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前言

塑料工業(yè)已經(jīng)儼然進(jìn)入紅海—激烈的價(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(tǒng)不過的行業(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(jī)市場(chǎng)激烈的價(jià)格戰(zhàn)

塑料工業(yè)是一個(gè)在為傳統(tǒng)不過的產(chǎn)業(yè)，它涉及到我們每天日用消費(fèi)品的生產(chǎn)，包括注塑機(jī)進(jìn)行塑料件的加工、擠出各種片材、管材，吹瓶機(jī)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(yīng)用市場(chǎng)[1]

圖1顯示了在包裝、建筑、汽車、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(tǒng)的市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，可謂真正的紅海，即使是機(jī)器市場(chǎng)，也是價(jià)格極低，甚至在2015年廣州CHINAPLAS上就有廠商推出18萬(wàn)的全電動(dòng)注塑機(jī)—鎖模力100T的機(jī)器，而這個(gè)規(guī)格的機(jī)器當(dāng)時(shí)市場(chǎng)通行價(jià)格得要在40萬(wàn)左右的，可見其競(jìng)爭(zhēng)之慘烈。

而與之相對(duì)應(yīng)的注塑機(jī)配置的控制系統(tǒng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)使得參與其中的廠商無論是OEM還是系統(tǒng)廠商，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(shì)（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，整體來說，即使是最近2015-2016年有增長(zhǎng)的，但是，尚未達(dá)到2001年的頂峰，并且，預(yù)計(jì)未來不會(huì)有過多的增長(zhǎng)，這意味著傳統(tǒng)的注塑機(jī)與產(chǎn)品應(yīng)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(yīng)用新場(chǎng)景

（1）注塑機(jī)應(yīng)用于新的場(chǎng)景

盡管3D打印被認(rèn)為是未來個(gè)性化生產(chǎn)的一股重要力量，但是，對(duì)于批量的生產(chǎn)而言，注塑機(jī)仍然有其較為廣泛的應(yīng)用空間，據(jù)2016年CHINAPLAS來自伊之密的金輝經(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)汽車前大燈、紙漿注射成型與模內(nèi)貼標(biāo)方式生產(chǎn)的iPhone手機(jī)包裝盒，采用注射成型與皮革工藝融合生產(chǎn)的汽車座椅等。

當(dāng)塑料材料在其工藝特性上能夠滿足實(shí)際應(yīng)用，那么通過注塑的多模腔、低循環(huán)周期的生產(chǎn)能力下，一個(gè)原來需要通過復(fù)雜工藝流程生產(chǎn)的玻璃制品，通過注塑機(jī)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(yīng)用市場(chǎng)

為了降低塑料產(chǎn)品對(duì)于環(huán)境的污染，生物基材料的應(yīng)用成為了全球的競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)，這類可降解的材料本身原料來自于天然植物，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)成為未來更為重要的應(yīng)用力量。

盡管生物塑料材料目前還存在很多問題如圖3-SPI關(guān)于生物塑料的評(píng)價(jià)報(bào)告[2]，包括缺乏行業(yè)凝聚力、原材料可用性、測(cè)試驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)等問題，但是，飲料工業(yè)的可口可樂、雀巢這樣的領(lǐng)先企業(yè)，或者蘋果這些領(lǐng)先的電子制造企業(yè)，他們都在倡導(dǎo)生物可降解材料的使用，對(duì)環(huán)境保護(hù)的角度會(huì)讓產(chǎn)業(yè)共同尋求在這些問題的解決。

圖3-生物塑料存在的問題與進(jìn)展報(bào)告[2]

（3）汽車減重--聚合物基復(fù)合材料

公司平均燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)CAFé是一個(gè)用于新車的燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，在2012年奧巴馬政府將其指標(biāo)提高到了在2025年達(dá)到54.5MPG(英里/加侖)，而汽車中近50%的零配件采用注塑件而只占用了10%的重量，因此，汽車減重設(shè)計(jì)的助教將會(huì)是塑料，但是，考慮到塑料在更為廣泛的汽車配件中使用的強(qiáng)度、磨損等設(shè)計(jì)，CFRP-聚合物基碳纖維增強(qiáng)復(fù)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(jìng)爭(zhēng)力的材料，而這種復(fù)合材料有比鋼鐵材料10倍的強(qiáng)度而重量較之鋁材輕30%。

