Model systemu informatycznego monitorowania jakości produktu poligraficznego

AGNIESZKA OLEJNIK-KRUGŁY EMMA KUSZTINA

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Streszczenie

Artykuł porusza problematyk utrzymania wysokiej jakoci produktu poligra-ficznego poprzez zastosowanie systemu informatycznego w nowoczesnych wieloze-społowych maszynach drukujcych. Szybki wzrost automatyzacji procesów produk-cyjnych nie tylko skrócił czasy przygotowawcze i zwikszył prdko druku, ale spo-wodował wiele problemów zwizanych z konfiguracj zaawansowanej technologicz-nie maszyny drukujcej. Problemem stało si dostrojetechnologicz-nie parametrów nastawu ma-szyny drukujcej do wymaga
jakociowych nakładanych odgórnie na proces pro-dukcyjny.

W artykule przedstawiono podejcie do konfiguracji maszyny drukujcej za po-moc systemu informatycznego opracowanego na podstawie rzeczywistych danych produkcyjnych, uwzgldniajcy rodzaj produktu, rónorodno parku maszynowego oraz wymagania jakociowe procesu produkcyjnego.

Słowa kluczowe: kontrola jakoci, proces druku, system monitorowania jakoci. 1. Wprowadzenie

Gwałtowny rozwój przemysłu poligraficznego (udział wyrobów poligraficznych w wiato-wym rynku mediów wynosi 55%) spowodował zmian charakteru produkcji z jednostkowej na seryjn, a take rozwój nowych technik druku, [4]. Ponad 50% wszystkich wyrobów poligraficz-nych takich jak ksiki, czasopisma czy rónego rodzaju akcydensy drukowane s arkuszow technik offsetow, [3]. Jako tych wyrobów stanowi główny wyrónik na rynku konkurencyj-nym. Pomimo e, istniej normy jakoci dla druku offsetowego (ISO 12647-2.2004), [5], utrzy-manie stałego poziomu jakoci, wyraonego jako zbiór kluczowych parametrów jakoci, nadal stanowi skomplikowany problem. Wyrónia si około kilkanacie parametrów okrelajcych ja-ko wyrobu, które dzieli si na trzy grupy. Do pierwszej grupy nale parametry, które mierzy si metodami densytometrycznymi, do drugiej parametry mierzone metodami fotometrycznymi, a trzecie rodzaj parametrów mierzy si poprzez pomiar wizualny, tj. przez ludzkie oko lub według wzorca algorytmu rozpoznawania obrazu, [8].

Problem utrzymania wysokiej jakoci produktu wynika z trudnoci dopasowania kombinacji ustawie maszyny drukujcej do wymaganych wartoci parametrów jakoci produktu poligraficz-nego. Na dzie dzisiejszy dopasowanie to wykonuje drukarz, bazujc głównie na swojej wiedzy i zdobytym dowiadczeniu. Ze wzgldu na ilo oraz wielowymiarowo wszystkich wska ników jakoci dopasowanie parametrów nastawu maszyny drukujcej wykonywane jest w sposób przy-padkowy.

Artykuł przedstawia zarys systemu monitorowania jakoci dla arkuszowego druku offsetowe-go. Zadaniem proponowanego systemu informatycznego, wspierajcego monitorowanie jakoci półproduktu gotowego powstajcego na etapie zadrukowania arkusza drukarskiego, jest dobór wstpnych ustawie maszyny drukujcej zgodnie z wymaganymi wska nikami jakoci ustalonymi na etapie zamówienia. Dobór wstpnych ustawie maszyny drukujcej wykonywane jest przez człowieka – operatora maszyny drukujcej, dlatego te skuteczno tego doboru zaley wyłcznie od dowiadczenia drukarza. W rezultacie powoduje to nisk przewidywalno czasów przestoju maszyny drukujcej, co przekłada si na wydłuenie czasów nastawu maszyny oraz straty materia-łów w postaci papieru i farb. Niemoliwo ustalenia normatywów wykonania tych operacji two-rzy dodatkowe problemy zarzdzania całym procesem produkcyjnym.

