Системный подход к обеспечению требуемых печатных свойств бумаги на основе информации о качестве печати тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат технических наук Дунаев, Дмитрий Владимирович

• Дунаев, Дмитрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дунаев, Дмитрий Владимирович

Введение.

1. Анализ проблем качества печати, связанных с печатными свойствами бумага

1.1. Особенности структуры поверхности бумаги, её микрогеометрия.

1.2. Проблемы, связанные с получением однородного бумажного полотна.

1.3. Влияние технологических параметров производства бумажного полотна на его структуру.

1.3.1. Концентрация бумажной массы.

1.3.2. Размол.

1.3.3. Композиционный состав бумажной массы.

1.3.4. Скорость потока бумажной массы, коэффициент напуска.

1.3.5. Электрокинетический потенциал.

1.3.6. Проклейка.

1.3.7. Удержание мелочи и наполнителя.

1.4. Оценки неоднородности структуры бумажного полотна.

1.4.1. Среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации.

1.4.2. Индекс формования.

1.4.3. Средний линейный размер неоднородности, коэффициент шероховатости, анизотропия.

1.4.4. Частотные показатели (1лп-С и Мли-С).

1.4.5. Удельный периметр.

1.4.6. Суммарный объём неоднородности.

1.4.7. Фрактальные оценки.

1.5. Основные параметры, подлежащие контролю в процессе печати.

1.6. Влияние структуры бумаги на качество печати.

Выводы.

2. Получение математических моделей, описывающих влияние параметров технологического процесса производства бумаги на её неоднородность.

2.1. Планирование и проведение эксперимента.

2.2. Корреляционно-регрессионный и дисперсионный анализы результатов эксперимента.

2.3. Оценка эффективности использования оценок облачности в задачах управления неоднородностью бумажного полотна.

Выводы.

3. Исследование влияния неоднородности бумаги на качество печати.

3.1. Влияние неоднородности бумаги на впитывание краски при печати.

3.2. Оценка влияния неоднородности бумаги на неоднородность оптической плотности оттиска.

3.3. Применение информационной оценки взаимодействия бумаги и краски в процессе печати.

Выводы.

4. Системный подход к управлению печатными свойствами бумаги в процессе её производства на основе информации о качестве оттисков.

4.1. Формулировка и возможности применения системного подхода к задаче управления печатными свойствами бумаги в процессе её производства.

4.2. Применение системного подхода к управлению печатными свойствами

4.2.1. Постановка задачи эксперимента.

4.2.2. Получение математических моделей влияния параметров технологического процесса производства бумаги на качество печати.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Системный подход к обеспечению требуемых печатных свойств бумаги на основе информации о качестве печати»

Интенсивное развитие полиграфических технологий в настоящее время привело к повышению требований к печатным свойствам бумаги. Связано это, прежде всего с тем, что требования к современной полиграфической продукции существенно возросли. Увеличенные требования к печатным свойствам обуславливаются особенностями полиграфической продукции в настоящее время. Если ещё вчера печатали преимущественно текст, то сегодня большой сегмент рынка занимает продукция с обилием цветной иллюстративной компоненты, что в свою очередь накладывает дополнительные требования к печатным свойствам используемой бумаги.

Сегодня качество продукции и соотношение цена/качество являются определяющими факторами. Конкурентоспособность бумаги определяется ее востребованностью, но сама бумага в свою очередь должна обладать свойствами, удовлетворяющими потребителя, которым является полиграфист. Требования к высокому качеству полиграфической продукции поставило перед бумажником ряд проблем, связанных с печатными свойствами производимой бумаги.

В современных условиях рыночных отношений требуется производить бумагу с заданными печатными свойствами. Ориентация только на влажность, вес, зольность не исчерпывает возросших требований к свойствам бумаги. Отсутствие объективных показателей печатных свойств бумаги для достоверного прогнозирования качества оттиска затрудняет создание системы управления печатными свойствами бумаги в процессе её производства, хотя инструментальные средства для этого уже существуют.

Таким образом, бумажное производство и полиграфия оказались в настоящий момент перед необходимостью взаимодействия для совместного решения возникших проблем.

