印刷工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路

 

　　                                       印刷工業(yè)之?dāng)?shù)字化挑戰(zhàn)與需求

 

　　通常印刷并非獨立的存在，也包括了后道如軟包、書刊、彩盒等的整線生產(chǎn)需求。這牽扯到數(shù)字化的設(shè)計（圖文圖像處理）、印刷包裝設(shè)備、信息化集成。整個產(chǎn)業(yè)包括了多個維度的數(shù)字化以及合作需求。印刷工業(yè)全景如圖1所示。

      

　　                                             圖1印刷工業(yè)全景

 

　　1.數(shù)字化轉(zhuǎn)型的認知問題

 

　　對于印刷企業(yè)必須不為環(huán)境所動。數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個很熱門的話題，但是，作為行業(yè)的企業(yè)，必須避免陷入“為了數(shù)字化而數(shù)字化”，也不要盲目地去考慮構(gòu)建系統(tǒng)，而是應(yīng)該對自身的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略有清晰的認識。數(shù)字化轉(zhuǎn)型，首先是企業(yè)的經(jīng)營模式的變化，而印刷工業(yè)作為用戶產(chǎn)品的一個環(huán)節(jié)，數(shù)字化的轉(zhuǎn)型必須讓自身具有對這種客戶需求的應(yīng)變能力，并且在這種變化中，還需要保持高的盈利能力，以及品質(zhì)的提升、交付周期的縮短、響應(yīng)用戶新訂單的能力。

 

　　2.缺乏有效的連接性

 

　　數(shù)字化在落地中遇到了較為普遍的問題在于真正的連接性問題。我們可以看到，包括印刷包裝設(shè)備通常也能夠達到非常先進的水平，采用了國際領(lǐng)先的機器設(shè)備，ERP/MES通常也是來自于全球最為知名的廠商，但是，作業(yè)水平的連接性卻仍然處于孤島狀態(tài)。例如，作業(yè)單通常會采用打印方式下發(fā)，或者通過計算機網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到機臺，由人工對其參數(shù)進行設(shè)置，并未實現(xiàn)真正的全連接貫通。這種情形較為普遍，在于數(shù)字化并未真正有效地打通ERP/MES和機器之間的這種互操作性連接，因此，雖然有數(shù)字化設(shè)計、運營管理、先進機器控制與產(chǎn)線運行系統(tǒng)，但是，之間仍然是信息孤島。這個現(xiàn)象至今并未真正得到有效解決。

 

　　3.缺乏垂直行業(yè)特性的數(shù)字化集成

 

　　印刷行業(yè)屬于較為垂直的細分市場，不像汽車工業(yè)、電子制造業(yè)，乃至流程工業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，因此，針對其有效的細分市場數(shù)字化系統(tǒng)的服務(wù)廠商不多，這使得一些數(shù)字化系統(tǒng)不得不由廠商自己搭建，或采用由通用市場的服務(wù)商進行修改的運營系統(tǒng)。另外，國內(nèi)的工業(yè)軟件例如針對顏色、印包工廠數(shù)字化運營軟件的缺乏，也導(dǎo)致了來自國際廠商的數(shù)字化系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的規(guī)范與運營，這一現(xiàn)象較為普遍。而國外的大廠雖然有專業(yè)系統(tǒng)，但通常由少數(shù)大型OEM提供，像XJDF規(guī)約基礎(chǔ)上的整個印刷工廠的管理軟件，是僅部分大廠在其數(shù)十年的發(fā)展歷史上構(gòu)建起來的。這些對于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)起步晚、規(guī)模小的企業(yè)來說都是無法實現(xiàn)的，因為這不僅需要領(lǐng)先的機電控制與工藝，也需要較大的市場支撐以及產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)。

 

　　                                            印刷工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求分析

 

　　對于如何推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，市場上有兩個主要的推進力量，一個是來自ICT廠商構(gòu)建的“自上而下”的推進，其關(guān)注點在“平臺”建設(shè)。由于ICT通常屬于工具類的提供商，因此，他們的實現(xiàn)都是提供平臺，需要用戶自行在其上開發(fā)自己的應(yīng)用。例如，如何進行物流、信息流的定義，而ICT廠商還缺乏對現(xiàn)場的認知，因此，僅能提供工具性的，而這依賴于具有掌握信息化能力的企業(yè)自行來配置系統(tǒng)。另一個方向則是來自于OT，如自動化廠商、機械廠商自行“自下而上”的數(shù)字化推進。

