綠色化塑料成型工程“智能化+”的創新驅動

張友根（浙江 寧波 201299）

【研究與開發】

綠色化塑料成型工程“智能化+”的創新驅動

張友根
（浙江 寧波 201299）

綠色化塑料成型工程“智能化+”的創新驅動實現最優最佳生態環境保護。提出了綠色塑料成型工程“智能化+”創新驅動的內涵，研究了綠色塑料加工工程“智能化+網絡化”、“智能化+智慧企業”、“智能化+能效技術”、“智能化+服務客戶”、“智能化+先進制造”、“智能化+成型技術”、“智能化+回收技術”等七個方面的創新驅動，指出綠色化塑料成型工程“智能化+”的創新驅動必須走“Made in World”，才能持續。

塑料技術；綠色化；智能化；創新驅動

綠色化塑料成型工程的“新常態”塑料工程全套解決方案的首要特征。“智能化+” 是實現綠色化塑料成型工程達到最優最佳生態環境保護科學水平的首要戰術，“智能化+”的創新驅動是持續提高綠色化塑料成型工程“綠色化”的首要發展方向。本文提出了綠色塑料成型工程“智能化+”創新驅動的內涵，研究了綠色塑料成型工程“智能化+網絡化”、“智能化+智慧企業”、“智能化+能效技術”、“智能化+服務客戶”、“智能化+先進制造”、“智能化+成型技術”、“智能化+回收技術”等七個方面的創新驅動，指出綠色化塑料成型工程“智能化+” 的創新驅動必須走“Made in World”，才能持續。

1　綠色塑料成型工程“智能化+”創新驅動的內涵

綠色化塑料成型工程“智能化+” 創新驅動的準則是：塑料成型工程“智能化+”創新驅動遵循“綠色化”原則；“智能化+”創新驅動服務于綠色化塑料成型工程；“智能化+”創新驅動持續和拓展綠色化塑料加工工程。

根據上述準則，綠色塑料成型工程“智能化+”創新驅動的主要內涵，以綠色塑料成型工程的全套解決方案的生態環境保護的質量水平為綱，智能化貫穿節約能源、提高能效、減少污染、優化能源結構、降低資源消耗等各個環節性能，實現綠色化塑料成型工程全套解決方案具有感知、分析、推理、決策、控制功能的“人腦”智能，自動的生成一種最佳的成型工程的模式，通過人、設備與產品的實現實時聯通與有效溝通，構建高度靈活的個性化和數字化的成型工程運轉模式，實現人為設定的“綠色化”的軌道，持續提高綠色化的持續發展的科技含量。

感測技術的應用及研發。感測（sensing）技術是“智能化+”技術創新驅動的重要組成部分。如果沒有先進的感測技術，一切準確的測試與控制都將無法實現，即使最現代化的電子計算機，沒有準確的信息（或轉換可靠的數據），不失真的輸入，也將無法充分發揮其應有的作用。感測系統包括傳感器、變送器。傳感器對被測的原始信息進行準確可靠的捕獲和轉換。變送器把傳感器的直接輸出進行放大及電平搬移以得到所需的電壓輸出范圍，以供給二次儀表進行測量、指示和過程調節。

視覺技術的應用及研發。視覺技術是實現類似人類視覺（眼睛+視覺神經中樞+視覺神經細胞）的功能，機器視覺是實現真正意義的智能化檢測和重要的質量控制技術。視覺系統由鏡頭，像機和控制器構成的機器視覺替代人工，根據物體在一定環境下得到的畫面進行尺寸、缺陷、種類、匹配、文字等各種參數的測量和判別，在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內存中存儲的基準圖像進行比較，以做出分析。作為高精度、非接觸的測量系統，視覺系統涉及到視覺、光學和圖像處理，機器視覺與運動控制、智能通信等先進技術的結合正在推動著工業自動化生產的面貌的提升，視覺技術與成型加工相結合，成為實現智能化不可缺少的技術。

加強數字化技術及數字化裝備與網絡化制造技術的研究。研發有效的信息分析工具，以自動、智能和快速地發現大量數據間隱藏的依賴關系，并從中抽取有用的信息和知識，從而為產品質量的提高提供依據，進而發展數字化高端裝備；加快研發與行業發展相關聯的物聯網、云計算、智能化技術。

綠色塑料成型工程隨著人們生態環境保護意識的提高和科技的發展，驅動智能化的創新，智能化的創新同樣驅動綠色化的發展。

2　綠色塑料加工工程“智能化+網絡化”創新驅動

綠色塑料加工工程“智能化+網絡化”創新驅動基于3G/4G的互聯網通訊技術，把綠色化塑料成型工程的智能傳感、智能分析、智能控制的技術與多媒體的集數據收發、海量存儲、通訊功能等融于一體，實現成型工程的全過程的智能化監管，為塑機終端用戶與機械制造商之間提供方便、快捷、直接的溝通橋梁，促進了企業由傳統的經營模式到信息化、網絡化的轉變，優化了企業管理，降低了運作成本，并為社會節省資源，節能減排。重點促進云計算、物聯網、大數據為代表的新一代信息技術與現代制造業、生產性服務業等的融合創新。塑機制造不僅要裝上智能化、數字化的內核，更要展開互聯網及其外延。利用互聯網的透明、高效、互動等特征，創生出新的模式。