Цель работы. Данная работа посвящена исследованию влияния параметров технологического процесса производства бумаги на ее печатные свойства и разработке новых подходов к управлению печатными свойствами бумаги в процессе её производства. Для решения поставленных в работе задач необходимо:

- проанализировать существующие оценки основных печатных свойств бумажного полотна с целью выбора наиболее объективных и информативных оценок;

- изучить влияние качества бумаги на качество печати;

- исследовать влияние параметров технологического процесса производства печатных бумаг на его печатные свойства и качество печати с целью получения математических моделей, которые могут быть положены в основу управления печатными свойствами бумаги в процессе её производства.

Научная новизна работы:

1. Получены математические модели, описывающие влияние параметров технологического процесса производства бумаги на неоднородность её структуры и качество печати.

2. Статистически обоснована эффективность ряда оценок для управления неоднородностью бумаги.

3. Разработан метод исследования влияния неоднородности бумаги на неоднородность оптической плотности оттиска.

4. Получены математические зависимости, связывающие качество печати и неоднородность бумаги.

5. Разработан системный подход к управлению печатными свойствами бумаги в процессе её производства на основе информационных технологий.

Практическая ценность:

1. Разработанные в работе математические модели позволяют прогнозировать качество оттисков до процесса печати и управлять печатными свойствами бумаги.

2. Даны практические рекомендации по применению оценок неоднородности бумаги и качества оттисков, которые опробованы на производстве печатных бумаг ОАО «Светогорск».

3. Разработано программно-алгоритмическое обеспечение с удобным пользовательским интерфейсом для оценки неоднородности бумаги и ее печатных свойств по выборочным образцам бумажной продукции. Данный программный продукт позволяет решать задачи оперативного управления печатными свойствами бумаги.

4. Выполнено исследование влияния неоднородности бумаги на впитывание краски при печати. Оно позволило дать рекомендации по улучшению режимов печатных процессов.

5. Представленный в работе системный подход к управлению печатными свойствами бумага позволяет устранить проблему пространственно-временного разрыва между бумажным и полиграфическим производствами, а также уменьшить потерю информации при промежуточных измерениях технологических параметров.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели, отражающие влияние параметров технологического процесса производства бумаги на неоднородность бумаги и качество печатной продукции.

2. Рекомендации по использованию существующих оценок облачности бумаги и качества печатной продукции.

3. Метод исследования влияния неоднородности бумаги на неоднородность оптической плотности оттиска.

4. Результаты исследования влияния неоднородности бумага на качество оттисков.

5. Системный подход к управлению печатными свойствами бумаги в процессе её производства на основе информации о качестве печати.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решаются на базе современного математического аппарата при использовании теории вероятностей и математической статистики, теории информации, теории измерений, а также методов цифровой обработки изобразительной информации и имитационного математического моделирования на ЭВМ.

Реализация результатов. Основные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров на кафедре автоматизация химико-технологических процессов в следующие учебные курсы: «Технические измерения и приборы», «Технические средства автоматизации», «Моделирование объектов и систем управления». Основные положения работы используются при чтении лекций, проведения лабораторных и практических занятий, курсовом и дипломном проектировании.

В процессе выполнения работы на производстве печатных бумаг (ППБ) ОАО «Светогорск» в течение двух лет проводились эксперименты по изучению влияния параметров технологического процесса производства бумаги на её неоднородность и качество оттисков. Полученные результаты переданы для внедрения в ППБ с целью улучшения печатных свойств бумаги путём оперативно-диспетчерского управления процессом производства бумажного полотна. По результатам данного мероприятия составлен акт внедрения.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Ресурсо- и энергосбережение в целлюлозно-бумажной промышленности и городском коммунальном хозяйстве. Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров (СПбГТУРП), 27-28 октября 2005; Молодые учёные университета -ЛПК России, СПбГТУРП, 11 апреля, 2006. Новые технологии и перспективы развития лёгкой, полиграфической и текстильной промышленностей, СевероЗападный институт печати, 27 апреля, 2006; Baltic Olympiad of Automatic Control 2006. Saint-Petersburg University of Information Technology, Mechanics and Optic, 17-19 April, 2006; Модернизация и автоматизация технологических процессов производства волокнистых полуфабрикатов, бумаги, картона и гоф-ротары. СПбГТУРП, 15-16 июня, 2006.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 частей, заключения и 5 приложений, изложена на 145 листах, содержит 55 рисунков, 14 таблиц. Список использованной литературы включает 60 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Дунаев, Дмитрий Владимирович

Основные результаты данной работы заключаются в следующих положениях:

1. Проведён сравнительный анализ всех существующих методов оценивания неоднородности бумажного полотна и качества оттиска Выявлена неинформативность и неэффективность использования некоторых оценок облачности бумаги и неоднородности оттиска. Изучены их особенности и даны практические рекомендации к применению.

