亚洲规模最大的橡胶塑料行业展会——2018 Chinaplas橡塑展，今天在上海国家会展中心隆重开幕，凭借巨大的市场规模和几乎不受经济周期影响一直保持高速发展的市场前景，橡胶塑料行业再次成为业界万众瞩目的焦点。

　　为了让大家对塑料行业的自动化、数字化、智能化有一个全面的认识，我们特推出2018塑料工业技术专题，希望能为2018 Chinaplas增添浓墨重彩的一笔。
　　创新，引领塑料机械的未来发
　　新兴产业的人们总是会把塑料这样的产业称为“传统产业”，似乎意味着夕阳、下滑，然而，在过去的2017年中国的塑料工业却有着30%的整体市场增长，注塑机的产量达到了10万台的历史新高，快速成长的3C产业和新的消费模式对塑料结构件的需求引发了机器的大量需求。
　　塑料工业的发展给我们带来了便利，但同时人们必须寻求平衡环境与生活的便利之间的矛盾，而塑料却较之一些其它材料更好的特性，使得它能够更好的使用。
　　减重设计-汽车工业
　　聚合物基碳纤维增强复合材料是最为重要的汽车减重设计方向，在美国有法案定义了58.5MPH的规划，需要汽车减重以满足这个需求，如何让聚合物基碳纤维增强复合材料更好的成型投入应用是减重设计的一个重要环节，不仅是美国，包括欧洲的汽车制造商们不断的在寻求更为轻质的材料来替代钢材。 在另一个方面，自从使用了PET吹瓶技术，饮用水瓶子的重量在过去的30年里减少了40%。
　　创新有时候就是让盖子容易打开
　　其实，很多消费者每天在超市里大量购买各种日用消费品，包括袋装、瓶装、盒装，但是，有些非常不容易打开，啤酒需要专门的开瓶器这无可厚非，然而很多设计即使是男人也无法拧开的盖子，而另一些经常会拧开如何保存也是一个问题，创新“Easy to open”。采用金属容器如铝罐、马口铁罐等不但重，而且在包装的打开设计上并非易事，而采用塑料材料设计的容器则易于打开，且 不会对人造成潜在的伤害。

　　更为安全的产品-医疗产业
　　对于传统的采用玻璃容易及器械的医疗行业而言，采用塑料的将会更加安全，而且成本也会更低，这也是传统医疗产业很多产品开始采用注塑、吹塑件的原因，包括止血钳也开始采用粉末注射成型的方式来制造，较之传统金属切削加工更为低的成本。
　　可降解塑料的推广
　　最近，朋友圈里传播着一篇文章《女王生气了》，因为塑料让这个世界太多的污染www.cechina.cn，尤其是给海洋生物带来巨大的伤害，英国女王要求提供给王室的容器采用可降解塑料，并且在王室不采用塑料制品来使用，可降解塑料成为了聚焦点，尽管目前而言，它的成本还是比 较高，但，通过工艺创新，以及大量的应用来降低其成本，那么可降解塑料在未来将同样大有可为。
　　谁能快速的通过工艺创新使得其具有高经济性，谁就会抢的市场先机，中国是一个巨大的市场，本土厂商有更多的机会在这里进行工艺的尝试，而大规模的应用潜力使得其具有最大的经济性。
　　塑料工业竞争力的聚焦
　　在VDMA和Mckinsey 2016年发布的“如何成功:欧洲机器制造商的战略选择”中，有一张图非常清晰的描述了数字化时代竞争力的十个价值驱动要素。我们可以看到，个性化、资产利用、面市时间、销售力是其关键，对于机器制造商这是一个巨大的挑战www.cechina.cn，标准的机器就想赢得市场的时代已 然过去，因此必须去应对这一挑战，而客户对资产利用率，如设备的OEE关注更为强烈，因为这与投资回报紧密相关。
　　个性化的机器设计
　　机器的个性化是一个挑战，它的矛盾在于个性化会让质量的迭代变得困难，另一方面组件的批量也会带来成本上升，对于软件同样如此， 如何灵活的应对机器的配置自适应、不同材料的工艺参数匹配、逻辑的编排、负载变化下的轴控制的PID自整定控制工程网版权所有，这些都会为机器的开发带来复杂性的提升，因此，机械制造商越来越需要考虑机械的模块化同时必须也要考虑电气硬件、软件模块的自适应能力。

