绿色化塑料成型工程“智能化+”的创新驱动

张友根（浙江 宁波 201299）

【研究与开发】

绿色化塑料成型工程“智能化+”的创新驱动

张友根
（浙江 宁波 201299）

绿色化塑料成型工程“智能化+”的创新驱动实现最优最佳生态环境保护。提出了绿色塑料成型工程“智能化+”创新驱动的内涵，研究了绿色塑料加工工程“智能化+网络化”、“智能化+智慧企业”、“智能化+能效技术”、“智能化+服务客户”、“智能化+先进制造”、“智能化+成型技术”、“智能化+回收技术”等七个方面的创新驱动，指出绿色化塑料成型工程“智能化+”的创新驱动必须走“Made in World”，才能持续。

塑料技术；绿色化；智能化；创新驱动

绿色化塑料成型工程的“新常态”塑料工程全套解决方案的首要特征。“智能化+” 是实现绿色化塑料成型工程达到最优最佳生态环境保护科学水平的首要战术，“智能化+”的创新驱动是持续提高绿色化塑料成型工程“绿色化”的首要发展方向。本文提出了绿色塑料成型工程“智能化+”创新驱动的内涵，研究了绿色塑料成型工程“智能化+网络化”、“智能化+智慧企业”、“智能化+能效技术”、“智能化+服务客户”、“智能化+先进制造”、“智能化+成型技术”、“智能化+回收技术”等七个方面的创新驱动，指出绿色化塑料成型工程“智能化+” 的创新驱动必须走“Made in World”，才能持续。

1　绿色塑料成型工程“智能化+”创新驱动的内涵

绿色化塑料成型工程“智能化+” 创新驱动的准则是：塑料成型工程“智能化+”创新驱动遵循“绿色化”原则；“智能化+”创新驱动服务于绿色化塑料成型工程；“智能化+”创新驱动持续和拓展绿色化塑料加工工程。

根据上述准则，绿色塑料成型工程“智能化+”创新驱动的主要内涵，以绿色塑料成型工程的全套解决方案的生态环境保护的质量水平为纲，智能化贯穿节约能源、提高能效、减少污染、优化能源结构、降低资源消耗等各个环节性能，实现绿色化塑料成型工程全套解决方案具有感知、分析、推理、决策、控制功能的“人脑”智能，自动的生成一种最佳的成型工程的模式，通过人、设备与产品的实现实时联通与有效沟通，构建高度灵活的个性化和数字化的成型工程运转模式，实现人为设定的“绿色化”的轨道，持续提高绿色化的持续发展的科技含量。

感测技术的应用及研发。感测（sensing）技术是“智能化+”技术创新驱动的重要组成部分。如果没有先进的感测技术，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。感测系统包括传感器、变送器。传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换。变送器把传感器的直接输出进行放大及电平搬移以得到所需的电压输出范围，以供给二次仪表进行测量、指示和过程调节。

视觉技术的应用及研发。视觉技术是实现类似人类视觉（眼睛+视觉神经中枢+视觉神经细胞）的功能，机器视觉是实现真正意义的智能化检测和重要的质量控制技术。视觉系统由镜头，像机和控制器构成的机器视觉替代人工，根据物体在一定环境下得到的画面进行尺寸、缺陷、种类、匹配、文字等各种参数的测量和判别，在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析。作为高精度、非接触的测量系统，视觉系统涉及到视觉、光学和图像处理，机器视觉与运动控制、智能通信等先进技术的结合正在推动着工业自动化生产的面貌的提升，视觉技术与成型加工相结合，成为实现智能化不可缺少的技术。

加强数字化技术及数字化装备与网络化制造技术的研究。研发有效的信息分析工具，以自动、智能和快速地发现大量数据间隐藏的依赖关系，并从中抽取有用的信息和知识，从而为产品质量的提高提供依据，进而发展数字化高端装备；加快研发与行业发展相关联的物联网、云计算、智能化技术。

绿色塑料成型工程随着人们生态环境保护意识的提高和科技的发展，驱动智能化的创新，智能化的创新同样驱动绿色化的发展。

2　绿色塑料加工工程“智能化+网络化”创新驱动

绿色塑料加工工程“智能化+网络化”创新驱动基于3G/4G的互联网通讯技术，把绿色化塑料成型工程的智能传感、智能分析、智能控制的技术与多媒体的集数据收发、海量存储、通讯功能等融于一体，实现成型工程的全过程的智能化监管，为塑机终端用户与机械制造商之间提供方便、快捷、直接的沟通桥梁，促进了企业由传统的经营模式到信息化、网络化的转变，优化了企业管理，降低了运作成本，并为社会节省资源，节能减排。重点促进云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与现代制造业、生产性服务业等的融合创新。塑机制造不仅要装上智能化、数字化的内核，更要展开互联网及其外延。利用互联网的透明、高效、互动等特征，创生出新的模式。

