在ASPENCORE在深圳電子智能制造展（EIMS）同期舉辦的“深圳國際工業(yè)4.0技術(shù)與應(yīng)用峰會”上，中國科學(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)用實踐”主題演講。

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楊之樂博士介紹說，模塑企業(yè)是典型的離散型工業(yè)，同時又是工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性制造業(yè)。這類企業(yè)存在著設(shè)備系統(tǒng)型號不一各自為政、嚴(yán)重依靠人工的經(jīng)驗性管理、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)互通來加強(qiáng)信息化，自動化過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)來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、建模、工藝優(yōu)化和管控，最后實現(xiàn)注塑生產(chǎn)過程的人工智能應(yīng)用來擺脫依靠人員的經(jīng)驗性管理，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，創(chuàng)造新的綜合服務(wù)模式和知識交互模式，建立行業(yè)實時大數(shù)據(jù)平臺和知識庫，使模塑企業(yè)從依賴人員的經(jīng)驗性管理走向充分利用大數(shù)據(jù)的科學(xué)管理的趨勢隨著信息化互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及5G技術(shù)的應(yīng)用全面發(fā)展。

立項依據(jù)——模塑行業(yè)的發(fā)展需求

楊博士介紹說，模塑工業(yè)在我國是一個非常大的行業(yè)，我國是占到了世界第一的消費量和產(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)來加工成型?，F(xiàn)在注塑工業(yè)面臨以下幾個問題：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，開展關(guān)鍵工程技術(shù)問題協(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，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)“中國制造2025”。

研究內(nèi)容1：模塑車間智能管控系統(tǒng)

楊博士介紹說，其團(tuán)隊研究的第一個內(nèi)容是模塑車間智能管控系統(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)度會顯著下降，它的工藝會受到注塑機(jī)部分部件退化的影響?！耙驗樗瓉淼目刂葡到y(tǒng)是開環(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。我們就做了一個閉環(huán)控制器，跟蹤注塑機(jī)單個零部件的退化做補償，開發(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。在這個場景下我們開發(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。

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

第二個研究內(nèi)容是模塑產(chǎn)線的全周期生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度，即對個性化和批量化的工單在單個工廠或跨工廠的場景里做工序的調(diào)度?！耙簿褪钦f某個工廠有四五個注塑機(jī)，另一個工廠有10個注塑機(jī)，大家同時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>

研究內(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)說到，裝備本身以及模塑本身的工藝會有一些故障，可以將人工智能/深度學(xué)習(xí)的方法和傳統(tǒng)的統(tǒng)計學(xué)方法相結(jié)合，實現(xiàn)整個注塑機(jī)裝備的故障診斷。

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

然后，該團(tuán)隊在注塑車間智能管控系統(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。“我們在華為云、阿里云等云里面做了一個注塑機(jī)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺。這個云平臺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)。這個云平臺不同于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景的平臺，它不是一個通用平臺，而是一個垂直產(chǎn)業(yè)的平臺。在這個云平臺上，可以看到連接的每一臺注塑機(jī)的實時生產(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)計數(shù)據(jù)，還能看到平臺機(jī)器的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這樣從調(diào)度上，從了解機(jī)器本身的狀態(tài)上都能夠做到全場景。

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“此外，我們還想借助這個云平臺開發(fā)一些模塊功能，實現(xiàn)單個注塑機(jī)和模具的技術(shù)服務(wù)平臺。我們想設(shè)計一個定制化的模具，在這個平臺上看到哪個注塑機(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。最終能夠做到一個多種機(jī)器平臺的可擴(kuò)展的服務(wù)。

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

一、模塑大數(shù)據(jù)的采集分類及應(yīng)用效果分析

據(jù)介紹，模塑大數(shù)據(jù)分為兩大類：

一類是生產(chǎn)管理和機(jī)臺運行的大數(shù)據(jù)（包括機(jī)臺狀態(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、色料編號、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)數(shù)量、出入庫、稼動率等13項）。

第二類是設(shè)備控制參數(shù)和工藝參數(shù)（包括實時狀態(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，各階段動作、警報提示等60種實時數(shù)據(jù)。工藝信息：設(shè)定值采集，如溫度設(shè)定、注射切換時間、注射速度壓力、開合模壓力、熔膠速度壓力、中子速度壓力、冷卻時間等多項設(shè)定值。監(jiān)控參數(shù)：如周期時間、溫度精度、開模終點、射出終點、熔膠時間、開合模時間、空閑時間等24項）。

兩類大數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍和價值不同，第一類生產(chǎn)管理和機(jī)臺運行大數(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、績效考核的參考價值，這類數(shù)據(jù)仍然人為因素參與較多，對于公有云平臺作用不大，只用于本企業(yè)生產(chǎn)管理。第二類設(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，這類大數(shù)據(jù)可通過相關(guān)回歸分析來找出生產(chǎn)缺陷原因和工藝優(yōu)化的技術(shù)參數(shù)組合，對于今后公有云平臺建立技術(shù)服務(wù)平臺有很高的價值。同時，對企業(yè)實行工藝管理和工藝優(yōu)化也有很高的使用價值。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)展到這個水平，對于大數(shù)據(jù)應(yīng)用效果是顯而易見的。

二、注塑智能制造的五個智能化

注塑智能制造的五個智能化包括：

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

無人（少人）車間，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)字查詢文件。

4.管理智能化

運用管控系統(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)各級管理權(quán)限和流程化管理快速反應(yīng)和生產(chǎn)故障及時排除，成本核算，績效考核的及時性準(zhǔn)確性提升，爭取做到單機(jī)核算，單人當(dāng)天績效考核。

5.服務(wù)智能化

可將公司生產(chǎn)管控云平臺與上下游供應(yīng)鏈對接、實現(xiàn)信息共享、更直接鏈接客戶需求和管理服務(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@家公司專門把我們注塑機(jī)（包括底層的控制器和上層的MES系統(tǒng)）做成一個通用化的軟件和服務(wù)平臺，專門支持現(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。我們開發(fā)了一套專門針對注塑系統(tǒng)的MES系統(tǒng)，它也是一個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)的場景連起來以后，在MES系統(tǒng)上就可以通過手機(jī)云服務(wù)的形式去實時觀測自己注塑機(jī)的一些生產(chǎn)場景。”楊博士介紹說。

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

“未來還會開發(fā)人工智能模塊——會開發(fā)注塑行業(yè)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，讓每個注塑機(jī)使用廠家都可以看到自己的注塑機(jī)在3D場景下實時加工的生產(chǎn)情況?！睏畈┦垦a充說。

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，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)的實時傳輸和大量儲存，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，通過注塑機(jī)控制器和采集器安裝工業(yè)模組來實現(xiàn)注塑智能化工廠的理想場景。

五、注塑機(jī)高性能控制系統(tǒng)及其云平臺

以下是注塑機(jī)高性能控制系統(tǒng)及其云平臺的核心生產(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)到國際領(lǐng)先水平，也評了很多獎，2019年獲評國家科技進(jìn)步二等獎?！?br /> ? ? ? ?責(zé)任編輯:pj