陳培明 蔣紹榕 高斯圖文印刷系統(tǒng)（中國）有限公司 （200062）

0 引 言

卷筒紙膠印機是以紙帶的形式連續(xù)供紙，連續(xù)不斷地高速完成印刷、折頁、收帖等過程的印刷機，它是現(xiàn)代新聞出版、報業(yè)、書刊雜志、商業(yè)印刷最重要的高效印刷設(shè)備。

在國內(nèi)市場，隨著經(jīng)濟建設(shè)的不斷推進(jìn)，社會對各類印刷業(yè)務(wù)的需求量日益增大，因此，用戶對印刷設(shè)備的要求也越來越高，對機器印刷速度也提出了更高的要求。但當(dāng)前，我國印刷裝備制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)仍不盡合理，高、精、尖印刷技術(shù)自主創(chuàng)新能力不強，部分高檔印刷機技術(shù)水平低，與國際同類產(chǎn)品相比，存在較大差距，以高檔膠印機為代表的部分印刷裝備仍主要依靠進(jìn)口。

《中國印刷裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出，“十二五”期間，印刷裝備制造業(yè)發(fā)展的主要任務(wù)和目標(biāo)是，深入研究國內(nèi)外印刷市場、技術(shù)發(fā)展趨勢，重點發(fā)展數(shù)字印刷及印刷數(shù)字化技術(shù)裝備、高檔印刷機械、高端印后設(shè)備和綠色環(huán)保設(shè)備器材，增強自主創(chuàng)新能力，擴大生產(chǎn)能力，盡快改變高端設(shè)備主要依靠進(jìn)口的局面。積極開拓并擴大國際市場，力爭2015年印刷設(shè)備出口額達(dá)到當(dāng)年進(jìn)口額的80%以上。所以，研制具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機更是刻不容緩。

上海高斯印刷設(shè)備有限公司是一家中美合資公司，2010年6月上海電氣全資收購高斯國際公司，公司更名為高斯圖文印刷系統(tǒng)（中國）有限公司。高斯（中國）公司主要生產(chǎn)卷筒紙膠印機和單張紙膠印機兩大類產(chǎn)品，是目前國內(nèi)印刷機制造行業(yè)中較大的一家中外合資企業(yè)。高斯（中國）公司研制的Magnum系列和SSC系列卷筒紙膠印機多次獲得上海市科技進(jìn)步獎、中國工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎、上海市專利新產(chǎn)品等等殊榮。這些技術(shù)與資源優(yōu)勢為研發(fā)高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機提供了充分的條件與保障。

1 高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機簡介

Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機研制項目是高斯圖文印刷系統(tǒng)（中國）有限公司（以下簡稱：高斯（中國）公司）針對高性能卷筒紙膠印機進(jìn)行的自主研發(fā)項目。Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機的最高印刷速度可達(dá)45 000張/h，裁切規(guī)格為546 mm×890 mm，是一款屬于機電一體化技術(shù)領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)品。該款機型采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無軸傳動、CIP3墨色控制、全自動套準(zhǔn)等一系列國際先進(jìn)技術(shù)，具有印刷速度高、套印準(zhǔn)確、自動化程度高、高效節(jié)能等特點，能充分滿足用戶對多種版面形式和交貨期的要求。與國內(nèi)同類機型比較，其功能多樣化、性能優(yōu)越性方面都處于領(lǐng)先地位，其中部分技術(shù)更是達(dá)到國際領(lǐng)先水平。整機外型如圖1所示。

圖1 Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機

1.1 產(chǎn)品技術(shù)路線

Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機是在高斯圖文印刷系統(tǒng)（中國）有限公司最新研發(fā)的一款產(chǎn)品，為使此款產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)緊湊、組合性強、穩(wěn)定可靠，可以滿足用戶各種色彩和多種版面的需求等特點，使其成為一款強生命力的產(chǎn)品，高斯（中國）公司在保持原來機器優(yōu)點的基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷地創(chuàng)新，在設(shè)計方面采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的無軸傳動技術(shù)、墨量預(yù)設(shè)置系統(tǒng)、全自動套準(zhǔn)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)字控制技術(shù)等；在工藝方面，對墨斗與墨斗托架的加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用五面體加工中心進(jìn)行加工，確保零件的幾何形狀和加工尺寸的一致、對卷軸式滾筒的深孔采用線切割工藝來保證加工精度；在氣動控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、傳動方式和主要軸承等方面都進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計研發(fā)。

