在ASPENCORE在深圳電子智能制造展（EIMS）同期舉辦的“深圳國際工業4.0技術與應用峰會”上，中國科學院深圳先進技術研究院副研究員、深圳市海外高水平引進人才楊之樂博士分享了“智能成型裝備工業互聯網的研發與應用實踐”主題演講。

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楊之樂博士介紹說，模塑企業是典型的離散型工業，同時又是工業領域的基礎性制造業。這類企業存在著設備系統型號不一各自為政、嚴重依靠人工的經驗性管理、生產效率低的種種弊端。因此，不推行工廠內的人機物互聯互通來加強信息化，自動化過程很難改變這種落后狀態。只有打通設備（注塑機）控制系統的聯網屏障才能真正實現工業互聯網，而在物聯網基礎上采集大量有效數據來進行數據分析、建模、工藝優化和管控，最后實現注塑生產過程的人工智能應用來擺脫依靠人員的經驗性管理，推行數字化現代管理。

中科院深圳先進技術研究院智能成型裝備工業互聯網方案的研發主要針對注塑成型工廠，打造注塑生產設備的工業互聯網垂直生態。從注塑機底層控制和優化出發，開發依托工業互聯網和5G技術的聯網控制器設備和工業管理軟件，打造垂直行業生態和云平臺，創造新的綜合服務模式和知識交互模式，建立行業實時大數據平臺和知識庫，使模塑企業從依賴人員的經驗性管理走向充分利用大數據的科學管理的趨勢隨著信息化互聯網技術及5G技術的應用全面發展。

立項依據——模塑行業的發展需求

楊博士介紹說，模塑工業在我國是一個非常大的行業，我國是占到了世界第一的消費量和產值。我們生活中大量的塑料制品、塑料元器件，都是由注塑機來加工成型?，F在注塑工業面臨以下幾個問題：模塑行業中裝備智能化、生產智能化、管理智能化和服務智能化程度低，缺少數字化、自動化、信息化和智能化的技術手段。

研究目標——目的與意義

問題導向：面向模塑行業中裝備智能化、生產智能化、管理智能化和服務智能化的迫切需求。

聚焦研發：聚焦智能成型裝備與工業互聯網云平臺，開展關鍵工程技術問題協同創新研發。

應用示范：構建“智能裝備-智能產線-智能車間-智能工廠-智能行業”五位一體的模塑智能制造核心技術體系與產業應用示范。

服務產業：提升模塑智能制造行業水平，促進制造業轉型升級，服務廣東從“制造大省”到“制造強省”的跨越發展，服務“中國制造2025”。

研究內容1：模塑車間智能管控系統

楊博士介紹說，其團隊研究的第一個內容是模塑車間智能管控系統。它的基礎是注塑機控制器，現在基于液壓的注塑控制器主要產地是寧波和德國等歐洲廠商。大量的注塑機在工作到十幾年以后生產進度會顯著下降，它的工藝會受到注塑機部分部件退化的影響?！耙驗樗瓉淼目刂葡到y是開環的，很多的工藝參數受器件退化而導致生產工藝達不到要求。我們就做了一個閉環控制器，跟蹤注塑機單個零部件的退化做補償，開發了一套迭代學習的控制算法，這樣就把很多老的退化的注塑機直接救活了。在這個場景下我們開發了一些相關的網絡服務和智能化的手段。”楊博士說。

研究內容2：模塑產線的全周期生產優化調度

第二個研究內容是模塑產線的全周期生產優化調度，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度?！耙簿褪钦f某個工廠有四五個注塑機，另一個工廠有10個注塑機，大家同時生成單一批次的不同工件，能夠做到跨廠跨領域的調度和協同生產，用一些算法就可以把它很好地解決。”

研究內容3：成型裝備與模塑生產管控故障診斷

楊博士繼續說到，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/深度學習的方法和傳統的統計學方法相結合，實現整個注塑機裝備的故障診斷。

研究內容4：模塑智能制造工業互聯網云平臺及其應用

然后，該團隊在注塑車間智能管控系統基礎上，建立了模塑智能制造工業互聯網云平臺?！拔覀冊谌A為云、阿里云等云里面做了一個注塑機的工業互聯網云平臺。這個云平臺連接了所有安裝的注塑機控制器，還有MES系統的生產數據。這個云平臺不同于工業互聯網場景的平臺，它不是一個通用平臺，而是一個垂直產業的平臺。在這個云平臺上，可以看到連接的每一臺注塑機的實時生產數據，這是工業互聯網最難做到的。不僅能看到生產的統計數據，還能看到平臺機器的實時生產數據，這樣從調度上，從了解機器本身的狀態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一些模塊功能，實現單個注塑機和模具的技術服務平臺。我們想設計一個定制化的模具，在這個平臺上看到哪個注塑機和哪家注塑機的廠商有生產能力可以定制化服務。另外想生產一批注塑機產品，可以找到離生產最近的注塑機的廠，可以租用它的注塑機進行加工。另外可以在多注塑機之間進行配料交易，以及模具輔助設計。最終能夠做到一個多種機器平臺的可擴展的服務。

