機(jī)器功能的圖形化
——圖書制作的新趨勢(shì)
在萊比錫，工程領(lǐng)域的兩家企業(yè)僅用15 個(gè)月就開發(fā)生產(chǎn)出了一套全新的圖書包封設(shè)備。這一革新性的圖書生產(chǎn)系統(tǒng)不僅提供了優(yōu)異的圖形式用戶向導(dǎo)，而且切換時(shí)間極短。這些特性都是因為使用了貝加萊公司的遠(yuǎn)程PCC 網(wǎng)絡(luò)以及基于PC 平臺(tái)的圖文顯示系統(tǒng)。
當(dāng)你購(gòu)買暢銷圖書的時(shí)候，一般都會(huì)選擇帶有硬質(zhì)封面的精裝本，外面都包有完整的護(hù)封。也許你會(huì)認(rèn)為在硬質(zhì)封面的外面包上護(hù)封是一件很簡(jiǎn)單的事情。其實(shí)，整個(gè)過程并不簡(jiǎn)單。
給精裝書的硬質(zhì)封面再加一個(gè)護(hù)封
從最初的設(shè)計(jì)到第一臺(tái)產(chǎn)品下線
在全新的萊比錫工業(yè)區(qū)中，Paltec 機(jī)器制造公司最近高效地策劃了一個(gè)方案，并且研制出了產(chǎn)品。這個(gè)相當(dāng)年輕的公司已經(jīng)開發(fā)并生產(chǎn)出了一種名為“Jack Plus ”的新型圖書包封設(shè)備。通常開發(fā)過程總是需要很長(zhǎng)一段時(shí)間，而該設(shè)備的開發(fā)卻是以一種異常高效的方式進(jìn)行的。
Paltec 是什么樣的公司呢？該公司是德國(guó)圖書科技集團(tuán)的成員之一，該集團(tuán)專業(yè)生產(chǎn)和提供應(yīng)用于書刊裝幀領(lǐng)域的全套生產(chǎn)線。
兩位大學(xué)畢業(yè)的工程師分別是Thomas Friese 設(shè)備制造專家、現(xiàn)任公司經(jīng)理，以及Ulrich Schlegel 自動(dòng)化工程師。1997 年4 月，在Paltec 公司準(zhǔn)備建立萊比錫分廠時(shí)，他們接受了開發(fā)圖書包封設(shè)備的任務(wù)。
現(xiàn)在Paltec 公司的新設(shè)備已經(jīng)成功地采用了圖書包封機(jī)器。不只是在德國(guó)，最近的18 個(gè)月里，Jack Plus 設(shè)備已經(jīng)在許多國(guó)家的圖書生產(chǎn)廠中投人使用，如法國(guó)、意大利、丹麥、奧地利，甚至在美國(guó)也有。象Bertelsmann 這樣大型的知名公司也已成為其長(zhǎng)期客戶。
準(zhǔn)確、貼合的圖書封套這一設(shè)備功能是在新書的硬質(zhì)封面外放置松緊適當(dāng)、位置準(zhǔn)確的護(hù)套。在圖書生產(chǎn)線上，這是末端的最后工序之一。為了完成這一工作，采用了一個(gè)特殊的計(jì)時(shí)單元來區(qū)分不斷送入的圖書，將它們以書脊朝下的形式按照設(shè)定的速度分別送人系統(tǒng)中，并使它們與機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)同步。在輸紙臺(tái)，用吸氣皮碗將封套從下方紙堆分離出來。這樣就保證了封套可以連續(xù)地添加。經(jīng)過分紙后，封套被放置在正確的位置上，并且在傳送帶上輸送時(shí)也保持這一位置不變。在預(yù)熱的壓痕臺(tái)上（溫度預(yù)置），兩個(gè)氣動(dòng)的壓痕工具在封套上壓出永久的折痕。這一過程使得許多不同的材料都可用作封套，同時(shí)也保證了封套準(zhǔn)確地貼合。接下來，重要的部分就是書和封套放在一起，準(zhǔn)確的排列對(duì)齊。書的封面用分頁(yè)刀打開。然后，帶有定位片的傳送帶將書和封套送入機(jī)器。接著，成型桿將封套沿邊緣折起，滾輪將其壓合到位。折好以后，裝好護(hù)封的書一側(cè)朝下，書脊朝前，由傳送帶送至生產(chǎn)線的末端。而所有的這些過程都在一個(gè)集中的操作臺(tái)上設(shè)置及監(jiān)控。
圖1 輸紙臺(tái)自動(dòng)加入封套
使用電子凸輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)藕合
“Jack Plus ”的設(shè)備能力能達(dá)到60 本／min （不定）。Paltec 公司的機(jī)器可以處理厚度從10 ~80mm 的書，最大尺寸達(dá)到390×30 omm （長(zhǎng)×寬）。封套的尺寸最大可達(dá)900mm×390mm （封套打開時(shí)）。封套的材料可以是60~250g ／㎡重量的印刷用紙，其表面既可以是加工過的，也可以是未加工過的，或者是平滑的、貼箔的，甚至可以是織物。
該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)概念由8 個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器組成，上位半成品書的傳送系統(tǒng)、封套遞送部分、成品書和封套的傳送系統(tǒng)都應(yīng)用了伺服技術(shù)，并且通過電子凸輪使它們藕合在一起。三個(gè)傳送系統(tǒng)的同步是自了電子控制系統(tǒng)的主要任務(wù)之一。每個(gè)傳送系統(tǒng)的精確定位與其他系統(tǒng)都有密切的關(guān)系。每個(gè)系統(tǒng)的精確定位可以通過偏移量的應(yīng)用來改變。這是電子凸輪關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)。這使得書和封套的對(duì)齊過程可以精確地調(diào)節(jié)。Friese 說：“這樣就能做到封套貼合緊密，位置準(zhǔn)確，最終得到高質(zhì)量的圖書。”