　　快速面市-先进的机器开发方法
　　随着塑料材料在汽车减重、可降解 材料、复合材料工艺集成，包括新的材料在新的领域应用，使得塑料作为一个传统的市场也在不断扩 张，而OEM厂商谁能够快速开发出适应性高的机器，谁就有先机获得市场，并赢得丰厚的回报，“时间就 是金钱”在这里体现的淋漓尽致。
　　现代的机器设计，并行工程是解决快速开发的有效之道，通过预先的工艺建模与仿真，在机械尚未进行时即可线性对核心工艺进行仿真，使得工艺参数达到较为理想的状态，而软件的模块化使得原有已经成熟的功能仅以“组态”的方式，这样就可以快速实现机器的开发。
　　资产利用
　　资产的利用，就像OEE指标一样，用于衡量设备如何有效的生产出高品质的产品，从资产回报角度可以理解为“这台设备如何为我们赚取利润”—如果80%的OEE可以理解为这个产线与设备在80%的工作时间里能够高品质灵活的生产出产品，而如果60%那就意味着另外40%的时间它在浪费投资，包括废品、时间各种成本的浪费。
　　软件复用同样是一种资产利用的方式，每个软件功能的研发都包含了工程师智慧的结晶，而测试中所消耗的材料与工时都被打入这个软件功能，如果它也可以被复用，那么资产同样被最大的发挥了效果，另一个资产利用的思想在于如何全局的规划软件，让软件具有高内聚的特性，这就像我们可以在一个邮件里充分阐明一件事情的全景，进而让对方快速理解应对，而不是再反复去沟通尚未被了解的细节，时间的消耗往往在这些沟通中一样。
　　服务
　　对于机器的用户而言，如何让产线稳定可靠，包括了以下几个方面的要素：
　　· 新的工艺升级是否便捷？
　　· 机器是否可以预测性维护提供故障报警？
　　· 快速的获得维修的指示，对于机器的开发而言，核心算法是一方面，错误报警与处理也是更为关键的能力；
　　· 远程的诊断、调试与维护能力。

　　数字化转型 —必然之路
　　实现数字化转型是迎接未来挑战的必然，而领先的机械制造商总是走在技术的前沿，生产与制造业企业需要的是一揽子解决方案，谁能提供更为完整的生产解决方案，谁将赢得客户。
　　对于塑料工业的数字化应用而言，其服务于生产的优化与更为个性化的制造，而这一切仍然以精益的有三个非常重要的场景：
　　·状态监测
　　·即插即用
　　·优化
　　对于工厂而言，有几个需求是通用的：
　　·简单方式实现机器的全厂集成
　　·安全的IT数据访问
　　·机器与工厂的数据结构化
　　·高效的机器与产线重组
　　基于直接的方法调用，实现SoA是信息系统集成的关键，语义的定义必须独立于制造商，否则，工厂的IT与OT集成，实现即插即用的生产组织将遥遥无期，而所谓的数字化转型、智能制造升级将成为空谈。
　　OPC UA是独立于厂商的通信解决方案，可以用实现跨平台的语义互操作以及信息模型的构建，让IT访问OT变得简单，基于OPC UA 的垂直行业信息模型如Euromap将为塑料工厂提供集成的解决方案。
　　数字化基础—信息模型 OPC UA是为解决工厂语义互联的关键，OPC UA非常重要的角色在 于必须通过语义互操作来实现对不同厂商的机器的数据结构化 访问，而另一方面，OPC UA也要解决信息模型的问题，因为，这样才能让“即插即用”和高速的生产重组得以实现。
　　下图为OPC UA的简图，在OPC UA Server上的地址空间里包括了信息的基本模型并由Client来访问，支持请求-应答机制、Pub/Sub和订阅/通知形式的数据交互机制，其数据传输支持TCP/UDP等。 OPC UA采用SoA的架构设计，包含了多种数据服务功能，这些功能为数据交互提供了基础功能性保障。

　　OPC UA与Euromap
　　在不同的行业，对于信息模型的构建也是不同的，就像塑料行业有模具、加热温区、注塑机与机械手的配合，而在制药行业可能关注于数据的可追溯性（FDA Gamp电子签名认证），印刷行业则考虑装订的尺寸、折页配页、颜色的管理等。
　　塑料行业在过去已经有了不同的标准用于注塑机与机械手等辅机的沟通标准如EUROMAP 63/77等，包括27的物理连接接口，以及未来发展的79基于TSN的通信。
　　下图是采用OPC UA的Euromap模型，基本模型、设备模型（模具、 驱动等）、作业单、数据服务集等信息，通过这些信息上位的管理系统可以全局的把握注塑机的运行情况，并能够进行可视化的配置，使得产线的调整可以进行交互。