“智能化+网络化”提高了智能化控制系统的灵活性和可靠性。网络化控制技术基于网络技术及无线技术科技水平。网络化控制是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物，控制系统中引入了计算机网络，从而使得众多的传感器、执行器、控制器等主要功能部件能够通过网络相连接，相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，避免了点对点专线的铺设，可将设备系统的动态参数传递出去，与其余设备系统共享数据；实时采集数据、软件远程自动升级，实现运行、服务的新模式；实现资源共享、远程操作和控制。

“智能化+网络化”是实施“工业4.0”的主要技术支撑。DMG MORI系统对“工业4.0”做了极大的贡献，因为工艺链和供应链被系统地联系起来，所以客户生产的灵活性显著增加。在新成立的DMG MORI系统公司中，DMG MORI集合了集团内部整体系统解决方案的全面的专业实力。从标准自动化系统到柔性自动化生产单元、完整的生产线，系统提供满足顾客要求的最佳解决方案。DMG MORI系统的全面供应范围保证了客户能够更快应对未来挑战，进行更高效加工。2015年4月起，DMG MOR推出具有16款应用的最新CELOS版本。CELOS PC版本同样是一项创新，用户可以借此直接在加工准备阶段对生产与制造流程进行最佳规划与控制。此外，还可通过CELOS PC版本将任意机床或设备集成在整体CELOS外围设备中。用户可与数据管理软件ERP、PPS以及PDM进行直接连接，并通过CELOS实现从理念到成品的30%的提速。另外，还可以完成和主机厂沟通，最终达到全球的沟通。目前DMG MORI在欧洲、日本、中国和美国成立了5个系统公司。DMG MORI位于德国韦尔瑙的全新科技中心将被打造成为全球顶尖系统和自动化专业技术的共享中心。

目前，“智能化+互联网”的创新驱动面临着若干挑战，首先是传统的制造的各个环节难以支撑庞大的数据处理和管理，其次是如何将海量数据转化为有效服务提供给各个环节，也是实现智能生产、建成智能企业。

3　绿色化塑料成型工程“智能化+智慧企业” 的创新驱动

“智慧企业”基于3个核心要素：智能装备，拥有自适应、分散的系统，可提高加工能力和质量；智能生产，拥有横向和纵向的大数据集成系统，可确保更高的生产效率；智能服务，拥有对装备的接近程度和对远程维护工具的应用系统，可快速而有效地提高装备的使用率。

“智慧企业”的三大特征：首先是基础设施高度信息互联，包括生产设备、机器人、操作人员、物料和成品；其次是制造过程数据具备实时性，生产数据具有平稳的节拍和到达流，数据的存储与处理也具有实时性；再次是可以利用存储的数据从事数据挖掘分析，有自学习功能，还可以改善与优化制造工艺过程。

“智慧企业”实现“智能服务”。“智能服务”是一种人、机、物协同制造模式，在互联网、物联网、内容/知识网、人际网和先进制造技术等的支持下，将各种制造资源连接在一起形成统一的资源池，然后根据客户个性化需求和情境感知，做出智能的响应，为客户提供定制化的、按需使用的全套方案服务。现在很多企业都上了很多系统软件，比如PLM、ERP、MES、CRM等系统，但系统与系统之间缺乏有效关联，形成了一个个信息孤岛。智慧服务信息系统高效集成研发、设计、工艺、质量、制造执行等系统，打通产品生命周期的各个环节，实现各类数据实时整合与控制，为智能制造提供信息支持。远程维护与预防性维修对于恩格尔的许多客户而言早就习以为常，而且这是确保机器高使用率的重要组成部分。新的ENGEL e-connect客户门户已使得塑料加工商们与恩格尔之间的合作甚至变得更快更便捷。例如，能够直接在线确定并订购备件，通过智能手机即可发送服务要求。