“智能化+網絡化”提高了智能化控制系統的靈活性和可靠性。網絡化控制技術基于網絡技術及無線技術科技水平。網絡化控制是控制技術、計算機技術和通信技術相結合的產物，控制系統中引入了計算機網絡，從而使得眾多的傳感器、執行器、控制器等主要功能部件能夠通過網絡相連接，相關的信號和數據通過通信網絡進行傳輸和交換，避免了點對點專線的鋪設，可將設備系統的動態參數傳遞出去，與其余設備系統共享數據；實時采集數據、軟件遠程自動升級，實現運行、服務的新模式；實現資源共享、遠程操作和控制。

“智能化+網絡化”是實施“工業4.0”的主要技術支撐。DMG MORI系統對“工業4.0”做了極大的貢獻，因為工藝鏈和供應鏈被系統地聯系起來，所以客戶生產的靈活性顯著增加。在新成立的DMG MORI系統公司中，DMG MORI集合了集團內部整體系統解決方案的全面的專業實力。從標準自動化系統到柔性自動化生產單元、完整的生產線，系統提供滿足顧客要求的最佳解決方案。DMG MORI系統的全面供應范圍保證了客戶能夠更快應對未來挑戰，進行更高效加工。2015年4月起，DMG MOR推出具有16款應用的最新CELOS版本。CELOS PC版本同樣是一項創新，用戶可以借此直接在加工準備階段對生產與制造流程進行最佳規劃與控制。此外，還可通過CELOS PC版本將任意機床或設備集成在整體CELOS外圍設備中。用戶可與數據管理軟件ERP、PPS以及PDM進行直接連接，并通過CELOS實現從理念到成品的30%的提速。另外，還可以完成和主機廠溝通，最終達到全球的溝通。目前DMG MORI在歐洲、日本、中國和美國成立了5個系統公司。DMG MORI位于德國韋爾瑙的全新科技中心將被打造成為全球頂尖系統和自動化專業技術的共享中心。

目前，“智能化+互聯網”的創新驅動面臨著若干挑戰，首先是傳統的制造的各個環節難以支撐龐大的數據處理和管理，其次是如何將海量數據轉化為有效服務提供給各個環節，也是實現智能生產、建成智能企業。

3　綠色化塑料成型工程“智能化+智慧企業” 的創新驅動

“智慧企業”基于3個核心要素：智能裝備，擁有自適應、分散的系統，可提高加工能力和質量；智能生產，擁有橫向和縱向的大數據集成系統，可確保更高的生產效率；智能服務，擁有對裝備的接近程度和對遠程維護工具的應用系統，可快速而有效地提高裝備的使用率。

“智慧企業”的三大特征：首先是基礎設施高度信息互聯，包括生產設備、機器人、操作人員、物料和成品；其次是制造過程數據具備實時性，生產數據具有平穩的節拍和到達流，數據的存儲與處理也具有實時性；再次是可以利用存儲的數據從事數據挖掘分析，有自學習功能，還可以改善與優化制造工藝過程。

“智慧企業”實現“智能服務”?！爸悄芊铡笔且环N人、機、物協同制造模式，在互聯網、物聯網、內容/知識網、人際網和先進制造技術等的支持下，將各種制造資源連接在一起形成統一的資源池，然后根據客戶個性化需求和情境感知，做出智能的響應，為客戶提供定制化的、按需使用的全套方案服務。現在很多企業都上了很多系統軟件，比如PLM、ERP、MES、CRM等系統，但系統與系統之間缺乏有效關聯，形成了一個個信息孤島。智慧服務信息系統高效集成研發、設計、工藝、質量、制造執行等系統，打通產品生命周期的各個環節，實現各類數據實時整合與控制，為智能制造提供信息支持。遠程維護與預防性維修對于恩格爾的許多客戶而言早就習以為常，而且這是確保機器高使用率的重要組成部分。新的ENGEL e-connect客戶門戶已使得塑料加工商們與恩格爾之間的合作甚至變得更快更便捷。例如，能夠直接在線確定并訂購備件，通過智能手機即可發送服務要求。

4　綠色化塑料成型工程“智能化+能效技術”的創新驅動

能源成本占據生產設備整個使用成本的90%以上。節約成型加工能耗一直是綠色化塑料成型工程科技進步的重點。智能化達到塑料加工工程的最佳能耗。最理想的能耗就是塑料成型設備能耗匹配于塑料由原料熔融成為制品所吸收的熱能。

4.1智能化能效管理技術

菲尼克斯公司的能量管理模塊（EMM）具備獲取能量數據和監視能量數據的作用，通過現場總線或以太網提供數據采集和傳輸，Inline I/O模塊之間的連接實現了一種從能量消耗點到控制層系統的無縫信息流，實現能效智能化管理，降低電能消耗。德國倍福自動化有限公司的EtherCAT實時工業以太網技術，通過非常經濟有效的標準以太網卡（NIC）進行管理；EL3403測量模塊具備完整的電網分析和能源管理功能，通過測量電網中所有相關的電氣數據及計算每相的有功功率和能量消耗、視在功率S、無功功率Q、頻率F等數據，對生產過程能耗進行優化，降低能耗，從而降低了生產成本，也使得整個生產過程更為環保。

