分類：投稿 作者：佚名 來源：網絡整理 發布時間：2023-01-14
1993年起
致力于研發數控裝備運動控制技術
用近30年時間
實現高端包裝印刷裝備從依賴進口到
高度國產化的逆轉
11月3日，由西安交通大學梅雪松教授、陶濤教授、趙飛研究員率領團隊研發的高端包裝印刷裝備關鍵技術及系列產品開發榮獲2020年度國家科學技術進步獎二等獎。
2007年以前，我國的高端包裝印刷裝備主要依賴外國進口，一臺進口設備的價格要5000多萬元，價格之貴成為我國印包企業難以承受之重。
為了降低成本，1993年起，梅雪松教授團隊就致力于研發數控裝備運動控制技術，與相關的行業頭部企業合作，開啟了高端包裝印刷裝備國產化的研發歷程。
梅雪松教授團隊的項目成果不僅解決了高端包裝印刷裝備多個技術難題，還使高端包裝印刷裝備高度國產化，實現了出口大于進口的逆轉。
高端包裝印刷裝備
高端印刷裝備分布式電子軸控制系統
高端包裝印刷裝備是高精度和綠色環保印刷的核心裝備，在商品流通、追溯等市場經濟中發揮著不可或缺的作用。
據統計，我國食品、藥品、日用品等對印刷殘留物有嚴格要求的高端包裝印刷業總產值已接近萬億元。特別是近年來互聯網技術帶來的智能包裝產品的大量應用，迫切需求高保真和環保的高端包裝印刷裝備。同時，由于印刷過程高耗能、產生有害VOCs氣體、包裝廢料污染環境，特別是食品藥品等包裝印刷關系到人的健康安全，使得包裝印刷被國家列入食品監管、高污染防治等重點監控行業。因此，自主研發高端包裝印刷裝備是掌握國家經濟發展和人民生命健康主動權的必然選擇。
梅雪松教授團隊的獲獎項目構建了高速高精度電子軸控制理論和技術體系，開發了集同步、張力控制和缺陷檢測為一體的分布式電子軸控制系統；發明了熱風能量循環利用的節能油墨干燥系統；提出了基于內置傳感器和支持向量機的在線故障診斷方法，開發了制造商服務云與用戶自有云的兩層運維管控平臺。
提氣！
解決高端包裝印刷裝備多個技術難題
“電子軸控制是印刷裝備中的關鍵核心技術，我們整個項目攻關的重點主要集中在三方面：一是提高印刷精度和準確程度，二是解決油墨烘干技術難題，三是提供在線故障檢測和云服務?！泵费┧山淌诮榻B道。
梅雪松教授介紹電子軸控制系統的工作原理
印刷用的材料一般都是極薄的紙張和塑料薄膜。當前世界各國對印刷與包裝行業節能減排要求日漸提高，綠色印刷與包裝已經成為全球印刷業未來發展的主流。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，這就對印刷包裝設備提出了極高的技術要求。
電子軸傳動印刷機具有速度高、精度高、結構簡單、柔性度好、能量消耗小、抗干擾能力強等諸多優點。印刷品上出現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‘規定動作’，還與其它電子軸實現‘無縫銜接’，多個電子軸同步協作，在線速度超過350米/分的高速運動情況下，最終在長達100多米的塑料薄膜上保證0.1mm以內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。否則印刷包裝設備，就會出現印刷圖案偏差會出現‘大花臉’、甚至模糊等問題。”梅雪松說。
梅雪松在實驗室調控分布式電子軸控制系統
提高印刷精度和準確程度
為了解決印刷精度的問題，梅雪松教授團隊從“測量+反饋”的角度，給不同電子軸的印刷圖案做標記。通過測量軟件找出色組標記，采取分布式控制的方法，每個電子軸的通信都以千兆的網絡為架構，實時性達到1毫秒，可以保證每個軸的響應速度；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。
解決油墨烘干技術難題
油墨烘干也是保證印刷圖案清晰的關鍵環節。印刷機高速運轉時，油墨烘干必須在經過色組的極短時間內完成，才能保證各個顏色“各歸其位”，不會出現暈染。梅雪松教授介紹，熱風能量循環利用的節能油墨干燥系統，不僅可以在0.3秒內烘干油墨，還能對油墨受熱后產生的余熱、異味、有機氣體等進行及時回收，這對我國印刷包裝行業整體上降低碳排放、實現我國‘雙碳’目標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
