Особенности моделирования и оценки эффективности современных линий послепечатного и отделочного производства

Особенности моделирования и оценки эффективности современных линий послепечатного и отделочного производства

О.А. Винокурова,

к.т.н., доцент кафедры АПП

Длительное время основным направлением развития полиграфического производства было совершенствование допечатных процессов, как наиболее подверженных человеческому фактору, и автоматизация печатного производства. Но сегодня существенные изменения происходят и в такой традиционно консервативной области, как бро-шюровочно-переплетные процессы. Эти изменения, прежде всего, касаются внедрения новых систем управления послепечатным оборудованием и их интеграции в цифровой рабочий поток. Важными тенденциями развития послепечатного оборудования являются также повышение производительности и растущая специализация техники.

В области брошюровочно-переплетных процессов наблюдаются следующие тенденции [4]:

- внедрение цифровых систем управления и универсальных форматов обмена данными, которые позволяют сократить время наладки машин и простоев оборудования;

- повышение степени автоматизации машин, что снижает время настройки оборудования и уменьшает влияние на технологический процесс человеческого фактора;

- расширение технологических возможностей оборудования;

- появление новых видов вспомогательных машин, заменяющих ручной труд, например упаковочных;

- активное внедрение поточных линий и гибких производственных систем;

- использование систем контроля качества, работающих в реальном времени;

- расширение и улучшение сервисного обслуживания, в том числе дистанционного;

- средние размеры тиражей постоянно снижаются, количество малых и средних тиражей растет, около 70% изданий выпускается тиражами от 500 до 5000 экземпляров [2];

- одновременно отмечается увеличение количества наименований, о чем свидетельствуют книжные ярмарки;

- развитие цифровой печати, способствующее разработке систем для эффективной послепечатной обработки «по требованию».

Поэтому к производству печатной продукции предъявляются новые требования, например, требование о сокращении подготовительного времени производства для обеспечения более коротких сроков изготовления, минимального складского хозяйства с минимальными запасами для снижения расходов и использования имеющихся данных с возможностью актуализации и индивидуализации информации. Для того чтобы малые тиражи были рентабельными, необходима автоматизация, единство печати и послепечатной обработки, а также новые формы организации и рабочих процессов, какой является форма печатания персонализированных изданий [2].

Рис. 1. Объем розничных продаж печати по запросу [3]

Издание по требованию включает в себя отвечающее спросу производство печатной продукции по требованию, начиная с обработки информации, печати (печатание по требованию) до получения готовой продукции (переплет и отделка по требованию) с использованием цифровых данных и цифровых способов печати [2].

Особенности выполнения брошюровочно-переплетных работ по требованию характеризуются:

- короткими сроками изготовления продукции, благодаря подключению агрегатов для послепечатной обработки к печатной секции, предварительному изготовлению переплетов и их хранению на складе;

- простой запрашиваемой продукции - преимущественное производство брошюр, низкая степень оснастки;

- малыми тиражами и отдельными экземплярами, приводящими к ограниченности формата и толщины блоков (нескольких стандартных форматов), ограничению в выборе материала для отделки, требованию к наладке агрегатов без выпуска дефектных оттисков или макулатуры;

- снижением качества при обработке бумаги и при использовании продукции из-за ее повышенной сухости;

- поочередной печатью и послепечатной обработкой различных форматов;

- ограничением качества из-за использования слишком сухой бумаги и использования простых малых машин;

- частичным отклонением от традиционной технологической последовательности и отсутствием необходимости в подборке;

- низкой производительностью.

Благодаря непрерывному цифровому информационному потоку и отсутствию процессов изготовления печатных форм в традиционном смысле выпуск издательской продукции по требованию обеспечивает высокую актуальность. Короткие сроки изготовления печатной продукции требуют проведения брошюровочно-переплетной обработки в короткие сроки.

Высокая рентабельность и быстрота изготовления достигаются, если агрегаты для послепечатной обработки подключены непосредственно к печатной машине, т. е. осуществляется поточное производство с выполнением печатных и брошюровочно-переплетных процессов. Все необходимые параметры печати и брошюровочно-пе-реплетной обработки могут устанавливаться предварительно.

Примером может служить соединение цифровой печатной секции с проволокошвейным агрегатом, машиной для клеевого скрепления или специализированной ниткошвейной машиной.

Для того чтобы современное брошюровочно-переплетное оборудование могло быть свободно интегрировано в системы управ-

ления с другими видами полиграфических машин, различают принципы подключения производственных модулей и различные виды связей между технологическими модулями линий [2].