1.2 產(chǎn)品技術(shù)水平

據(jù)中國科學(xué)院上?？萍疾樵冏稍冎行某鼍叩牟樾聢蟾骘@示，由高斯圖文印刷系統(tǒng)（中國）有限公司自主研制的Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機具有新穎性，并具有重要的實際應(yīng)用和市場開發(fā)價值。經(jīng)分析，該項目綜合技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，掌握的部分技術(shù)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。與國內(nèi)同類機型比較，Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機在功能多樣化、性能優(yōu)越性方面處于領(lǐng)先地位，并且具有較高的印刷速度以及穩(wěn)定的印刷質(zhì)量。主要性能比較見表1。

表1 Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機與國外同類機型比較

1.3 產(chǎn)品主要參數(shù)

最高印刷速度：45000份/h

傳動方式：無軸傳動

裁切尺寸：546 mm

卷筒紙寬度：586～889 mm

卷筒紙直徑：?1270 mm

折頁開本：8開、16開、32開

印版徑向調(diào)整：±2 mm

印版軸向調(diào)整：±3 mm

2 產(chǎn)品技術(shù)成果

2.1 主要技術(shù)突破

Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機使之成為高印刷速度、高穩(wěn)定可靠性、高印刷質(zhì)量、高自動化程度以及美觀外形、人性化操作的產(chǎn)品。

高斯（中國）公司在研制Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機的過程中，攻克重重國際技術(shù)壁壘，自主創(chuàng)新突破了多項先進(jìn)技術(shù)，如表2所示。

表2 Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機取得主要技術(shù)突破

2.2 技術(shù)創(chuàng)新點

2.2.1 無軸傳動技術(shù)

印刷機無軸傳動系統(tǒng)是一種伺服系統(tǒng)，在印刷機機組甚至是每個滾筒或輥子的動力都是相互獨立的，它分別采用單獨的伺服電機，按照運動控制器發(fā)出的程序指令進(jìn)行驅(qū)動，使被驅(qū)動物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)值或給定值的變化而變化的自動控制系統(tǒng)，從而保證個驅(qū)動單元同步運轉(zhuǎn)的傳動方式，又稱為電子軸驅(qū)動。電子軸是抽象的軸，又稱為虛擬主軸。

此次在研制Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機的過程中，高斯（中國）公司克服國外競爭對手設(shè)置的技術(shù)壁壘，成功掌握國際領(lǐng)先技術(shù)——無軸傳動技術(shù)，并通過其替代有軸傳動技術(shù)，加強伺服電機的同步性。在有效提高印刷效率的同時，可使電機節(jié)約8%左右電力，真正做到高效節(jié)能。另外，采用無軸傳動技術(shù)可使各個印刷單元同時裝版卸版，從而縮短輔助時間，提高印刷效率。并通過減少機械傳動副，減小摩擦，提高傳動效率。隨著整機印刷速度的提高，縮短同一批次印件的印刷時間，在一定程度上也降低了能耗，如圖2所示。

圖2 無軸傳動系統(tǒng)示意

2.2.2 CIP3墨量預(yù)設(shè)置系統(tǒng)

CIP3（Computer Integrate of Prepress, press,postpress）協(xié)議提供的數(shù)字打樣與墨色預(yù)設(shè)置和檢測反饋控制之間的連接，使膠印機對印樣的色彩控制更加方便，更加規(guī)范化和數(shù)據(jù)化網(wǎng)印，大大縮短了輔助和開印準(zhǔn)備時間，減少了紙張的浪費和操作人員對印品色彩評價的影響。