4　绿色化塑料成型工程“智能化+能效技术”的创新驱动

能源成本占据生产设备整个使用成本的90%以上。节约成型加工能耗一直是绿色化塑料成型工程科技进步的重点。智能化达到塑料加工工程的最佳能耗。最理想的能耗就是塑料成型设备能耗匹配于塑料由原料熔融成为制品所吸收的热能。

4.1智能化能效管理技术

菲尼克斯公司的能量管理模块（EMM）具备获取能量数据和监视能量数据的作用，通过现场总线或以太网提供数据采集和传输，Inline I/O模块之间的连接实现了一种从能量消耗点到控制层系统的无缝信息流，实现能效智能化管理，降低电能消耗。德国倍福自动化有限公司的EtherCAT实时工业以太网技术，通过非常经济有效的标准以太网卡（NIC）进行管理；EL3403测量模块具备完整的电网分析和能源管理功能，通过测量电网中所有相关的电气数据及计算每相的有功功率和能量消耗、视在功率S、无功功率Q、频率F等数据，对生产过程能耗进行优化，降低能耗，从而降低了生产成本，也使得整个生产过程更为环保。

4.2智能化干燥系统

意大利辅助设备生产商Moretto S.P.A“柔性”PET干燥系统，Flowmatik中央控制器就能自动运行，提供的气流可与生产速率向适应，增强了PET物料水分控制和干燥均匀性的控制水平，干燥温度从180℃降至175℃，干燥时间从6 h降至4 h，并且节约了40%的干燥气流，达到降低生产速率的时候节省更多的电能。Novatec公司推出了两项PET干燥过程的节能的智能专用系统。通过测量加入树脂的温度可离开干燥料斗的回风温度，调节送入干燥料斗的气流量，使回风（从干燥料斗返回干燥机中）温度略高于加入干燥料斗中的树脂温度，达到在确保树脂温度情况下，将气流量减到最少实现干燥加热的能量最小化。控制回风温度即控制送入干燥料斗的气流速率，也就是通过改变鼓风机的运转速度。鼓风机的运转速度通过变频驱动装置实现。干燥温度自适应控制与传统技术相比，可降低30%的干燥能耗。

4.3注射能耗智能化技术［1］

注射能耗即注射压力和注射速度的两个参数之积，目前注塑成型加工的这两个技术参数都为人为设定，具有很大的妄目性，而且都为开环运行，这两个技术参数的设定值往往大于模腔内成型制品的实际需要值，不但浪费能量，而且影响制品的表观质量及内在物理性能。智能化控制可把模腔内成型制品不同时间所需的熔融料的压力和流速、通过检测系统反馈给中央控制系统，中央控制系统根据信息发出指令调整注射压力和注射速度，高速动态反映性能的注射机构在指令下迅速作出反映，实现注射参数匹配于成型制品所需的参数，达到最佳的动力驱动能耗。

4.4动态感应模具加热平衡技术

RocTool的动态感应模具加热平衡技术，使得采用激光技术在模具表面实现的微细结构能够得到高精度的复制，而所有这些都在一次注射加工中完成。这种由激光构造的模具镶件拥有含各种效果及精密结构（高光、全息图）的特殊表面。在Fakuma 2015展会中，克劳斯玛菲以电子箱盖为例，采用DMH（动态模具加热）技术的CX 160-750注塑机上演示了采用其与合作伙伴RocTool共同提供的这种感应DMH工艺是如何在一次注射加工中开发出具有优质表面的部件，同时还省略了额外的模内装饰步骤，如预成型、冲孔和喂送等。

4.5智能化能耗回收技术

Netstal的ELION系列全电动注塑机，把伺服电机制动过程产生的能量直接进入过渡电路，储存在电容电路中，这意味着产生的制动能量不必转化成热量，尤其是在注射循环期间，可以成为总能耗的一个重要部分，例如，当塑化过程发生在模具打开时，产生的制动能量可从过渡电路中汲取旋转螺杆所需的能量。因此，该能量并不是取自电源供应网路，并且产生的能耗相应减少。在成型塑料花瓶生产表明，从伺服电机制动过程直接进入过渡电路的能量占所需循环能量的15%，成型总能耗为0.25 kWh/kg。对熔化塑料所需能量的计算表明：这仅比每个循环所需的总能量略少一点。同样，驱动机器所需的能量几乎全部来自各轴的制动过程，并未通过制动电阻转化为热量。与液压注塑机相比，ELION系列注塑机能耗减少了70%，比常规的全电动注塑机能耗低10%以上。西得乐公司吹塑PET瓶的HR空气回收系统，60%的生产空气成功回收并投入二次使用，其中20%用作预吹空气以及拉伸/喷嘴空气，剩余40%则回收用于压缩空气系统等其他应用，与未安装空气回收系统前相比，设备自身的气耗减少了20%。东莞可口可乐在安装了SBO 20 HR空气回收系统后，每年节省273 495 kW.h电和267 t二氧化碳［相当于小车（140 g /kW）行驶1 910 561 kW所产生的数量］。