По аналогии с системами управления различают последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение модулей в линию.

Связь, характеризующая зависимость отдельных модулей линии между собой, может либо отсутствовать (быть разомкнутой), либо быть свободной (малые склады и накопители, производящие передачу частей изделия от модуля к модулю), либо быть жесткой и осуществлять прямую передачу от модуля к модулю. Примером могут служить ниткошвейные линии, например, линия Multiplex SA, состоящая из листоподборочной машины МХ и ниткошвейных автоматов Aster с автоматической подачей подобранных блоков на шитье.

Исследование поточного переплетно-брошюровочного производства показывает, что технологические цепочки совмещают различные принципы подключения модулей и связей [2]. Например, последовательно подключенные модули с разомкнутой связью (несопряженный режим работы), параллельно подключенные агрегаты, могут не иметь связей (ниткошвейные машины с промежуточными складскими помещениями), тогда как обжимные прессы на поточной линии изготовления книг обладают жесткой связью.

Очевидно, что подобная структура связей и принципов подключения [2] существенно влияют на методы моделирования производственных процессов и управленческих ситуаций. Свободные связи позволяют говорить о стохастическом и вероятностном моделировании, а жестко связанные модули характеризуются детерминированными показателями. Наличие соответствующих принципов подключения модулей в поточную линию существенно влияет на создание графов состояний при вероятностном моделировании или блочной структуры при моделировании имитационном.

К параметрам связи технологических модулей в переплет-но-брошюровочном производстве относятся характеристики времени: плановое время на техническое обслуживание tTO, среднее (ориентировочное) время на ремонт модуля t, прочее время отказов модуля, среднее время наладки или приладки на заказ tH, среднее время отказов, которое обусловлено техническими причинами, и характеристики производительности: максимальная номинальная производительность Пн, реальная номинальная производительность Пр, время простоев при устранении остановов t [2].

г простоя L J

В качестве показателя эффективности функционирования производственного модуля используется действительная или фактическая производительность, учитывающая время простоев при устранении остановов, реальные производственные условия и специфику заказа:

Пф = Пр-(60-¿ПроСТоя).

Следует учитывать, что обычно реальная номинальная производительность Пр берется в 80%-ном отношении от максимальной номинальной производительности Пн. Время простоя модуля ^простоя зависит от средней интенсивности потока отказов X, среднего времени устранения отказа tъ, среднего времени между отказами (наработка на отказ) toJк, являющиеся случайными характеристиками:

t _ 60 ^

или

простоя . .

ts ^ ^отк

t = X-t

простое в'

Послепечатная обработка изданий является заключительной стадией производства полиграфической продукции, прежде чем изделие выйдет в свет.

Послепечатная обработка заключается в резке отпечатанного тиража, подборке, фальцовке и скреплении листовых изделий (таких, как книги, брошюры, журналы, каталоги и пр.), ламинировании, фольгировании, биговке, сборке перекидных календарей, а также упаковке уже готовой продукции и складировании.

Надежность современного переплетно-брошюровочного и отделочного оборудования можно охарактеризовать различными типами отказов. Это могут быть и отказы механических узлов, отказы электрики и электронных устройств, могут наступить непроизводственные простои, обусловленные выполнением технологических настроек и поверок.

Таблица 1

Математическое описание процессов отказа

и восстановления оборудования

Наименование оборудования, операции Аппроксимирующий закон распределения, Ттт' 4 Среднее значение, математическое ожидание tB, ч Разброс, дисперсия D, ч2

Швейная линия «Multiplex», восстановление, устранение сбоев Смещенный показательный, Парето, 0,3 1,05 2,17

Клеевое бесшвейное скрепление «Bolero», восстановление, устранение сбоев Смещенный показательный, Парето, 0,1 1,08 1,46

Обжимной пресс «PE-312», восстановление, устранение сбоев Смещенный показательный, Парето, 0,2 1,21 2,63

Рис. 2. Ниткошвейная линия «Multiplex SA»

Multiplex SA - суперавтоматическая версия наиболее популярной на рынке ниткошвейной линии Multiplex фирмы MECCANOTECNICA [7]. Данная линия устанавливает стандарты среди автоматических линий в эффективности, надежности и простоте использования.

Линия Multiplex SA состоит из листоподборочной машины МХ и до трех ниткошвейных автоматов Aster с автоматической подачей подобранных блоков на шитье. Для комплектации линии могут использоваться автоматы Aster 180, Aster 220C или Aster 220 SA для стандартных либо увеличенных форматов.

