在ASPENCORE在深圳電子智能制造展（EIMS）同期舉辦的“深圳國(guó)際工業(yè)4.0技術(shù)與應(yīng)用峰會(huì)”上，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員、深圳市海外高水平引進(jìn)人才楊之樂(lè)博士分享了“智能成型裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐”主題演講。

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楊之樂(lè)博士介紹說(shuō)，模塑企業(yè)是典型的離散型工業(yè)，同時(shí)又是工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性制造業(yè)。這類(lèi)企業(yè)存在著設(shè)備系統(tǒng)型號(hào)不一各自為政、嚴(yán)重依靠人工的經(jīng)驗(yàn)性管理、生產(chǎn)效率低的種種弊端。因此，不推行工廠內(nèi)的人機(jī)物互聯(lián)互通來(lái)加強(qiáng)信息化，自動(dòng)化過(guò)程很難改變這種落后狀態(tài)。只有打通設(shè)備（注塑機(jī)）控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)屏障才能真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，而在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上采集大量有效數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、建模、工藝優(yōu)化和管控，最后實(shí)現(xiàn)注塑生產(chǎn)過(guò)程的人工智能應(yīng)用來(lái)擺脫依靠人員的經(jīng)驗(yàn)性管理，推行數(shù)字化現(xiàn)代管理。

中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院智能成型裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方案的研發(fā)主要針對(duì)注塑成型工廠，打造注塑生產(chǎn)設(shè)備的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)垂直生態(tài)。從注塑機(jī)底層控制和優(yōu)化出發(fā)，開(kāi)發(fā)依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)控制器設(shè)備和工業(yè)管理軟件，打造垂直行業(yè)生態(tài)和云平臺(tái)，創(chuàng)造新的綜合服務(wù)模式和知識(shí)交互模式，建立行業(yè)實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)平臺(tái)和知識(shí)庫(kù)，使模塑企業(yè)從依賴(lài)人員的經(jīng)驗(yàn)性管理走向充分利用大數(shù)據(jù)的科學(xué)管理的趨勢(shì)隨著信息化互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及5G技術(shù)的應(yīng)用全面發(fā)展。

立項(xiàng)依據(jù)——模塑行業(yè)的發(fā)展需求

楊博士介紹說(shuō)，模塑工業(yè)在我國(guó)是一個(gè)非常大的行業(yè)，我國(guó)是占到了世界第一的消費(fèi)量和產(chǎn)值。我們生活中大量的塑料制品、塑料元器件，都是由注塑機(jī)來(lái)加工成型?，F(xiàn)在注塑工業(yè)面臨以下幾個(gè)問(wèn)題：模塑行業(yè)中裝備智能化、生產(chǎn)智能化、管理智能化和服務(wù)智能化程度低，缺少數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化和智能化的技術(shù)手段。

研究目標(biāo)——目的與意義

問(wèn)題導(dǎo)向：面向模塑行業(yè)中裝備智能化、生產(chǎn)智能化、管理智能化和服務(wù)智能化的迫切需求。

聚焦研發(fā)：聚焦智能成型裝備與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，開(kāi)展關(guān)鍵工程技術(shù)問(wèn)題協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)。

應(yīng)用示范：構(gòu)建“智能裝備-智能產(chǎn)線-智能車(chē)間-智能工廠-智能行業(yè)”五位一體的模塑智能制造核心技術(shù)體系與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范。

服務(wù)產(chǎn)業(yè)：提升模塑智能制造行業(yè)水平，促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，服務(wù)廣東從“制造大省”到“制造強(qiáng)省”的跨越發(fā)展，服務(wù)“中國(guó)制造2025”。

研究?jī)?nèi)容1：模塑車(chē)間智能管控系統(tǒng)