　　下图为EUROMAP 77描述了在注塑机（IMM）和制造执行系统（MES）之间的数据交互，MES用于采集来自于注塑机的信息，旨在更易于实现质量保障、作业和数据集的管理。EUROMAP 77的目标在于提供一个唯一的接口，用于衔接IMM和MES系统。

　　以下功能将被涵盖：
　　关于注塑机的通用信息（制造商,型号,序列号等），当前配置和IMM状态包括模具、注射单元、功率单元以及在机器上相关改变的日志。
　　作业管理：机器运行期间的作业信息以及生产循环的参数， 以及从MES到IMM的传送作业信息并启动生产的方法。
　　数据集管理：IMM存储相关配置的信息叫数据集，这些数据包括了与IMM相关的额定工艺参数（时间，温度，压力）， 同时也包括了安装的机械手系统，EUROMAP 77.2允许信息在IMM和MES之间进行传输，用于构建一个数据集知识库。图4 是工业4.0针对整个数字工厂的信息管理壳规范。也采用OPC UA进行传输。
　　软件定义机器智能
　　对于机器的智能，软件又分为多个方向的集成能力。
　　首先，得有一个集成平台，才让他们能够实现在垂直和水平方向的智能集成，以贝加莱的Automation Studio为例，他为机器智能化提供了基础平台保障。
　　下图描述了在该平台实现智能的多个方面：

　　（1）IIoT融合接口支撑
　　如果控制的智能是基于“信号”，因此，对于Automation Studio而言可以通过对PLC、Motion进行机器的模块化软件集成来实现分布式运动控制，以及软件的分布式，而对于计算（Computing）--基于“信息”的策略与优化问题，Automation Studio提供了标准互联的接口支撑，包括OPC UA，以及在OPC UA基础上针对塑料机械领域的Euromap 77、Euromap 67，以及未来的Euromap 79，针对包装工业的PackML，这些垂直行业的信息模型使得机器数据与MES/ERP以及各种智能系统、IIoT数据分析平台进行接口，并实现对生产质量、工艺参数、能耗等的优化。
　　（2）建模仿真
　　对于每个机器而言，都会有其内在的工艺建模需求—这才能让机器更为简便的接受不同的生产任务，例如：对于灌装系统而言，每个批次的灌装会有不同的逻辑处理、不同规格的瓶型会需要不同的灌装曲线、针对不同的速度需要不同的运动控制间的协调，灌装单元与前道的吹瓶、后道的旋盖、贴标、膜包都有关联关系，这些关系可以通过统一的建模，在软件上形成其内在的控制模型，当瓶型、速度、液体等变化时，系统仍然具有自我适应能力，而无需人员进行重新的编程或者调校。
　　（3）机电一体化融合
　　智能产线中运动控制、机器人扮演非常重要的角色，因为他们是实现智能化的执行机构，而另一方面，从软件的角度而言， 他们也关系到对MES的反馈，并接受来自生产指令，因此，今天的智能运动控制系统已经肩负“柔性”的重任，例如：对于注塑机，机器人配合已经成为了机器人第三大应用场景，而对机器人与工艺设备的集成而言，传统的自动化系统会遇到障碍，而对于基于PLCopen Part IV协同运动控制编程的自动化系统而言，注塑机的控制与机器人是可以完全在同一架构下完美匹配的。
　　（4）知识自动化
　　软件开发软件、智能机器的软件开发可以基于软件复用来提高效率，而将领域知识进行封装成组件模块，重复利用本身也是“知识自动化”的范畴，知识自动化是智能化重要的构成， 这样可以让机器快速的适应生产，而无需复杂的编码、测试过程。
　　贝加莱的mappPLASTIC就是为塑料工业所开发的，如下图 mapp将机器分为机电一体化对象（机器人、轴控、轴组、液压的控 制），射胶、熔胶、开合模、保压等专用的注塑机控制行业专用模块，再加上基础的文件、配方、报警等管理，可以快速的为注塑机实现油压、伺服泵、全电动注塑机，以及注塑机与机械手、关节机器人、SCARA机器人的整体智能制造单元的集成。

