前言

塑料工業(yè)已經(jīng)儼然進(jìn)入紅?！ち业膬r(jià)格拼殺讓各個(gè)企業(yè)都頭疼不已，然而，塑料工業(yè)真的是夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)嗎？事實(shí)上，材料科技與新興市場(chǎng)、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)賦予了這個(gè)再傳統不過(guò)的行業(yè)新的生命力，我們探討的是“誰(shuí)在拯救塑料工業(yè)？”—智能科技。

注塑機市場(chǎng)激烈的價(jià)格戰

塑料工業(yè)是一個(gè)在為傳統不過(guò)的產(chǎn)業(yè)，它涉及到我們每天日用消費品的生產(chǎn)，包括注塑機進(jìn)行塑料件的加工、擠出各種片材、管材，吹瓶機吹塑成型各種礦泉水瓶子、洗發(fā)水塑料瓶，以及各種薄膜材料采用吹膜方式。

圖1-塑料材料應用市場(chǎng)[1]

圖1顯示了在包裝、建筑、汽車(chē)、電氣電子等各個(gè)領(lǐng)域，我們每天都會(huì )使用到各種塑料件，這也使得塑料成為一個(gè)非常傳統的市場(chǎng)，競爭非常激烈，可謂真正的紅海，即使是機器市場(chǎng)，也是價(jià)格極低，甚至在2015年廣州CHINAPLAS上就有廠(chǎng)商推出18萬(wàn)的全電動(dòng)注塑機—鎖模力100T的機器，而這個(gè)規格的機器當時(shí)市場(chǎng)通行價(jià)格得要在40萬(wàn)左右的，可見(jiàn)其競爭之慘烈。

而與之相對應的注塑機配置的控制系統市場(chǎng)競爭也是白熱化，在包括了10.4寸的HMI、40多點(diǎn)DI/DO、溫度、PWM輸出等硬件及注塑的工藝軟件集成售價(jià)有一些尚不到5千。

這種激烈的競爭使得參與其中的廠(chǎng)商無(wú)論是OEM還是系統廠(chǎng)商，都會(huì )比較頭疼，尋求突破。

圖2-塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展走勢（歐洲2016）[1]

另一方面，圖2顯示的是塑料工業(yè)整體的發(fā)展包括塑料制品、OEM、原料等，整體來(lái)說(shuō)，即使是最近2015-2016年有增長(cháng)的，但是，尚未達到2001年的頂峰，并且，預計未來(lái)不會(huì )有過(guò)多的增長(cháng)，這意味著(zhù)傳統的注塑機與產(chǎn)品應用市場(chǎng)的飽和是一個(gè)新的常態(tài)。

誰(shuí)在拯救這個(gè)產(chǎn)業(yè)？

1.材料科技的應用新場(chǎng)景

（1）注塑機應用于新的場(chǎng)景

盡管3D打印被認為是未來(lái)個(gè)性化生產(chǎn)的一股重要力量，但是，對于批量的生產(chǎn)而言，注塑機仍然有其較為廣泛的應用空間，據2016年CHINAPLAS來(lái)自伊之密的金輝經(jīng)理介紹，在一些領(lǐng)域例如：采用鋁鎂合金粉的成型工藝生產(chǎn)手術(shù)用止血鉗、采用注塑方式生產(chǎn)汽車(chē)前大燈、紙漿注射成型與模內貼標方式生產(chǎn)的iPhone手機包裝盒，采用注射成型與皮革工藝融合生產(chǎn)的汽車(chē)座椅等。

當塑料材料在其工藝特性上能夠滿(mǎn)足實(shí)際應用，那么通過(guò)注塑的多模腔、低循環(huán)周期的生產(chǎn)能力下，一個(gè)原來(lái)需要通過(guò)復雜工藝流程生產(chǎn)的玻璃制品，通過(guò)注塑機可以在幾個(gè)mS里即可完成，并且一個(gè)模具同時(shí)生產(chǎn)十多個(gè)。