2. Проведён пассивный эксперимент на производстве печатных бумаг, по результатам которого получены регрессионные модели полиномиального вида, отражающие влияние технологических параметров производства бумаги на её однородность. Выявлены характер и степень влияния факторов.

3. Проанализированы практические пути улучшения однородности бумаги в процессе её производства. Даны рекомендации по реализации оперативно-диспетчерского управления облачностью бумаги.

4. Разработано алгоритмическое программное обеспечение с удобным пользовательским интерфейсом для расчёта существующих оценок облачности бумаги и качества оттиска по выборочным образцам готовой продукции.

5. Изучено влияние неоднородности офисной бумаги на качество капельной термо-струйной печати. Получены количественные оценки, отражающие данное влияние.

6. Предложен и опробован новый метод исследования влияния неоднородности бумаги на колебания оптической плотности оттиска. Выявлены особенности впитывания краски бумагой и даны практические рекомендации по выбору режимов печатных процессов. При заливках 75-85% облачность проявила себя меньшим образом, т.к. различие оптических плотностей оттиска при таком режиме печати было минимально.

7. Опробован метод оценивания печатных свойств бумаги с точки зрения информационных позиций. При заливках 80-90% количество воспроизводимых градаций оттиска максимально для бумаг различной степени неоднородности.

8. Экспериментальным путём получены регрессионные модели влияния параметров технологического процесса производства бумаги на качество печати. Выявлен характер и степень их влияния. Данные модели позволяют объективно взглянуть на связь печатных свойств бумаги и особенностей её производства, проанализировать пути улучшения данных свойств, а также сделать обоснованный выбор качественной печатной бумаги до процесса печати.

9. Увеличенный расход АКД благотворительно влияет на печатные свойства бумаги. При его расходе 6,5-7 л/мин тон оттиска отпечатанной бумаги и его средняя оптическая плотность при 90% заливке равны оптической плотности и тону оттиска при заливке 100%, но при расходе АКД 4л/мин. Однако, бумага при печати из-за излишнего увлажнения (100% заливка) становиться волнистой, а значит печать при 90% на бумаге с расходом АКД 6,5л/мин. при её производстве предпочтительнее.

10. На основе полученных в работе результатов сформулирован и применён системный подход к управлению печатными свойствами бумаги в процессе её производства на основе информации о качестве печати.

Совершенствование производителями печатных свойств бумаги в процессе её производства с учётом пожеланий полиграфистов, позволит наполнить российский рынок печатной бумагой с высокими потребительскими свойствами и снизить затраты при настройке технологических параметров печатного цеха под поставляемую для печати бумагу.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дунаев, Дмитрий Владимирович, 2006 год

1. Леонтьев В.Н. Облачность бумаги. Измерение. Влияние на качество оттисков // В сб. «Современные достижения в производстве и использовании бумаги и картона для печати». Тезисы докладов 17-19 февраля 2004 г. - СПб: Бумдревпром, 2004. - С. 119-126.

2. Шахкельдян Б. Н., Загаринская Л.А. Полиграфические материалы М.: Книга, 1988.-328с.

3. Раскин А. Н., Ромеиков И.В., Бирюкова Н.Д., Муратов Ю.А., Ефремова А.Н. Технология печатных процессов.- М.: Книга, 1989.- 430 с.

4. Козаровицкий Л.А. Бумага и краска в процессе печатания М.: Книга, 1965.-367с.

5. Jerome М. Gess. Retention of fines and fillers during papermaking. -Atlanta, 1998.-357p.

6. Кларк Д.А. Технология целлюлозы.- M.: Лесная промышленность, 1893.-465с.

7. Фляте Д.М. Свойства бумаги М.: Лесная промышленность, 2000-680с.