4.2智能化干燥系統

意大利輔助設備生產商Moretto S.P.A“柔性”PET干燥系統，Flowmatik中央控制器就能自動運行，提供的氣流可與生產速率向適應，增強了PET物料水分控制和干燥均勻性的控制水平，干燥溫度從180℃降至175℃，干燥時間從6 h降至4 h，并且節約了40%的干燥氣流，達到降低生產速率的時候節省更多的電能。Novatec公司推出了兩項PET干燥過程的節能的智能專用系統。通過測量加入樹脂的溫度可離開干燥料斗的回風溫度，調節送入干燥料斗的氣流量，使回風（從干燥料斗返回干燥機中）溫度略高于加入干燥料斗中的樹脂溫度，達到在確保樹脂溫度情況下，將氣流量減到最少實現干燥加熱的能量最小化?？刂苹仫L溫度即控制送入干燥料斗的氣流速率，也就是通過改變鼓風機的運轉速度。鼓風機的運轉速度通過變頻驅動裝置實現。干燥溫度自適應控制與傳統技術相比，可降低30%的干燥能耗。

4.3注射能耗智能化技術［1］

注射能耗即注射壓力和注射速度的兩個參數之積，目前注塑成型加工的這兩個技術參數都為人為設定，具有很大的妄目性，而且都為開環運行，這兩個技術參數的設定值往往大于模腔內成型制品的實際需要值，不但浪費能量，而且影響制品的表觀質量及內在物理性能。智能化控制可把模腔內成型制品不同時間所需的熔融料的壓力和流速、通過檢測系統反饋給中央控制系統，中央控制系統根據信息發出指令調整注射壓力和注射速度，高速動態反映性能的注射機構在指令下迅速作出反映，實現注射參數匹配于成型制品所需的參數，達到最佳的動力驅動能耗。

4.4動態感應模具加熱平衡技術

RocTool的動態感應模具加熱平衡技術，使得采用激光技術在模具表面實現的微細結構能夠得到高精度的復制，而所有這些都在一次注射加工中完成。這種由激光構造的模具鑲件擁有含各種效果及精密結構（高光、全息圖）的特殊表面。在Fakuma 2015展會中，克勞斯瑪菲以電子箱蓋為例，采用DMH（動態模具加熱）技術的CX 160-750注塑機上演示了采用其與合作伙伴RocTool共同提供的這種感應DMH工藝是如何在一次注射加工中開發出具有優質表面的部件，同時還省略了額外的模內裝飾步驟，如預成型、沖孔和喂送等。

4.5智能化能耗回收技術

Netstal的ELION系列全電動注塑機，把伺服電機制動過程產生的能量直接進入過渡電路，儲存在電容電路中，這意味著產生的制動能量不必轉化成熱量，尤其是在注射循環期間，可以成為總能耗的一個重要部分，例如，當塑化過程發生在模具打開時，產生的制動能量可從過渡電路中汲取旋轉螺桿所需的能量。因此，該能量并不是取自電源供應網路，并且產生的能耗相應減少。在成型塑料花瓶生產表明，從伺服電機制動過程直接進入過渡電路的能量占所需循環能量的15%，成型總能耗為0.25 kWh/kg。對熔化塑料所需能量的計算表明：這僅比每個循環所需的總能量略少一點。同樣，驅動機器所需的能量幾乎全部來自各軸的制動過程，并未通過制動電阻轉化為熱量。與液壓注塑機相比，ELION系列注塑機能耗減少了70%，比常規的全電動注塑機能耗低10%以上。西得樂公司吹塑PET瓶的HR空氣回收系統，60%的生產空氣成功回收并投入二次使用，其中20%用作預吹空氣以及拉伸/噴嘴空氣，剩余40%則回收用于壓縮空氣系統等其他應用，與未安裝空氣回收系統前相比，設備自身的氣耗減少了20%。東莞可口可樂在安裝了SBO 20 HR空氣回收系統后，每年節省273 495 kW.h電和267 t二氧化碳［相當于小車（140 g /kW）行駛1 910 561 kW所產生的數量］。

5　綠色化塑料成型工程“智能化+服務客戶”的創新驅動

智能化網絡服務系統提高了用戶快速全方位的服務效率、實現了服務智慧化?；诨ヂ摼W通訊/視頻的實時的技術，實現智能維修遠程實時化，簡化故障檢查流程、方便故障研究、實現故障快速排除。通過智能導入參數，系統自動生成解決方案。

意大利Macchi公司與西門子電子產品公司合作推出的吹塑薄膜生產線的智能網絡服務系統，使用一種新的無線操控面板來啟動和控制整條生產線的運轉，生產操作人員可根據需要進行簡單的操控和特定的控制這套操控面板包含有一顯示屏系統，通過無線（聲頻和視頻） 連接到生產線上，操作人員無論身處何處，都可清楚了解并且解決生產線運轉過程存在的故障，及時解決故障，提高運轉效率。