5　绿色化塑料成型工程“智能化+服务客户”的创新驱动

智能化网络服务系统提高了用户快速全方位的服务效率、实现了服务智慧化。基于互联网通讯/视频的实时的技术，实现智能维修远程实时化，简化故障检查流程、方便故障研究、实现故障快速排除。通过智能导入参数，系统自动生成解决方案。

意大利Macchi公司与西门子电子产品公司合作推出的吹塑薄膜生产线的智能网络服务系统，使用一种新的无线操控面板来启动和控制整条生产线的运转，生产操作人员可根据需要进行简单的操控和特定的控制这套操控面板包含有一显示屏系统，通过无线（声频和视频） 连接到生产线上，操作人员无论身处何处，都可清楚了解并且解决生产线运转过程存在的故障，及时解决故障，提高运转效率。

耐驰特提供远程支持服务已有很长时间，以便能够向客户提供快速、全球化的专业支持，这使得互动服务得到了很好的诠释。使用这个工具连接的机器能够得到在线访问，这样，通过远程诊断，即可快速而简单地消除故障。对未来的主机接口Euromap 77的开发，标志着一体化生产进入一个重要的里程碑。未来，这一接口将使生产数据能够实时地传送到中央主机。新的数据传输协议OPC UA为耐驰特和克劳斯玛菲已经实施的这些新的通讯接口提供了基础。

东华公司是国内塑机行业最早引进注塑机智能远程监控系统的厂家之一。iS-eeMobile应用了移动通讯技术，服务器可主动将设备关键工况信息传送至客户智能电话，协助客户对生产情况进行综合的监控，带来的是先进的网络数字化的生产管理模式，可以帮助企业提高响应速度及决策效率，从而降低间接成本。公司通过Oracle系统建立了一套集客户信息采集、整合、分析和应用等功能与一体的客户关系管理系统，不断强化“一客户为中心”的战略合作关系。

博创打破行业传统，开发出了应用型极强的注塑机联网技术，助力客户实现注塑工厂智能化转型升级，切实为客户解决问题，提高生产效率。

美国MOOG公司且具有远程诊断功能的模块化的多轴伺服整机控制器TMC-4，基于PC的人机界面以及兼容IEC61131-3的开发环境，不但实现更高的闭环控制精度而，客户可根据自己设备的特点及要求编写程序。

秦川机械发展股份有限公司SCJ230B中空机远程监控系统［2］，对整机在现场运行的数据进行实时采集和快速集中，技术人员无须亲临现场就可以监控并控制整机的运行，方便地利用丰富的网络资源对其进行高级过程控制，乙维护设备的正常运行，也可以通过远程来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的利用率，最终降低生产成本，提高经济效益。

6　绿色化塑料成型工程“智能化+先进制造”的创新驱动

新一轮科技革命和产业变革的核心就是智能化先进制造，实现装备制造业“两提升、三降低”：“两提升”指生产效率的大幅度提升，资源综合利用率的大幅度提升；“三降低”指研制周期大幅缩短，运营成本大幅下降，产品不良品率大幅下降。

智 能 化 先进 制 造（IntelligentManufacturing，IM）是基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有信息深度自感知、智慧智能自决策、精准控制自执行等功能。

智能化先进制造包含智能制造技术和智能制造系统，智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能，还有搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。智能化先进制造将生产制造变成一个由智慧产品主导的自治生产网络，意味着在很短时间内获得为客户量身定制的产品是可能实现的，这是源于智能和技术系统几乎已经能够以规模化的生产效率来制造单个的产品。智能化先进制造将成为企业提高生产效率、降低成本并实现柔性生产的关键，高度融合IT技术的工业自动化将会得到迅速而广泛的应用。

智 能 化 先 进 制 造 采 用 IEC61131、PLCopen Motion、B&R等已有的库函数来实现系统的开发。Automation Studio是目前为止在自动化领域内最为强大的工程设计平台，能够使得开发者实现设备的全流程和全部对象的设计，从项目的管理、版本管理、项目配置、编程、仿真到调试诊断与维护。