Благодаря модульному построению линия Multiplex SA может изготавливаться в соответствии с производственной необходимостью и доступными площадями каждого заказчика. При необходимости линия может быть дооснащена дополнительными листоподборочны-ми модулями и ниткошвейными автоматами.

Технические характеристики:

- механическая скорость: до 180/200/220 циклов/мин;

- механическая скорость листоподборочной машины МХ: до 100 циклов/мин;

- количество станций самонаклада: 6-36;

- формат тетради от 100 х 150 мм до 320 х 420 мм.

Рассмотрим характер отказов швейной линии «Multiplex»:

НШ № 2 - настройка, регулировка распределителя, НШ № 1 -

замена шибера, крючка, НШ № 2 - замена шибера, чистка транспортных валиков, регулировка муфты, сброс ошибки № 33, НШ № 3, 1 - замена неисправных болтов шибера, НШ № 1 - чистка датчиков, изготовление пассиков ускоряющего ролика, регулировка механизмов раскрытия тет-

радей, проверка работы камер, чистка компрессора, забив тетрадей -настройка, ремонт педалей ЛП, чистка механизма установки формата, механизма распределителя каналов, настройка ЛП, деформированы детали ЛП - забивка продукцией, замена присосов, регулировка НШ № 2, посторонний стук НШ № 2 - проверка, натяжка транспортной цепи ЛП, замена подшипников распределителя, перезагрузка НШ № 3 (ошибка 331), НШ № 3 - проверка пускателя КМ 3, установка ремней Optibelt на передний упор, НШ № 1 - ремонт резьбовых соединений, регулировка крючков, регулировка раскрытия тетрадей (косая фальцовка), НШ № 3 - настройка, НШ № 2 - настройка, НШ № 1 - настройка, неисправен тормоз двигателя НШ № 3, замена, НШ № 1 - замена патрона крючка, ремонт сегментов гребенки, сброс ошибок, ремонт пускателей КМ11, КМ6001, чистка фильтров, регулировка НШ № 3, установка муфт тормоза НШ № 1.

Технические характеристики линии бесшвейного скрепления «Bolero» [6]:

- максимальный формат блока 310 х 434 мм;

- минимальный формат блока 100 х 140 мм;

- максимальный формат блока двойником 310 х 505 мм;

- максимальный формат изданий, имеющих обложку с клапаном 297 х 434 мм;

- толщина блока для изданий, имеющих обложку с клапаном 3-60 мм;

- ширина обложки в раскрытом виде 202-642 мм;

- механическая скорость 8000 тактов/час;

- разрезка двойников.

Рис. 3. Линия бесшвейного скрепления «Bolero»

Отказы и специфику ремонтных и настроечных работ для линии клеевого бесшвейного скрепления продукции «Bolero» можно охарактеризовать так: устранение перекоса обжимных планок, замена подшипника, очистка камеры и перезагрузка, устранение перекоса обжимных планок, регулировка фиксатора PUR-ванны, наладка, шторка стопоукладчика медленно закрывалась, регулировка датчиков, регулировки и наладки обжимных столов, ремонт термотоннеля, не грелся клей, ремонт самонаклада крышек, сбит датчик паллетайзера, регулировка прижима упаковки, правка направляющей стопоукладчика, проверка работы резальной, перескочил ремень подачи обложки, не устанавливался формат, референция направляющих упоров обложки, забив блока на резальной, заклинило привод, ванна не набирает температуру, осмотр, ввод корректирующих параметров, синхронизация цепи, не подает обложку, замена сработавшейся муфты, поиск причины скола по корешку на резальной, ошибка биндера, рихтовка направляющих, не включался паллетайзер, сбит датчик.

Рис. 4. Автоматическая вкладочно-швейно-резальная линия «Presto»

Автоматическая вкладочно-швейно-резальная линия «Presto» имеет следующие технические характеристики [6]:

- максимальный формат блока 295 х 300 мм;

- минимальный формат блока 105 х 140 мм;

- максимальный формат обложки в развернутом виде 310 х 600 мм;

- минимальный формат 90 х 165 мм;

- максимальная толщина блока: 10 мм;

- механическая скорость до 9000 тактов/час;

- максимальное количество двойных самонакладов 5;

- работа с правым и левым шлейфом;

- резка двойников.

Ремонт пускателя К10, восстановление пружин, ремонт тормозной муфты главного двигателя, ремонт главного двигателя, натяжка и регулировка ремня главного двигателя, перезагрузка, сбой счетчика крышек, проверка, проверка счетчика, замена датчика, наладка и проверка счетчика - характерные наладочные работы для обжимного пресса «РЕ-312».