2. Obecny stan wiedzy

Badania nad komputerow integracj procesów produkcyjnych i jednoczenie nad zapewnie-niem wysokiej jakoci produktów poligraficznych prowadzone s przez wiodce w brany poligra-ficznej instytucje naukowo-badawcze, takie jak: Fogra (http://www.fogra.org), The International Cooperation for the Integration of Processes in Prepress, Press, and Postpress Organization (CIP4) (http://www.cip4.org) czy International Color Consortium (http://www.color.org). Rezultatem ich bada i eksperymentów jest wysoko rozwinit sie norm jakoci, wród których najnowsz i za-razem najwaniejsz norm dla druku offsetowego jest norma ISO 12647-2, [5].

Istnieje równie format JDF – Job Definition Format – bdcy cyfrowym opisem pracy (za-mówienia), stworzony przez organizacj CIP4 (http://www.cip4.org). Podstawow funkcj JDF jest opis konkretnego zamówienia w postaci zbioru metadanych co umoliwia automatyczne za-rzdzanie procesem przepływy prac oraz wsparcie dla systemów MIS.

Obecnie istniej specjalistyczne urzdzenia słuce do pomiaru poszczególnych parametrów druku takie jak densytometry, kolorymetry, mikroskopy oraz lupy poligraficzne. Niestety, rczna kontrola kadego arkusza drukarskiego znacznie wydłua cykl produkcyjny. Najlepszym sposo-bem jego skrócenia jest automatyzacja procesu produkcyjnego.

Chocia koncepcja systemu monitorowania jakoci dla produkcji poligraficznej została po raz pierwszy przedstawiona w [12] w 1998 roku, dopiero w 2008 na Midzynarodowych Targach Po-ligraficznych Drupa zaprezentowano pierwszy kompleksowy system kontroli jakoci Prinect. Ist-niejce na rynku systemy s niekompletne, czyli nie obejmuj pomiarów wszystkich niezbdnych parametrów jakoci. Poza tym skupiaj si na problemach zarzdzania przepływem prac w oparciu o standard branowy Job Definition Format (JDF) (http://www.cip4.org). Systemy kontroli jakoci takie jak Prinect Inpress Control firmy Heidelberg (http://www.heidelberg.com) czy Prinergy fir-my Kodak (http://www.kodak.com) s rozwizaniami sprztowymi zapewniajcymi kompatybil-no tylko z najnowszymi urzdzeniami oraz maszynami drukarskimi tych firm. Na chwil obecn nie istniej adne rozwizanie programowe majce charakter uniwersalnego systemu informatycz-nego monitorowania jakoci.

3. Specyfika kontroli jakoci półproduktu

Produkcja poligraficzna w wyniku której powstaje produkt finalny obejmuje trzy kolejno na-stpujce etapy: przygotowanie do druku (prepress), druk (press) oraz procesy wykoczeniowe (postpress). Kady z tych etapów koczy si wytworzeniem półproduktu, po których mona doko-na kontroli jakoci. Kontrola po tych etapach ley w interesie producenta produktu poligraficzne-go. Istniej bowiem moliwo przeciwdziałania usterkom. Odpowiednie szybkie wykrycie błdów

pozwala na naprawienie lub minimalizacj, przy stosunkowo niewielkich narzutach finansowych i czasowych procesu tworzenia publikacji. Kontrola na etapach porednich rozpatrywana jest z perspektywy procesu wytwórczego i oparta jest na normach branowych, które definiuj jako jako stopie zgodnoci produktu z wytycznymi technologicznymi i projektowymi, [7].

Jako półproduktu na etapie druku całkowicie zaley od operacji zadrukowania arkusza dru-karskiego. Osigniecie wymaganych parametrów jakoci na etapie zadrukowania arkusza koczy si prawie 100% gwarancj osignicia jakoci na kolejnych etapach wytwarzania półproduktu.

Poniszy schemat przedstawia specyfik procesu druku skupiajc si główne na aspektach kontroli jakoci półproduktu (rys.1).

Rys. 1. Specyfika procesu druku w aspekcie kontroli jakoci półproduktu ródło: Opracowanie własne.

Proces wytworzenia produktu finalnego jest bardzo skomplikowany i składa si z trzech pod-procesów: procesów przygotowawczych, procesu druku oraz procesów wykoczeniowych. Naj-bardziej złoonym procesem technologicznym jest proces druku, który mona podzieli na 4 na-stpujce kolejno po sobie operacje technologiczne.

1. Operacja wstpna to skompletowanie odpowiednich materiałów np. papieru, farb czy płyt drukarskich, a nastpnie sprawdzenie gotowoci maszyny drukujcej do konkretnej pracy.

