過程檢測成就數(shù)字印刷

2023 年，中共中央、國務院印發(fā)《數(shù)字中國建設整體布局規(guī)劃》，其中提出，到 2025 年，基本形成橫向打通、縱向貫通、協(xié)調(diào)有力的一體化推進格局，數(shù)字中國取得重要進展；到 2035 年，數(shù)字化發(fā)展水平進入世界前列，數(shù)字中國建設取得重大成就。隨著我國印刷業(yè)近年來的飛速發(fā)展，一些新的行業(yè)困境展現(xiàn)在了我們面前。

北京華夏視科技術(shù)股份有限公司高級產(chǎn)品經(jīng)理姜永泉

北京華夏視科技術(shù)股份有限公司（簡稱“華夏視科”）是國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，國家高新技術(shù)企業(yè)，同時也是北京市新技術(shù)新產(chǎn)品（服務）企業(yè)，業(yè)務領(lǐng)域涉及光學、圖像算法、計算機軟件、機械設計、自動化、人工智能、大數(shù)據(jù)等 10 個專業(yè)。公司在實現(xiàn)國產(chǎn)化方面不斷努力，目前已獲得 50 項國家專利及 60 項軟件著作權(quán)。作為“國家印刷業(yè)數(shù)字化發(fā)展改革試點單位”，華夏視科始終在積極探索印刷行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的數(shù)字化、智能化發(fā)展之路上奮力前行，構(gòu)建了印刷質(zhì)量數(shù)字化分析與決策系統(tǒng)，極大地滿足了印刷企業(yè)質(zhì)量管理的需求。

印刷質(zhì)量數(shù)字化分析與決策系統(tǒng)

印刷質(zhì)量數(shù)字化分析與決策系統(tǒng)是以實現(xiàn)印刷質(zhì)量數(shù)字化管控為目標，以印刷機檢測設備數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，以質(zhì)量數(shù)據(jù)分析為手段，應用人工智能技術(shù)，實現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)及色彩數(shù)據(jù)的精準分類，通過分析給出缺陷產(chǎn)生的原因及解決方法，并通過質(zhì)量評分進行質(zhì)量績效考核，從而形成的一整套質(zhì)量管控改進及評價系統(tǒng)。

圖 1 印刷質(zhì)量分析與決策系統(tǒng)

如圖 1 所示，印刷質(zhì)量分析與決策系統(tǒng)按照功能分為 5 個層次，即現(xiàn)場層、數(shù)據(jù)層、連接層、操作層和管理層構(gòu)成科學先進的檢測技術(shù)貫穿印前對版、印刷過程、印后及終檢全流程。

1. 軟件系統(tǒng)

（1）缺陷數(shù)據(jù)軟件

通過相機等圖像采集后，經(jīng)過深度學習等智能算法，對缺陷進行識別、分類，再進一步分析引起缺陷產(chǎn)生的原因，從而指引現(xiàn)場進行相應的處理，再通過收集回饋信息，進一步對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行完善。缺陷數(shù)據(jù)軟件的應用可極大地減少對操作員經(jīng)驗的依賴?，F(xiàn)場印刷品產(chǎn)生紙毛后，如判斷紙毛位于橡皮布上，提醒現(xiàn)場操作人員，清洗橡皮布。進一步對紙毛產(chǎn)生的原因進行環(huán)比，是此類紙張反復出現(xiàn)紙毛問題，還是其他紙張也同樣反復出現(xiàn)，再進一步判斷是紙張問題，還是油墨問題等，通過同一工單不同時間段的數(shù)據(jù)分析，來判斷油墨印刷過程中是否因快慢干、水墨平衡等原因?qū)е铝擞湍榛?、粘度增大等問題，從而衍生紙毛增加。

（2）顏色數(shù)據(jù)軟件

通過相機、分光光度計等硬件，采集印刷樣張整幅密度、網(wǎng)點、疊印以及光譜等顏色數(shù)據(jù)，進一步分析印刷縱向的串墨、下墨均勻性、壓力均勻性、版頭版尾墨色差異程度等，為現(xiàn)場生產(chǎn)提供調(diào)整依據(jù)，再通過大數(shù)據(jù)的分析，進一步對原材料穩(wěn)定性、設備穩(wěn)定性、維護保養(yǎng)、人員技能等進行環(huán)比，提供運營管理的決策依據(jù)。

