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国产化印包装备弯道超车!国家科学技术奖获得者揭秘获奖背后

作者:ku游备用登录网址  来源:  时间:2021-12-10 22:55  点击:

  2020年度国家科学技术奖励大会日前在北京召开,印刷造纸领域斩获3项国家科学技术奖。

  其中,荣获国家科学技术进步奖二等奖的“高端包装印刷装备关键技术及系列产品开发”,是时隔3年后印刷领域再次获得国家级的科技奖励。

  《中国新闻出版广电报》记者梳理2016年度至2020年度国家科学技术奖励名单发现,“十三五”期间,我国印刷包装造纸领域共获得国家科学技术奖9项。

  最高奖项为“制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制关键技术及产业化”,获得国家科学技术进步奖一等奖。印刷领域获得两项奖励,分别为2020年国家科学技术进步奖二等奖“高端包装印刷装备关键技术及系列产品开发”,以及2017年国家技术发明奖二等奖“超高速数码喷印设备关键技术研发及应用”。

  记者了解到,作为“十三五”期间印刷业获得国家科学技术进步奖的唯一项目,“高端包装印刷装备关键技术及系列产品开发”打破国际垄断,实现高端包装印刷国产化装备弯道超车,使国外高端包装印刷装备在中国市场份额从95%降到10%以下。同时,首次在国际上实现高端包装印刷装备运维过程的智能化管控,使企业运维成本降低了40%以上。

  由西安交通大学、陕西北人印刷机械有限责任公司、北京印刷学院、西安航天华阳机电装备有限公司、渭南科赛机电设备有限责任公司为主要完成单位,梅雪松、李彦锋、许文才、赵飞、薛志成、黄小军、王仪明、陈亮、陶涛、韩健为主要完成人的“高端包装印刷装备关键技术及系列产品开发”项目荣获2020年度国家科学技术进步奖二等奖。

  面对高端包装印刷产值数千亿元的市场及此前几乎全部依赖进口的情况,该项目突破了制约高端包装印刷装备在基础理论、关键技术和产品开发方面的瓶颈,打破国外垄断,实现了高端包装印刷装备的国产化和应用推广。

  包装印刷在商品流通、产品追溯等市场经济活动中发挥着不可或缺的作用,是国民经济的重要组成部分。高效节能环保和精美图案印刷成为高端包装印刷装备的主要市场竞争力。

  项目实施前,我国高端包装印刷装备几乎全部依赖进口,单台售价约在3000万—4000万元,价格之高成为我国包装印刷企业难以承受之重,导致低端包装印刷装备主导市场,印刷精度低、能耗高、污染大。自主研发高端包装印刷装备成为掌握国家经济发展和人民生命健康主动权的必然选择。

  但是,高端包装印刷装备研制存在不少难点,包括厚度仅10微米的薄膜,套印精度要求高;溶剂残留量及VOCs排放量均需满足国家标准;高端包装印刷装备精密部件多,结构复杂,控制调整和故障溯源难等。开发高端包装印刷装备,需突破高速高精度的电子轴控制、油墨干燥与残留物去除、精密制造和智能运维等核心技术。

  针对上述难题,从2007年开始,西安交大、陕西北人、北京印刷学院、航天华阳、渭南科赛等5家单位组成多个产学研小组联合攻关,先后得到陕西省政府及国家科技支撑项目和重大科技项目的支持,累计投入科研资金超过2亿元,开展了电子轴控制理论与策略、油墨干燥设计理论和优化、故障感知与智能运维理论等基础理论研究;印刷装备驱控检测一体化电子轴、干燥烘箱和余热利用及VOCs处理、故障诊断与工艺优化等关键技术攻关;以及高端薄膜凹版印刷机和卫星式柔性版印刷机、智能运维云服务平台等产品开发。

  目前,高端包装印刷装备的核心部件电子轴控制系统、中心压印滚筒、油墨烘箱全部实现国产化,项目开发的技术全部实现批量应用。

  项目完成并投入使用以来,国外高端包装印刷装备在中国市场份额由95%降到10%以下,实现了出口大于进口的逆转,研发的装备销往欧美等30多个国家和地区的千余家包装印刷企业,超过1300余家国内企业应用了本项目产品。