智能化先进制造提供整个工厂的解决方案，硬件已显得不再那么重要，设备的连线变得更加重要，需能提供整个生产管理与优化系统软件及解决方案。Krones的整厂管理系统架构，各个生产单元的数据如机器状态、批次控制数据等通过标准的数据总线到了上位，而设备的配置参数、配方数据、主控数据等也通过标准总线下达到生产设备级、生产计划数据、操作控制、文档、维护、分析、优化等在上一级来实现，通过用户接口与ERP系统进行连接，实现整个工厂的数据管理。整个生产过程得到有效监控，影响产品质量与效率的各种因数也量化并提交给上位分析工具，以便管理人员能够及时获得现场设备及工艺存在的问题并给与及时修正，包括能够对成本降低进行有效的分析，从而提高整体生产率。

实现智能化先进制造，是大势所趋，是制造企业必须追求的目标。国内企业，面对智能化先进制造的发展趋势，首先必须正视自身当前的现状，客观地评价自身的产品品质、技术水平能否适应智能化先进制造的要求。智能化先进制造以其产品的品质以及标准化平台为基础，其单台设备的运行平稳性为单机自动化的顺利实施创造了条件，在此基础上，结合“互联网+”，才能确保所有设备联网后协同实现自动化与智能化。国内企业，目前的产品质量和技术水平尚达不到自动化乃至智能化先进制造提出的要求，设备的稳定性和可靠性尚存在很大的提升空间。国内企业应在智能化先进制造的问题上冷静思考，关注客户的个性化需求，通过不断提高设备的稳定性，逐步向智能化先进制造的方向迈进。

7　绿色化塑料成型工程“智能化+成型技术”的创新驱动

绿色化塑料成型工程“智能化+成型技术”的创新驱动，根据环境价值并利用现代科技的全部潜力的技术，弥补、提高装备在设计、制造等方面，以及成型环境和人为因素的干扰实现绿色化塑料成型工程的缺陷，持续提高绿色化塑料成型工程的科技发展水平，主要体现在提高能源和其他资源的利用效率、降低成型加工成本、减少对环境的污染、提高清洁度，达到塑料成型工程与人、自然环境、社会环境的持续和谐。本节分析研究了几项绿色化塑料成型工程“智能化+成型技术”的创新驱动的技术。

7.1智能化预测模型控制技术（Model Algorithm Control-MAC）

智能化预测模型控制采用在线滚动优化指标和反馈自校策略，有效地克服受控对象的不确定性、迟滞和时变等因素的动态影响，从而达到预期的控制目标—参考轨迹输入，使系统具有良好的抗干扰能力和鲁棒性。智能化预测控制根据设定的成型加工的工艺曲线（速度、压力、温度、位移等成型工艺参数），预测环境的变化规律并自我调整，实现智能控制，其稳态精度和动态品质明显优于传统PID控制；可以有效地消除和减小由于机械的因素和外部扰动对于运动控制的不利影响，大幅度提高成型加工的重复精度；成型曲线的重现性，基本处于无能量损耗的成型加工，提高制品成品率及质量一致性，提高熔融原料的利用率，提高电能利用率。广东联塑机器制造有限公司研发了基于多变量模型预测控制技术的温度控制系统，提高了温度控制的稳定性。

7.2智能化清洁成型技术

智能化清洁成型技术的创新驱动运用整体预防的环境战略，减少或者消除塑料成型工程对生态环境的可能危害，维护人类身态健康。德马格最新电脑技术的NC5控制器的Systec 160-600C注塑机，智能化配备全电动直接驱动系统（DD）用于锁模单元和注射单元的主轴驱动，使用特定的低惯性和空气冷却驱动，为洁净室或高度清洁环境下推荐。Krauss Maffei公司的 EX系列注塑机所有的驱动都是用水冷却的，不但充分发挥功效、提高电机的效率，而且冷却水消耗量有所减少；而且保证了有效的热分散，在洁净室中，空气流动和其中的微粒的控制达到最少化，大幅减少对环境造成的影响。Netstal的ELION系列全电动注塑机，智能控制驱动电能，把伺服电机制动过程产生的能量直接进入过渡电路，储存在电容电路中，这意味着产生的制动能量不必转化成热量，尤其是在注射循环期间，可以成为总能耗的一个重要部分，例如，当塑化过程发生在模具打开时，产生的制动能量可从过渡电路中汲取旋转螺杆所需的能量，比常规的全电动注塑机能耗低10%以上。