　　（5）通信互联
　　总线技术让系统更为智能在于它可以获取更多的参数，除了信号之外，可以为机器提供维护、使用时间累计、当前状态、故障记录等。而实时以太网技术则让生产变得更为高效—快速的切换工艺，当生产的工艺发生变化时，通过高速的以太网快速 下达指令，运动控制系统可以让生产快速适应新的工艺需求。
　　OPC UA不仅仅是一个通信协议，OPC UA在智能制造中扮演最为重要的角色：通过共享的信息模型，使得OT、IT和CT之间可以实现语义互操作，这样，IT与OT即可实现真正的融合，通过类似于共享内存的机制，每个单元包括控制、MES、IIoT等均可访问地址空间，获取自己想要的数据。
　　通信互联构成了智能制造的基础骨干，智能的实现都依赖于标 准规范的传输、连接。
　　（6）智慧工厂集成能力
　　智慧工厂的集成能力同样是软件的集成，包括了机器控制器所提供的机器状态参数，基于EUROMAP77进行注塑机的MES系统集成，包括OPC UA与云平台的集成，与边缘计算平台的互联。
　　边缘计算（Edge Computing）相对于云计算，其旨在通过对现场的数据采集并进行实时的控制，与云计算的差异在于云相对 较长的数据采样周期（秒、分、小时、天），而对于贝加莱而言，其APROL平台可以作为塑料、包装等工厂的计算平台，对生产的过程、状态数据进行采集（PDA）、能源监测EnMon、基于状态的运营维护ConMon，针对塑料工厂集成了EUROMAP 77，以实现对工厂数据的采集与MES的互联。
　　下图为塑料工厂智能集成应用场景：

　　边缘计算 IIoT在塑料工业的实现
　　边缘计算这个词的兴起是与云计算有一定的对应关系，边缘计算是实现工业物联网的一种方法。

　　边缘计算对于塑料工厂而言，其任务旨在让塑料工厂实现数字化，进而借用数据来实现工厂的全局优化，因此，边缘计算首先要解决的是连接问题，然后是数据的结构性处理，并进行分布式计算，呈现（可视化），再与智能分析结合为预测性维护、能源优化提供决策支持。
　　老工厂的数据问题实际上，在塑料工厂里，新增的设备量与存量市场相比就会显得比较小，每年中国有8万台左右的新增注塑机，但是注塑机 的存量市场则高达200万台，而这些老的 机器如何实现联网、数据集中呈现、数据存储与分析则是一个大问题，而要解决这个问题则遇到机电障碍：
　　·接口不统一
　　一些控制器带有总线接口，而一些甚至没有接口，新一代的采用了以太网接口，而大量老设备却并非如此。
　　·协议不一致
　　尽管物理的接口是一致的，却无法确保数据的格式、存储地址上的一致， 这是因为不同的总线采用了不同的应用层。
　　·语义互操作的困难
　　这个问题体现在不同的协议采用不同的规范，就像5英寸不能与5寸进行加减运算一样控制工程网版权所有，这导致了采集后的数据处理面临大量的软件代码编写工作，而这个组合复杂度会让这件工作变得缺乏经济性。
　　塑料工业边缘计算架构
　　在塑料工业里，边缘计算节点主要采用 Euromap来进行数据的设备的数据规范与信息模型，Euromap 77建立了注塑机与机 械手，与MES系统或上层应用软件的信息标准与规范，其基于OPC UA的规范而设计。
　　数字时代的注塑机控制设计

　　在塑料行业从业许多年的人，如果你问他“什么是下一代的控制器？”，这是一个很难定义的话题， 因为，用“时代”来定义如此传统的行业，会有些困难，因为对于下一代的产品必须要有鲜明的区 分，否则，无法用“下一代”来描述这个话题。
　　不忘初心
　　对于制造业的用户而言，技术的前沿都不能脱离应用的实际， 稳定、可靠、性能卓越，能够生产出高品质的产品、节省能耗、时间、材料进而降低成本、更快的产品换型，这些基本的需求必须得以保持和巩固，这在任何年代都是控制器制造商必须向客户承诺并在现实应用中兑现的。
　　对接数字化时代在确保高品质的产品基础上，控制器必须与数字时代的塑料工厂对接www.cechina.cn，这包括了数字时代的关键元素：
　　·集群设备管理；
　　·预测性维护；
　　·能源优化；
　　·提供协同制造接口的能力；
　　……
　　要实现这一切，必须借助于开放的技术应用集成，自动化必须拥抱互联网，使得广泛使用的开放技术为制造过程带来新的升级。
　　灵活高效的机器组织
　　新的材料带来工艺的需求，例如：纤维与塑料的融合加工、可降解塑料，将塑料应用于替代原有的玻璃、金属制品，都使得塑料机械有了新的应用，但也带来工艺的变化，而如果能够将 机器原有大部分的工作标准化、模块化，则让厂商聚焦于工艺，节省大量的时间提升Know-How的研发，这对于OEM而言， 具有非常大的吸引力。
　　数据访问变得简单
　　采用Euromap的信息模型，注塑机可以与机器人、MES系统进行协同，机器人可以与注塑机构成智能制造单元，而MES可以让机器接受来自生产的任务质量、工艺配方参数，这些都使得注塑机的集群控制变得简单。