中国规模最大的橡胶金属市场展会——2018橡塑展，今天在北京国家会展中心隆重揭幕，凭借巨大的行业规模和几乎不受经济周期影响仍然维持高速发展的市场形势，橡胶塑料产业再度作为业界万众注目的焦点。
为了让你们对塑料市场的自动化、数字化、智能化有一个全面的了解，我们特推出2018塑料工业科技专题，希望能为2018增添浓墨重彩的一笔。
创新，引领塑料机械的未来发
新兴行业的他们总是会把塑料这样的行业称为“传统产业”，似乎意味着夕阳、下滑，然而，在过去的2017年美国的塑料工业却有着30%的整体行业增长，注塑机的产值超过了10万台的历史新高，快速成长的3C产业和新的消费方式对金属结构件的需求导致了机器的长期需求。
塑料工业的发展给我们增添了方便，但同时他们需要寻找平衡环境与生活的便利之间的冲突，而塑料却较之一些其他材料更好的特点，使得它无法更好的使用。
减重设计-汽车工业
聚合物基碳纤维强化复合材料是最为重要的汽车减重设计方向，在中国有法案定义了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强化复合材料更好的成形投入应用是减重设计的一个重要环节，不仅是中国，包括美国的汽车生产商们不断的在寻找更为轻质的材料来代替钢材。在另一个方面，自从使用了PET吹瓶技术，饮用水罐子的重量在过去的30年里降低了40%。
创新有之后就是让盖子容易开启
虽然，很多消费者经常在商场里长期购买各式日用消费品，包括罐装、瓶装、盒装，但是，有些比较不容易打开，啤酒应该专门的开瓶器这无可厚非，然而这些设计仍然是女孩也能够拧开的瓶子，而另一些常常会拧开如何保存也是一个难题，创新“Easytoopen”。采用塑料容器如铝罐、马口铁罐等不但重，而且在包装的开启设计上只是易事，而采取塑料材料设计的容器则容易开启，且不会对人产生潜在的攻击。
更为安全的产品-医疗行业
针对传统的选用玻璃容易及器具的医疗产业而言，采用金属的必将日益安全，而且成本也会更低，这只是传统医疗行业众多产品开始引入注塑、吹塑件的因素，包括止血钳也开始采取粉末注射成形的方法来生产，较之特色金属轧制加工更为低的成本。
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很多的污染，尤其是给海洋生物带来很大的攻击，英国女王要求提供给王室的容器采用可降解塑料，并且在王室不采取塑料食品来使用，可降解塑料作为了聚焦点，尽管现今而言，它的成本还是比较高，但，通过工艺创新，以及长期的应用来增加其成本，那么可降解塑料在将来将相同大有可为。
谁能迅速的借助工艺创新促使其具备高经济性，谁还会抢的行业先机，中国是一个很大的行业，本土厂商有更多的机会在此处进行工艺的尝试，而大体量的应用潜力进而其具备最大的经济性。
塑料工业竞争力的聚焦
在VDMA和2016年公布的“如何顺利:美国机器生产商的战略选择”中，有一张图比较清晰的表述了数字化时代竞争力的十个价值驱动要素。我们可以发现，个性化、资产运用、面市时间、销售力是其关键，对于机器生产商这是一个很大的挑战，标准的机器就想获得行业的时代已然过去，因此需要去面对这一挑战，而用户对资产运用率，如设备的OEE关注更为强烈塑料包装行业erp解决方案，因为这与投资收益紧密相关。
个性化的机器设计
机器的个性化是一个挑战，它的冲突在于个性化会让品质的迭代变得困难，另一方面组件的批量也会带来利润下滑，对于硬件同样这么，如何灵活的规避机器的配置自适应、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，这些都会为机器的研发带给复杂性的提高，因此，机械生产商越来越应该考量机械的模块化同时需要也要考量电气硬件、软件组件的自适应能力。
快速面市-先进的机器研发方式
随着金属材料在汽车减重、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，使得塑料成为一个特色的行业也在不断扩张，而OEM厂商谁就能迅速研发出适应性高的机器，谁就有先机获得市场，并夺得丰厚的收益，“时间就是金钱”在此处展现的淋漓尽致。