8. Leo Neimo. Papermaking chemistry. Helsinki, Finland, 1999.- 320p.

9. Технология целлюлозно-бумажного производства. T.l. Сырьё и производство полуфабрикатов. Ч.З. Производство полуфабрикатов. СПБ: Политехника, 2004.-316с.

10. М.К. Smith. Formation potential of west coast kraft pulps // Pulp and paper. 1986 - Vol. 87. No. 10. -p. 69-76.

11. Д. П. Кейси. Производство полуфабрикатов и бумаги. Т 1. Книга 2-М.: Гослесбумиздат, 1958 634 с.

12. Patrik Huber, Christian Pierre, Christian Bermond. Comparing the fiber flocculation behavior of several wet-end retention systems // Tappi Jornal. 2004.-Vol. 3. No. 5-p. 19-23.

13. Ю.А. Крылатое, Н.И. Афанасьев, А.Ю. Крылатов, А.А. Дикунец. Новое в технологии удержания, обезвоживания, формования бумаги и картона // Цел-люлоза.Бумага .Картон.- 2003.-№ 7-8.-С.26-30.

14. Johan Gullichsen. Papermaking Part 1, Stock Préparation and Wet End. Helsinki, 2000.-120p.

15. П. В. Осипов, Д. Мюнх. Воспоминания о будущем. Электрокинетический потенциал бумажной массы // Целлюлоза. Бумага. Картон. -2002. -№6.-С. 16-20.

16. Л.Г. Махотина, Т.В. Мандре, А.Ю. Мандре, О.А. Логинов, В.В. Тес-ленко, Э.Л. Аким. Исследование влияния химикатов для флокуляции бумажной массы на процесс формования бумаги для печати // Целлюлоза. Бумага. Картон 2002 - № 5-6.-С.20-27.

17. А.Ю. Мандре, Л.Г. Махотина, А.Л. Аким. Исследование влияния различных видов АКД на степень проклейки бумаги для офисной техники // Целлюлоза Бумага. Картон 2003.-№ 11-12.-С.26-30.

18. П.В. Осипов. Современные достижения в производстве и использовании бумаги и картона для печати // В сб. «Вопросы повышения качества офисных видов бумаг». Тезисы докладов 17-19 февраля 2004 г. СПб: Бумдрев-пром, 2004.-С.20-25.

19. ОСТ 13-299-87. Бумага. Неоднородность просвета. Номенклатура показателей. -М.: Изд-во стандартов, 1987.- 18 с.

20. В.А. Белавин. Измерение неравномерности просвета бумаги. Технология бумаги и картона// Межвузовский сб. научн. тр. ЛТИ ЦБП, 1989 С.35-38.

21. OJ.Kallmes, B.S.Bishop. Monitoring flocculation of the paper machine // appi Journal 2004 - Vol.77. No.7 - p. 194-198.

22. Юкио Сато. Обработка сигналов. М.:Додэка-ХХ1, 2002,- 176с.

23. George N. Ionides. Meaningful comparison of fourdrinier and twin-wire sheet formation with QNSM formation tester // Tappi Journal.- 2001 Vol.67. No.3 - p. 93.

24. О. Zmeskal, M. Nezadal, M. Buchnicek. Fractal Analysis of Printed Structures // Journal of imaging science and technology 2002.- Vol.46. No.5 - p.453-456.

25. Потапов A.A., Герман B.A., Соколов A.B. Вопросы перспективной радиолокации // В сб. «Фрактальная классификация и кластеризация оптических и радилокационных изображений поверхностных поповерхностных объектов» М.: Радиотехника.- 2003 - С. 103-118.

26. А.А. Потапов. Фракталы в радиофизике и радиолокации. М.: Логос, 2002 664с.

27. Ю.С. Барышникова, Г.М. Заславский, Е.А. Лупян, С.С. Моисеев, Е.А. Шарков. Фрактальная размерность ИК-изображений облачности и свойства турбулентной атмосферы // Исследование Земли из космоса.- 1989.- №1— С. 17-26.

28. Л.П. Ярославский. Введение в цифровую обработку изображений. М.: Советское радио, 1979.-312с.

29. Лихачев А. Б. Топологическая структура поверхности носителей информации на полимерной основе. Ре1улирование параметров изображения: Ав-тореф. дисс. на соискание учёной степени канд. техн.-СПб., 2004.- 20с.

