷裝備必須解決的問(wèn)題，否則就會(huì)出現(xiàn)印刷圖案偏差會(huì)出現(xiàn)‘大花臉’、甚至模糊等問(wèn)題。”

為了解決印刷精度問(wèn)題，梅雪松教授團(tuán)隊(duì)從“測(cè)量+反饋”的角度，給不同電子軸的印刷圖案做標(biāo)記，通過(guò)測(cè)量軟件找出色組標(biāo)記，采取分布式控制的方法，每個(gè)電子軸的通信都以千兆的網(wǎng)絡(luò)為架構(gòu)，實(shí)時(shí)性達(dá)到一個(gè)毫秒，可以保證每個(gè)軸的響應(yīng)速度；各個(gè)軸把自己的印刷精度和工藝管控好的同時(shí)，還可以用控制算法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)薄膜的張力變化，不管疊加多少個(gè)軸，印刷位置的精確度誤差都小于0.1毫米。

陶濤教授

梅雪松說(shuō)，調(diào)配油墨也是彩印工藝中的一項(xiàng)重要工作，這做得如何，直接關(guān)系到產(chǎn)品的印刷質(zhì)量。因?yàn)樯术r艷、光亮度好、色相準(zhǔn)確是彩印產(chǎn)品的基本要求，要達(dá)到這個(gè)要求首先必須準(zhǔn)確調(diào)配好各個(gè)色組的印刷油墨。在這之前，調(diào)配油墨都需要由經(jīng)驗(yàn)豐富的技師來(lái)完成，而且難度較高，調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)且浪費(fèi)大量的印材。有了云平臺(tái)后，就可以將調(diào)配油墨和設(shè)備等方面專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)存在云平臺(tái)，包裝印刷機(jī)械的用戶可以查詢使用，每臺(tái)機(jī)械也都實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)工作，而且運(yùn)維工作也可以由云平臺(tái)完成。

同時(shí)，該項(xiàng)目還通過(guò)突破油墨烘干技術(shù)難題，對(duì)油墨受熱后產(chǎn)生的余熱、異味、有機(jī)氣體等進(jìn)行及時(shí)回收，這對(duì)我國(guó)印刷包裝行業(yè)從整體上降低碳排放，實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)和食品藥品的安全包裝都有非常重要的意義。

正在研發(fā)的智能系統(tǒng)

● “為國(guó)鑄器、智造未來(lái)”的神圣使命

1991年6月，梅雪松獲西安交大博士學(xué)位后，留校任教至今，長(zhǎng)江學(xué)者，主要研究方向是智能制造和機(jī)器人、激光精密加工理論與方法研究?，F(xiàn)任西安交大學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任、陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、西安交大智能機(jī)器人創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)等職務(wù)。1998年至2003年期間，曾多次赴日本東京農(nóng)工大學(xué)、日本京都大學(xué)進(jìn)行訪問(wèn)和學(xué)術(shù)交流。

1993年，心懷夢(mèng)想的梅雪松開(kāi)始專注數(shù)控裝備運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研發(fā)，決心為“高端包裝印刷裝備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化”而努力。30年來(lái)，曾主持973、863、國(guó)家自然科學(xué)基金、省部級(jí)基金、企業(yè)合作項(xiàng)目20余項(xiàng)。

“如今，我國(guó)印刷企業(yè)已告別了用五千萬(wàn)元買(mǎi)一臺(tái)印刷機(jī)的歷史，僅僅花費(fèi)原來(lái)五分之一的價(jià)格，就可以買(mǎi)到國(guó)產(chǎn)高端包裝印刷設(shè)備。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)70%以上的高端包裝印刷產(chǎn)品，都是采用我們的產(chǎn)品設(shè)備生產(chǎn)。換句話說(shuō)，你在超市里見(jiàn)到的絕大多數(shù)精美物品外包裝，都是由國(guó)產(chǎn)設(shè)備所印制。”梅雪松自豪地說(shuō)。

對(duì)于記者關(guān)于“我國(guó)智能制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀”的提問(wèn)，梅雪松說(shuō)：“智能制造所體現(xiàn)的就是產(chǎn)品全生命周期智能化，以及所倡導(dǎo)的制造過(guò)程綠色化、高品質(zhì)、低成本等特征，不僅需要先進(jìn)的高科技技術(shù)，更需要高素質(zhì)的人才來(lái)實(shí)現(xiàn)。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，未來(lái)智能化技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，將成為我國(guó)在數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域迎頭趕上的一個(gè)重要機(jī)會(huì)?！?/p>

梅雪松創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)的高端包裝印刷裝備，屬于“復(fù)雜機(jī)電控制與高端包裝印刷”學(xué)科交叉的成果；“高速高精密運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)”是他們長(zhǎng)期主攻的科研方向。

下一步，由23位高校老師、近200位學(xué)生組成的梅雪松團(tuán)隊(duì)，聚焦“四個(gè)面向”，將繼續(xù)致力于“高速高精度運(yùn)動(dòng)控制與激光加工技術(shù)的深度結(jié)合”，圍繞國(guó)家重要行業(yè)，開(kāi)發(fā)高端數(shù)控加工裝備及智能制造系統(tǒng)！

“為國(guó)鑄器、智造未來(lái)”是西安交大機(jī)械工程學(xué)院在新時(shí)期肩負(fù)的神圣使命，也是梅雪松團(tuán)隊(duì)的追求目標(biāo)。

“搞科研就是要堅(jiān)持不懈、追求極致，把科研工作一步一步做上去，把學(xué)生一個(gè)一個(gè)培養(yǎng)出來(lái)，唯有如此才能不負(fù)于這個(gè)偉大的新時(shí)代，為陜西秦創(chuàng)原創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)平臺(tái)建設(shè)貢獻(xiàn)出我們的力量?！边@，就是這位科學(xué)追夢(mèng)人最樸素的愿望！

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