機器功能的圖形化
——圖書(shū)制作的新趨勢
在萊比錫，工程領(lǐng)域的兩家企業(yè)僅用15 個(gè)月就開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出了一套全新的圖書(shū)包封設備。這一革新性的圖書(shū)生產(chǎn)系統不僅提供了優(yōu)異的圖形式用戶(hù)向導，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程PCC 網(wǎng)絡(luò )以及基于PC 平臺的圖文顯示系統。
當你購買(mǎi)暢銷(xiāo)圖書(shū)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封。也許你會(huì )認為在硬質(zhì)封面的外面包上護封是一件很簡(jiǎn)單的事情。其實(shí)，整個(gè)過(guò)程并不簡(jiǎn)單。
給精裝書(shū)的硬質(zhì)封面再加一個(gè)護封
從最初的設計到第一臺產(chǎn)品下線(xiàn)
在全新的萊比錫工業(yè)區中，Paltec 機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)相當年輕的公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)出了一種名為“Jack Plus ”的新型圖書(shū)包封設備。通常開(kāi)發(fā)過(guò)程總是需要很長(cháng)一段時(shí)間，而該設備的開(kāi)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？該公司是德國圖書(shū)科技集團的成員之一，該集團專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)和提供應用于書(shū)刊裝幀領(lǐng)域的全套生產(chǎn)線(xiàn)。
兩位大學(xué)畢業(yè)的工程師分別是Thomas Friese 設備制造專(zhuān)家、現任公司經(jīng)理，以及Ulrich Schlegel 自動(dòng)化工程師。1997 年4 月，在Paltec 公司準備建立萊比錫分廠(chǎng)時(shí)，他們接受了開(kāi)發(fā)圖書(shū)包封設備的任務(wù)。
現在Paltec 公司的新設備已經(jīng)成功地采用了圖書(shū)包封機器。不只是在德國，最近的18 個(gè)月里，Jack Plus 設備已經(jīng)在許多國家的圖書(shū)生產(chǎn)廠(chǎng)中投人使用，如法國、意大利、丹麥、奧地利，甚至在美國也有。象Bertelsmann 這樣大型的知名公司也已成為其長(cháng)期客戶(hù)。
準確、貼合的圖書(shū)封套這一設備功能是在新書(shū)的硬質(zhì)封面外放置松緊適當、位置準確的護套。在圖書(shū)生產(chǎn)線(xiàn)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)特殊的計時(shí)單元來(lái)區分不斷送入的圖書(shū)，將它們以書(shū)脊朝下的形式按照設定的速度分別送人系統中，并使它們與機器的運轉同步。在輸紙臺，用吸氣皮碗將封套從下方紙堆分離出來(lái)。這樣就保證了封套可以連續地添加。經(jīng)過(guò)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。在預熱的壓痕臺上（溫度預置），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(guò)程使得許多不同的材料都可用作封套，同時(shí)也保證了封套準確地貼合。接下來(lái)，重要的部分就是書(shū)和封套放在一起，準確的排列對齊。書(shū)的封面用分頁(yè)刀打開(kāi)。然后，帶有定位片的傳送帶將書(shū)和封套送入機器。接著(zhù)，成型桿將封套沿邊緣折起，滾輪將其壓合到位。折好以后，裝好護封的書(shū)一側朝下，書(shū)脊朝前，由傳送帶送至生產(chǎn)線(xiàn)的末端。而所有的這些過(guò)程都在一個(gè)集中的操作臺上設置及監控。
圖1 輸紙臺自動(dòng)加入封套
使用電子凸輪進(jìn)行驅動(dòng)藕合
“Jack Plus ”的設備能力能達到60 本／min （不定）。Paltec 公司的機器可以處理厚度從10 ~80mm 的書(shū)，最大尺寸達到390×30 omm （長(cháng)×寬）。封套的尺寸最大可達900mm×390mm （封套打開(kāi)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(guò)的，也可以是未加工過(guò)的，或者是平滑的、貼箔的，甚至可以是織物。
該設備的驅動(dòng)概念由8 個(gè)獨立的驅動(dòng)器組成，上位半成品書(shū)的傳送系統、封套遞送部分、成品書(shū)和封套的傳送系統都應用了伺服技術(shù)，并且通過(guò)電子凸輪使它們藕合在一起。三個(gè)傳送系統的同步是自了電子控制系統的主要任務(wù)之一。每個(gè)傳送系統的精確定位與其他系統都有密切的關(guān)系。每個(gè)系統的精確定位可以通過(guò)偏移量的應用來(lái)改變。這是電子凸輪關(guān)鍵的優(yōu)勢。這使得書(shū)和封套的對齊過(guò)程可以精確地調節。Friese 說(shuō)：“這樣就能做到封套貼合緊密，位置準確，最終得到高質(zhì)量的圖書(shū)?！?
