前言
      塑料工業(yè)已經(jīng)儼然進入紅海—激烈的價格拼殺讓各個企業(yè)都頭疼不已，然而，塑料工業(yè)真的是夕陽產(chǎn)業(yè)嗎？事實上，材料科技與新興市場、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)賦予了這個再傳統(tǒng)不過的行業(yè)新的生命力，我們探討的是“誰在拯救塑料工業(yè)？”—智能科技。

注塑機市場激烈的價格戰(zhàn)
      塑料工業(yè)是一個在為傳統(tǒng)不過的產(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[1]

圖1顯示了在包裝、建筑、汽車、電氣電子等各個領(lǐng)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)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(tǒng)廠商，都會比較頭疼，尋求突破。

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(tǒng)的注塑機與產(chǎn)品應用市場的飽和是一個新的常態(tài)。
誰在拯救這個產(chǎn)業(yè)？
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(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(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(huán)周期的生產(chǎn)能力下，一個原來需要通過復雜工藝流程生產(chǎn)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(chǎn)十多個。
（2）.生物基塑料的應用市場
      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(guān)于生物塑料的評價報告[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)，他們都在倡導生物可降解材料的使用，對環(huán)境保護的角度會讓產(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展報告[2]

（3）.汽車減重--聚合物基復合材料
      公司平均燃料經(jīng)濟性標準CAFÉ是一個用于新車的燃料經(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(guān)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%。

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(chǎn)業(yè)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(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(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(gòu)成的生產(chǎn)單元
     在2016年的CHINAPLAS上，已經(jīng)有一些領(lǐng)先的中國塑料機械制造企業(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)出其對以注塑機為核心的復合制造單元的解決方案的規(guī)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(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單元。包括遵循國際標準制定統(tǒng)一的數(shù)字化制造車間設備互聯(lián)統(tǒng)一的設備行規(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MES系統(tǒng)，進而實現(xiàn)整個包括了注塑機、機械手/機器人、AGV、輸送系統(tǒng)、輔助工藝如切割、視覺檢測，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)劃是符合整個制造業(yè)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(yè)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(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(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、設備維護于一體的柔性制造單元。
     解決方案的解讀—為實現(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(tǒng)
     （3）.MES集成
     （4）.工藝軟件的變化
3.IIoT應用于塑料工業(yè)
      如果說數(shù)字化車間/智能制造單元是以機電工程的融合，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(xiàn)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(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集數(shù)字、連接、存儲、分析將會使得整個產(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)分析對于企業(yè)的應用前景。

圖5未來1-3年數(shù)據(jù)應用分析對您公司的重要調(diào)研,當前工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)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帶來的幫助
（1）.數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(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)來實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、呈現(xiàn)，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(zhì)量相關(guān)的數(shù)據(jù)進行學習，并發(fā)現(xiàn)其中對質(zhì)量的影響因素，提供給工藝決策者進行工藝的優(yōu)化---過去，我們需要很多經(jīng)驗豐富的師傅來進行調(diào)校的工藝參數(shù)今天可以通過分析軟件建模來實現(xiàn)。
（2）.預測性維護：對于用戶而言，基于傳感器的數(shù)據(jù)反饋（電流、電壓、溫度、振動）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(yǎng)帶來的當機與在制品損失。
（3）.客戶相關(guān)的反饋分析：對于OEM客戶而言，大量現(xiàn)場的機器參數(shù)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(xiàn)場驗，證數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)可以通過分析發(fā)揮最大的作用，包括知識的繼承、軟件工藝封裝帶來的重用性。
4.塑料智能化實現(xiàn)架構(gòu)分析
      作為塑料機械領(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器連接、數(shù)據(jù)采集、邊緣計算、云計算的應用基礎(chǔ)架構(gòu)。
     在這個架構(gòu)里，采用開放的技術(shù)，塑料機械制造商可以為終端生產(chǎn)廠商提供基礎(chǔ)的機器連接、工廠數(shù)據(jù)采集、本地計算、大數(shù)據(jù)分析的服務能力。

圖6-基于B&R系統(tǒng)的塑料工業(yè)平臺架構(gòu)

（1）.連接問題
      通過EUROMAP，可以實現(xiàn)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(nèi)部實時通信互聯(lián)、ERUOMPA 77采用OPC UA實現(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將成為未來整個工廠互聯(lián)的基礎(chǔ)通信標準，其旨在通過共享的標準信息模型實現(xiàn)多個平臺間的語義互操作，而EUROMAP已經(jīng)與OPC UA基金會達成一致，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(tǒng)、機器人、AGV同時工作時，如果現(xiàn)場出現(xiàn)了訂單的變化帶來的每臺機器的參數(shù)調(diào)校、某臺機器的故障引發(fā)的連續(xù)生產(chǎn)中斷，在制品的質(zhì)量風險，那么，這些協(xié)同的智能制造單元將如何響應這些變化？
      云計算解決時間長周期的數(shù)據(jù)采集與應用，而對于邊緣節(jié)點—那些靠近生產(chǎn)現(xiàn)場的制造單元，就必須解決現(xiàn)場這些制造過程的重新規(guī)劃與工藝重新設定的問題，而這些就由現(xiàn)場的邊緣側(cè)計算來實現(xiàn)。
APROL即作為一個邊緣計算節(jié)點來為智能制造的產(chǎn)線提供現(xiàn)場機器數(shù)據(jù)采集、能源、維護等的服務，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，對于塑料行業(yè)則可以根據(jù)應用場景靈活的配置生產(chǎn)制造的整個流程。

讓我們共同協(xié)力，發(fā)展塑料工業(yè)，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.