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備。

在國內市場，隨著經濟建設的不斷推進，社會對各類印刷業(yè)務的需求量日益增大，因此，用戶對印刷設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。但當前，我國印刷裝備制造業(yè)的產品結構仍不盡合理，高、精、尖印刷技術自主創(chuàng)新能力不強，部分高檔印刷機技術水平低，與國際同類產品相比，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)展的主要任務和目標是，深入研究國內外印刷市場、技術發(fā)展趨勢，重點發(fā)展數字印刷及印刷數字化技術裝備、高檔印刷機械、高端印后設備和綠色環(huán)保設備器材，增強自主創(chuàng)新能力，擴大生產能力，盡快改變高端設備主要依靠進口的局面。積極開拓并擴大國際市場，力爭2015年印刷設備出口額達到當年進口額的80%以上。所以，研制具有國內自主知識產權的高速智能型、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）公司主要生產卷筒紙膠印機和單張紙膠印機兩大類產品，是目前國內印刷機制造行業(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步獎、中國工業(yè)科學技術獎、上海市專利新產品等等殊榮。這些技術與資源優(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領域的高新技術產品。該款機型采用網絡技術、無軸傳動、CIP3墨色控制、全自動套準等一系列國際先進技術，具有印刷速度高、套印準確、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。與國內同類機型比較，其功能多樣化、性能優(yōu)越性方面都處于領先地位，其中部分技術更是達到國際領先水平。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 產品技術路線

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)的一款產品，為使此款產品具有結構緊湊、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品，高斯（中國）公司在保持原來機器優(yōu)點的基礎上進行不斷地創(chuàng)新，在設計方面采用先進的結構、先進的無軸傳動技術、墨量預設置系統(tǒng)、全自動套準系統(tǒng)、網絡通訊和數字控制技術等；在工藝方面，對墨斗與墨斗托架的加工工藝進行了改進，采用五面體加工中心進行加工，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行高標準的設計研發(fā)。

1.2 產品技術水平

據中國科學院上?？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用和市場開發(fā)價值。經分析，該項目綜合技術達到國際先進水平，掌握的部分技術已達到國際領先水平。與國內同類機型比較，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)越性方面處于領先地位，并且具有較高的印刷速度以及穩(wěn)定的印刷質量。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 產品主要參數

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

印版徑向調整：±2 mm

印版軸向調整：±3 mm

2 產品技術成果

2.1 主要技術突破

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、高印刷質量、高自動化程度以及美觀外形、人性化操作的產品。

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，攻克重重國際技術壁壘，自主創(chuàng)新突破了多項先進技術，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突破

2.2 技術創(chuàng)新點

2.2.1 無軸傳動技術

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)出的程序指令進行驅動，使被驅動物體的位置、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)，從而保證個驅動單元同步運轉的傳動方式，又稱為電子軸驅動。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置的技術壁壘，成功掌握國際領先技術——無軸傳動技術，并通過其替代有軸傳動技術，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墨量預設置系統(tǒng)

CIP3（Computer Integrate of Prepress, press,postpress）協(xié)議提供的數字打樣與墨色預設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)范化和數據化網印，大大縮短了輔助和開印準備時間，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)基于以太網的現場網絡化控制技術，對整個印刷過程進行模擬，通過信號端口自動交換墨量數據，并與印前的制版系統(tǒng)和原稿自動進行分析計算，比人工控制墨量更精準、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，這是國內首次應用帶自我修正功能的數字化供墨系統(tǒng)，實現了墨量全數字化控制，減少了用墨量，減少油墨對環(huán)境的污染。

圖3 數字化供墨系統(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的安全性，如圖4所示。

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

關鍵技術“二次張力異速待機或啟動裝置”，通過設置異速開關電路，使啟動工作與待機退出均有設定點，使印刷主機能獲得穩(wěn)定的紙帶二次張力控制。該技術已獲得實用新型專利授權，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，提高整體運轉速度。主傳動為無軸形式，切紙輥由單獨電機帶動，可自由調節(jié)速度。