云平臺助力調配油墨等運維工作。調配油墨是彩印工藝中的一項重要工作，這項工作做得如何，直接關系到產品的印刷質量。因為色彩鮮艷、光亮度好、色相準確是彩印產品的基本要求，要達到這個要求首先必須準確調配好各個色組的印刷油墨。以往，調配油墨這項工作都需要由經驗豐富的技師來完成，而且難度較高，調試時間長且浪費大量的印材，有了云平臺后，就可以將調配油墨和設備等的專業知識儲存在云平臺，包裝印刷機械的用戶可以查詢使用，而且每臺機械都可以實現聯網工作印刷包裝設備，運維工作可以由云平臺完成。
陶濤教授在實驗室監測數據
逆轉！
完成高端包裝印刷裝備的高度國產化
2007年以前，我國的高端包裝印刷裝備主要依賴從德國、瑞士、日本等國進口。一臺進口高端包裝印刷設備的價格為5000多萬元，差不多是半架飛機的錢，價格之貴成為我國印包企業難以承受之重，導致低端設備充斥市場，印品質量差、能耗高、污染大，包裝殘留超標等重大食品安全事件也時有發生。
伴隨著經濟的發展和社會進步，我國對高端包裝印刷設備的需求越來越大。梅雪松說：“拿能買半架飛機的錢買一臺印刷機，這個成本太高了，我們想降下來。”1993年起，梅雪松教授團隊就致力于研發數控裝備運動控制技術的，與相關的行業頭部企業合作，開啟了高端包裝印刷裝備國產化的研發歷程。
“我們主要調整了裝備的硬件架構。打比方來說，以前的裝備是一個‘大腦’要控制8個電子軸，可能會出現信號遲滯、某個電子軸反應‘慢半拍’等情況，現在拆分開來，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的信號保證連接，這樣就能確保它們既能完成同步協作，也可以各自調整自己負責的工藝。各個電子軸可以通過反饋回來的套準誤差，及時調整自己的工藝參數，以便更精準地完成印刷工作?！泵费┧烧f。
此外，團隊還針對烘箱的結構、加熱溫度、風速，能耗比率等因素開展了大量的實驗，提出了基于內置傳感器和支持向量機的在線故障診斷方法，每臺裝備都可以聯網，實現制造商與企業用戶兩層運維管控。
團隊成員討論研發進展
印刷包裝行業是我國開放較早的行業，隨著經濟社會發展，該行業的市場規模急速增長。在激烈的市場競爭環境下，正是憑借過硬的技術水平，梅雪松教授團隊研制的高端包裝印刷裝備受到了國內外諸多用戶企業的青睞。
梅雪松教授團隊研制了2類高端包裝印刷裝備，主要指標處于國際同類產品領先水平，首次在國際上實現了高端包裝印刷裝備運維過程的智能化管控，降低企業運維成本40%以上。項目成果大幅提升了國產高端包裝印刷裝備的市場競爭力，使國外產品在中國市場份額由95%降到10%以下，實現了出口大于進口的逆轉。技術應用單位被國家授予2019年國家技術創新示范企業和首批“制造業單項冠軍培育企業”。引領了我國包裝印刷裝備行業的發展，實現了中國包裝印刷用中國裝備的目標。
“如今，印刷企業已告別了用5000萬元買一臺印刷機的歷史，他們用五分之一的價格就可以買到國產高端包裝印刷設備。據粗略統計，國內70%以上的高端包裝印刷產品都是采用我們的產品制造的。換句話說，你在超市里見到的絕大多數物品的包裝印刷，均出自國產設備，可以說，我們實現了‘中國造’要有中國‘印’的目標！”梅雪松說。
梅雪松教授團隊正在研發的智能生產系統
“
高端包裝印刷裝備屬于“復雜機電控制與高端包裝印刷”學科交叉的成果，“高速高精密運動控制技術”是梅雪松教授所領銜創新團隊的長期主攻科研方向。下一步，由23位老師，近200位學生組成的團隊將繼續致力于高速高精度運動控制與激光加工技術的深度結合，面向國家重大需求，開發針對重要行業領域的高端數控加工裝備及智能制造系統。
團隊部分成員合影，從左至右依次為：
王海濤、施虎、陶濤、梅雪松、王寧濤、馮小兵
“機動電是交大的傳統優勢學科，西遷前輩以身作則，教給我們求真務實的工作、科研作風，以及對科學嚴謹的追求?，F在，科技創新的重擔將會逐漸轉移到年輕一代的肩上，我相信，他們將傳承西遷精神，將科技創新工作做得更好！”梅雪松說。
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