楊博士介紹說(shuō)，其團(tuán)隊(duì)研究的第一個(gè)內(nèi)容是模塑車(chē)間智能管控系統(tǒng)。它的基礎(chǔ)是注塑機(jī)控制器，現(xiàn)在基于液壓的注塑控制器主要產(chǎn)地是寧波和德國(guó)等歐洲廠商。大量的注塑機(jī)在工作到十幾年以后生產(chǎn)進(jìn)度會(huì)顯著下降，它的工藝會(huì)受到注塑機(jī)部分部件退化的影響?！耙?yàn)樗瓉?lái)的控制系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)的，很多的工藝參數(shù)受器件退化而導(dǎo)致生產(chǎn)工藝達(dá)不到要求。我們就做了一個(gè)閉環(huán)控制器，跟蹤注塑機(jī)單個(gè)零部件的退化做補(bǔ)償，開(kāi)發(fā)了一套迭代學(xué)習(xí)的控制算法，這樣就把很多老的退化的注塑機(jī)直接救活了。在這個(gè)場(chǎng)景下我們開(kāi)發(fā)了一些相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和智能化的手段?！睏畈┦空f(shuō)。

研究?jī)?nèi)容2：模塑產(chǎn)線的全周期生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度

第二個(gè)研究?jī)?nèi)容是模塑產(chǎn)線的全周期生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度，即對(duì)個(gè)性化和批量化的工單在單個(gè)工廠或跨工廠的場(chǎng)景里做工序的調(diào)度。“也就是說(shuō)某個(gè)工廠有四五個(gè)注塑機(jī)，另一個(gè)工廠有10個(gè)注塑機(jī)，大家同時(shí)生成單一批次的不同工件，能夠做到跨廠跨領(lǐng)域的調(diào)度和協(xié)同生產(chǎn)，用一些算法就可以把它很好地解決?！?/p>

研究?jī)?nèi)容3：成型裝備與模塑生產(chǎn)管控故障診斷

楊博士繼續(xù)說(shuō)到，裝備本身以及模塑本身的工藝會(huì)有一些故障，可以將人工智能/深度學(xué)習(xí)的方法和傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)注塑機(jī)裝備的故障診斷。

研究?jī)?nèi)容4：模塑智能制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)及其應(yīng)用

然后，該團(tuán)隊(duì)在注塑車(chē)間智能管控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建立了模塑智能制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)。“我們?cè)谌A為云、阿里云等云里面做了一個(gè)注塑機(jī)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)。這個(gè)云平臺(tái)連接了所有安裝的注塑機(jī)控制器，還有MES系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。這個(gè)云平臺(tái)不同于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的平臺(tái)，它不是一個(gè)通用平臺(tái)，而是一個(gè)垂直產(chǎn)業(yè)的平臺(tái)。在這個(gè)云平臺(tái)上，可以看到連接的每一臺(tái)注塑機(jī)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最難做到的。不僅能看到生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，還能看到平臺(tái)機(jī)器的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這樣從調(diào)度上，從了解機(jī)器本身的狀態(tài)上都能夠做到全場(chǎng)景。

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“此外，我們還想借助這個(gè)云平臺(tái)開(kāi)發(fā)一些模塊功能，實(shí)現(xiàn)單個(gè)注塑機(jī)和模具的技術(shù)服務(wù)平臺(tái)。我們想設(shè)計(jì)一個(gè)定制化的模具，在這個(gè)平臺(tái)上看到哪個(gè)注塑機(jī)和哪家注塑機(jī)的廠商有生產(chǎn)能力可以定制化服務(wù)。另外想生產(chǎn)一批注塑機(jī)產(chǎn)品，可以找到離生產(chǎn)最近的注塑機(jī)的廠，可以租用它的注塑機(jī)進(jìn)行加工。另外可以在多注塑機(jī)之間進(jìn)行配料交易，以及模具輔助設(shè)計(jì)。最終能夠做到一個(gè)多種機(jī)器平臺(tái)的可擴(kuò)展的服務(wù)。

“基于這個(gè)場(chǎng)景我們也做了很多數(shù)據(jù)庫(kù)，其中一個(gè)就是把生產(chǎn)過(guò)的模具以及加工工藝過(guò)程都做了模具大數(shù)據(jù)的分析和效果的采集。這非常重要，我們?nèi)魏我粋€(gè)模具的生產(chǎn)都有最優(yōu)的生產(chǎn)參數(shù)，很多注塑機(jī)實(shí)際的應(yīng)用會(huì)把這個(gè)最優(yōu)生產(chǎn)參數(shù)記錄下來(lái)，后面以查表或者專(zhuān)家系統(tǒng)的形式實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整。這樣能夠保證生產(chǎn)同一個(gè)類(lèi)型的模具工件可以使用類(lèi)似的加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)果。”楊博士指出。