7.3智能化注塑成型技术

在德国举行的Fakuma 2015展会中，一台克劳斯玛菲的智能机器，其典型的智能化特色是拥有APC（自适应工艺控制）功能。APC能够识别出由环境条件变化或黏度波动而引起的工艺波动，能够立即对注塑成型过程中产生的波动进行补偿，因而生产出的部件能获得始终如一的高质量，废品量显著降低，极大地节省了时间、成本和材料，并独立地采取应对措施。通过选择方案（工装变化、开始采用周计时器的精确的生产计划）演示，参观者们能够发现：效率是如何通过数据交换而得到提高，或能耗如何得以自动降低到最低水平。

博创公司与华中数控股份有限公司等单位共同承担了国家数控一代项目“全电动注射机数控系统配置方案”，共同开发具有自主知识产权的全数字开放式高档数控系统平台，采用100 Mbps 实时工业以太网总线技术（NCUC-Bus），最小插补周期 0.125 ms，实现纳米级运动插补精度，精准的压力、流量及温度控制的全电动注塑机，形成节能智能型注射机专用数控成套产品。在“数控一代”的基础上博创已率先向“智能一代”发展，开发出注塑成型智能（柔性）制造系统，与客户筹备柔性智能化复合成型材料数字化工厂。

7.4智能化取件技术

恩格尔的Engel viper机械手采用了三维运动传感器，实现智能主动振动控制。机械手自身的预期振荡可被计算出来以用于振动控制，但外界影响现在也能得到在线补偿，能够更迅速地到达一个稳定的工作位置，而且能够以明显更高的定位精度进行操作。控制功能还考虑了注塑成型工艺的循环时间，仅需3次循环，Engel viper机械手就能针对各种不同的注塑成型工艺而达到最佳的动力性能。而在此前，机器操作人员必须针对每一种工艺单独计算出最优的处理速度，然后进行人工设置，现在，Engel viper机械手能够对此进行自动管理。

7.5智能化锁模控制技术

恩格尔公司为充分发挥效率潜力，避免浪费，提高竞争力，恩格尔开发了智能化锁模控制软件，从而能够在客观的基础上，自动确定并采取最佳的锁模力。在注射过程中，该软件通过不断地智能调整锁模力，可使模具不断保持排气，甚至在加工条件波动的情况下也同样如此。在注射过程中，流入的熔体施加压力，推动两个半模出现千分之几毫米或百分之几毫米的分离，这一过程就是众所周知的模具排气（mould breathing）。如果模具排气过大或过小，就会因披峰或烧痕（柴油效应）而带来废品。如果锁模力太高，模具还会遭受过高的压力，而且锁模力的形成会消耗更多不必要的能源。采用人工优化锁模力的方式，通常是借助测量仪器来确定模具的排气，但这是一种主观的不精确的方法，其结果是，过分依赖于测量仪器的位置，此外还需要更多的经验才能对它们作出解读。为避免这些问题，许多注塑成型商都尽可能地采用最大锁模力，而不是让锁模力与单独的加工相适应。智能化锁模控制软件带来的优势在于，显著降低了质量缺陷风险，确保了最佳的模具通风，保护模具避免过溢，同时还提高了能效。

7.6智能化中空吹塑技术

Agr Internationnal公司的Process Pilot®吹瓶机管理系统，与该公司的PETWall Profiler®系统相结合，可对吹瓶机的生产运行进行自动管理。PETWall Profiler®智能吹塑管理基于LED的传感器，能够从每个瓶子上获取上千个壁厚测量数据，并构建出完整的瓶形轮廓，即便瓶料的分布有极微小的变化，也能高度准确的识别出来。Process Pilot®吹瓶机管理系统根据PETWall Profiler®测量系统提供的信息，管理和自动调节吹瓶机的可控参数，形成了从瓶料分配的测量和吹瓶运行之间的有效闭环，确保生产的稳定和最佳的质量控制。