2. Nastpn operacj jest nastaw maszyny drukujcej. Zadanie pracy w formie elektronicz-nej (np. w formacie PDF) jest przekazywane do maszyny drukujcej oraz przygotowywane s pły-ty drukarskie. Operacja nastawu dokonywana jest rcznie przez drukarza. W najnowszych maszy-nach pracujcych w oparciu o JDF (http://www.cip4.org) nastawy niektórych zespołów maszyny drukujcej dokonuj si automatycznie.

3. Trzeci operacj jest drukowanie pracy na maszynie drukujcej. Procesu drukowania zaczyna si, gdy przygotowany jest zestaw płyty drukarskich i elektroniczna wersja pracy w for-macie JDF zostanie wysłana do maszyny drukarskiej. Podczas uruchomienia procesu druku pierw-sze kilkadziesit arkuszy jest marnowane w zwizku z koniecznoci równomiernego rozprowa-dzenia farby w zespole farbowym maszyny drukujcej. Właciwy druk rozpoczyna si w momen-cie, gdy parametry jakoci s zgodne z odpowiednimi normami, takimi jak ISO 12647-2, [5].

W momencie wykrycia wady przez urzdzenia kontrolne operator musi podj odpowiednie kroki ich naprawy.

4. Operacja kontroli jakoci półproduktu nastpuje po zadrukowaniu partii arkuszy. Polega ona na sprawdzeniu liczebnoci wydrukowanej partii oraz wyrywkowej kontroli jakoci wg przy-jtych w danych przedsibiorstwie standardów.

4. Koncepcja systemu monitorowania jakoci produktu poligraficznego

Zgodnie z filozofi Total Quality Management, jako rozpatrywana jest na rónych pozio-mach zarzdzania przedsibiorstwem, [1]. Zwaajc na cisł zaleno pomidzy jakoci a cen produktu, przy ustalaniu wymaga jakociowych na poszczególnych poziomach zarzdzania nale-y uwzgldni rodzaj stosowanej technologii oraz indywidualne wymagania klientów. Zatem, roz-patrujc specyfik brany poligraficznej na poziomie strategicznym zarzdzanie jakoci produktu poligraficznego polega na planowaniu produkcyjnych potrzeb przedsibiorstwa w oparciu o ISO 9001, [6]. Zawarte w tej normie wymagania s podstaw do kształtowania procedur wymaga jakociowych produktu kocowego na poziomie taktycznym, gdzie podstaw tego jest norma np. ISO 12647-2, [5]. Bazujc na tej normie oraz na wewntrznych normach przedsibiorstwa zarz-dzania na poziomie operacyjnym polega na dopasowaniu parametrów projektu zamówienia do parametrów ustawie maszyny drukujcej (rys.2). Z punktu widzenia zapewnienia jakoci produk-tu oraz redukcji kosztów najwaniejszy jest poziom operacyjny, na którym jako produkproduk-tu okre-lana jest poprzez zbiór uzalenionych od siebie parametrów jakie naley kontrolowa na rónych etapach przygotowania produktu poligraficznego.

Na etapie druku podczas operacji nastawu maszyny drukujcej mamy do czynienia z wieloze-społow maszyn drukujc osigajc prdko nawet do 15tys arkuszy na godzin. Zachodzce w niej procesy fizyczno-chemiczno-mechaniczne s bardzo skomplikowane i dokładnie znane jedynie inynierom. Regulacja oraz dobór parametrów nastawu maszyny drukujcej jest niezwykle trudna i wymaga ogromnego dowiadczenia drukarza. Trudno doboru nastawu maszyny druku-jcej wynika z iloci kombinacji pomidzy parametrami jakoci półproduktu a parametrami nasta-wu maszyny drukujcej. Przykładem złoonej zalenoci jest parametr okrelajcy grubo farby na podłou; gsto optyczna, [2]. Mierzona jest densytometrem ona na specjalnych paskach kon-trolnych drukowanych razem z obrazem. Warto gstoci optycznej zaley m.in. od rodzaju pa-pieru lub farby. Jeeli warto przekracza zakres 2-3% (wg ISO 12647-2) drukarz dokonuje regu-lacji maszyny drukujcej. Bezporednim przełoeniem reguregu-lacji gstoci optycznej w maszynie s kałamarze farbowe. Znajduj si one na kadym zespole maszyny drukujcej. Ilo kałamarzy farbowych zaley od rodzaju maszyny drukujcej oraz iloci zespołów farbowych np. maszyny Speedmaster XL 75 maj 24 strefy na kadym z 4 zespołów farbowych, gdzie kada strefa posiada 512 poziomów zmiennoci. Razem stanowi to 49 152 punkty regulacyjne.