（2）生物基塑料的應用市場(chǎng)

為了降低塑料產(chǎn)品對于環(huán)境的污染，生物基材料的應用成為了全球的競爭趨勢，這類(lèi)可降解的材料本身原料來(lái)自于天然植物，而在成型后被廢棄可以降低，這在限塑令等政策的指引下會(huì )成為未來(lái)更為重要的應用力量。

盡管生物塑料材料目前還存在很多問(wèn)題如圖3-SPI關(guān)于生物塑料的評價(jià)報告[2]，包括缺乏行業(yè)凝聚力、原材料可用性、測試驗證標準等問(wèn)題，但是，飲料工業(yè)的可口可樂(lè )、雀巢這樣的領(lǐng)先企業(yè)，或者蘋(píng)果這些領(lǐng)先的電子制造企業(yè)，他們都在倡導生物可降解材料的使用，對環(huán)境保護的角度會(huì )讓產(chǎn)業(yè)共同尋求在這些問(wèn)題的解決。

圖3-生物塑料存在的問(wèn)題與進(jìn)展報告[2]

（3）汽車(chē)減重--聚合物基復合材料

公司平均燃料經(jīng)濟性標準CAFé是一個(gè)用于新車(chē)的燃料經(jīng)濟性標準，在2012年奧巴馬政府將其指標提高到了在2025年達到54.5MPG(英里/加侖)，而汽車(chē)中近50%的零配件采用注塑件而只占用了10%的重量，因此，汽車(chē)減重設計的助教將會(huì )是塑料，但是，考慮到塑料在更為廣泛的汽車(chē)配件中使用的強度、磨損等設計，CFRP-聚合物基碳纖維增強復合材料成為了關(guān)注的焦點(diǎn)，將碳纖維與熱塑成型材料進(jìn)行混合加工將會(huì )成為更具競爭力的材料，而這種復合材料有比鋼鐵材料10倍的強度而重量較之鋁材輕30%。

圖4-CAFE

未來(lái)，塑料材料與碳纖維、玻璃纖維材料所形成的新的應用將會(huì )為塑料產(chǎn)業(yè)的延展出更為廣闊的應用空間，當然，這也意味著(zhù)在工藝、加工設備、仿真建模、自動(dòng)化技術(shù)方面予以融合，是的其整體的成本、縮短加工周期方面，帶來(lái)更大的提升空間。

美國的NNMI在其下屬的MII中專(zhuān)門(mén)有針對聚合物基碳纖維增強復合材料的制造創(chuàng )新中心-IACMI，專(zhuān)門(mén)構建生態(tài)系統來(lái)解決這些問(wèn)題。

人們總是覺(jué)得新興材料與技術(shù)會(huì )存在這樣那樣的問(wèn)題，但是：所謂的藍?！徽窃谶@里嗎？

2.智能制造構成的生產(chǎn)單元

在2016年的CHINAPLAS上，已經(jīng)有一些領(lǐng)先的中國塑料機械制造企業(yè)開(kāi)始構建智能制造的產(chǎn)線(xiàn)，包括海天、震雄、東華、博創(chuàng )、伊之密等已經(jīng)體現出其對以注塑機為核心的復合制造單元的解決方案的規劃能力。

合作共享：事實(shí)上，今天我們討論各種智能制造單元本身必須是以OEM為中心，融合自動(dòng)化、信息與通信技術(shù)、傳感技術(shù)的廠(chǎng)商共同通過(guò)協(xié)作來(lái)搭建智能制造的平臺單元。包括遵循國際標準制定統一的數字化制造車(chē)間設備互聯(lián)統一的設備行規規范，包括將OPC UA、Euromap、PackML等信息模型予以集成，連接至整個(gè)MES系統，進(jìn)而實(shí)現整個(gè)包括了注塑機、機械手/機器人、AGV、輸送系統、輔助工藝如切割、視覺(jué)檢測，并完成為終端生產(chǎn)企業(yè)如汽車(chē)工業(yè)、包裝工業(yè)所提供的零配件、容器加工中心。