（3）過程分析及質(zhì)量管理系統(tǒng)

1）統(tǒng)計報表

以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，結(jié)合大數(shù)據(jù)處理、深度學習、通用大模型等技術(shù)，將分析結(jié)果以統(tǒng)計報表的方式呈現(xiàn)出來，不僅有統(tǒng)計數(shù)據(jù)，同時還可以生成基于大數(shù)據(jù)和工藝等的質(zhì)量問題報告、質(zhì)量改善方案和持續(xù)改進建議，幫助企業(yè)在質(zhì)量管理上實現(xiàn)從“平面”到“立體”的提升。

①訂單維度：訂單的橫縱向比較，比如同一客戶的訂單質(zhì)量投訴占比、質(zhì)量事故損失、同一質(zhì)量問題的頻率等。

②班組維度：以機長為核心的現(xiàn)場質(zhì)量管理，分析同一班組、不同班組之間，同一工單、同一紙張的質(zhì)量數(shù)據(jù)。

③機臺維度：以設備 TPM 為核心的現(xiàn)場質(zhì)量管理，大保養(yǎng)、周保養(yǎng)等設備維護頻率、維修停機時長、頻率等。

④批次維度：同一工單，不同生產(chǎn)批次之間的質(zhì)量數(shù)據(jù)縱向分析，在原材料和工藝因素之外，增加環(huán)境、人員技能等因素對質(zhì)量的影響。

⑤工藝維度：工藝的縱向數(shù)據(jù)分析，分為新工藝測試、試產(chǎn)及成熟工藝的連續(xù)性生產(chǎn)質(zhì)量分析。

⑥原材料維度：原材料的橫向、縱向分析數(shù)據(jù)，同一紙張、油墨，不同批次之間的技術(shù)指標數(shù)據(jù)、現(xiàn)場質(zhì)量數(shù)據(jù)等。

2）質(zhì)量評級

質(zhì)量評級由質(zhì)量評分和分級管理兩部分組成。

①質(zhì)量評分：以質(zhì)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對現(xiàn)場產(chǎn)品、設備、過程控制、人員技能等進行打分。

②分級管理：以質(zhì)量分數(shù)為主要依據(jù)，其他因素為次要依據(jù)，進行質(zhì)量的分級管理，從而確保重要客戶、重要產(chǎn)品的質(zhì)量可控。

3）工廠管理

通過質(zhì)量評級等量化管理手段可為工廠帶來不同維度的管理方式，具體內(nèi)容包括：

①績效目標：質(zhì)量成本、質(zhì)量頻次、重大質(zhì)量問題、批次質(zhì)量事故。

②質(zhì)量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)采集、缺陷分類、數(shù)據(jù)分析。

③質(zhì)量評級：質(zhì)量評分、分級管理。

④工廠管理：工單質(zhì)量、設備TPM、人員技能、原材料、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝改善。

2. 質(zhì)量數(shù)采主要設備

華夏視科的質(zhì)量數(shù)采設備主要有對版軟件、離線檢測與在線檢測設備、膠印圖像離線檢測系統(tǒng)、單張膠印在線檢測系統(tǒng)、卷筒膠印在線檢測系統(tǒng)等。

（1）對版軟件

1）正確傳遞：包括出版社與印刷廠間的樣書與電子文件；設計公司與品牌商間的數(shù)碼樣與電子文件。

2）正確制作：在文件多次修改或文件拼版等情況下，通過軟件進行檢查可保證文件的準確性、一致性，從而規(guī)避人工操作可能出現(xiàn)的問題。

3）正確 RIP：RIP 軟件的應用為對版難點所在，仍需不斷解決改善，究其原因有以下幾個方面：漢字的特殊性；國內(nèi) RIP 的復雜性；包裝設計文件的復雜性；設計師與印刷工藝的斷層。