一、模塑大數(shù)據(jù)的采集分類(lèi)及應(yīng)用效果分析

據(jù)介紹，模塑大數(shù)據(jù)分為兩大類(lèi)：

一類(lèi)是生產(chǎn)管理和機(jī)臺(tái)運(yùn)行的大數(shù)據(jù)（包括機(jī)臺(tái)狀態(tài)：生產(chǎn)、待機(jī)、調(diào)機(jī)、試模、換料等12種。工單信息：模具編號(hào)、色料編號(hào)、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)數(shù)量、出入庫(kù)、稼動(dòng)率等13項(xiàng)）。

第二類(lèi)是設(shè)備控制參數(shù)和工藝參數(shù)（包括實(shí)時(shí)狀態(tài)：模具位置、頂針位置、螺桿位置、系統(tǒng)壓力、各段溫度、油溫、模溫、模擬量，各階段動(dòng)作、警報(bào)提示等60種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。工藝信息：設(shè)定值采集，如溫度設(shè)定、注射切換時(shí)間、注射速度壓力、開(kāi)合模壓力、熔膠速度壓力、中子速度壓力、冷卻時(shí)間等多項(xiàng)設(shè)定值。監(jiān)控參數(shù)：如周期時(shí)間、溫度精度、開(kāi)模終點(diǎn)、射出終點(diǎn)、熔膠時(shí)間、開(kāi)合模時(shí)間、空閑時(shí)間等24項(xiàng)）。

兩類(lèi)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍和價(jià)值不同，第一類(lèi)生產(chǎn)管理和機(jī)臺(tái)運(yùn)行大數(shù)據(jù)，用于本企業(yè)生產(chǎn)管理和生產(chǎn)監(jiān)督，以及成本核算、績(jī)效考核的參考價(jià)值，這類(lèi)數(shù)據(jù)仍然人為因素參與較多，對(duì)于公有云平臺(tái)作用不大，只用于本企業(yè)生產(chǎn)管理。第二類(lèi)設(shè)備控制參數(shù)和工藝參數(shù)的大數(shù)據(jù)是基于物料化學(xué)原理和設(shè)備物理原理的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)組合和變化產(chǎn)生的效果，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，人為因素影響小，這類(lèi)大數(shù)據(jù)可通過(guò)相關(guān)回歸分析來(lái)找出生產(chǎn)缺陷原因和工藝優(yōu)化的技術(shù)參數(shù)組合，對(duì)于今后公有云平臺(tái)建立技術(shù)服務(wù)平臺(tái)有很高的價(jià)值。同時(shí)，對(duì)企業(yè)實(shí)行工藝管理和工藝優(yōu)化也有很高的使用價(jià)值。目前，基礎(chǔ)管理較好的注塑企業(yè)都提出采集設(shè)備運(yùn)行和工藝參數(shù)大數(shù)據(jù)反向控制的需求，因企業(yè)發(fā)展到這個(gè)水平，對(duì)于大數(shù)據(jù)應(yīng)用效果是顯而易見(jiàn)的。

二、注塑智能制造的五個(gè)智能化

注塑智能制造的五個(gè)智能化包括：

1.裝備智能化

注塑機(jī)（二維迭代控制器系統(tǒng)），模具（模內(nèi)傳感器、模溫壓力傳感器、熱流道控制系統(tǒng)），配料系統(tǒng)（智能化選配），周邊配件（機(jī)械手、機(jī)器人、品質(zhì)分選器）等裝備的智能化。

2.生產(chǎn)方式智能化

無(wú)人（少人）車(chē)間，把離散設(shè)備互聯(lián)互通組成連貫生產(chǎn)線，包括模塑設(shè)備控制參數(shù)和工藝控制參數(shù)的采集，分析、建模集成、工藝優(yōu)化、工藝反向管控，這是智能注塑的最關(guān)鍵部分。