Rys. 2. Model referencyjny dopasowania wewntrznych norm jakoci przedsibiorstwa do wymaganych na poziomie norm ISO

ródło: Opracowanie własne.

W przypadku tak złoonego problemu konieczne stało si opracowanie mechanizmu doboru parametrów nastawu maszyny drukujcej w formie systemu informatycznego monitorowania jako-ci produktu poligraficznego. Istniej dwa podejjako-cia do rozwizania tego problemu. Pierwsze po-dejcie polega na opracowaniu regułowego systemu ekspertowego, w którym baza wiedzy oparta jest na dowiadczeniu operatora maszyny drukujcej, eksperta w danej dziedzinie oraz wska ni-kach zawartych w normach jakoci, [9]. Drugie podejcie polega na opracowaniu modelu anali-tycznego pozwalajcego zamodelowa stochastyczn natur procesu doboru parametrów nastawu maszyny. Poniej przedstawiono koncepcj systemu informatycznego opart na symulacji procesu produkcyjnego (rys.3).

Przedstawione podejcie wzbogaca istniejcy proces druku o system konfiguracji maszyny drukujcej. System rozpoczyna prac w momencie dostarczenia z etapu prepress (procesy przygo-towawcze) parametrów pracy produktu poligraficznego zapisanych jako metadane w formacie JDF, [11]. JDF zawiera informacje o rodzaju podłoa, wymiarach produktu, rodzajach farb oraz inne dane produktu uzgodnione w trakcie rozmowy z klientem.

Informacje zawarte w JDF stanowi dane wejciowe do modułu transformacji parametrów pracy na parametry nastawu maszyny drukujcej (1 na rys. 3). Moduł ten czerpie informacje z ba-zy wiedba-zy. Zawiera ona zapisane w formie reguł dane o parku masba-zynowych danego przedsibior-stwa, parametry kontrolne półproduktu oraz zakres ich dopuszczalnych wartoci.

Rys. 3. Koncepcja systemu monitorowania jakoci w aspekcie kontroli jakoci półproduktu poligraficznego

ródło: Opracowanie własne.

Zadaniem drugiego modułu (2 na rys. 3) jest dobranie takich ustawie maszyny drukujce aby został spełniony warunek zachowania wartoci parametrów jakoci w zadanym przedziale liczbo-wym. Moduł nastawu parametrów maszyny drukujcej dokonuje przeliczenia parametrów pracy zdefiniowanych w wartociach dyskretnych na odpowiadajce im ustawienia maszyny majce charakter cigłych wartoci. Zadanie to realizowane jest w dwóch krokach:

1. W pierwszym kroku nastpuje przetworzenie wartoci dyskretnych parametrów ustawie maszyny drukujcej Yi do odpowiedniego dla kadego z nich zakresu wartoci cigłych tego sa-mego parametru druku Uj. Konieczno tego typu przetwarzania wywodzi si z tego faktu, e w otoczeniu maszyny drukarskiej zachodz rónego rodzaju procesy stochastyczne, które mog wywoła do znaczce odchylenia wczeniej wyliczonych parametrów druku. Dla kadej z tego typu wartoci przez prowadzenie symulacji mona otrzyma zakres odchylenia od wartoci red-niej. Realizacja tego eksperymentu bdzie wykorzysta generator liczb losowych, który pozwoli wygenerowa zbiór liczb w okrelonych zakresach o zadanym rozkładzie prawdopodobiestwa.

2. W drugim kroku nastpuje przetwarzanie wartoci cigłych parametrów ustawie maszyny drukujcej Uj do parametrów cigłych jakoci półproduktu Wi Konieczno tego typu przetwarza-nia wywodzi si z tego faktu, e rzeczywisty proces zadrukowaprzetwarza-nia arkuszu odbywa si w wyniku szeregu procesów fizyczno-mechanicznych, które dokonuj si wewntrz maszyny w sposób nie-przerywalny w cigu wykonania jednej operacji. W ogólnym przypadku jedna warto parametru jakoci Wi zaley od kilku parametrów nastawu maszyny drukujcej Uj, gdzie j = 1,…,i.