圖4-CAFE

未來，塑料材料與碳纖維、玻璃纖維材料所形成的新的應(yīng)用將會(huì)為塑料產(chǎn)業(yè)的延展出更為廣闊的應(yīng)用空間，當(dāng)然，這也意味著在工藝、加工設(shè)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，帶來更大的提升空間。

美國(guó)的NNMI在其下屬的MII中專門有針對(duì)聚合物基碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制造創(chuàng)新中心-IACMI，專門構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)來解決這些問題。

人們總是覺得新興材料與技術(shù)會(huì)存在這樣那樣的問題，但是：所謂的藍(lán)海—不正是在這里嗎？

2.智能制造構(gòu)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(guó)塑料機(jī)械制造企業(yè)開始構(gòu)建智能制造的產(chǎn)線，包括海天、震雄、東華、博創(chuàng)、伊之密等已經(jīng)體現(xiàn)出其對(duì)以注塑機(jī)為核心的復(fù)合制造單元的解決方案的規(guī)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O(shè)EM為中心，融合自動(dòng)化、信息與通信技術(shù)、傳感技術(shù)的廠商共同通過協(xié)作來搭建智能制造的平臺(tái)單元。包括遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定統(tǒng)一的數(shù)字化制造車間設(shè)備互聯(lián)統(tǒng)一的設(shè)備行規(guī)規(guī)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(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)包括了注塑機(jī)、機(jī)械手/機(jī)器人、AGV、輸送系統(tǒng)、輔助工藝如切割、視覺檢測(cè)，并完成為終端生產(chǎn)企業(yè)如汽車工業(yè)、包裝工業(yè)所提供的零配件、容器加工中心。

也即，這一規(guī)劃是符合整個(gè)制造業(yè)潮流的，未來的機(jī)器市場(chǎng)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)而言會(huì)是有限的，但是，這不代表著塑料工業(yè)就沒有成長(zhǎng)空間，而是趨向于“解決方案”的實(shí)施能力。這種應(yīng)用領(lǐng)域可以是：

智能單元的功能設(shè)計(jì)：以注塑機(jī)為核心的產(chǎn)品制造中心：通過具有柔性制造能力，模具切換以及輔助加工的機(jī)器人，將整個(gè)生產(chǎn)的離散轉(zhuǎn)換為連續(xù)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(jiān)測(cè)、設(shè)備維護(hù)于一體的柔性制造單元。

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

（1）.注塑機(jī)-機(jī)器人的混合工作單元

（2）.快速輸送系統(tǒng)

（3）.MES集成

（4）.工藝軟件的變化

3.IIoT應(yīng)用于塑料工業(yè)

如果說數(shù)字化車間/智能制造單元是以機(jī)電工程的融合，是制造執(zhí)行層面的問題，其本質(zhì)仍然圍繞著生產(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(yīng)用場(chǎng)景并非像宣傳的那樣多，但是，分析為注塑機(jī)會(huì)帶來哪些改變也具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，這如同里夫金在其《零邊際成本社會(huì)》一書中所談到的，采用Internet技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集數(shù)字、連接、存儲(chǔ)、分析將會(huì)使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)不斷的挖掘到數(shù)據(jù)背后的金礦，從下圖可以看到數(shù)據(jù)分析對(duì)于企業(yè)的應(yīng)用前景。

圖5未來1-3年數(shù)據(jù)應(yīng)用分析對(duì)您公司的重要調(diào)研,當(dāng)前工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)分析當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)[3]

物聯(lián)網(wǎng)與智能分析能夠?yàn)楣S帶來的幫助

（1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量控制

產(chǎn)品的質(zhì)量是最為核心的內(nèi)容，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將通過Internet技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、呈現(xiàn)，并通過傳輸至云/邊緣計(jì)算平臺(tái)，后臺(tái)的智能分析軟件將會(huì)對(duì)質(zhì)量相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并發(fā)現(xiàn)其中對(duì)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---過去，我們需要很多經(jīng)驗(yàn)豐富的師傅來進(jìn)行調(diào)校的工藝參數(shù)今天可以通過分析軟件建模來實(shí)現(xiàn)。