7.7智能化多层吹膜技术

广东金明精机机械有限公司联手西安交大研发“高性能智能化多层共挤吹塑装备”，项目将采用基于进化计算与模糊控制等智能算法，结合吹膜装备控制的特点，实现系统位置、速度、温度、压力等物理量的闭环精确控制，通过并行化、实时化、最小资源化等处理，采用片上化等技术，将算法硬化到专用芯片上，最终获得专用的、自主研发的、实现吹膜装备工艺的系统芯片。基于SOC系统芯片的控制系统，是现阶段塑机行业的核心技术之一，而目前这一技术还只掌握在少数发达国家手中。该产品研发成功后，将打破外国公司对高档吹膜机的垄断，改变行业“机强电弱”的局面，提升国产设备的利润空间。

7.8PET瓶智能化吹塑质量管理技术

SIG Corpoplast公司的PETWallplus吹塑机厚度监测系统检测系统，采用红外线吸收技术，精确测定PET容器中指定区域的厚度，可以检测每个瓶子材料分布的偏差、移位、成型中出现 的问题以及和材料分布相关的其它问题，将连线校验的工艺参数集成于拉伸的工艺控制系统中，自动识别并去除材料分布不均的容器，对诸如瓶坯的各种数据进行监控，形成一个闭合的、自动控制和自动调节相结合的生产循环过程，即使各瓶坯的数据不同，在初始设定的工艺参数仍保持不变的情况下，生产出的瓶子质量仍稳定可靠。系统可精确检测不同形状和颜色的PET瓶，速度达到每小时32 000瓶。

7.9智能化实时塑化温度控制技术

塑化加热温度实时性及实时检测性，直接关系到实现实时的智能化加热温度的灵敏精确控制，有效控制热污染。传统的塑化温度控制技术，达不到智能化塑化温度的实时性的动态反映性能，提供给电脑的温度数据与实时塑化温度存在误差，造成电脑在分析、判断、决策塑化温度的错误。智能化实时塑化温度控制技术，应根据料筒内塑料原料实时熔化的质量，控制螺杆剪切热和料筒外部加热量，并能达到闭环实时性，在此基础上实现智能控制，把热损耗降到最低，降低热污染。

7.10智能化共挤膜质量管理系统［3］

德 国W & H公司的VAREX三层共挤在线薄膜厚度自动检测及厚度自动调节系统，操作人员只需把薄膜厚度输入到控制计算机，自动完成，排除了诸多的人为因素，生产的控制精度明显提高，增强了产品品质。360。旋转测厚探头对薄膜的横向厚度进行持续的、精确地在线检测，将测量信息反馈 到控制计算机，显示并记录在计算机上；控制计算机对横向厚度的分布进行分析后，由此计算出风环上每个区间所需调整的风量；PRO-CON 自动横向控制系统根据控制计算机的控制信号可以自动调节自动风环各个控制区的冷却风量，从而使 薄膜的横向厚度得以控制在允许的误差范围内，最终控制薄膜横向厚度均匀分布。同时 G ravim etric 连续称重定量上料系统能够极其有效地控制制品的层间厚度比例。采用在线自动测厚系统，开机速度快，降低机头废料，同时，测量薄膜的厚度准确率更高，优越的组态监控软件系统软件更易于实现其对薄膜平整性的调整，从而大大降低功能膜生产过程出现局部变厚变薄现象的发生，降低了人为因素造成的废品率，节约了生产成本。使用在线自动测厚系统后，能够有效控制FFS重包装膜的预设值。由于360。旋转测厚系统的使用，产品的厚度偏差更集中于设定值。从而满足了对产品预期设计的功能性，保证了产品性能，提高了综合品质。Elektro Physik Dr.Steinggroever GmbH & Co.KG 公 司 的 Elektro PhysikCTM-S在线厚度测量系统，基于磁感应原理，测量系统不受材料性能如湿度、密度和颜色的影响，不受环境中震动的影响，测量能力达到100 m/min，测量厚度从6 μm～6 mm，测量误差±1%。在网络技术新开发的完全兼容模式可以是该系统连接到内部/局域网上，便于对系统进行操作和监控。

7.11智能化现场总线控制技术

广东佳明二代多功能计算机伺服动力驱动系统，将压力传感器反馈的压力信号由超高速计算机主机做PID运算后，通过高速CAN总线输出指令给伺服驱动器直接带动伺服电动机，不需经过DA/AD转换，消除了转换误差及伺服控制器的运算误差，实现了计算机与伺服驱动器之间的数据高速传输，使驱动器与控制系统实现无缝连接，提高了系统的动态响应性能，系统快速启动时间达到50 ms，同时解决了常规伺服系统电气调试复杂以及整体驱动系统不稳定的问题，使得驱动器的状态显示和参数设定也可由计算机实现，调试更方便、更简单，提高人与设备的和谐度。