關鍵技術“16開折頁機減速毛刷”，通過調整調節(jié)手輪對減速毛刷與臺板的貼合程度進行微調，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。該技術已獲得發(fā)明專利授權，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基本驅動控制系統(tǒng)，具有機器相位、用戶相位雙重補償設置的功能，實現了相位的數字化設置和控制；多達每塔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、同時具備網絡管理及遠程診斷能力；套準及墨量控制系統(tǒng)采用以計算機為中心、液晶屏顯示操控、以CANBUS現場通訊總線與單片計算機智能驅動系統(tǒng)相結合的集散網絡控制系統(tǒng)，具有單機4個塔的驅動能力，同時具備與ETHERNET局域網聯接，多系統(tǒng)、多終端控制能力，實現了遠程監(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)在國內機型上應用較為少數。

關鍵技術 “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。該技術已獲得發(fā)明專利授權，專利號ZL 200610024761.6。

關鍵技術“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個裁紙刀驅動輸出任意組態(tài)；第二，多個基本模塊通過以太網相連通訊，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動。該技術已獲得發(fā)明專利授權，專利號ZL 200910247767.3。

圖5 電氣系統(tǒng)示意

2.2.7 全自動套準系統(tǒng)

與人工調節(jié)套準相比，在開機及換紙階段自動套準系統(tǒng)可節(jié)省時間達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，全自動套準系統(tǒng)在國內尚屬首批應用。

2.2.8 墻板支撐環(huán)

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

圖6 版滾筒墻板內側支撐環(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構（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時保持恒定油溫；帶冷卻功能的串墨輥結構一方面防止油墨乳化，提高印刷質量，防止飛墨，減少對環(huán)境的污染，另一方面也可進行高速商業(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構

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準進行設計，外形設計更加符合國際潮流。

圖9 安全罩殼

圖10 踏腳板

2.3 知識產權成果

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；3項實用新型專利均已授權，可以說是具有較高的自主知識產權的產品。該產品采用國家標準《印刷機械 卷筒紙平版印刷機》（標準號GB/T 25677-2010），高斯（中國）公司則作為第一起草人制訂了該項標準。

3 應用情況及前景

Magnum4II高速智能型、節(jié)能型卷筒紙膠印機一經推出便得到了廣大用戶的認可，并占領同類產品國內市場份額60%以上，提高了國內印機市場的活力與競爭力。目前，該產品形成產業(yè)化后已累計實現銷售產值18 603萬元，累計實現銷售利潤4 661萬元。該產品市場需求量大，應用范圍廣，預計2012～2014年均銷售產值可保持在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，總印量超過5 000萬印張，一直處于良好的運轉狀態(tài)。

根據甘肅日報社印務中心、汕頭經濟特區(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)該機套印準確，印刷網點還原性好，文字壓印清晰，圖像層次豐富。

(3)該機設計合理，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，進一步拓展了用戶的印刷業(yè)務，為用戶帶來了良好的經濟效益。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市場領跑地位，加快拓展海外市場，進一步促進我國印刷行業(yè)的技術進步。同時，該產品的研制成功和推廣使用也替代進口設備引領國內市場，拉動了用戶購買國內產品，為國內各大報社和印刷廠降低成本并節(jié)約了大量外匯，繁榮了國內印機市場，又能為社會提供大量的就業(yè)機會。

4 結 語

隨著國內經濟建設進程的不斷推進，社會對出版物印刷、包裝印刷、商業(yè)印刷等業(yè)務的需求急劇增加。近年來，國內許多地方，尤其是東南部發(fā)達地區(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的綜合優(yōu)勢，以其操作方便、印刷質量好、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，為進一步自主創(chuàng)新計劃以及提高產品能級作好技術儲備，進而幫助公司繼續(xù)保持在行業(yè)中的國內領先位置。同時，也帶動國內卷筒紙膠印機行業(yè)水平的提升，增強國內產品與同類型國外產品的競爭能力，繼續(xù)提高產品穩(wěn)定性、可靠性及性能和質量，規(guī)模化生產。提高國內市場占有率，盡快改變進口機一統(tǒng)天下的現狀，2015年國內市場占有率達到25%左右，擴大出口量。為國內印機業(yè)推向新的高度做貢獻。

[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用[J].包裝工程，2006（10）：295.