 

　　作為自動化廠商，貝加萊是一個在印刷控制技術(shù)領(lǐng)域有著非常深厚積累的企業(yè)，包括各種印刷機的控制以及控制系統(tǒng)本身的通信連接能力、數(shù)字化分析與應(yīng)用能力，這使得OT廠商具有離現(xiàn)場更近、更了解現(xiàn)場的需求。在此，我們從這個視角展開來介紹印刷企業(yè)應(yīng)該如何實現(xiàn)數(shù)字化。

 

　　1.統(tǒng)一規(guī)范的語義連接

 

　　首先，工業(yè)通信除了解決實時控制，同時也在不斷的擴展，尤其是OPCUA語義互操作規(guī)范的集成，使得目前的自動化廠商均可提供機器-機器、機器-管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互能力。

 

　　第二則是其信息建模的能力，在OPCUA基礎(chǔ)建模中，包括了對信息的結(jié)構(gòu)化定義的統(tǒng)一規(guī)范，以及數(shù)據(jù)的調(diào)用、方法的集成能力，同時它也有行業(yè)信息模型。像針對機床的MTConnect包裝的PackML，但是，對于印刷，JDP/XJDF這類目前尚未采用OPCUA規(guī)范來定義。這是一個可能需要整個印刷行業(yè)或者由本土印刷機械、用戶共同來定義的規(guī)范。

 

　　通信行規(guī)規(guī)范的意義在于能夠讓數(shù)字化運營管理與機器制造商、數(shù)字化設(shè)計之間構(gòu)建一個統(tǒng)一的規(guī)范，使得在信息集成中、數(shù)據(jù)應(yīng)用中能夠快速地進行工程連接，降低工程成本，否則，每個企業(yè)的數(shù)字化路徑都會是一個“工程項目”。這種缺乏可復(fù)制性的實現(xiàn)路徑，最終會導(dǎo)致整個產(chǎn)業(yè)難以實現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)成本極高，反倒阻礙其實現(xiàn)的效率。

 

　　另外，產(chǎn)業(yè)對于OPCUA類似的信息模型了解較少，這需要行業(yè)組織對其進行推廣，并與國際組織協(xié)同，共同開發(fā)具有本土特點的自主規(guī)范。

 

　　2.從現(xiàn)場視角的邊緣實現(xiàn)

 

　　貝加萊控制系統(tǒng)能夠提供的數(shù)字化能力，如圖2所示，包括以下幾個方面：

      

　　                                           圖2機器控制系統(tǒng)的數(shù)字化能力

 

　　1）機器的連接能力：由于CPU通常有各種通信模塊，這使得它可以去連接現(xiàn)場的不同設(shè)備，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，存放在OPCUAServer。這個SoA架構(gòu)，即面向服務(wù)的架構(gòu)，允許來自于水平設(shè)備、上位系統(tǒng)的Client-客戶端來訪問，也支持來自手機類移動端的訪問。

 

　　2）能源與設(shè)備效率數(shù)據(jù)的采集，包括機器能耗、班組能耗、實時OEE、產(chǎn)線OEE統(tǒng)計，這對于生產(chǎn)企業(yè)來說評價效率至關(guān)重要。

 

　　3）預(yù)測性維護-基于狀態(tài)監(jiān)測的維護，可以通過振動、溫度信號的采集并放置控制器，或通過云端數(shù)據(jù)訓(xùn)練并部署在本地，這個鏈路是可以打通的。

 

　　4）遠程的診斷與維護能力：SiteManager是一個本地構(gòu)建“安全”遠程維護的技術(shù)，它可以通過安全的VPN來提供數(shù)據(jù)的傳輸，并通過無所不在的網(wǎng)絡(luò)、遠程桌面技術(shù)來實現(xiàn)遠程的機器診斷與調(diào)試。這對于OEM、工廠的維護工程師來說都是非常方便的。

 

