印刷数字化：从连接缺口到边缘智能与产业协同

贝加莱工业自动化（中国）有限公司技术传播经理宋华振

印刷工业的数字化挑战与需求

印刷通常不是孤立环节，后道软包、书刊、彩盒等同样带来整线生产要求，并进一步连接图文图像处理、印刷包装设备和信息化集成。整个产业因此涉及多个维度的数字化，也需要跨环节协作。印刷工业全景可见图1。

图1 印刷工业全景

1. 数字化转型中的认知问题

对印刷企业而言，不能轻易被外部环境带偏。数字化转型虽然热度很高，但企业要避免“为数字化而数字化”，也不要先急着搭建系统，而应先把自身业务战略想清楚。转型首先意味着经营模式变化；印刷作为用户产品链中的一环，必须能响应客户需求变化，同时守住盈利能力，并提升品质、缩短交付周期、承接新订单。

1. 有效连接不足

数字化落地时，最常见的障碍是真实连接。印包设备往往已很先进，采用国际领先机器；ERP/MES 也常来自全球知名厂商，但作业层连接仍像孤岛。例如工单常靠打印下发，或经计算机网络传到机台后由人工设参数，尚未真正贯通。原因在于数字化没有真正打通 ERP/MES 与机器之间的互操作连接，于是数字设计、运营管理、先进机器控制和产线运行系统之间仍是信息孤岛。这一问题至今仍未得到真正有效解决。

1. 垂直行业数字化集成不足

印刷属于较垂直的细分市场，产业规模不同于汽车、电子制造乃至流程工业，因此能提供针对性数字化系统的服务商并不多。一些系统只能由厂商自建，或使用通用市场服务商修改的运营系统。同时，国内工业软件也较缺乏，例如面向颜色管理、印包工厂数字化运营的软件，导致国际厂商的数字化系统在统一规范与运营上也有所不足，这一现象较普遍。

国外大型企业虽有专业系统，但通常由少数大型 OEM 提供。比如基于 XJDF 规约的整厂管理软件，是部分大厂经过数十年发展才积累起来的。对于起步晚、规模小的国内企业，这难以实现，因为它既要求领先的机电控制与工艺，也需要较大市场支撑和产业人才培养。

印刷工业数字化转型需求分析

推进数字化转型，市场主要有两股力量。一股来自 ICT 厂商的“自上而下”推动，重点在“平台”建设。ICT 多为工具类供应商，提供平台后，应用需用户自行开发，例如物流与信息流如何定义；而 ICT 厂商对现场认知不足，只能给工具，实际配置依赖具备信息化能力的企业。另一股来自 OT，即自动化厂商、机械厂商“自下而上”推进数字化。

作为自动化厂商，贝加莱在印刷控制技术领域积累深厚，涵盖多种印刷机控制，以及控制系统自身的通信连接、数字化分析和应用能力。这让 OT 厂商离现场更近，也更理解现场需求。下面从这个视角谈印刷企业如何推进数字化。

1. 统一规范的语义连接

首先，工业通信不仅要解决实时控制，也在持续扩展。尤其是 OPC UA 语义互操作规范的集成，使当前自动化厂商能够提供机器与机器、机器与管理系统之间的数据交互能力。

其次，是信息建模能力。OPC UA 基础建模包含信息结构化定义的统一规范，以及数据调用、方法集成能力，还提供行业信息模型。针对机床有 MTConnect，针对包装有 PackML；但在印刷领域，JDF/XJDF 等尚未采用 OPC UA 规范来定义。这个规范可能需要整个印刷行业，或本土印刷机械企业与用户共同定义。

通信行规规范的价值，是让数字化运营管理、机器制造商与数字化设计之间拥有统一规范，从而在信息集成和数据应用中快速完成工程连接，降低工程成本。否则，每家企业的数字化路径都会变成一次“工程项目”。这种缺乏可复制性的做法，最终会让整个产业难以实现数字化，或实现成本极高，反而拖低推进效率。

