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前言

塑料工業已經儼然進入紅海—激烈的價格拼殺讓各個企業都頭疼不已，然而，塑料工業真的是夕陽產業嗎？事實上，材料科技與新興市場、智能制造、物聯網賦予了這個再傳統不過的行業新的生命力，我們探討的是“誰在拯救塑料工業？”—智能科技。

注塑機市場激烈的價格戰

塑料工業是一個在為傳統不過的產業，它涉及到我們每天日用消費品的生產，包括注塑機進行塑料件的加工、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[1]

圖1顯示了在包裝、建筑、汽車、電氣電子等各個領域，我們每天都會使用到各種塑料件，這也使得塑料成為一個非常傳統的市場，競爭非常激烈，可謂真正的紅海，即使是機器市場，也是價格極低，甚至在2015年廣州CHINAPLAS上就有廠商推出18萬的全電動注塑機—鎖模力100T的機器，而這個規格的機器當時市場通行價格得要在40萬左右的，可見其競爭之慘烈。

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

這種激烈的競爭使得參與其中的廠商無論是OEM還是系統廠商，都會比較頭疼，尋求突破。

圖2-塑料產業的發展走勢（歐洲2016）[1]

另一方面，圖2顯示的是塑料工業整體的發展包括塑料制品、OEM、原料等，整體來說，即使是最近2015-2016年有增長的，但是，尚未達到2001年的頂峰，并且，預計未來不會有過多的增長，這意味著傳統的注塑機與產品應用市場的飽和是一個新的常態。

誰在拯救這個產業？

1.材料科技的應用新場景

（1）注塑機應用于新的場景

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

當塑料材料在其工藝特性上能夠滿足實際應用，那么通過注塑的多模腔、低循環周期的生產能力下，一個原來需要通過復雜工藝流程生產的玻璃制品，通過注塑機可以在幾個mS里即可完成，并且一個模具同時生產十多個。

（2）生物基塑料的應用市場

為了降低塑料產品對于環境的污染，生物基材料的應用成為了全球的競爭趨勢，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成為未來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題如圖3-SPI關于生物塑料的評價報告[2]，包括缺乏行業凝聚力、原材料可用性、測試驗證標準等問題，但是，飲料工業的可口可樂、雀巢這樣的領先企業，或者蘋果這些領先的電子制造企業，他們都在倡導生物可降解材料的使用，對環境保護的角度會讓產業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展報告[2]

（3）汽車減重--聚合物基復合材料

公司平均燃料經濟性標準CAFé是一個用于新車的燃料經濟性標準，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，汽車減重設計的助教將會是塑料，但是，考慮到塑料在更為廣泛的汽車配件中使用的強度、磨損等設計，CFRP-聚合物基碳纖維增強復合材料成為了關注的焦點，將碳纖維與熱塑成型材料進行混合加工將會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，塑料材料與碳纖維、玻璃纖維材料所形成的新的應用將會為塑料產業的延展出更為廣闊的應用空間，當然，這也意味著在工藝、加工設備、仿真建模、自動化技術方面予以融合，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。

美國的NNMI在其下屬的MII中專門有針對聚合物基碳纖維增強復合材料的制造創新中心-IACMI，專門構建生態系統來解決這些問題。

人們總是覺得新興材料與技術會存在這樣那樣的問題，但是：所謂的藍海—不正是在這里嗎？

2.智能制造構成的生產單元

在2016年的CHINAPLAS上，已經有一些領先的中國塑料機械制造企業開始構建智能制造的產線，包括海天、震雄、東華、博創、伊之密等已經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，融合自動化、信息與通信技術、傳感技術的廠商共同通過協作來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間設備互聯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MES系統，進而實現整個包括了注塑機、機械手/機器人、AGV、輸送系統、輔助工藝如切割、視覺檢測，并完成為終端生產企業如汽車工業、包裝工業所提供的零配件、容器加工中心。

也即，這一規劃是符合整個制造業潮流的，未來的機器市場增長預測而言會是有限的，但是，這不代表著塑料工業就沒有成長空間，而是趨向于“解決方案”的實施能力。這種應用領域可以是：