規(guī)格變動(dòng)在不到2min 內(nèi)完成
由于Jack Plus 能適應(yīng)如此大的規(guī)格范圍，因此在很短的時(shí)間內(nèi)將整個(gè)機(jī)器調(diào)整到正確的規(guī)格就顯得非常重要。
當(dāng)機(jī)器集成在生產(chǎn)線上以后，隨著批量大小的變化，快速的切換時(shí)間變得更加重要，重新設(shè)置封套包裝機(jī)的時(shí)間決不能比設(shè)置生產(chǎn)線上其他機(jī)器所需的時(shí)間更長(zhǎng)。為完成當(dāng)前任務(wù)而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)所作的設(shè)置工作通過定位16 個(gè)可調(diào)節(jié)軸來實(shí)現(xiàn)。軸自動(dòng)運(yùn)行到預(yù)期位置的動(dòng)作可以分別或同時(shí)進(jìn)行。
書和封套的外形尺寸可以通過測(cè)量一本書得到，而后手動(dòng)輸入圖形式用戶界面，或者直接載人前一批次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。尺寸數(shù)據(jù)也可以從生產(chǎn)線上的前一工序或中央控制臺(tái)得到。
圖2 輸入書和封套的尺寸后，機(jī)器在不到2min的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)設(shè)置規(guī)格
包含所有機(jī)器功能的圖形式用戶界面
對(duì)于現(xiàn)代的圖書生產(chǎn)來說，機(jī)器必備的特性之一就是能夠在操作面板上用清晰的彩色圖文形式表示大部分的自動(dòng)規(guī)格轉(zhuǎn)換。機(jī)器的操作人員在圖形式用戶界面的幫助下控制所有的機(jī)器功能。圖文顯示系統(tǒng)清晰地顯示出機(jī)器各個(gè)部分的狀況。甚至有可能對(duì)每一個(gè)軸進(jìn)行單獨(dú)的或統(tǒng)一的修正。Thomas Friese 強(qiáng)調(diào)：“尤其需要指出的是多軸修正。只需一個(gè)定位命令就可以對(duì)5 個(gè)軸一起調(diào)整，從而完成了對(duì)書脊標(biāo)題位置的快速優(yōu)化定位。”
Ulrich schlegel 談到方案的選擇時(shí)說：“對(duì)許多設(shè)備來說，規(guī)格的變化仍然是通過機(jī)械式手動(dòng)輪調(diào)整的。我們特意選擇了自動(dòng)化的方案。有了詳細(xì)的幫助診斷和維護(hù)功能的輔助，在中央平臺(tái)上清晰而簡(jiǎn)單地操作對(duì)于機(jī)器操作人員來說是一個(gè)很受歡迎的改進(jìn)。”
這一自動(dòng)化的圖書包封設(shè)備是通過中央操作面板上的記錄來設(shè)置和操作的。對(duì)設(shè)備的交互式操作通過彩色觸摸屏和貝加萊PR0VIT5000 工控機(jī)實(shí)現(xiàn)。工控機(jī)位于開關(guān)柜中，通過RS485 接口直接與B&R 2005 CPU 模塊連接。CPU 模塊也兼有CAN網(wǎng)絡(luò)配置的主站作用。在系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，單個(gè)功能組的模塊化是一個(gè)永遠(yuǎn)的前提。
B&R 2OO3 系列用于計(jì)時(shí)、遞紙和計(jì)數(shù)平臺(tái)的遠(yuǎn)程I/O 操作，與中央控制器分開放置。另外6 個(gè)變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器通過CAN 總線連接完成多種運(yùn)動(dòng)任務(wù)。CAN 接口還可以用來與過程控制工作站或其他圖書生產(chǎn)設(shè)備建立連接。
Jack Plus 的自動(dòng)化概念采用了基于貝加萊高性能PCC （可編程計(jì)算機(jī)控制器）的分布式模塊化控制結(jié)構(gòu)以及貝加萊Automation SoftwareTM 組件：B&R Autornation StudioTM 與PVI 。它充分吸收了國(guó)際上圖書生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，增加了清晰的功能原理和高速自動(dòng)規(guī)格切換的特點(diǎn)。這些都是CAN 總線連接給中央控制平合帶來的優(yōu)勢(shì)。用于遠(yuǎn)程診斷的Modem 連接也是這些設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置。
Schlegel 還以一個(gè)自動(dòng)化工程師的身份表達(dá)了另一個(gè)重要的觀點(diǎn)：“當(dāng)我們以富于競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格從貝加萊公司得到所要的高速自動(dòng)化模塊的同時(shí)，我們還得到了優(yōu)秀的技術(shù)支持。”
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