也即，這一規劃是符合整個(gè)制造業(yè)潮流的，未來(lái)的機器市場(chǎng)增長(cháng)預測而言會(huì )是有限的，但是，這不代表著(zhù)塑料工業(yè)就沒(méi)有成長(cháng)空間，而是趨向于“解決方案”的實(shí)施能力。這種應用領(lǐng)域可以是：

智能單元的功能設計：以注塑機為核心的產(chǎn)品制造中心：通過(guò)具有柔性制造能力，模具切換以及輔助加工的機器人，將整個(gè)生產(chǎn)的離散轉換為連續型生產(chǎn)，并且具有從MES的訂單排產(chǎn)、質(zhì)量與缺陷跟蹤、能耗監測、設備維護于一體的柔性制造單元。

解決方案的解讀—為實(shí)現某種特殊的功能，而構建的專(zhuān)用智能制造產(chǎn)線(xiàn)，這包括了以下幾個(gè)方面的集成：

（1）.注塑機-機器人的混合工作單元

（2）.快速輸送系統

（3）.MES集成

（4）.工藝軟件的變化

3.IIoT應用于塑料工業(yè)

如果說(shuō)數字化車(chē)間/智能制造單元是以機電工程的融合，是制造執行層面的問(wèn)題，其本質(zhì)仍然圍繞著(zhù)生產(chǎn)加工而進(jìn)行，而IoT技術(shù)以及面向工業(yè)的IIoT技術(shù)則是在更大的范疇為生產(chǎn)制造尋求更為高效的發(fā)展道路。

盡管目前而言，智能制造更多是停留在“愿景”這個(gè)層面，而且，真正的應用場(chǎng)景并非像宣傳的那樣多，但是，分析為注塑機會(huì )帶來(lái)哪些改變也具有積極的現實(shí)意義，這如同里夫金在其《零邊際成本社會(huì )》一書(shū)中所談到的，采用Internet技術(shù)實(shí)現的數據采集數字、連接、存儲、分析將會(huì )使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)不斷的挖掘到數據背后的金礦，從下圖可以看到數據分析對于企業(yè)的應用前景。

圖5未來(lái)1-3年數據應用分析對您公司的重要調研,當前工業(yè)企業(yè)數據分析當前應用狀態(tài)[3]

物聯(lián)網(wǎng)與智能分析能夠為工廠(chǎng)帶來(lái)的幫助

（1）數據驅動(dòng)的質(zhì)量控制

產(chǎn)品的質(zhì)量是最為核心的內容，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將通過(guò)Internet技術(shù)來(lái)實(shí)現對現場(chǎng)數據的采集、呈現，并通過(guò)傳輸至云/邊緣計算平臺，后臺的智能分析軟件將會(huì )對質(zhì)量相關(guān)的數據進(jìn)行學(xué)習，并發(fā)現其中對質(zhì)量的影響因素，提供給工藝決策者進(jìn)行工藝的優(yōu)化---過(guò)去，我們需要很多經(jīng)驗豐富的師傅來(lái)進(jìn)行調校的工藝參數今天可以通過(guò)分析軟件建模來(lái)實(shí)現。

（2）預測性維護：對于用戶(hù)而言，基于傳感器的數據反饋（電流、電壓、溫度、振動(dòng)）可以為機器的螺桿、模具、絲杠提供潛在的維護預警，這種預警將會(huì )使得設備的有效使用得到保護，也避免機器事后的維修保養帶來(lái)的當機與在制品損失。

（3）客戶(hù)相關(guān)的反饋分析：對于OEM客戶(hù)而言，大量現場(chǎng)的機器參數也是為其機器設計提供了應用參考，這些為塑料機械制造商提供了最好的現場(chǎng)驗，證數據，而不是需要自身通過(guò)大量的測試耗費時(shí)間、材料進(jìn)行，最為重要的是，這些數據可以通過(guò)分析發(fā)揮最大的作用，包括知識的繼承、軟件工藝封裝帶來(lái)的重用性。