现代的机器设计，并行工程是缓解快速研发的有效之道，通过预先的工艺建模与仿真，在机械已经进行时即可线性对核心工艺进行仿真，使得工艺参数超过较为理想的状况，而硬件的组件化从而原有尚未成熟的功能仅以“组态”的方法，这样就可以迅速推动机器的开发。
资产利用
资产的借助，就像OEE指标一样，用于衡量设施如何有效的制造出高质量的产品，从资产收益角度可以理解为“这台设备能否为我们赚取收入”—如果80%的OEE可以理解为这个产线与设备在80%的工作时间里无法高质量灵活的制造出产品，而即使60%那就意味着另外40%的时间它在浪费投资，包括废品、时间各种费用的耽误。
软件复用同样是一种资产运用的方法，每个工具功能的开发都包括了项目师智慧的结晶，而测试中所耗费的材料与工时都被打入这个工具功能，如果它也可以被复用，那么资产同样被最大的发挥了效果，另一个资产运用的观念在于能否全局的规划软件，让硬件具有高内聚的特点，这如同我们可以在一个邮件里充分阐明一件事情的全景，进而让别人快速理解应对，而不是再反复去沟通已经被认识的细节，时间的消耗往往在这种沟通中一样。
服务
针对机器的用户而言，如何让产线稳固可靠，包括了下面几个方面的要素：
·新的工艺升级是否便捷？
·机器能否可以推测性维护提供故障报警？
·快速的获取维修的指示，对于机器的研发而言，核心算法是一方面，错误报警与处理也有更为关键的能力；
·远程的检测、调试与维护能力。
数字化变革—必然之路
实现数字化改革是迎来未来挑战的必定，而领先的机械生产商总是走在科技的前沿，生产与制造业企业必须的是一揽子解决方案，谁能提供更为完整的制造解决方案，谁将获得客户。
针对金属工业的数字化应用而言，其服务于制造的改进与更为个性化的制造，而这一切似乎以精益的有三个特别重要的场景：
·状态监测
·即插即用
·优化
针对工厂而言，有几个需求是通用的：
·简单方法推动机器的全厂集成
·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
基于直接的方式调用，实现SoA是信息平台集成的关键，语义的定义需要独立于生产商，否则，工厂的IT与OT集成，实现即插即用的制造组织将遥遥无期，而所谓的数字化改革、智能生产更新将作为空谈。
OPCUA是独立于厂商的通信解决方案，可以用实现跨系统的语义互操作或者信息建模的建立，让IT访问OT变得简洁，基于OPCUA的垂直市场信息建模如将为塑料工厂提供集成的解决方案。
数字化基础—信息建模OPCUA是为解决工厂语义互联的关键，OPCUA非常重要的角色在于需要借助语义互操作来推动对不同厂商的机器的数据结构化访问，而另一方面，OPCUA也要解决信息模型的难题，因为，这样就能让“即插即用”和高速的制造重组得以推动。
下图为OPCUA的图例，在OPCUA上的地址空间里包含了信息的基本建模并由来访问，支持请求-应答机制、Pub/Sub和订阅/通知方式的数据交互模式，其数据存储支持TCP/UDP等。OPCUA采用SoA的构架设计，包含了多种数据服务用途，这些功用为数据交互提供了基础功能性保障。
OPCUA与
在不同的市场，对于信息建模的建立也有不同的，就像塑料市场有模具、加热温区、注塑机与机械手的配合，而在制药产业可能关注于数据的可追溯性（FDAGamp电子签名认证），印刷行业则考虑装订的规格、折页配页、颜色的管理等。
塑料市场在过去早已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63/77等，包括27的物理连接接口，以及将来发展的79基于TSN的通信。
下图是运用OPCUA的建模，基本模型、设备模型（模具、驱动等）、作业单、数据服务集等信息，通过这种信息上位的管控系统可以全局的掌握注塑机的运行状况，并无法进行可视化的配置，使得产线的微调可以进行交互。
下图为77描述了在注塑机（IMM）和生产执行系统（MES）之间的数据交互，MES用于收集来自于注塑机的信息，旨在更容易推动品质保障、作业和数据集的管控。77的目标在于提供一个唯一的接口，用于衔接IMM和MES系统。