Nastpnie dobrany zestaw ustawie zostaje przesłany w formie JDF do maszyny drukujcej. Rozpoczyna si proces zadruku arkuszy. Kontrola jakoci parametrów jakoci dokonywana jest rednio do setny arkusz (w zalenoci do zastosowanego planu kontroli wyrywkowej)13. Jeeli zmierzona warto choby jednego parametr nie bdzie zgodna ze zdefiniowanym zakresem cała partia arkuszy jest strat. Nastpuje wtedy ponowne dopasowanie ustawie maszyny drukujcej uwzgldniajc dokonany pomiar. W przypadku, gdy zmierzone wartoci parametrów jakoci zgodne s z zadanym przedziałem proces druku jest kontynuowany. Po zadrukowaniu odpowied-niej iloci arkuszy, zdefiniowanej przez nakład, cała partia półproduktów przekazana jest do dal-szego procesu obróbki – introligatorni.

5. Podsumowanie

Przedstawiona koncepcja sytemu informatycznej prezentuje zintegrowane podejcie do kon-troli jakoci produktu poligraficznego w arkuszowym druku offsetowym. System monitowania jakoci produktu poligraficznego stanowi wsparcie dla operatora maszyny drukujcej poprzez au-tomatyczne wykrycie wad jakociowych oraz doboru parametrów nastawu maszyny drukujcej w oparciu o normy jakociowe, specyfik maszyny drukujcej oraz parametry pracy wynikajce z zamówienia.

%LEOLRJUDILD

[1] Ackoff R.L., The “total” in Total Quality Management (TQM), Systemic Practice and Action Research, Springer, 2005.

[2] Breede M.H., Handbook of Graphic Arts Equations, PIA/GATF Press, Pittsburgh, 2006. [3] Central Statistical Office, Warsaw, 2009.

[4] Dorf R.C., The Technology Management Handbook, CRC Press, Boca Raton, 1999.

[5] ISO 12647-2: Graphic technology. Process control for the manufacture of halftone color separations, proof and productions prints – Part 2: Offset processes – International Organi-zation for StandardiOrgani-zation, 2004.

[6] ISO 9001: Quality management systems – Requirements, 2008.

[7] Karaszewski R., Zarzdzanie jakoci – koncepcje, metody i narzdzia stosowane przez lide-rów wiatowego biznesu, Dom Organizatora, Toru, 2005.

[8] Kipphan H., Handbook of Print Media - Technologies and Production Methods, Springer, Heidelberg, 2001.

[9] Korytkowski P., Olejnik-Krugły A., Zaikin O., A Framework for a Quality Assurance in Off-set Printing, 13th IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing, Moscow, 2008.

[10] Lenz H.J., Wilrich P.T., Frontiers in Statistical Quality Control 7, Springer, 2004.

[11] Ru-bai L. i in., JDF-based Integration Solution for Pressroom, International Conference on Computer Science and Software Engineering, IEEE, China, 2008.

[12] Tse M.K., Forrest D.J., Briggs J.C., Automated Print Quality Analysis for Digital Printing Technologies, The Society of Electrophotography of Japan, SEP 40th Anniversary Pan-Pacific Imaging Conference, Japan, 1998.

MODEL OF INFORMATION SYSTEM OF THE PRINTING PRODUCT QUALITY MONITORING

Summary

The article broaches maintenance of printing product high quality through ap-plication of information system in modern multi-unit printing machines. Rapid growth of production process automation has not only shortened preparation times and increased printing speed but also caused many problems with configuring tech-nologically advanced printing machine. It has become problematic to tune printing machine setting parameters to quality requirements imposed to production process. The article presents an approach to printing machine configuration by means of in-formation system developed basing on real production data, taking into account the product type, diversity of machine park and production process quality require-ments.

Keywords: quality control, printing process, quality monitoring system.

Przemysław Róewski Agnieszka Olejnik-Krugły Emma Kusztina

Wydział Informatyki

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie ul. ołnierska 49, 71-210 Szczecin

e-mail: prozewski@wi.zut.edu.pl aolejnik@wi.zut.edu.pl ekusztina@wi.zut.edu.pl