耐馳特提供遠程支持服務已有很長時間，以便能夠向客戶提供快速、全球化的專業支持，這使得互動服務得到了很好的詮釋。使用這個工具連接的機器能夠得到在線訪問，這樣，通過遠程診斷，即可快速而簡單地消除故障。對未來的主機接口Euromap 77的開發，標志著一體化生產進入一個重要的里程碑。未來，這一接口將使生產數據能夠實時地傳送到中央主機。新的數據傳輸協議OPC UA為耐馳特和克勞斯瑪菲已經實施的這些新的通訊接口提供了基礎。

東華公司是國內塑機行業最早引進注塑機智能遠程監控系統的廠家之一。iS-eeMobile應用了移動通訊技術，服務器可主動將設備關鍵工況信息傳送至客戶智能電話，協助客戶對生產情況進行綜合的監控，帶來的是先進的網絡數字化的生產管理模式，可以幫助企業提高響應速度及決策效率，從而降低間接成本。公司通過Oracle系統建立了一套集客戶信息采集、整合、分析和應用等功能與一體的客戶關系管理系統，不斷強化“一客戶為中心”的戰略合作關系。

博創打破行業傳統，開發出了應用型極強的注塑機聯網技術，助力客戶實現注塑工廠智能化轉型升級，切實為客戶解決問題，提高生產效率。

美國MOOG公司且具有遠程診斷功能的模塊化的多軸伺服整機控制器TMC-4，基于PC的人機界面以及兼容IEC61131-3的開發環境，不但實現更高的閉環控制精度而，客戶可根據自己設備的特點及要求編寫程序。

秦川機械發展股份有限公司SCJ230B中空機遠程監控系統［2］，對整機在現場運行的數據進行實時采集和快速集中，技術人員無須親臨現場就可以監控并控制整機的運行，方便地利用豐富的網絡資源對其進行高級過程控制，乙維護設備的正常運行，也可以通過遠程來管理和維護生產過程，優化生產工藝，提高設備的利用率，最終降低生產成本，提高經濟效益。

6　綠色化塑料成型工程“智能化+先進制造”的創新驅動

新一輪科技革命和產業變革的核心就是智能化先進制造，實現裝備制造業“兩提升、三降低”：“兩提升”指生產效率的大幅度提升，資源綜合利用率的大幅度提升；“三降低”指研制周期大幅縮短，運營成本大幅下降，產品不良品率大幅下降。

智 能 化 先進 制 造（IntelligentManufacturing，IM）是基于新一代信息技術，貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節，具有信息深度自感知、智慧智能自決策、精準控制自執行等功能。

智能化先進制造包含智能制造技術和智能制造系統，智能制造系統不僅能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能，還有搜集與理解環境信息和自身的信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。智能化先進制造將生產制造變成一個由智慧產品主導的自治生產網絡，意味著在很短時間內獲得為客戶量身定制的產品是可能實現的，這是源于智能和技術系統幾乎已經能夠以規?；纳a效率來制造單個的產品。智能化先進制造將成為企業提高生產效率、降低成本并實現柔性生產的關鍵，高度融合IT技術的工業自動化將會得到迅速而廣泛的應用。

智 能 化 先 進 制 造 采 用 IEC61131、PLCopen Motion、B&R等已有的庫函數來實現系統的開發。Automation Studio是目前為止在自動化領域內最為強大的工程設計平臺，能夠使得開發者實現設備的全流程和全部對象的設計，從項目的管理、版本管理、項目配置、編程、仿真到調試診斷與維護。

智能化先進制造提供整個工廠的解決方案，硬件已顯得不再那么重要，設備的連線變得更加重要，需能提供整個生產管理與優化系統軟件及解決方案。Krones的整廠管理系統架構，各個生產單元的數據如機器狀態、批次控制數據等通過標準的數據總線到了上位，而設備的配置參數、配方數據、主控數據等也通過標準總線下達到生產設備級、生產計劃數據、操作控制、文檔、維護、分析、優化等在上一級來實現，通過用戶接口與ERP系統進行連接，實現整個工廠的數據管理。整個生產過程得到有效監控，影響產品質量與效率的各種因數也量化并提交給上位分析工具，以便管理人員能夠及時獲得現場設備及工藝存在的問題并給與及時修正，包括能夠對成本降低進行有效的分析，從而提高整體生產率。

實現智能化先進制造，是大勢所趨，是制造企業必須追求的目標。國內企業，面對智能化先進制造的發展趨勢，首先必須正視自身當前的現狀，客觀地評價自身的產品品質、技術水平能否適應智能化先進制造的要求。智能化先進制造以其產品的品質以及標準化平臺為基礎，其單臺設備的運行平穩性為單機自動化的順利實施創造了條件，在此基礎上，結合“互聯網+”，才能確保所有設備聯網后協同實現自動化與智能化。國內企業，目前的產品質量和技術水平尚達不到自動化乃至智能化先進制造提出的要求，設備的穩定性和可靠性尚存在很大的提升空間。國內企業應在智能化先進制造的問題上冷靜思考，關注客戶的個性化需求，通過不斷提高設備的穩定性，逐步向智能化先進制造的方向邁進。