3.產(chǎn)品智能化

產(chǎn)品標(biāo)識(shí)二維碼（RFID）或條形碼、產(chǎn)品可追溯性、智能排單、全程控制的數(shù)字查詢(xún)文件。

4.管理智能化

運(yùn)用管控系統(tǒng)（MES系統(tǒng)）進(jìn)行去中間環(huán)節(jié)，高中層信息共享、授權(quán)各級(jí)管理權(quán)限和流程化管理快速反應(yīng)和生產(chǎn)故障及時(shí)排除，成本核算，績(jī)效考核的及時(shí)性準(zhǔn)確性提升，爭(zhēng)取做到單機(jī)核算，單人當(dāng)天績(jī)效考核。

5.服務(wù)智能化

可將公司生產(chǎn)管控云平臺(tái)與上下游供應(yīng)鏈對(duì)接、實(shí)現(xiàn)信息共享、更直接鏈接客戶(hù)需求和管理服務(wù)。進(jìn)一步可探討產(chǎn)品供應(yīng)鏈條的區(qū)塊鏈工廠生產(chǎn)模式。

三、中科晟達(dá)的模塑MES系統(tǒng)智能化主要項(xiàng)目

中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院和新加坡群達(dá)集團(tuán)模塑智能事業(yè)部于2019年共同組建成立了一家孵化公司——中科晟達(dá)?！斑@家公司專(zhuān)門(mén)把我們注塑機(jī)（包括底層的控制器和上層的MES系統(tǒng)）做成一個(gè)通用化的軟件和服務(wù)平臺(tái)，專(zhuān)門(mén)支持現(xiàn)在幾千家注塑機(jī)的使用廠商做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)改造。我們開(kāi)發(fā)了一套專(zhuān)門(mén)針對(duì)注塑系統(tǒng)的MES系統(tǒng)，它也是一個(gè)SaaS的服務(wù)系統(tǒng)。在工廠把注塑機(jī)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景連起來(lái)以后，在MES系統(tǒng)上就可以通過(guò)手機(jī)云服務(wù)的形式去實(shí)時(shí)觀測(cè)自己注塑機(jī)的一些生產(chǎn)場(chǎng)景。”楊博士介紹說(shuō)。

“在這個(gè)系統(tǒng)里開(kāi)發(fā)了一些功能，包括可以對(duì)接各種各樣的ERP平臺(tái)（包括SAP的ERP平臺(tái)），我本人也在上面開(kāi)發(fā)一些算法，包括注塑模具故障檢測(cè)的算法，還有一些未來(lái)新的算法。這樣可以更大幅度地做一些擴(kuò)展服務(wù)，提高整個(gè)行業(yè)的智能化水平。

“未來(lái)還會(huì)開(kāi)發(fā)人工智能模塊——會(huì)開(kāi)發(fā)注塑行業(yè)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，讓每個(gè)注塑機(jī)使用廠家都可以看到自己的注塑機(jī)在3D場(chǎng)景下實(shí)時(shí)加工的生產(chǎn)情況?！睏畈┦垦a(bǔ)充說(shuō)。

四、基于5G工業(yè)模組應(yīng)用的智能化工廠

5G技術(shù)具有帶寬大、容量大、傳輸快、信息傳遞準(zhǔn)確率高的許多優(yōu)點(diǎn)，可解決工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的核心技術(shù)應(yīng)用。在模塑工廠內(nèi)主要解決設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線替代有線的便利，設(shè)備中海量技術(shù)參數(shù)的快捷傳輸及方向控制，大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和大量?jī)?chǔ)存，以及數(shù)字孿生的虛擬工廠（VR）遠(yuǎn)程管控等諸多的技術(shù)保障。因此，5G工業(yè)模組可在區(qū)域5G基站條件下，通過(guò)注塑機(jī)控制器和采集器安裝工業(yè)模組來(lái)實(shí)現(xiàn)注塑智能化工廠的理想場(chǎng)景。

五、注塑機(jī)高性能控制系統(tǒng)及其云平臺(tái)

以下是注塑機(jī)高性能控制系統(tǒng)及其云平臺(tái)的核心生產(chǎn)參數(shù)。“在更換我們的注塑機(jī)控制器以后，可以實(shí)現(xiàn)比新控制器更好的加工精度和性能?！睏畈┦勘硎?，“我們相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)能夠達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，也評(píng)了很多獎(jiǎng)，2019年獲評(píng)國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)?！?br /> ? ? ? ?責(zé)任編輯:pj