以下功能将被包括：
关于注塑机的通用信息（生产商,型号,序列号等），当前配置和IMM状态包含模具、注射单元、功率单元或者在机器上相关改变的日志。
作业管理：机器运行之后的作业信息或者制造循环的参数，以及从MES到IMM的传送作业信息并开展生产的方式。
数据集管理：IMM存储相关配置的信息叫数据集，这些数据包含了与IMM相关的额定工艺参数（时间，温度，压力），同时也比如了加装的机械手系统，77.2允许信息在IMM和MES之间进行存储，用于建立一个数据集知识库。图4是工业4.0对于整个数字工厂的信息管理壳规范。也采取OPCUA进行传输。
软件定义机器智能
针对机器的智能，软件又分为多个方向的集成能力。
首先塑料包装行业erp解决方案，得有一个集成系统，才让人们无法推动在平行和水准方向的智能集成，以贝加莱的为例，他为机器智能化提供了基础系统保障。
下图描述了在该系统推动智能的多个方面：
（1）IIoT融合接口支撑
如果控制的智能是基于“信号”，因此，对于而言可以借助对PLC、进行机器的组件化硬件集成来推动分布式运动控制，以及硬件的分布式，而针对计算（）--基于“信息”的思路与改进问题，提供了标准互联的接口支撑，包括OPCUA，以及在OPCUA基础上对于金属机械领域的77、67，以及未来的79，针对包装工业的，这些垂直市场的信息建模从而机器数据与MES/ERP以及各类智能系统、IIoT数据预测平台进行接口，并推动对制造品质、工艺参数、能耗等的改进。
（2）模型仿真
针对每个机器而言，都会有其内在的工艺建模需求—这能够让机器更为简便的接受不同的制造任务，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、不同规格的瓶型会必须不同的灌装曲线、针对不同的速度必须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，这些关系可以借助统一的模型，在硬件上产生其内在的控制模型，当瓶型、速度、液体等差异时，系统一直带有自我适应能力，而无需人员进行再次的编程以及调校。
（3）机电一体化整合
智能产线中运动控制、机器人扮演相当重要的角色，因为它们是推动智能化的执行机构，而另一方面，从硬件的视角而言，他们也关系到对MES的反馈，并接受来自制造指令，因此，今天的智能运动控制平台尚未肩负“柔性”的重任，例如：对于注塑机，机器人配合即将变成了机器人第三大应用场景，而对机器人与工艺设施的集成而言，传统的手动化平台会遭遇障碍，而针对基于PartIV协同运动控制编程的手动化平台而言，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
软件研发工具、智能机器的硬件研发可以基于软件复用来提升精度，而将领域知识进行封装成插件模块，重复运用本身也有“知识自动化”的界定，知识自动化是智能化重要的构成，这样可以让机器迅速的适应生产，而无需复杂的编码、测试过程。
贝加莱的就是为塑料工业所研发的，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市场专用模块，再加上基础的文件、配方、报警等管控，可以迅速的为冲压机推动液压、伺服泵、全电动注塑机，以及冲压机与机械手、关节机器人、SCARA机器人的整体智能生产单元的集成。
（5）通信互联
总线科技让平台更为智能在于它可以获得更多的参数，除了信号之外，可以为机器提供维护、使用时间累积、当前状况、故障记录等。而即时以太网科技则让制造更加更为高效—快速的切换工艺，当制造的工艺出现差异时，通过高速的以太网迅速下达指令，运动控制系统可以让制造快速适应新的工艺需求。
OPCUA不只是是一个通信协议，OPCUA在智能制造中扮演最为重要的角色：通过共享的信息建模，使得OT、IT和CT之间可以推动语义互操作，这样，IT与OT即可推动真正的整合，通过类似于共享存储的体系，每个单元包含控制、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，智能的谋求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相同是硬件的集成，包括了机器控制器所提供的机器状况参数，基于进行注塑机的MES系统集成，包括OPCUA与云系统的集成，与边缘计算系统的互联。