規格變動(dòng)在不到2min 內完成
由于Jack Plus 能適應如此大的規格范圍，因此在很短的時(shí)間內將整個(gè)機器調整到正確的規格就顯得非常重要。
當機器集成在生產(chǎn)線(xiàn)上以后，隨著(zhù)批量大小的變化，快速的切換時(shí)間變得更加重要，重新設置封套包裝機的時(shí)間決不能比設置生產(chǎn)線(xiàn)上其他機器所需的時(shí)間更長(cháng)。為完成當前任務(wù)而對整個(gè)系統所作的設置工作通過(guò)定位16 個(gè)可調節軸來(lái)實(shí)現。軸自動(dòng)運行到預期位置的動(dòng)作可以分別或同時(shí)進(jìn)行。
書(shū)和封套的外形尺寸可以通過(guò)測量一本書(shū)得到，而后手動(dòng)輸入圖形式用戶(hù)界面，或者直接載人前一批次的生產(chǎn)數據。尺寸數據也可以從生產(chǎn)線(xiàn)上的前一工序或中央控制臺得到。
圖2 輸入書(shū)和封套的尺寸后，機器在不到2min的時(shí)間內自動(dòng)設置規格
包含所有機器功能的圖形式用戶(hù)界面
對于現代的圖書(shū)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，機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)規格轉換。機器的操作人員在圖形式用戶(hù)界面的幫助下控制所有的機器功能。圖文顯示系統清晰地顯示出機器各個(gè)部分的狀況。甚至有可能對每一個(gè)軸進(jìn)行單獨的或統一的修正。Thomas Friese 強調：“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5 個(gè)軸一起調整，從而完成了對書(shū)脊標題位置的快速優(yōu)化定位?！?
Ulrich schlegel 談到方案的選擇時(shí)說(shuō)：“對許多設備來(lái)說(shuō)，規格的變化仍然是通過(guò)機械式手動(dòng)輪調整的。我們特意選擇了自動(dòng)化的方案。有了詳細的幫助診斷和維護功能的輔助，在中央平臺上清晰而簡(jiǎn)單地操作對于機器操作人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)很受歡迎的改進(jìn)?！?
這一自動(dòng)化的圖書(shū)包封設備是通過(guò)中央操作面板上的記錄來(lái)設置和操作的。對設備的交互式操作通過(guò)彩色觸摸屏和貝加萊PR0VIT5000 工控機實(shí)現。工控機位于開(kāi)關(guān)柜中，通過(guò)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。在系統的構建過(guò)程中，單個(gè)功能組的模塊化是一個(gè)永遠的前提。
B&R 2OO3 系列用于計時(shí)、遞紙和計數平臺的遠程I/O 操作，與中央控制器分開(kāi)放置。另外6 個(gè)變頻器和伺服驅動(dòng)器通過(guò)CAN 總線(xiàn)連接完成多種運動(dòng)任務(wù)。CAN 接口還可以用來(lái)與過(guò)程控制工作站或其他圖書(shū)生產(chǎn)設備建立連接。
Jack Plus 的自動(dòng)化概念采用了基于貝加萊高性能PCC （可編程計算機控制器）的分布式模塊化控制結構以及貝加萊Automation SoftwareTM 組件：B&R Autornation StudioTM 與PVI 。它充分吸收了國際上圖書(shū)生產(chǎn)設備的優(yōu)點(diǎn)，增加了清晰的功能原理和高速自動(dòng)規格切換的特點(diǎn)。這些都是CAN 總線(xiàn)連接給中央控制平合帶來(lái)的優(yōu)勢。用于遠程診斷的Modem 連接也是這些設備的標準配置。
Schlegel 還以一個(gè)自動(dòng)化工程師的身份表達了另一個(gè)重要的觀(guān)點(diǎn)：“當我們以富于競爭力的價(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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