分類：投稿 作者：佚名 來源：網(wǎng)絡(luò)整理 發(fā)布時間：2023-01-14
1993年起
致力于研發(fā)數(shù)控裝備運(yùn)動控制技術(shù)
用近30年時間
實現(xiàn)高端包裝印刷裝備從依賴進(jìn)口到
高度國產(chǎn)化的逆轉(zhuǎn)
11月3日，由西安交通大學(xué)梅雪松教授、陶濤教授、趙飛研究員率領(lǐng)團(tuán)隊研發(fā)的高端包裝印刷裝備關(guān)鍵技術(shù)及系列產(chǎn)品開發(fā)榮獲2020年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。
2007年以前，我國的高端包裝印刷裝備主要依賴外國進(jìn)口，一臺進(jìn)口設(shè)備的價格要5000多萬元，價格之貴成為我國印包企業(yè)難以承受之重。
為了降低成本，1993年起，梅雪松教授團(tuán)隊就致力于研發(fā)數(shù)控裝備運(yùn)動控制技術(shù)，與相關(guān)的行業(yè)頭部企業(yè)合作，開啟了高端包裝印刷裝備國產(chǎn)化的研發(fā)歷程。
梅雪松教授團(tuán)隊的項目成果不僅解決了高端包裝印刷裝備多個技術(shù)難題，還使高端包裝印刷裝備高度國產(chǎn)化，實現(xiàn)了出口大于進(jìn)口的逆轉(zhuǎn)。
高端包裝印刷裝備
高端印刷裝備分布式電子軸控制系統(tǒng)
高端包裝印刷裝備是高精度和綠色環(huán)保印刷的核心裝備，在商品流通、追溯等市場經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著不可或缺的作用。
據(jù)統(tǒng)計，我國食品、藥品、日用品等對印刷殘留物有嚴(yán)格要求的高端包裝印刷業(yè)總產(chǎn)值已接近萬億元。特別是近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的智能包裝產(chǎn)品的大量應(yīng)用，迫切需求高保真和環(huán)保的高端包裝印刷裝備。同時，由于印刷過程高耗能、產(chǎn)生有害VOCs氣體、包裝廢料污染環(huán)境，特別是食品藥品等包裝印刷關(guān)系到人的健康安全，使得包裝印刷被國家列入食品監(jiān)管、高污染防治等重點(diǎn)監(jiān)控行業(yè)。因此，自主研發(fā)高端包裝印刷裝備是掌握國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命健康主動權(quán)的必然選擇。
梅雪松教授團(tuán)隊的獲獎項目構(gòu)建了高速高精度電子軸控制理論和技術(shù)體系，開發(fā)了集同步、張力控制和缺陷檢測為一體的分布式電子軸控制系統(tǒng)；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)；提出了基于內(nèi)置傳感器和支持向量機(jī)的在線故障診斷方法，開發(fā)了制造商服務(wù)云與用戶自有云的兩層運(yùn)維管控平臺。
提氣！
解決高端包裝印刷裝備多個技術(shù)難題
“電子軸控制是印刷裝備中的關(guān)鍵核心技術(shù)，我們整個項目攻關(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和云服務(wù)?！泵费┧山淌诮榻B道。
梅雪松教授介紹電子軸控制系統(tǒng)的工作原理
印刷用的材料一般都是極薄的紙張和塑料薄膜。當(dāng)前世界各國對印刷與包裝行業(yè)節(jié)能減排要求日漸提高，綠色印刷與包裝已經(jīng)成為全球印刷業(yè)未來發(fā)展的主流。因此，印刷所用的紙張和塑料薄膜越來越薄，最薄的塑料薄膜還不到10微米，這就對印刷包裝設(shè)備提出了極高的技術(shù)要求。
電子軸傳動印刷機(jī)具有速度高、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、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電子軸控制，不同顏色按照不同比例“混搭”印刷后，才會形成我們所看到的五顏六色的印刷包裝品。