7　綠色化塑料成型工程“智能化+成型技術”的創新驅動

綠色化塑料成型工程“智能化+成型技術”的創新驅動，根據環境價值并利用現代科技的全部潛力的技術，彌補、提高裝備在設計、制造等方面，以及成型環境和人為因素的干擾實現綠色化塑料成型工程的缺陷，持續提高綠色化塑料成型工程的科技發展水平，主要體現在提高能源和其他資源的利用效率、降低成型加工成本、減少對環境的污染、提高清潔度，達到塑料成型工程與人、自然環境、社會環境的持續和諧。本節分析研究了幾項綠色化塑料成型工程“智能化+成型技術”的創新驅動的技術。

7.1智能化預測模型控制技術（Model Algorithm Control-MAC）

智能化預測模型控制采用在線滾動優化指標和反饋自校策略，有效地克服受控對象的不確定性、遲滯和時變等因素的動態影響，從而達到預期的控制目標—參考軌跡輸入，使系統具有良好的抗干擾能力和魯棒性。智能化預測控制根據設定的成型加工的工藝曲線（速度、壓力、溫度、位移等成型工藝參數），預測環境的變化規律并自我調整，實現智能控制，其穩態精度和動態品質明顯優于傳統PID控制；可以有效地消除和減小由于機械的因素和外部擾動對于運動控制的不利影響，大幅度提高成型加工的重復精度；成型曲線的重現性，基本處于無能量損耗的成型加工，提高制品成品率及質量一致性，提高熔融原料的利用率，提高電能利用率。廣東聯塑機器制造有限公司研發了基于多變量模型預測控制技術的溫度控制系統，提高了溫度控制的穩定性。

7.2智能化清潔成型技術

智能化清潔成型技術的創新驅動運用整體預防的環境戰略，減少或者消除塑料成型工程對生態環境的可能危害，維護人類身態健康。德馬格最新電腦技術的NC5控制器的Systec 160-600C注塑機，智能化配備全電動直接驅動系統（DD）用于鎖模單元和注射單元的主軸驅動，使用特定的低慣性和空氣冷卻驅動，為潔凈室或高度清潔環境下推薦。Krauss Maffei公司的 EX系列注塑機所有的驅動都是用水冷卻的，不但充分發揮功效、提高電機的效率，而且冷卻水消耗量有所減少；而且保證了有效的熱分散，在潔凈室中，空氣流動和其中的微粒的控制達到最少化，大幅減少對環境造成的影響。Netstal的ELION系列全電動注塑機，智能控制驅動電能，把伺服電機制動過程產生的能量直接進入過渡電路，儲存在電容電路中，這意味著產生的制動能量不必轉化成熱量，尤其是在注射循環期間，可以成為總能耗的一個重要部分，例如，當塑化過程發生在模具打開時，產生的制動能量可從過渡電路中汲取旋轉螺桿所需的能量，比常規的全電動注塑機能耗低10%以上。

7.3智能化注塑成型技術

在德國舉行的Fakuma 2015展會中，一臺克勞斯瑪菲的智能機器，其典型的智能化特色是擁有APC（自適應工藝控制）功能。APC能夠識別出由環境條件變化或黏度波動而引起的工藝波動，能夠立即對注塑成型過程中產生的波動進行補償，因而生產出的部件能獲得始終如一的高質量，廢品量顯著降低，極大地節省了時間、成本和材料，并獨立地采取應對措施。通過選擇方案（工裝變化、開始采用周計時器的精確的生產計劃）演示，參觀者們能夠發現：效率是如何通過數據交換而得到提高，或能耗如何得以自動降低到最低水平。

博創公司與華中數控股份有限公司等單位共同承擔了國家數控一代項目“全電動注射機數控系統配置方案”，共同開發具有自主知識產權的全數字開放式高檔數控系統平臺，采用100 Mbps 實時工業以太網總線技術（NCUC-Bus），最小插補周期 0.125 ms，實現納米級運動插補精度，精準的壓力、流量及溫度控制的全電動注塑機，形成節能智能型注射機專用數控成套產品。在“數控一代”的基礎上博創已率先向“智能一代”發展，開發出注塑成型智能（柔性）制造系統，與客戶籌備柔性智能化復合成型材料數字化工廠。

7.4智能化取件技術

恩格爾的Engel viper機械手采用了三維運動傳感器，實現智能主動振動控制。機械手自身的預期振蕩可被計算出來以用于振動控制，但外界影響現在也能得到在線補償，能夠更迅速地到達一個穩定的工作位置，而且能夠以明顯更高的定位精度進行操作?？刂乒δ苓€考慮了注塑成型工藝的循環時間，僅需3次循環，Engel viper機械手就能針對各種不同的注塑成型工藝而達到最佳的動力性能。而在此前，機器操作人員必須針對每一種工藝單獨計算出最優的處理速度，然后進行人工設置，現在，Engel viper機械手能夠對此進行自動管理。