30. Фиорини M., Молинари M. Основные параметры печатного процесса и их оперативный контроль. Италия. Верона, 2001.- 30с.

31. Кузнецов Ю.В. Основы подготовки иллюстраций к печати. Растрирование- М.: Мир книги, 1998 174с.

32. Кузнецов Ю.В. Технология обработки изобразительной информации. СПб.: Петербургский институт печати, 2002,- 312с.

33. Гельмут Киппхан. Энциклопедия по печатным средствам информации. Технологии и способы производства. Московский государственный университет печати, 2003 -1280с.

34. Хмельницкий А.К. Модели и оценки влияния свойств бумаги на качество полиграфической продукции //Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. СПб.:СПбГТИ, 2004.

35. P. Oittinen, Н. Saarelma, Papermaking Science and Technology. Printing. Helsinki: Jyvaskyla, 2000.-11 lp.

36. Вилсон А. Лоуренс.Что полиграфист должен знать о бумаге. М.: Принт-Медиа, 2005.-376с.

37. В.Валенски. Бумага+Печать. М., Дубль В, 1996.-430с.

38. В.И. Азаров, А.В. Буров, А.В. Оболенская. Химия древесины и синтетических полимеров. СПб.: СПбЛТА, 1999. - 628с.

39. HarFA 5.1 Zmeskal О., Nezadal М., Buchnicek М., Bzatek Т.: Harmonic and Fractal Image Analyzer, Brno, 2006.- http://www.fch.vutbr.cz/lectures/imagesci/harfa.htm.

40. Хардле В. Прикладная непараметрическая регрессия. М.: Мир, 1993. -349с.

41. Жиглей B.C. Основы теории планирования многофакторных испытаний. Ленинград, 1982.—107с.

42. J.P.Bernie, W.J. Murray Douglas. Local grammage distribution and formation of paper by light transmission image analysis // Tappi Journal.- Vol.79. No.l.-p.193.

43. Leo Neimo. Papermaking Chemistry. Helsinki, Finland, 1999.- 142p.

44. Мартин Дрейер. Допечатные процессы. Начала электронных допечат-ных технологий во флексографии. М.: МГУП, 2000 -71с.

45. Ахназарова СЛ., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. Москва, 1985.-327с.

46. А.Н. Лебедев, М.С. Куприянов, Д.Д. Недосекин, Е.А. Чернявский. Вероятностные методы в инженерных задачах. СПб.: Энергоатомиздат, 2000-ЗЗЗс.

47. Хардле В. Прикладная непараметрическая регрессия: Пер. с англ. М.: Мир, 1993.-349с.

48. Mika Soijonen. Optical characterization of paper with DOE sensor University of Joensuu, Department of Physics. Vaisala Laboratory. Dissertations.- 2004.-46p.

49. Eric Lieng. Correlations between formation analysis parameters and print quality in complex images-2000.- www.imscince.no

50. Roy Rosenberger. Gloss mottle measurement. Black, dark printed areas and wet trap // TAGA. Conference papers. Finland, 4-7 September.- 2005.- p. 274-293.

51. Technical Association of the Graphic Arts (TAGA). Collection of scientific papers. New York, 2003 -381p.

52. Byron D. Jordan. Is line-scan analysis of formation flawed? // Tappi Journal.- 1984 Vol. 67. No. 11- p.l 18-119.

53. Otto J. Kallmes. The measurement of formation // Tappi Journal. 1984-Vol. 67,No. 11.-p.l 17.

54. Yun-Long Pan, Joseph Borovsky. Effect of papermaking and coating variables on offset-print quality // Tappi Journal. 1993.- Vol. 76. No. 10. - p.99-106.

55. Naoyuki Shiratori, Hidekazu Ishimura, Nobuko Yoshidomi. Quantitative evaluation of submilimeter gloss variations in coated papers // Tappi Journal. 1993. Vol. 76. No.10. - p.89-98.

56. A.C. Смолин, Г.З. Аксельрод. Технология формования бумаги и картона. М.: Лесная промышленность, 1984.—121с.

57. Лихачёв В.В. Основы управления качеством печатной продукции. М.: Мир книги, 1999.-210с.

58. Стефанов С.И. Путеводитель в мире полиграфии. М.: Унисерв, 1998-164с.