“印刷對數(shù)碼彩色圖像顏色深度的要求是8位，也就是說，高端包裝印刷裝備一般至少有8個軸，顏色越豐富，所需要用到的電子軸就越多，如何讓每個電子軸既能完成自己的‘規(guī)定動作’，還與其它電子軸實現(xiàn)‘無縫銜接’，多個電子軸同步協(xié)作，在線速度超過350米/分的高速運(yùn)動情況下，最終在長達(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題。否則印刷包裝設(shè)備，就會出現(xiàn)印刷圖案偏差會出現(xiàn)‘大花臉’、甚至模糊等問題?！泵费┧烧f。
梅雪松在實驗室調(diào)控分布式電子軸控制系統(tǒng)
提高印刷精度和準(zhǔn)確程度
為了解決印刷精度的問題，梅雪松教授團(tuán)隊從“測量+反饋”的角度，給不同電子軸的印刷圖案做標(biāo)記。通過測量軟件找出色組標(biāo)記，采取分布式控制的方法，每個電子軸的通信都以千兆的網(wǎng)絡(luò)為架構(gòu)，實時性達(dá)到1毫秒，可以保證每個軸的響應(yīng)速度；各個軸把自己的印刷精度和工藝管控好的同時，還可以用控制算法實時監(jiān)測薄膜的張力變化，不管疊加多少個軸，印刷位置的精確度誤差都小于0.1毫米。
解決油墨烘干技術(shù)難題
油墨烘干也是保證印刷圖案清晰的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。印刷機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，油墨烘干必須在經(jīng)過色組的極短時間內(nèi)完成，才能保證各個顏色“各歸其位”，不會出現(xiàn)暈染。梅雪松教授介紹，熱風(fēng)能量循環(huán)利用的節(jié)能油墨干燥系統(tǒng)，不僅可以在0.3秒內(nèi)烘干油墨，還能對油墨受熱后產(chǎn)生的余熱、異味、有機(jī)氣體等進(jìn)行及時回收，這對我國印刷包裝行業(yè)整體上降低碳排放、實現(xiàn)我國‘雙碳’目標(biāo)和食品藥品的安全包裝都有非常積極的意義。
提供在線故障檢測和云服務(wù)
云平臺助力調(diào)配油墨等運(yùn)維工作。調(diào)配油墨是彩印工藝中的一項重要工作，這項工作做得如何，直接關(guān)系到產(chǎn)品的印刷質(zhì)量。因為色彩鮮艷、光亮度好、色相準(zhǔn)確是彩印產(chǎn)品的基本要求，要達(dá)到這個要求首先必須準(zhǔn)確調(diào)配好各個色組的印刷油墨。以往，調(diào)配油墨這項工作都需要由經(jīng)驗豐富的技師來完成，而且難度較高，調(diào)試時間長且浪費(fèi)大量的印材，有了云平臺后，就可以將調(diào)配油墨和設(shè)備等的專業(yè)知識儲存在云平臺，包裝印刷機(jī)械的用戶可以查詢使用，而且每臺機(jī)械都可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)工作印刷包裝設(shè)備，運(yùn)維工作可以由云平臺完成。
陶濤教授在實驗室監(jiān)測數(shù)據(jù)
逆轉(zhuǎn)！
完成高端包裝印刷裝備的高度國產(chǎn)化
2007年以前，我國的高端包裝印刷裝備主要依賴從德國、瑞士、日本等國進(jìn)口。一臺進(jìn)口高端包裝印刷設(shè)備的價格為5000多萬元，差不多是半架飛機(jī)的錢，價格之貴成為我國印包企業(yè)難以承受之重，導(dǎo)致低端設(shè)備充斥市場，印品質(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也時有發(fā)生。
伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會進(jìn)步，我國對高端包裝印刷設(shè)備的需求越來越大。梅雪松說：“拿能買半架飛機(jī)的錢買一臺印刷機(jī)，這個成本太高了，我們想降下來。”1993年起，梅雪松教授團(tuán)隊就致力于研發(fā)數(shù)控裝備運(yùn)動控制技術(shù)的，與相關(guān)的行業(yè)頭部企業(yè)合作，開啟了高端包裝印刷裝備國產(chǎn)化的研發(fā)歷程。