7.5智能化鎖?？刂萍夹g

恩格爾公司為充分發揮效率潛力，避免浪費，提高競爭力，恩格爾開發了智能化鎖?？刂栖浖?，從而能夠在客觀的基礎上，自動確定并采取最佳的鎖模力。在注射過程中，該軟件通過不斷地智能調整鎖模力，可使模具不斷保持排氣，甚至在加工條件波動的情況下也同樣如此。在注射過程中，流入的熔體施加壓力，推動兩個半模出現千分之幾毫米或百分之幾毫米的分離，這一過程就是眾所周知的模具排氣（mould breathing）。如果模具排氣過大或過小，就會因披峰或燒痕（柴油效應）而帶來廢品。如果鎖模力太高，模具還會遭受過高的壓力，而且鎖模力的形成會消耗更多不必要的能源。采用人工優化鎖模力的方式，通常是借助測量儀器來確定模具的排氣，但這是一種主觀的不精確的方法，其結果是，過分依賴于測量儀器的位置，此外還需要更多的經驗才能對它們作出解讀。為避免這些問題，許多注塑成型商都盡可能地采用最大鎖模力，而不是讓鎖模力與單獨的加工相適應。智能化鎖?？刂栖浖淼膬瀯菰谟?，顯著降低了質量缺陷風險，確保了最佳的模具通風，保護模具避免過溢，同時還提高了能效。

7.6智能化中空吹塑技術

Agr Internationnal公司的Process Pilot?吹瓶機管理系統，與該公司的PETWall Profiler?系統相結合，可對吹瓶機的生產運行進行自動管理。PETWall Profiler?智能吹塑管理基于LED的傳感器，能夠從每個瓶子上獲取上千個壁厚測量數據，并構建出完整的瓶形輪廓，即便瓶料的分布有極微小的變化，也能高度準確的識別出來。Process Pilot?吹瓶機管理系統根據PETWall Profiler?測量系統提供的信息，管理和自動調節吹瓶機的可控參數，形成了從瓶料分配的測量和吹瓶運行之間的有效閉環，確保生產的穩定和最佳的質量控制。

7.7智能化多層吹膜技術

廣東金明精機機械有限公司聯手西安交大研發“高性能智能化多層共擠吹塑裝備”，項目將采用基于進化計算與模糊控制等智能算法，結合吹膜裝備控制的特點，實現系統位置、速度、溫度、壓力等物理量的閉環精確控制，通過并行化、實時化、最小資源化等處理，采用片上化等技術，將算法硬化到專用芯片上，最終獲得專用的、自主研發的、實現吹膜裝備工藝的系統芯片。基于SOC系統芯片的控制系統，是現階段塑機行業的核心技術之一，而目前這一技術還只掌握在少數發達國家手中。該產品研發成功后，將打破外國公司對高檔吹膜機的壟斷，改變行業“機強電弱”的局面，提升國產設備的利潤空間。

7.8PET瓶智能化吹塑質量管理技術

SIG Corpoplast公司的PETWallplus吹塑機厚度監測系統檢測系統，采用紅外線吸收技術，精確測定PET容器中指定區域的厚度，可以檢測每個瓶子材料分布的偏差、移位、成型中出現 的問題以及和材料分布相關的其它問題，將連線校驗的工藝參數集成于拉伸的工藝控制系統中，自動識別并去除材料分布不均的容器，對諸如瓶坯的各種數據進行監控，形成一個閉合的、自動控制和自動調節相結合的生產循環過程，即使各瓶坯的數據不同，在初始設定的工藝參數仍保持不變的情況下，生產出的瓶子質量仍穩定可靠。系統可精確檢測不同形狀和顏色的PET瓶，速度達到每小時32 000瓶。

7.9智能化實時塑化溫度控制技術

塑化加熱溫度實時性及實時檢測性，直接關系到實現實時的智能化加熱溫度的靈敏精確控制，有效控制熱污染。傳統的塑化溫度控制技術，達不到智能化塑化溫度的實時性的動態反映性能，提供給電腦的溫度數據與實時塑化溫度存在誤差，造成電腦在分析、判斷、決策塑化溫度的錯誤。智能化實時塑化溫度控制技術，應根據料筒內塑料原料實時熔化的質量，控制螺桿剪切熱和料筒外部加熱量，并能達到閉環實時性，在此基礎上實現智能控制，把熱損耗降到最低，降低熱污染。

7.10智能化共擠膜質量管理系統［3］

德 國W & H公司的VAREX三層共擠在線薄膜厚度自動檢測及厚度自動調節系統，操作人員只需把薄膜厚度輸入到控制計算機，自動完成，排除了諸多的人為因素，生產的控制精度明顯提高，增強了產品品質。360。旋轉測厚探頭對薄膜的橫向厚度進行持續的、精確地在線檢測，將測量信息反饋 到控制計算機，顯示并記錄在計算機上；控制計算機對橫向厚度的分布進行分析后，由此計算出風環上每個區間所需調整的風量；PRO-CON 自動橫向控制系統根據控制計算機的控制信號可以自動調節自動風環各個控制區的冷卻風量，從而使 薄膜的橫向厚度得以控制在允許的誤差范圍內，最終控制薄膜橫向厚度均勻分布。同時 G ravim etric 連續稱重定量上料系統能夠極其有效地控制制品的層間厚度比例。采用在線自動測厚系統，開機速度快，降低機頭廢料，同時，測量薄膜的厚度準確率更高，優越的組態監控軟件系統軟件更易于實現其對薄膜平整性的調整，從而大大降低功能膜生產過程出現局部變厚變薄現象的發生，降低了人為因素造成的廢品率，節約了生產成本。使用在線自動測厚系統后，能夠有效控制FFS重包裝膜的預設值。由于360。旋轉測厚系統的使用，產品的厚度偏差更集中于設定值。從而滿足了對產品預期設計的功能性，保證了產品性能，提高了綜合品質。Elektro Physik Dr.Steinggroever GmbH & Co.KG 公 司 的 Elektro PhysikCTM-S在線厚度測量系統，基于磁感應原理，測量系統不受材料性能如濕度、密度和顏色的影響，不受環境中震動的影響，測量能力達到100 m/min，測量厚度從6 μm～6 mm，測量誤差±1%。在網絡技術新開發的完全兼容模式可以是該系統連接到內部/局域網上，便于對系統進行操作和監控。