  项目组提出以套印误差作为实时反馈的全闭环控制方法,基于前色组套印误差补偿机制的前馈自抗扰解耦控制策略,解决电子轴控制的高速高精度问题。发明负载及惯量在线辨识和误差检测运控一体化技术,解决了电子轴控制的稳定性问题。研发大功率直驱式电机,简化机械结构,解决电子轴控制系统数据通讯的准确性及实时性问题。

  包括发明基于热泵、热管和半悬浮烘箱的高效干燥系统,解决热风产生的料带变形难题。通过精确控制烘箱中的风速、温度和VOCS浓度的阀门,最大限度利用余热,解决印刷过程耗能大、绿色环保问题。

  该平台解决了中心压印滚筒受热变形难题,使中国成为继意大利后唯一掌握该项技术的国家。同时,实现高端包装印刷装备在线监测和故障诊断的智能化。

  基于项目成果,已研制2类16种系列产品,包括绿色环保凹版印刷机和卫星式柔版印刷机、高端包装印刷装备两层运维管控云平台。其中,陕西北人的凹版印刷机入选国内首台套重大技术装备推广产品。

  此外,项目还授权专利103件,软件著作权32项,出版专著2部,形成国家和行业标准18项,成为行业的技术引领者,推动了中国包装印刷行业的科技进步。

  从完全依赖进口到实现国产化应用,从超低排放技术创新到实现无污染绿色化生产……梳理2016年度到2020年度印刷造纸领域所获的国家科学技术奖发现,在助力我国科技自立自强的战场上,印刷造纸业取得了一系列技术突破和科研进展,研发强度保持高位。

  获奖数量提升。从2016年仅造纸业1项国家科学技术进步奖二等奖,到2020年印刷造纸业3项二等奖,除2018年奖项空缺外,印刷造纸领域的国家科学技术奖共计9个项目获奖,数量稳步提升。

  综合来看,9项获奖项目中,共获得国家科学技术进步奖一等奖1项,国家科学技术进步奖二等奖5项,国家技术发明奖二等奖3项。

  其中,2019年获得国家科学技术进步奖一等奖的“制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制关键技术及产业化”,是我国制浆造纸水污染全过程控制技术取得的全新突破。5项国家科学技术进步奖二等奖中,印刷业有1项,为“高端包装印刷装备关键技术及系列产品开发”。

  瞄准核心技术。梳理近5年国家科学技术奖励名单,印刷造纸领域的获奖项目均瞄准核心关键技术。或打破国外垄断,聚焦“卡脖子”难题,或攻关行业污染,聚力清洁生产。

  印刷领域中,“高端包装印刷装备关键技术及系列产品开发”打破进口依赖,使国外高端包装印刷装备在中国市场份额由95%降到10%以下。

  “超高速数码喷印设备关键技术研发及应用”针对超高速喷墨在行业应用中存在的数据流量大、介质易变形、喷头易堵塞、喷印质量自动检测困难等重大技术难题及相关技术被美国、日本、欧盟所垄断的现况,形成具有完全自主知识产权的三大核心关键技术。

  应用成果凸显。加快关键核心技术攻关后,更要加快创新成果转化应用。国家科学技术奖的获奖项目,无一不在技术推广应用上取得实效。

  在国家科学技术进步奖二等奖中,2016年度奖项“造纸与发酵典型废水资源化和超低排放技术关键技术及应用”,为造纸和发酵行业的典型废水处理提供先进配套技术及装备,目前已应用于中国、俄罗斯等国内外138家大型企业。

  2017年度奖项“混合材高得率清洁制浆关键技术及产业化”,开发了节能型高得率清洁制浆成套技术装备并实现产业化,在山东、江苏等15省份大规模推广并实现出口,建成和升级高得率浆线%以上。

  这些获奖项目对行业的贡献也有目共睹。2020年度奖项“高性能木材化学浆绿色制备与高值利用关键技术及产业化”,利用臭氧通过氧化作用漂白,基本实现无污染。

  2019年度奖项“制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制关键技术及产业化”,使得造纸行业废水与COD排放总量比2011年下降38.2%和55%,废水和COD排放量已低于多个重点排污行业,让造纸业摘掉了“污染大户”的帽子。

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