此外，产业对 OPC UA 这类信息模型了解仍少，需要行业组织推广，并与国际组织协同，共同开发具有本土特点的自主规范。

1. 从现场视角推进边缘实现

贝加莱控制系统可提供的数字化能力如图2所示，包括以下几个方面：

图2 机器控制系统的数字化能力

1）机器连接能力：CPU 通常具备多种通信模块，可连接现场不同设备，再把数据送入控制器并存入 OPC UA Server。这种 SoA（面向服务架构）允许水平设备、上位系统的 Client 客户端访问，也支持手机等移动端访问。

2）能源与设备效率数据采集：包括机器能耗、班组能耗、实时 OEE、产线 OEE 统计，对生产企业评价效率非常关键。

3）预测性维护：即基于状态监测的维护。可采集振动、温度信号并放入控制器，或通过云端数据训练后部署到本地，这条链路可以打通。

4）远程诊断与维护：SiteManager 是一种本地构建“安全”远程维护的技术，可通过安全 VPN 传输数据，并借助无处不在的网络与远程桌面技术，实现机器远程诊断和调试。对 OEM 和工厂维护工程师都很方便。

像贝加莱这样的自动化厂商，其控制器已超越传统 PLC 仅做逻辑控制的能力。mapp 功能中的 Tweet 可让机器向运行系统或操作人员发送警报、事件短信或邮件；mappEnergy 统计能源；mappOEE 统计实时机器运行效率；mappDATA 可访问数据库；mappAudit 可实现审计追踪，从而对质量相关数据进行追溯记录。

图3是一个典型的基于控制技术平台的边缘智能系统架构。贝加莱采用 Hypervisor 技术的工业 PC，可为印刷工厂提供边缘智能。在数字化应用中，预测性维护、参数寻优、调度等问题可通过 OPC UA 采集数据，并建立 OPC UA/MQTT 云端数据连接进行云端训练；模型可下发部署到本地 PC，本地推理由 PC 处理器在 Windows 或 Linux 上完成，RTOS 则保障实时同步与逻辑任务。

图3 边缘智能系统架构

图4展示了以贝加莱等控制系统厂商提供的能力所构建的印刷工厂数字化能力，包括几个方面：

图4 整体数字化架构

1）在机器设计侧，MATLAB/Simu

link 的建模仿真可与贝加莱控制系统设计平台 Automation Studio 连接，让数字化设计连接到控制并开展协同仿真。第二种情况尚未被验证，即数字化 JDF 文件能以 XML 格式读取和解析。现阶段可用控制器读取任务实现：通过程序解析工单并下发到机器，自动与配方系统结合，从而自动运行。当然，工作流程仍需人员确认，避免出错。

2）OPC UA 通信连接：OPC UA 不仅能提供工单任务，其多种信息模型还可覆盖视觉与机器人、AutoID 原材料条码进入、物流仓储信息集成，包括控制器之间以及与云端的交互。

印刷工业数字化需要协作

要实现数字化转型，印刷工业需要各方协作，并在协会、标委会组织下共同制定可行的产业整体规划，这是一项需要通盘推进的工作。产业生态构建如图5所示，以下对各方工作提出建议：

图5 数字化转型中的产业生态协作问题

首先，印包企业以及终端用户要清楚自己的数字化需求。这不仅是为了自身运营管理升级，也包括向上游机械制造商、系统集成商、信息化集成商提出规约，从而形成共同努力的方向。

其次，在产业需求基础上，由印刷行业协会、标委会，以及 OPC 基金会、自动化行业通信规约、数字化车间标准化组织等跨界机构共同开发针对印刷工业的行业规约，通过产业协同制定数字化发展指南与指导，推进产业整体发展。

再次，机器制造商与自动化厂商应协作，把其他领域的数字化经验、技术和方法与印刷行业实际结合，开发致力于提升质量、降低成本、提高效率的解决方案。

总之，印刷工业数字化不可能一蹴而就，也不是单一方面能够推进的，需要产业厂商共同努力。

——本文转载自中国包装网（pack.cn），原文链接：http://news.pack.cn/show-378249.html