7.11智能化現場總線控制技術

廣東佳明二代多功能計算機伺服動力驅動系統，將壓力傳感器反饋的壓力信號由超高速計算機主機做PID運算后，通過高速CAN總線輸出指令給伺服驅動器直接帶動伺服電動機，不需經過DA/AD轉換，消除了轉換誤差及伺服控制器的運算誤差，實現了計算機與伺服驅動器之間的數據高速傳輸，使驅動器與控制系統實現無縫連接，提高了系統的動態響應性能，系統快速啟動時間達到50 ms，同時解決了常規伺服系統電氣調試復雜以及整體驅動系統不穩定的問題，使得驅動器的狀態顯示和參數設定也可由計算機實現，調試更方便、更簡單，提高人與設備的和諧度。

7.12智能化成型制品檢測技術

注塑、擠出等成型制品的外觀是質量指標的主要表征。智能化視覺技術檢測成型制品在成型加工鏈環節中處于越來越重要的地位。視覺系統可先采集標準產品，而后針對需檢測的產品進行對比分析，確定是否合格，檢測過程既可在產品注塑剛完成後進行，也可以單獨檢測，做出分析，為中央控制系統提供準確、可靠的數據支持，中央控制系統根據視覺反饋信息作出分析、調整成型加工工藝參數，達到合格的產品。德國ISRA表面視覺公司Smash模塊化檢測系統，智能探測能有效低掃描塑料薄片產品表面缺陷，變進行自動分析，以確定缺陷產生的原因，從而有助于生產者防止缺陷的產生，提供產品質量和生產率。SmartScope Flash 500自動尺寸測量系統，具有多個帶有可觸發探頭的傳感器，配備了自動校正的AccuCentric 12倍電動變焦距頭，用于影像測量，可對較難成像的部件特征進行觸覺測量，還有用于測量非接觸式表面輪廓的TTL、DRS激光以及彩虹探頭掃描白光傳感器，還提供可以獲取幾毫克探測壓力數據點的獨一無二的羽毛探針微探針傳感器。Ohaus公司Navigator XT系列無接觸質量測定儀，具有兩個無接觸式紅外傳感器，不要觸摸按鍵，36種功能組合，適應于計數、百分比稱量，重量復核、顯示保留和累積/求和的應用。

7.13智能化型坯質量的閉環控制技術

作為擠吹中空機的核心技術之一的型坯自動閉環控制技術被美國的穆格（MOOG ）、B a r b e r-Co l m a n、奧地利的貝加萊 （B & R ） 等少數幾家公司壟斷，提供給國內廠商的只是單一的型坯壁厚伺服控制裝置或P L C系統，相關技術核心都被層層加密，國內廠商只能被動使用，無法根據自身特點形成全方位的控制系統，同時以上系統售價昂貴。因此，國產吹瓶機95%以上不具有型坯自動閉環控制功能，其余也只是簡單疊加了進口型坯壁厚伺服控制器。簡單疊加進口伺服控制器與無型坯控制設備相比提高了型坯的精度，但總體來說它只是小閉環，對擠出、機械動作等的波動無抑制作用，無法對型坯產生的整個過程 各個環節進行閉環控制，導致為了保證制品的物理機械性能只能整體加厚制品壁厚，制品單重增加，浪費塑料原料；制品壁厚控制位置不準確，偏差范圍高達15 mm，制品重量偏差大，合格率低。樂善機械實業有限公司、順德職業技術學院，自主研發的型坯自動閉環控制技術，對影 響塑料制品質量的各種因素如擠出機螺桿轉速、溫度、成型周期時間波動、模頭動態精度、制品壁厚及其控制位置等進行精確控制，保持最佳的生產狀態，提高塑料制品精度及降低合格制品重量，節省塑料原料。

7.14智能化擠出控制技術［4］

塑化擠出智能化就是以設定的擠出率和擠出質量為控制參數，由中央控制系統按設定的塑化技術參數，對各控制器集中控制，組成一個全閉環的自動化控制系統，實時智能檢測、分析、推理，實時做出調整相關技術參數，實現擠出率和擠出質量在實時要求精度內。

廣東聯塑機器制造有限公司針對塑料擠出加工過程研發的這套集過程精密控制、過程監測和故障診斷于一體的高性能擠出機智能控制系統，采用全新的控制理念，利用國際領先的控制技術對料筒溫度進行高精度控制，同時利用模頭壓力控制取代傳統的螺桿轉速控制。采用模頭壓力控制不僅降低了高端擠出機對高性能電動機的要求，從而降低了成本，而且進一步保證了擠出產品質量的穩定性。系統還集成了國際領先的過程監測技術，能夠及時準確地發現過程異常狀態，并進行故障診斷，從而提高生產效率、降低浪費。該系統整體架構上采用嵌入式系統設計，運算能力強且性能穩定。