Рис. 5. Показатели восстановления переплетно-брошюровочного оборудования: а — швейной линии «Multiplex»;

б— линии клеевого скрепления «Bolero»; в — обжимного пресса «PE-312»

Послепечатная обработка, например, упаковочной продукции может включать в себя как одну, так и несколько из следующих операций: высечка, отделочные работы (тиснение, лакирование, вклейка), склейка, упаковка.

Процесс изготовления картонной упаковки технологически более сложный и долгий на этапе послепечатной обработки, так как требует длительных затрат либо на высечку, либо на склейку.

Например, пресс «SANWA TRP-1060-SE» предназначен для высечки картонных коробов по размеру заказчика.

Технические характеристики высекального пресса «SANWA TRP-1060-SE»:

- максимальный формат 740 х 1060 мм;

- минимальный формат 330 х 400 мм;

- размер высечки по ножам 735 х 1050 мм;

- производительность 6000 листов/ч;

- клапан высечки до 8 мм, оптимальный клапан 18 мм;

- максимальное давление 300 т;

- плотность подаваемого материала 115-600 г/м2;

- высота режущих ножей 23,8 мм.

Самонаклад Sanwa способен подавать листовой материал со скоростью до 12 тыс. л/ч, поэтому даже на максимальных скоростях работы высекального пресса (6000 л/ч) самонаклад работает с высокой надежностью и стабильностью. Самонаклад и приемка прессов Sanwa оснащаются устройствами нон-стоп, обеспечивающими бесперебойную работу, что особенно актуально при высечке толстого картона.

Благодаря трехкулачковой системе привода подачи листов, являющейся отличительной особенностью машин Sanwa, лист движется с плавным ускорением и замедлением, что обеспечивает возможность работы с широким спектром материалов, включая тонкие бумаги. По столу равнения листы движутся с замедлением перед передними упорами, поэтому даже жесткий картон при высокой скорости работы машины не отскакивает от передних упоров. После секции высечки лист снова плавно разгоняется.

Максимальное усилие высечки пресса Sanwa TRP-1060-SE достигает 300 т, что позволяет высекать не только бумаги и картон, но и пластик. Волнообразное движение штампа в зоне высечки позволяет избежать резкого удара, что способствует повышению точности высечки.

Для высекального пресса «SANWA TRP-1060-SE» оценка математического ожидания времени наработки на отказ равна "отк * = = 14,8 (ч), оценка дисперсии - Dt* = 25,6 (ч2).

Среднее время устранения сбоев и отказов высекального пресса «SANWA TRP-1060-SE» равно "* = 13,7 (ч), оценка дисперсии равна D** = 5,9 (ч2).

По известной методике выполняется расчет статистического закона распределения и его аппроксимация тем или иным стандартным законом распределения.

Рис. 6. Показатели надежности функционирования высекального пресса «SANWA TRP-1060-SE»: а— процессов отказа оборудования; б— процессов восстановления оборудования

Таблица 2

Математическое описание процессов отказа и восстановления оборудования

Наименование оборудования, операции Аппроксимирующий закон распределения, T. , ч min Среднее значение, математическое ожидание t, ч Разброс, дисперсия D, ч2

Высекальный пресс «SANWA TRP-1060-SE», отказы Смещенный показательный, Парето, 2 t = 14,8 отк ' 25,6

Окончание табл. 2

Наименование оборудования, операции Аппроксимирующий закон распределения, Tmin' 4 Среднее значение, математическое ожидание tB, ч Разброс, дисперсия D ч2

Высекальный пресс «SANWA TRP-1060-SE», восстановление, устранение сбоев Нормальный t = 13,7 в ' 5,9

Библиографический список

1. Бобров В.И. Надежность технических систем : учеб. пособие / В.И. Бобров. - М. : МГУП, 2004. - 236 с.

2. ЛибауД. Промышленное брошюровочно-переплетное производство: пер. с нем. / Д. Либау, И. Хайнце. - М. : МГУП, 2007. -470 с.

3. Рот Д. Цифровая печать как бизнес / Д. Рот // Компью-Арт. - 2001. - № 1.

4. Филин В. Брошюровочно-переплетные процессы - тенденции и перспективы / В. Филин // КомпьюАрт. - 2005. - № 2.

5. http://www.compuart.ru

6. http://www.pareto-print.ru/production/binding «Bolero».

7. http://www.siko-rus.ru Multiplex SA.