“基于這個場景我們也做了很多數據庫，其中一個就是把生產過的模具以及加工工藝過程都做了模具大數據的分析和效果的采集。這非常重要，我們任何一個模具的生產都有最優的生產參數，很多注塑機實際的應用會把這個最優生產參數記錄下來，后面以查表或者專家系統的形式實現參數的自動調整。這樣能夠保證生產同一個類型的模具工件可以使用類似的加工參數，實現最優的結果。”楊博士指出。

一、模塑大數據的采集分類及應用效果分析

據介紹，模塑大數據分為兩大類：

一類是生產管理和機臺運行的大數據（包括機臺狀態：生產、待機、調機、試模、換料等12種。工單信息：模具編號、色料編號、生產計劃、生產數量、出入庫、稼動率等13項）。

第二類是設備控制參數和工藝參數（包括實時狀態：模具位置、頂針位置、螺桿位置、系統壓力、各段溫度、油溫、模溫、模擬量，各階段動作、警報提示等60種實時數據。工藝信息：設定值采集，如溫度設定、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、冷卻時間等多項設定值。監控參數：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）。

兩類大數據的應用范圍和價值不同，第一類生產管理和機臺運行大數據，用于本企業生產管理和生產監督，以及成本核算、績效考核的參考價值，這類數據仍然人為因素參與較多，對于公有云平臺作用不大，只用于本企業生產管理。第二類設備控制參數和工藝參數的大數據是基于物料化學原理和設備物理原理的標準化數據組合和變化產生的效果，標準化程度高，人為因素影響小，這類大數據可通過相關回歸分析來找出生產缺陷原因和工藝優化的技術參數組合，對于今后公有云平臺建立技術服務平臺有很高的價值。同時，對企業實行工藝管理和工藝優化也有很高的使用價值。目前，基礎管理較好的注塑企業都提出采集設備運行和工藝參數大數據反向控制的需求，因企業發展到這個水平，對于大數據應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（二維迭代控制器系統），模具（模內傳感器、模溫壓力傳感器、熱流道控制系統），配料系統（智能化選配），周邊配件（機械手、機器人、品質分選器）等裝備的智能化。

2.生產方式智能化

無人（少人）車間，把離散設備互聯互通組成連貫生產線，包括模塑設備控制參數和工藝控制參數的采集，分析、建模集成、工藝優化、工藝反向管控，這是智能注塑的最關鍵部分。

3.產品智能化

產品標識二維碼（RFID）或條形碼、產品可追溯性、智能排單、全程控制的數字查詢文件。

4.管理智能化

運用管控系統（MES系統）進行去中間環節，高中層信息共享、授權各級管理權限和流程化管理快速反應和生產故障及時排除，成本核算，績效考核的及時性準確性提升，爭取做到單機核算，單人當天績效考核。

5.服務智能化

可將公司生產管控云平臺與上下游供應鏈對接、實現信息共享、更直接鏈接客戶需求和管理服務。進一步可探討產品供應鏈條的區塊鏈工廠生產模式。

三、中科晟達的模塑MES系統智能化主要項目

中科院深圳先進技術研究院和新加坡群達集團模塑智能事業部于2019年共同組建成立了一家孵化公司——中科晟達?！斑@家公司專門把我們注塑機（包括底層的控制器和上層的MES系統）做成一個通用化的軟件和服務平臺，專門支持現在幾千家注塑機的使用廠商做工業互聯網的行業改造。我們開發了一套專門針對注塑系統的MES系統，它也是一個SaaS的服務系統。在工廠把注塑機用工業互聯網的場景連起來以后，在MES系統上就可以通過手機云服務的形式去實時觀測自己注塑機的一些生產場景。”楊博士介紹說。

“在這個系統里開發了一些功能，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展服務，提高整個行業的智能化水平。

“未來還會開發人工智能模塊——會開發注塑行業的數字孿生系統，讓每個注塑機使用廠家都可以看到自己的注塑機在3D場景下實時加工的生產情況。”楊博士補充說。

四、基于5G工業模組應用的智能化工廠

5G技術具有帶寬大、容量大、傳輸快、信息傳遞準確率高的許多優點，可解決工業物聯網中的核心技術應用。在模塑工廠內主要解決設備互聯網的無線替代有線的便利，設備中海量技術參數的快捷傳輸及方向控制，大數據的實時傳輸和大量儲存，以及數字孿生的虛擬工廠（VR）遠程管控等諸多的技術保障。因此，5G工業模組可在區域5G基站條件下，通過注塑機控制器和采集器安裝工業模組來實現注塑智能化工廠的理想場景。

五、注塑機高性能控制系統及其云平臺

以下是注塑機高性能控制系統及其云平臺的核心生產參數?！霸诟鼡Q我們的注塑機控制器以后，可以實現比新控制器更好的加工精度和性能。”楊博士表示，“我們相關的技術指標能夠達到國際領先水平，也評了很多獎，2019年獲評國家科技進步二等獎?！?br /> ? ? ? ?責任編輯:pj