（2）預(yù)測(cè)性維護(hù)：對(duì)于用戶而言，基于傳感器的數(shù)據(jù)反饋（電流、電壓、溫度、振動(dòng)）可以為機(jī)器的螺桿、模具、絲杠提供潛在的維護(hù)預(yù)警，這種預(yù)警將會(huì)使得設(shè)備的有效使用得到保護(hù)，也避免機(jī)器事后的維修保養(yǎng)帶來的當(dāng)機(jī)與在制品損失。

（3）客戶相關(guān)的反饋分析：對(duì)于OEM客戶而言，大量現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器參數(shù)也是為其機(jī)器設(shè)計(jì)提供了應(yīng)用參考，這些為塑料機(jī)械制造商提供了最好的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)，證數(shù)據(jù)，而不是需要自身通過大量的測(cè)試耗費(fèi)時(shí)間、材料進(jìn)行，最為重要的是，這些數(shù)據(jù)可以通過分析發(fā)揮最大的作用，包括知識(shí)的繼承、軟件工藝封裝帶來的重用性。

4.塑料智能化實(shí)現(xiàn)架構(gòu)分析

作為塑料機(jī)械領(lǐng)域最為著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(tái)架構(gòu)的方案，這使得OEM廠商與塑料工廠同樣能夠獲得整體的機(jī)器連接、數(shù)據(jù)采集、邊緣計(jì)算、云計(jì)算的應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)。

在這個(gè)架構(gòu)里，采用開放的技術(shù)，塑料機(jī)械制造商可以為終端生產(chǎn)廠商提供基礎(chǔ)的機(jī)器連接、工廠數(shù)據(jù)采集、本地計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析的服務(wù)能力。

圖6-基于B&R系統(tǒng)的塑料工業(yè)平臺(tái)架構(gòu)

（1）連接問題

通過EUROMAP，可以實(shí)現(xiàn)多種的連接，包括EUROMAP67-與機(jī)械手的連接接口、EUROMAP 75-2，基于POWERLINK的機(jī)器內(nèi)部實(shí)時(shí)通信互聯(lián)、ERUOMPA 77采用OPC UA實(shí)現(xiàn)與MES系統(tǒng)的接口集成，以及EUROMAP 79采用OPC UA及TSN技術(shù)的整個(gè)工廠數(shù)據(jù)互聯(lián)未來方案架構(gòu)（制定中的行規(guī)）。

OPC UA將成為未來整個(gè)工廠互聯(lián)的基礎(chǔ)通信標(biāo)準(zhǔn)，其旨在通過共享的標(biāo)準(zhǔn)信息模型實(shí)現(xiàn)多個(gè)平臺(tái)間的語(yǔ)義互操作，而EUROMAP已經(jīng)與OPC UA基金會(huì)達(dá)成一致，在其信息模型的構(gòu)建中采用OPC UA規(guī)范來定義相關(guān)的數(shù)據(jù)類型、方法、安全訪問機(jī)制等。

（2）邊緣計(jì)算平臺(tái)的智能制造應(yīng)用場(chǎng)景

邊緣計(jì)算是什么并不重要，但是，對(duì)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(hào)的控制，那么邊緣計(jì)算就是基于信息的策略，如果與注塑機(jī)匹配的機(jī)械手、傳輸系統(tǒng)、機(jī)器人、AGV同時(shí)工作時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了訂單的變化帶來的每臺(tái)機(jī)器的參數(shù)調(diào)校、某臺(tái)機(jī)器的故障引發(fā)的連續(xù)生產(chǎn)中斷，在制品的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，那么，這些協(xié)同的智能制造單元將如何響應(yīng)這些變化？

云計(jì)算解決時(shí)間長(zhǎng)周期的數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用，而對(duì)于邊緣節(jié)點(diǎn)—那些靠近生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的制造單元，就必須解決現(xiàn)場(chǎng)這些制造過程的重新規(guī)劃與工藝重新設(shè)定的問題，而這些就由現(xiàn)場(chǎng)的邊緣側(cè)計(jì)算來實(shí)現(xiàn)。

APROL即作為一個(gè)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)來為智能制造的產(chǎn)線提供現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器數(shù)據(jù)采集、能源、維護(hù)等的服務(wù)，也包括了訂單排產(chǎn)數(shù)據(jù)的下載，APROL已經(jīng)提供了大量可用的基礎(chǔ)庫(kù)，對(duì)于塑料行業(yè)則可以根據(jù)應(yīng)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(qǐng)?jiān)L問貝加萊CHINAPLAS 2017展臺(tái)

參考文獻(xiàn)

[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.