智能單元的功能設計：以注塑機為核心的產品制造中心：通過具有柔性制造能力，模具切換以及輔助加工的機器人，將整個生產的離散轉換為連續型生產，并且具有從MES的訂單排產、質量與缺陷跟蹤、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—為實現某種特殊的功能，而構建的專用智能制造產線，這包括了以下幾個方面的集成：

（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

如果說數字化車間/智能制造單元是以機電工程的融合，是制造執行層面的問題，其本質仍然圍繞著生產加工而進行，而IoT技術以及面向工業的IIoT技術則是在更大的范疇為生產制造尋求更為高效的發展道路。

盡管目前而言，智能制造更多是停留在“愿景”這個層面，而且，真正的應用場景并非像宣傳的那樣多，但是，分析為注塑機會帶來哪些改變也具有積極的現實意義，這如同里夫金在其《零邊際成本社會》一書中所談到的，采用Internet技術實現的數據采集數字、連接、存儲、分析將會使得整個產業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的應用前景。

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

物聯網與智能分析能夠為工廠帶來的幫助

（1）數據驅動的質量控制

產品的質量是最為核心的內容，物聯網技術將通過Internet技術來實現對現場數據的采集、呈現，并通過傳輸至云/邊緣計算平臺，后臺的智能分析軟件將會對質量相關的數據進行學習，并發現其中對質量的影響因素，提供給工藝決策者進行工藝的優化---過去，我們需要很多經驗豐富的師傅來進行調校的工藝參數今天可以通過分析軟件建模來實現。

（2）預測性維護：對于用戶而言，基于傳感器的數據反饋（電流、電壓、溫度、振動）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的當機與在制品損失。

（3）客戶相關的反饋分析：對于OEM客戶而言，大量現場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驗，證數據，而不是需要自身通過大量的測試耗費時間、材料進行，最為重要的是，這些數據可以通過分析發揮最大的作用，包括知識的繼承、軟件工藝封裝帶來的重用性。

4.塑料智能化實現架構分析

作為塑料機械領域最為著名的控制方案提供商，貝加萊同樣為塑料工業提供了智能制造及云平臺架構的方案，這使得OEM廠商與塑料工廠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。

在這個架構里，采用開放的技術，塑料機械制造商可以為終端生產廠商提供基礎的機器連接、工廠數據采集、本地計算、大數據分析的服務能力。

圖6-基于B&R系統的塑料工業平臺架構

（1）連接問題

通過EUROMAP，可以實現多種的連接，包括EUROMAP67-與機械手的連接接口、EUROMAP 75-2，基于POWERLINK的機器內部實時通信互聯、ERUOMPA 77采用OPC UA實現與MES系統的接口集成，以及EUROMAP 79采用OPC UA及TSN技術的整個工廠數據互聯未來方案架構（制定中的行規）。

OPC UA將成為未來整個工廠互聯的基礎通信標準，其旨在通過共享的標準信息模型實現多個平臺間的語義互操作，而EUROMAP已經與OPC UA基金會達成一致，在其信息模型的構建中采用OPC UA規范來定義相關的數據類型、方法、安全訪問機制等。

（2）邊緣計算平臺的智能制造應用場景

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同時工作時，如果現場出現了訂單的變化帶來的每臺機器的參數調校、某臺機器的故障引發的連續生產中斷，在制品的質量風險，那么，這些協同的智能制造單元將如何響應這些變化？

云計算解決時間長周期的數據采集與應用，而對于邊緣節點—那些靠近生產現場的制造單元，就必須解決現場這些制造過程的重新規劃與工藝重新設定的問題，而這些就由現場的邊緣側計算來實現。

APROL即作為一個邊緣計算節點來為智能制造的產線提供現場機器數據采集、能源、維護等的服務，也包括了訂單排產數據的下載，APROL已經提供了大量可用的基礎庫，對于塑料行業則可以根據應用場景靈活的配置生產制造的整個流程。

讓我們共同協力，發展塑料工業，請訪問貝加萊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.