“我們主要調(diào)整了裝備的硬件架構(gòu)。打比方來說，以前的裝備是一個‘大腦’要控制8個電子軸，可能會出現(xiàn)信號遲滯、某個電子軸反應(yīng)‘慢半拍’等情況，現(xiàn)在拆分開來，各個電子軸由各自的‘大腦’來控制，多個電子軸之間以高速傳輸?shù)男盘柋ＷC連接，這樣就能確保它們既能完成同步協(xié)作，也可以各自調(diào)整自己負(fù)責(zé)的工藝。各個電子軸可以通過反饋回來的套準(zhǔn)誤差，及時調(diào)整自己的工藝參數(shù)，以便更精準(zhǔn)地完成印刷工作?！泵费┧烧f。
此外，團(tuán)隊還針對烘箱的結(jié)構(gòu)、加熱溫度、風(fēng)速，能耗比率等因素開展了大量的實驗，提出了基于內(nèi)置傳感器和支持向量機(jī)的在線故障診斷方法，每臺裝備都可以聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)制造商與企業(yè)用戶兩層運(yùn)維管控。
團(tuán)隊成員討論研發(fā)進(jìn)展
印刷包裝行業(yè)是我國開放較早的行業(yè)，隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，該行業(yè)的市場規(guī)模急速增長。在激烈的市場競爭環(huán)境下，正是憑借過硬的技術(shù)水平，梅雪松教授團(tuán)隊研制的高端包裝印刷裝備受到了國內(nèi)外諸多用戶企業(yè)的青睞。
梅雪松教授團(tuán)隊研制了2類高端包裝印刷裝備，主要指標(biāo)處于國際同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平，首次在國際上實現(xiàn)了高端包裝印刷裝備運(yùn)維過程的智能化管控，降低企業(yè)運(yùn)維成本40%以上。項目成果大幅提升了國產(chǎn)高端包裝印刷裝備的市場競爭力，使國外產(chǎn)品在中國市場份額由95%降到10%以下，實現(xiàn)了出口大于進(jìn)口的逆轉(zhuǎn)。技術(shù)應(yīng)用單位被國家授予2019年國家技術(shù)創(chuàng)新示范企業(yè)和首批“制造業(yè)單項冠軍培育企業(yè)”。引領(lǐng)了我國包裝印刷裝備行業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)了中國包裝印刷用中國裝備的目標(biāo)。
“如今，印刷企業(yè)已告別了用5000萬元買一臺印刷機(jī)的歷史，他們用五分之一的價格就可以買到國產(chǎn)高端包裝印刷設(shè)備。據(jù)粗略統(tǒng)計，國內(nèi)70%以上的高端包裝印刷產(chǎn)品都是采用我們的產(chǎn)品制造的。換句話說，你在超市里見到的絕大多數(shù)物品的包裝印刷，均出自國產(chǎn)設(shè)備，可以說，我們實現(xiàn)了‘中國造’要有中國‘印’的目標(biāo)！”梅雪松說。
梅雪松教授團(tuán)隊正在研發(fā)的智能生產(chǎn)系統(tǒng)
“
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)動控制技術(shù)”是梅雪松教授所領(lǐng)銜創(chuàng)新團(tuán)隊的長期主攻科研方向。下一步，由23位老師，近200位學(xué)生組成的團(tuán)隊將繼續(xù)致力于高速高精度運(yùn)動控制與激光加工技術(shù)的深度結(jié)合，面向國家重大需求，開發(fā)針對重要行業(yè)領(lǐng)域的高端數(shù)控加工裝備及智能制造系統(tǒng)。
團(tuán)隊部分成員合影，從左至右依次為：
王海濤、施虎、陶濤、梅雪松、王寧濤、馮小兵
“機(jī)動電是交大的傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科，西遷前輩以身作則，教給我們求真務(wù)實的工作、科研作風(fēng)，以及對科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖非蟆，F(xiàn)在，科技創(chuàng)新的重?fù)?dān)將會逐漸轉(zhuǎn)移到年輕一代的肩上，我相信，他們將傳承西遷精神，將科技創(chuàng)新工作做得更好！”梅雪松說。
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