8　綠色塑料成型工程“智能化+回收技術”的創新驅動

“智能化+回收技術”是提高塑料資源循環利用率的重要舉措。塑料制品的材料、型式繁多，特別是各種新型復合材料的應用，常規的、通用的回收再生技術的已難以適應。

8.1綠色節能的智能化廢料識別系統

全球領先的廢料傳感分揀方案專家德國的TITECH公司的最新一代創新TITECH autosort 4廢料分揀系統。采用無需外部光源的紅外線（near infrared，NIR）掃描技術，能夠在無外置燈臂的情況下運行，光線僅照射于傳感器掃描的傳送帶區域，實現節能達70%，能夠大幅度降低碳排放量和運營成本。新的控制單元（Control Unit，CU）集成了能夠適應更寬溫度范圍的工業PC特性，對于大多數應用都能采用被動式冷卻，可在高達50℃的溫度下，使用散熱器替代主動式冷卻裝置；配有更成熟的高性能數據采集卡；使用高速TITECH閥門，在新閥門驅動卡的支持下，可以達到更高的工作精度；傳感分揀技術可以從不同的廢料流中分揀出一系列高品質的材料組分，包括單一廢棄物（single-stream waste）、包裝物、廢紙、城市生活垃圾和許多類型的塑料廢料。這項技術還可以實現其它分揀工作的自動化。與傳統的勞動力密集型人工分揀方法相比，系統中的創新傳感器可以更快速、更準確地掃描分揀不同的物料。即使最小的物料也不會被TITECH autosort檢測網漏過，而較大的物料則可實現更高精度的掃描。

奧地利BT-Wolfgang Binder GmbH的全自動化回收料整理和分類的光學分選設備，利用了紅外線識別技術，可以識別和分離一系列類別明顯不同的材料，例如將塑料（包括PET、PE、PP-HD等）、紙張、紙板、金屬和玻璃等材料進行分類分揀，這種分揀機的處理量最高可以達到每小時25 t左右。通過組合不同種類的傳感器實現材料識別功能，如利用顏色傳感器來進行近紅外光譜分析，進行材料識別和顏色識別。利用線陣相機技術來進行顏色識別，或利用X-射線熒光技術來進行材料的化學組分識別。特別是在塑料領域中利用這些技術的不同組合形式，可以形成不同的解決方案，還能夠實現更大范圍的分類，達到很高的純度水平。通過分類和分揀之后的材料可以進入到下一步的回收環節中。

8.2綠色節能的智能化PET瓶廢料分揀系統

PET瓶在食品、醫藥、飲料的大量應用，PET瓶廢料的回收技術成為瓶廢料分揀系統創新驅動的一個重要分支。

Closed Loop Recycling公司的Pellenc智能系統，能夠從本色的HDPE瓶中分離出PET瓶和彩色瓶。德國克朗斯公司成功開發國際領先的PET瓶回收技術，能把被壓扁的PET瓶切割成片，經過初篩、去除金屬、分離標簽和瓶蓋、分離雜質、深度清洗等步驟。

9　結語

塑料成型工程模式正由 “Made in China”向“Made in World”轉變。綠色化塑料成型工程“智能化+”的眾多的現代化技術，不是一個企業、一個地區、一個國家能解決的，必須走“Made in World”，創新驅動才能持續。

［1］ 張友根.注塑機綠色設計的分析研究（上）［J］. 橡塑技術與裝備，2014，40（2）：11～26.

［2］ 郭昭輝.SCJ230B中空機遠程監控系統的研究和開發［J］.自動化博覽. 2009，03：82～84.

［3］ 高德梅.三層共擠重包裝膜自動測厚系統的實踐應用［J］. 國外塑料，2011，29（5）：58～62.

［4］ 張友根.多層共擠中空塑料成型機綠色技術的分析研究（下）［J］. 橡塑技術與裝備，2014，40（12）：11～33.

（R-03）

Innovation-driven of green plastic molding project "Intelligent+"

Innovation-driven of green plastic molding project "Intelligent+"

Zhang Yougen
（Ningbo 201299， Zhejiang， China）

Innovation-driven of green plastic molding project "Intelligent+" achieves the best ecological environment protection. This paper puts forward the connotation of "Intelligent+" innovation driven of green plastic molding engineering， studies seven aspects of green plastic molding engineering innovationdriven， including “Intelligent + networking”， “Intelligent + Intelligent business”， “Intelligent + energy eff ciency technology”， “Intelligent + customer service”， “Intelligent+ advanced manufacturing”， “Intelligent + molding technology” and “Intelligent + recovery technology”. This paper also points out that the innovation driven of green plastic molding project "Intelligent+" must take the "Made in World " in order to continue.

plastic technology； green； Intelligent； innovation driven

TQ320.66

1009-797X（2016）14-0001-09

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.14.001

張友根，教授級高工，終生享受國務院政府特殊津貼。1982年畢業于上海交通大學。從事塑料機械的科學發展工作。發表論文近400篇，約400萬字。

2016-01-15