（2）離線檢測與在線檢測設備

1）離線檢測：離線檢測設備檢測精度高，可定量發(fā)現(xiàn)缺陷，尤其可減少連續(xù)廢和嚴重廢。華夏視科的離線檢測系統(tǒng)檢測精度可達0.06mm，首先通過首檢功能，檢查印刷品和電子文件，以完全保證印刷品與文件的一致，然后進行過程抽檢、色差檢測，可控制過程中的數(shù)據(jù)。抽檢過程需要人工完成。

離線檢測主要應用于：信息量大的圖書、期刊；高質(zhì)量的主題出版物、中小學教材教輔等；難識讀、字號小的文字及外文、少數(shù)民族文字等。

2）在線檢測：相比離線檢測抽檢過程需人工完成，在線檢測不論是輪轉(zhuǎn)印刷機在線檢測，還是單張紙印刷機在線檢測，均可實現(xiàn)每張100% 的檢測。

（3）膠印圖像離線檢測系統(tǒng)：定量檢測印刷產(chǎn)品中存在的缺陷或者印刷精度的一款設備。本設備從印刷前的拼版開始進行檢測監(jiān)督，避免由于印版瑕疵或者橡皮布的表面不潔而導致的印刷產(chǎn)品整批報廢。

1）產(chǎn)品功能

①首檢功能：采用 PDF 文件模板，杜絕因印版問題造成的連續(xù)廢。

②抽樣檢測：采用標準樣建模，檢測印刷過程缺陷。

③色差檢測：對印品進行全幅色差檢測。

2）產(chǎn)品亮點

①智能建模：快速建模，模板可重復使用。

②自適應吸風：自適應調(diào)整，平整吸附不同厚度、大小紙張。

③低耗節(jié)能：風泵額定功率僅為 850W，是同類產(chǎn)品的 30%。

④雙相機：減少邊緣畸變，提高傳遞函數(shù)，圖像均勻性佳。

⑤鑄件基座：鑄件穩(wěn)定性好，精度可保持 10 年以上。

⑥自主研發(fā)：具有發(fā)明專利及軟件著作權(quán)。

圖 2 單張膠印在線檢測系統(tǒng)

（4）單張膠印在線檢測系統(tǒng)華夏視科自主研發(fā)的智能在線檢測系統(tǒng)（如圖 2 所示），可實時100% 檢測印刷缺陷，防止連續(xù)廢及嚴重廢。其功能特點如下：

1）雙相機成像系統(tǒng)，成像精度 高。 減 少 邊 緣 畸 變， 提 高 傳 遞函 數(shù)， 圖 像 均 勻 性 佳； 分 辨 率 在0.09 ～ 0.12mm 間可調(diào)。

2） 檢 測 速 度 快： 可 快 速 建立產(chǎn)品質(zhì)量檢測標準模板，大大縮短檢測前的準備時間；可滿足15000pcs/h 以上的速度。

3）自備吹風風泵，功率僅為600W。

4）檢測數(shù)據(jù)可分析：廢品處理可采用聲光報警、插標、噴碼等方式；檢測數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，可與“印刷質(zhì)量分析與決策系統(tǒng)”對接，可推送給 MES/ERP 等。

5）雙屏顯示：主屏顯示實時檢測結(jié)果；副屏實時顯示靜止畫面，靜止畫面為當前印刷品全幅圖像。

（5）卷筒膠印在線檢測系統(tǒng)

圖 3 卷筒膠印在線檢測系統(tǒng)

該系統(tǒng)適用于各種國產(chǎn)及進口書刊輪轉(zhuǎn)印刷機，如圖 3 所示。其功能特點如下：

1）高速高效：檢測速度可以達到 45000 張 /h。

2）檢測工位：正背雙工位設計，實現(xiàn)兩面同時檢測。

3）免維護：安裝位置及相機安裝采用平視或俯視方式，并加裝防塵護罩，以保證系統(tǒng)做到免維護。

4）廢品處理：廢品處理采用聲光報警、噴標、自動剔廢等方式。

5）建模：無需建模，自動選取定位核。

6）雙屏顯示：主屏實時顯示檢測結(jié)果，副屏實時顯示靜止畫面，靜止畫面為當前印刷品全幅圖像。

7）檢測數(shù)據(jù)：檢測數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，可與“印刷質(zhì)量分析與決策系統(tǒng)”對接，可推送給 MES/ERP 等。