如圖3所示，此系統(tǒng)基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)，對整個印刷過程進(jìn)行模擬，通過信號端口自動交換墨量數(shù)據(jù)，并與印前的制版系統(tǒng)和原稿自動進(jìn)行分析計算，比人工控制墨量更精準(zhǔn)、更及時，節(jié)省大量油墨與時間，同時系統(tǒng)具有自我修正功能，這是國內(nèi)首次應(yīng)用帶自我修正功能的數(shù)字化供墨系統(tǒng)，實現(xiàn)了墨量全數(shù)字化控制，減少了用墨量，減少油墨對環(huán)境的污染。

圖3 數(shù)字化供墨系統(tǒng)原理

2.2.3 紙張張力控制系統(tǒng)

該機采用的張力控制系統(tǒng)包括紙架張力控制系統(tǒng)、infeed張力控制系統(tǒng)、outfeed張力控制系統(tǒng)、切紙輥張力控制、第一拉紙輥張力控制等。在紙帶各紙路上，分別裝有斷紙檢測器和斷紙器，印刷部分出紙?zhí)幵O(shè)有對紙輥、光電斷紙檢測器及斷紙壓紙輪以防止斷紙纏繞，保證紙張在高速運轉(zhuǎn)的安全性，如圖4所示。

關(guān)鍵技術(shù)“印刷機紙帶張力控制裝置”，通過對紙帶張力進(jìn)行實時檢測和控制，保證紙帶張力穩(wěn)定，提高套印精度，從而提高印品質(zhì)量。該技術(shù)已獲得實用新型專利授權(quán)，專利號ZL 200920209461.4。

關(guān)鍵技術(shù)“二次張力異速待機或啟動裝置”，通過設(shè)置異速開關(guān)電路，使啟動工作與待機退出均有設(shè)定點，使印刷主機能獲得穩(wěn)定的紙帶二次張力控制。該技術(shù)已獲得實用新型專利授權(quán)，專利號ZL 200820208523.5。

圖4 張力控制系統(tǒng)

2.2.4 折頁部分減速設(shè)計

Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機的折頁部分最高折頁速度可達(dá)45 000份/h，采用的是1:2滾裁式折頁機。其中，特別優(yōu)化了傳動部分剛度性能，提高整體運轉(zhuǎn)速度。主傳動為無軸形式，切紙輥由單獨電機帶動，可自由調(diào)節(jié)速度。

關(guān)鍵技術(shù)“16開折頁機減速毛刷”，通過調(diào)整調(diào)節(jié)手輪對減速毛刷與臺板的貼合程度進(jìn)行微調(diào)，使減速毛刷與紙張之間有一定的阻力，使紙張減速，從而提高16開折頁的精度。該技術(shù)已獲得發(fā)明專利授權(quán)，專利號ZL 200810205162.3。

2.2.5 上水方式

以噴霧上水方式替代以前的毛刷上水，并加入回水處理，利用循環(huán)水進(jìn)行殺菌、軟水等工序。在大幅提高用水率的同時，降低潤版液的消耗，既減少成本又實現(xiàn)綠色環(huán)保。

2.2.6 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)包括主控子系統(tǒng)PCS、輔控子系統(tǒng)RCSCCS、生產(chǎn)線配置子系統(tǒng)PAS、電源監(jiān)控子系統(tǒng)PMS。采用了REXROTH—INDRADRIVE基本驅(qū)動控制系統(tǒng)，具有機器相位、用戶相位雙重補償設(shè)置的功能，實現(xiàn)了相位的數(shù)字化設(shè)置和控制；多達(dá)每塔4個電子對報輥，任意、便利的對報操作以及無限的多機組合能力、同時具備網(wǎng)絡(luò)管理及遠(yuǎn)程診斷能力；套準(zhǔn)及墨量控制系統(tǒng)采用以計算機為中心、液晶屏顯示操控、以CANBUS現(xiàn)場通訊總線與單片計算機智能驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合的集散網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，具有單機4個塔的驅(qū)動能力，同時具備與ETHERNET局域網(wǎng)聯(lián)接，多系統(tǒng)、多終端控制能力，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的能力，如圖5所示。完善的電氣系統(tǒng)提高了印刷效率，并且，這種具備多種功能混合的電氣系統(tǒng)在國內(nèi)機型上應(yīng)用較為少數(shù)。