　　像貝加萊這樣的自動化廠商，其控制器已經(jīng)突破了傳統(tǒng)PLC僅邏輯控制的能力，其mapp功能中的Tweet可以由機器發(fā)送警報、事件的短信或郵件給運行系統(tǒng)或操作人員，mappEnergy可以統(tǒng)計能源、mappOEE可以統(tǒng)計實時機器運行效率、mappDATA可以訪問數(shù)據(jù)庫、mappAudit可以實現(xiàn)審計追蹤，從而對質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)進行追溯性記錄。

 

　　圖3所示則是一個典型的基于控制技術(shù)平臺的邊緣智能系統(tǒng)架構(gòu)，貝加萊采用Hypervisor技術(shù)的工業(yè)PC能夠為印刷工廠提供邊緣智能實現(xiàn)。在數(shù)字化應(yīng)用中，包括預(yù)測性維護、參數(shù)尋優(yōu)、調(diào)度等問題，可以通過OPCUA的數(shù)據(jù)采集，并建立OPCUA/MQTT的云端數(shù)據(jù)連接，進行云端訓(xùn)練，模型可以通過下發(fā)部署在本地的PC，本地的推理可以由PC端的處理器基于Windows或Linux來實現(xiàn)，而RTOS則保證其實時的同步與邏輯任務(wù)。

      

　　                                                              圖3邊緣智能系統(tǒng)架構(gòu)

 

　　圖4則是通過控制系統(tǒng)廠商如貝加萊提供的能力構(gòu)建的印刷工廠數(shù)字化能力。其包括幾個方面：

      

　　                                                    圖4整體的數(shù)字化架構(gòu)

 

　　1）對于機器的設(shè)計而言，MATLAB/Simulink的建模仿真可以與貝加萊的控制系統(tǒng)設(shè)計平臺AutomationStudio之間進行連接，這樣數(shù)字化設(shè)計可以連接到控制，協(xié)同仿真。第二種情況目前尚未被驗證，即數(shù)字化的JDF文件可以被XML格式讀取，并解析，這個現(xiàn)階段可以采用控制器的讀取任務(wù)來實現(xiàn)，可以通過程序解析作業(yè)單，并下發(fā)到機器上，自動與配方系統(tǒng)結(jié)合，從而實現(xiàn)自動運行。當(dāng)然，其工作流程需要人員確認，避免錯誤發(fā)生。

 

　　2）OPCUA的通信連接：OPCUA不僅能夠提供作業(yè)單任務(wù)，它的各種信息模型如視覺與機器人、AutoID的原材料條碼進入、物流倉儲信息集成，包括控制器間的交互、與云端的交互均可實現(xiàn)。

 

　　                                                   印刷工業(yè)數(shù)字化需要協(xié)作

 

　　為了實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對于印刷工業(yè)來說需要各方進行協(xié)作，并在協(xié)會、標委會組織下，共同制定可行的產(chǎn)業(yè)整體規(guī)劃，這是一個需要通盤推進的工作。其產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建如圖5所示，在此對各方的工作提出以下建議：

      

　　                                                 圖5數(shù)字化轉(zhuǎn)型中產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)作問題

 

　　首先，對于印包企業(yè)，也包括終端用戶，需要清晰自己的數(shù)字化需求。這些不僅為了自身的運營管理水平數(shù)字化升級，也包括對上游的機械制造商、系統(tǒng)集成商、信息化集成商提出規(guī)約，這樣才會有共同努力的方向。

 

　　其次，在產(chǎn)業(yè)需求的基礎(chǔ)上，由協(xié)會組織如印刷行業(yè)協(xié)會、標委會以及跨界的如OPC基金會、自動化行業(yè)的通信規(guī)約、數(shù)字化車間標準化組織來共同開發(fā)針對印刷工業(yè)的行業(yè)規(guī)約，通過產(chǎn)業(yè)協(xié)同來為產(chǎn)業(yè)制定數(shù)字化發(fā)展的指南、指導(dǎo)，從而推進產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。

 

　　再次，機器制造商、自動化廠商開展協(xié)作，將在其他領(lǐng)域的數(shù)字化經(jīng)驗、技術(shù)、方法與印刷行業(yè)的產(chǎn)業(yè)實際結(jié)合，開發(fā)致力于解決質(zhì)量、成本、效率提升的解決方案。

 

　　紙引未來網(wǎng)訊  總而言之，印刷工業(yè)的數(shù)字化并非一蹴而就，也不是單個方面可以推進的，需要產(chǎn)業(yè)的廠商共同努力