數(shù)字看印刷

1. 我國數(shù)字化管理水平現(xiàn)狀

如今，數(shù)字中國已不僅是一個規(guī)劃，據(jù)工業(yè)和信息化部 2022 年 9月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前我國規(guī)上工業(yè)企業(yè)研發(fā)設計數(shù)字化工具的使用率達到 55.7%，生產(chǎn)設備數(shù)字化水平持續(xù)提升，關(guān)鍵工序數(shù)控率達75.1%，數(shù)字化管理比例達 68.1%。

2. 我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀宏觀數(shù)據(jù)顯示，我國數(shù)字經(jīng)濟同樣呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢：2020 年數(shù)字經(jīng)濟核心產(chǎn)業(yè)增加值占 GDP 比重達 7.8%，數(shù)字經(jīng)濟總量居世界第二位；2023 年上半年，北京數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展提速，實現(xiàn)增加值 9180.5億元，其中數(shù)字經(jīng)濟核心產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)增加值 5565.1 億元，增長 10.9%，占數(shù)字經(jīng)濟增加值的比重超過 6%。由此可見，數(shù)字經(jīng)濟的未來發(fā)展也可被看作是我國的經(jīng)濟發(fā)展實現(xiàn)“彎道超車”的重要契機。

圖 4 我國印刷業(yè)營收利潤與成本對比

3. 印刷業(yè)營收利潤、成本現(xiàn)狀隨著數(shù)字化發(fā)展的逐步推進，我國印刷企業(yè)的利潤、經(jīng)營成本也發(fā)生了一些變化（如圖 4 所示），印刷企業(yè)每百元營收成本呈現(xiàn)逐步上 升 趨 勢， 即 便 增 長 較 為 緩 慢。2019 年、2020 年，由于疫情等特殊因素的影響以及印刷企業(yè)工價的調(diào)整，該趨勢略微下滑，但整體仍保持上升態(tài)勢。相較而言，利潤率則呈現(xiàn)下降趨勢。

2022 年，國家新聞出版署通報的“3·15”抽查合格率結(jié)果顯示：印制單冊質(zhì)量合格率為 99.4%, 印制批質(zhì)量合格率為 98.3%。此數(shù)據(jù)為抽取黨政、主題出版物以及中小學教材等高質(zhì)量產(chǎn)品的調(diào)查數(shù)據(jù)。根據(jù)中宣部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021 年出版物營收額為 22119.5 億元，印刷規(guī)上企業(yè)營收額為 7645 億元。按以上數(shù)據(jù)計算，印刷企業(yè)質(zhì)量損失高達 100 ～ 400 億元，可以說是一筆很大的數(shù)目。

4. 現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展面臨的困境隨著我國印刷業(yè)近年來的飛速發(fā)展，一些新的行業(yè)困境也展現(xiàn)在我們面前。首先是人口結(jié)構(gòu)變化帶來的影響。隨著人口紅利的消退，人口老齡化問題也愈發(fā)凸顯。其次，用工成本上升，專業(yè)性、復合型人才長期短缺。我們發(fā)現(xiàn)，在企業(yè)里不僅是操作員這種基礎(chǔ)員工存在招工難的問題，就是想在企業(yè)里培養(yǎng)一個專業(yè)性、復合型人才也十分困難。這也意味著，未來專業(yè)性、復合型人才面臨斷檔的可能性。

5. 先進技術(shù)助推印刷企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型隨著數(shù)字化、智能化改造的深入推進，我國印刷產(chǎn)業(yè)的整體實力顯著提升。如何改變行業(yè)現(xiàn)狀，用先進技術(shù)降低成本，向效率要效益，正在成為越來越多的企業(yè)所思考的重點。華夏視科提出的以機器視覺為基礎(chǔ)的工業(yè)質(zhì)檢手段來替代傳統(tǒng)人工目視檢查的質(zhì)檢方法，成為了幫助印刷企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要手段之一。

（本文根據(jù)“2023 中國印工協(xié)印刷行業(yè)軟件應用技術(shù)峰會”的演講實錄編輯整理）