關(guān)鍵技術(shù) “智能化光電斷紙?zhí)綔y方法和裝置”，通過將主機印刷速度脈沖信號和光電反射脈沖信號輸入微處理機進(jìn)行運算以及處理。簡單可行，無探測盲區(qū)，探測裝置采用反射式光電探測，安裝及對焦容易，具有智能化、可靠性高的特點。該技術(shù)已獲得發(fā)明專利授權(quán)，專利號ZL 200610024761.6。

關(guān)鍵技術(shù)“報版卷筒紙膠印機16路模塊化相鄰互控組態(tài)斷紙檢測控制方法”，第一，通過PC鍵盤或屏幕對16個探測頭及16個裁紙刀驅(qū)動輸出任意組態(tài)；第二，多個基本模塊通過以太網(wǎng)相連通訊，每個模塊均將自屬的本地16路斷紙?zhí)綔y頭輸入信號同時送至左、右鄰模塊，同時接收來自左、右鄰模塊的各16路斷紙?zhí)綔y頭輸入信號；第三，每個模塊所屬的16路斷紙刀輸出能通過微型計算機鍵盤或屏幕隨意組態(tài)成被來自左鄰、自身和右鄰的共48路探測頭信號任意驅(qū)動。該技術(shù)已獲得發(fā)明專利授權(quán)，專利號ZL 200910247767.3。

圖5 電氣系統(tǒng)示意

2.2.7 全自動套準(zhǔn)系統(tǒng)

與人工調(diào)節(jié)套準(zhǔn)相比，在開機及換紙階段自動套準(zhǔn)系統(tǒng)可節(jié)省時間達(dá)20s左右，開機廢報最多可節(jié)約300～2 000對開張；在印刷過程中則可節(jié)約廢報約400～2 000份，全自動套準(zhǔn)系統(tǒng)在國內(nèi)尚屬首批應(yīng)用。

2.2.8 墻板支撐環(huán)

在印刷部中的膠皮滾筒除了設(shè)有輥枕外，同時在版滾筒的墻板內(nèi)側(cè)增加支撐環(huán)，從而提高版滾筒的剛度，減少膠皮輥之間的沖擊，以提高印刷質(zhì)量（圖6）。

圖6 版滾筒墻板內(nèi)側(cè)支撐環(huán)示意

2.2.9 卷軸式鎖緊裝置（圖7）

膠皮滾筒上橡皮布方式采用卷軸式，增加印刷面積，從而將印刷最高速度由35 000份/h提高到45 000份/h。

圖7 卷軸式鎖緊示意

2.2.10 帶冷卻功能的串墨輥結(jié)構(gòu)（圖8）

在發(fā)動面的潤滑系統(tǒng)中增加冷卻裝置，以滿足機器高速運轉(zhuǎn)時保持恒定油溫；帶冷卻功能的串墨輥結(jié)構(gòu)一方面防止油墨乳化，提高印刷質(zhì)量，防止飛墨，減少對環(huán)境的污染，另一方面也可進(jìn)行高速商業(yè)印品的印刷，擴展了本機的使用功能。

圖8 帶冷卻功能的串墨輥結(jié)構(gòu)

2.2.11 CE安全罩殼（圖9）

整機的踏腳板（圖10）和防護罩殼等均按國際安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，外形設(shè)計更加符合國際潮流。

圖9 安全罩殼

圖10 踏腳板

2.3 知識產(chǎn)權(quán)成果

針對Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機，高斯（中國）公司共申請了9項中國國家專利：其中6項發(fā)明專利，3項已授權(quán)；3項實用新型專利均已授權(quán)，可以說是具有較高的自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用國家標(biāo)準(zhǔn)《印刷機械 卷筒紙平版印刷機》（標(biāo)準(zhǔn)號GB/T 25677-2010），高斯（中國）公司則作為第一起草人制訂了該項標(biāo)準(zhǔn)。