4.塑料智能化實(shí)現架構分析

作為塑料機械領(lǐng)域最為著(zhù)名的控制方案提供商，貝加萊同樣為塑料工業(yè)提供了智能制造及云平臺架構的方案，這使得OEM廠(chǎng)商與塑料工廠(chǎng)同樣能夠獲得整體的機器連接、數據采集、邊緣計算、云計算的應用基礎架構。

在這個(gè)架構里，采用開(kāi)放的技術(shù)，塑料機械制造商可以為終端生產(chǎn)廠(chǎng)商提供基礎的機器連接、工廠(chǎng)數據采集、本地計算、大數據分析的服務(wù)能力。

圖6-基于B&R系統的塑料工業(yè)平臺架構

（1）連接問(wèn)題

通過(guò)EUROMAP，可以實(shí)現多種的連接，包括EUROMAP67-與機械手的連接接口、EUROMAP 75-2，基于POWERLINK的機器內部實(shí)時(shí)通信互聯(lián)、ERUOMPA 77采用OPC UA實(shí)現與MES系統的接口集成，以及EUROMAP 79采用OPC UA及TSN技術(shù)的整個(gè)工廠(chǎng)數據互聯(lián)未來(lái)方案架構（制定中的行規）。

OPC UA將成為未來(lái)整個(gè)工廠(chǎng)互聯(lián)的基礎通信標準，其旨在通過(guò)共享的標準信息模型實(shí)現多個(gè)平臺間的語(yǔ)義互操作，而EUROMAP已經(jīng)與OPC UA基金會(huì )達成一致，在其信息模型的構建中采用OPC UA規范來(lái)定義相關(guān)的數據類(lèi)型、方法、安全訪(fǎng)問(wèn)機制等。

（2）邊緣計算平臺的智能制造應用場(chǎng)景

邊緣計算是什么并不重要，但是，對于智能制造單元而言卻有意義，如果理解自動(dòng)化為基于信號的控制，那么邊緣計算就是基于信息的策略，如果與注塑機匹配的機械手、傳輸系統、機器人、AGV同時(shí)工作時(shí)，如果現場(chǎng)出現了訂單的變化帶來(lái)的每臺機器的參數調校、某臺機器的故障引發(fā)的連續生產(chǎn)中斷，在制品的質(zhì)量風(fēng)險，那么，這些協(xié)同的智能制造單元將如何響應這些變化？

云計算解決時(shí)間長(cháng)周期的數據采集與應用，而對于邊緣節點(diǎn)—那些靠近生產(chǎn)現場(chǎng)的制造單元，就必須解決現場(chǎng)這些制造過(guò)程的重新規劃與工藝重新設定的問(wèn)題，而這些就由現場(chǎng)的邊緣側計算來(lái)實(shí)現。

APROL即作為一個(gè)邊緣計算節點(diǎn)來(lái)為智能制造的產(chǎn)線(xiàn)提供現場(chǎng)機器數據采集、能源、維護等的服務(wù)，也包括了訂單排產(chǎn)數據的下載，APROL已經(jīng)提供了大量可用的基礎庫，對于塑料行業(yè)則可以根據應用場(chǎng)景靈活的配置生產(chǎn)制造的整個(gè)流程。

讓我們共同協(xié)力，發(fā)展塑料工業(yè)，請訪(fǎng)問(wèn)貝加萊CHINAPLAS 2017展臺

參考文獻

[1] An analysis of European Plastic Production,Demand and waste data,Plastic-the Facts 2016

[2]A Series on Economic-Demographic-consumer & Technology trends in Specific  plastic end market,PLASTIC MARKET WATCH,2016

[3]The current state of data analytics usage in industrial companies,Industrial Analytics 2016/2017,Digital Analytics Association,December 2106.