边缘计算（Edge）相对于云计算，其以此借助对现场的数据收集并进行即时的控制，与云计算的差别在于云相对较长的数据采样周期（秒、分、小时、天），而针对贝加莱而言，其APROL平台可以成为塑料、包装等厂家的计算系统，对制造的过程、状态数据进行收集（PDA）、能源监测EnMon、基于状态的运营维护，针对塑料工厂集成了77，以推动对工厂数据的采集与MES的互联。
下图为金属工厂智能集成应用场景：
边缘计算IIoT在金属工业的推动
边缘计算这个词的盛行是与云计算有一定的对应关系，边缘计算是推动工业物联网的一种方式。
边缘计算对于金属工厂而言，其任务以便让塑料工厂实现数字化，进而借用数据来推动工厂的全局优化，因此，边缘计算首先要缓解的是连接问题，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推测性维护、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，新增的设施量与存量市场相比都会变得非常小，每年全球有8万台左右的新增注塑机，但是注塑机的增量市场则高达200万台，而这种老的机器能否实现联网、数据集中展现、数据存储与预测则是一个大难题，而要缓解这个难题则遭遇机电障碍：
·接口不统一
一些控制器具有总线接口，而一些或者没有接口，新一代的引入了以太网接口，而长期老设备却只是那么。
·协议不一致
虽然物理的接口是一致的，却未能保证数据的格式、存储地址上的一致，这是由于不同的总线采用了不同的应用层。
·语义互操作的困难
这个问题表现在不同的协议采取不同的完善，就像5英寸不能与5寸进行加减运算一样，这造成了采集后的数据处理面临长期的硬件代码编写工作，而这个组合复杂度会让这件工作更加缺少经济性。
塑料工业边缘计算架构
在金属工业里，边缘计算节点主要运用来进行数据的设施的数据完善与信息建模，77建立了注塑机与机械手，与MES系统或上层应用工具的信息标准与完善，其基于OPCUA的完善而设计。
数字时代的注塑机控制设计
在塑料市场从业许多年的人，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”来定义如此传统的市场，会有些困难，因为针对下一代的产品必需要有鲜明的区分，否则，无法用“下一代”来表述这个话题。
不忘初心
针对制造业的用户而言，技术的前沿都不能摆脱应用的实际，稳定、可靠、性能卓越，能够制造出高质量的产品、节省能耗、时间、材料能够减少成本、更快的产品换型，这些基本的需求需要得以维持和巩固，这在任何年代都是控制器生产商需要向用户承诺并在现实应用中兑现的。
对接数字化时代在推动高质量的产品基础上，控制器需要与数字时代的塑料工厂对接，这包含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；
……
要推动这一切，必须通过于开放的科技应用集成，自动化需要拥抱互联网，使得广泛使用的开放技术为生产过程增添新的更新。
灵活高效的机器组织
新的材料带来工艺的需求，例如：纤维与金属的整合加工、可降解塑料，将金属应用于取代原有的玻璃、金属制品，都促使塑料机械有了新的应用，但也带给工艺的差异，而即使无法将机器原有大个别的工作标准化、模块化，则让厂商聚焦于工艺，节省大量的时间提高Know-How的研发，这针对OEM而言，具有相当大的吸引力。
数据访问变得简单
运用的信息建模，注塑机可以与机器人、MES系统进行协作，机器人可以与冲压机组成智能生产单元，而MES可以让机器接受来自制造的任务质量、工艺配方参数，这些都促使注塑机的集群控制更加简单。
专题总结
本文内容节选自贝加莱2018特刊《塑料工业竞争力观察》，如果您想要全部内容，请在控制工程英文版微信输入“塑料工业”四个字，即可得到完整版PDF的下载地址。