3 應(yīng)用情況及前景

Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機一經(jīng)推出便得到了廣大用戶的認(rèn)可，并占領(lǐng)同類產(chǎn)品國內(nèi)市場份額60%以上，提高了國內(nèi)印機市場的活力與競爭力。目前，該產(chǎn)品形成產(chǎn)業(yè)化后已累計實現(xiàn)銷售產(chǎn)值18 603萬元，累計實現(xiàn)銷售利潤4 661萬元。該產(chǎn)品市場需求量大，應(yīng)用范圍廣，預(yù)計2012～2014年均銷售產(chǎn)值可保持在1.5億元左右。

Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機目前主要承擔(dān)著《人民日報》、《南方日報》、《甘肅日報》等多家中、大型報社的印刷任務(wù)，總印量超過5 000萬印張，一直處于良好的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

根據(jù)甘肅日報社印務(wù)中心、汕頭經(jīng)濟特區(qū)報社等用戶反映，Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機印刷速度快、印刷質(zhì)量好、印刷穩(wěn)定性高，大大提高了印刷廠的彩色印刷能力，具體有如下幾點：

(1)該機能靈活地滿足4+2或4+4等印刷要求，有效提高了其實用性。

(2)該機套印準(zhǔn)確，印刷網(wǎng)點還原性好，文字壓印清晰，圖像層次豐富。

(3)該機設(shè)計合理，自動化程度較高，有優(yōu)化的無軸控制系統(tǒng)，在高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的穩(wěn)定性高。

Magnum4Ⅱ高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機的推廣，進(jìn)一步拓展了用戶的印刷業(yè)務(wù)，為用戶帶來了良好的經(jīng)濟效益。在印機市場競爭激烈中，通過研發(fā)該款機型不僅鞏固了國內(nèi)市場領(lǐng)跑地位，加快拓展海外市場，進(jìn)一步促進(jìn)我國印刷行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。同時，該產(chǎn)品的研制成功和推廣使用也替代進(jìn)口設(shè)備引領(lǐng)國內(nèi)市場，拉動了用戶購買國內(nèi)產(chǎn)品，為國內(nèi)各大報社和印刷廠降低成本并節(jié)約了大量外匯，繁榮了國內(nèi)印機市場，又能為社會提供大量的就業(yè)機會。

4 結(jié) 語

隨著國內(nèi)經(jīng)濟建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，社會對出版物印刷、包裝印刷、商業(yè)印刷等業(yè)務(wù)的需求急劇增加。近年來，國內(nèi)許多地方，尤其是東南部發(fā)達(dá)地區(qū)以及中西部部分地區(qū)，都組建了大型報業(yè)集團。為了提高報紙時效性、增大印刷量，這類大型報業(yè)集團對高速印刷設(shè)備的需求量越來越大。Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機憑借國際先進(jìn)的綜合優(yōu)勢，以其操作方便、印刷質(zhì)量好、自動化程度高、印刷速度快的特點，能滿足用戶對多種版面形式和交貨期的要求，成為本公司經(jīng)濟發(fā)展的新增長點；同時，通過此次研發(fā)，優(yōu)化了本公司的人才隊伍建設(shè)，為進(jìn)一步自主創(chuàng)新計劃以及提高產(chǎn)品能級作好技術(shù)儲備，進(jìn)而幫助公司繼續(xù)保持在行業(yè)中的國內(nèi)領(lǐng)先位置。同時，也帶動國內(nèi)卷筒紙膠印機行業(yè)水平的提升，增強國內(nèi)產(chǎn)品與同類型國外產(chǎn)品的競爭能力，繼續(xù)提高產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性及性能和質(zhì)量，規(guī)模化生產(chǎn)。提高國內(nèi)市場占有率，盡快改變進(jìn)口機一統(tǒng)天下的現(xiàn)狀，2015年國內(nèi)市場占有率達(dá)到25%左右，擴大出口量。為國內(nèi)印機業(yè)推向新的高度做貢獻(xiàn)。

[1]齊福斌.卷筒紙膠印機 [M].北京：印刷工業(yè)出版社，2006.

[2]周永仁.無軸傳動在印刷機的應(yīng)用[J].包裝工程，2006（10）：295.