7.12智能化成型制品检测技术

注塑、挤出等成型制品的外观是质量指标的主要表征。智能化视觉技术检测成型制品在成型加工链环节中处于越来越重要的地位。视觉系统可先采集标准产品，而后针对需检测的产品进行对比分析，确定是否合格，检测过程既可在产品注塑刚完成後进行，也可以单独检测，做出分析，为中央控制系统提供准确、可靠的数据支持，中央控制系统根据视觉反馈信息作出分析、调整成型加工工艺参数，达到合格的产品。德国ISRA表面视觉公司Smash模块化检测系统，智能探测能有效低扫描塑料薄片产品表面缺陷，变进行自动分析，以确定缺陷产生的原因，从而有助于生产者防止缺陷的产生，提供产品质量和生产率。SmartScope Flash 500自动尺寸测量系统，具有多个带有可触发探头的传感器，配备了自动校正的AccuCentric 12倍电动变焦距头，用于影像测量，可对较难成像的部件特征进行触觉测量，还有用于测量非接触式表面轮廓的TTL、DRS激光以及彩虹探头扫描白光传感器，还提供可以获取几毫克探测压力数据点的独一无二的羽毛探针微探针传感器。Ohaus公司Navigator XT系列无接触质量测定仪，具有两个无接触式红外传感器，不要触摸按键，36种功能组合，适应于计数、百分比称量，重量复核、显示保留和累积/求和的应用。

7.13智能化型坯质量的闭环控制技术

作为挤吹中空机的核心技术之一的型坯自动闭环控制技术被美国的穆格（MOOG ）、B a r b e r-Co l m a n、奥地利的贝加莱 （B & R ） 等少数几家公司垄断，提供给国内厂商的只是单一的型坯壁厚伺服控制装置或P L C系统，相关技术核心都被层层加密，国内厂商只能被动使用，无法根据自身特点形成全方位的控制系统，同时以上系统售价昂贵。因此，国产吹瓶机95%以上不具有型坯自动闭环控制功能，其余也只是简单叠加了进口型坯壁厚伺服控制器。简单叠加进口伺服控制器与无型坯控制设备相比提高了型坯的精度，但总体来说它只是小闭环，对挤出、机械动作等的波动无抑制作用，无法对型坯产生的整个过程 各个环节进行闭环控制，导致为了保证制品的物理机械性能只能整体加厚制品壁厚，制品单重增加，浪费塑料原料；制品壁厚控制位置不准确，偏差范围高达15 mm，制品重量偏差大，合格率低。乐善机械实业有限公司、顺德职业技术学院，自主研发的型坯自动闭环控制技术，对影 响塑料制品质量的各种因素如挤出机螺杆转速、温度、成型周期时间波动、模头动态精度、制品壁厚及其控制位置等进行精确控制，保持最佳的生产状态，提高塑料制品精度及降低合格制品重量，节省塑料原料。

7.14智能化挤出控制技术［4］

塑化挤出智能化就是以设定的挤出率和挤出质量为控制参数，由中央控制系统按设定的塑化技术参数，对各控制器集中控制，组成一个全闭环的自动化控制系统，实时智能检测、分析、推理，实时做出调整相关技术参数，实现挤出率和挤出质量在实时要求精度内。

广东联塑机器制造有限公司针对塑料挤出加工过程研发的这套集过程精密控制、过程监测和故障诊断于一体的高性能挤出机智能控制系统，采用全新的控制理念，利用国际领先的控制技术对料筒温度进行高精度控制，同时利用模头压力控制取代传统的螺杆转速控制。采用模头压力控制不仅降低了高端挤出机对高性能电动机的要求，从而降低了成本，而且进一步保证了挤出产品质量的稳定性。系统还集成了国际领先的过程监测技术，能够及时准确地发现过程异常状态，并进行故障诊断，从而提高生产效率、降低浪费。该系统整体架构上采用嵌入式系统设计，运算能力强且性能稳定。

8　绿色塑料成型工程“智能化+回收技术”的创新驱动

“智能化+回收技术”是提高塑料资源循环利用率的重要举措。塑料制品的材料、型式繁多，特别是各种新型复合材料的应用，常规的、通用的回收再生技术的已难以适应。

8.1绿色节能的智能化废料识别系统

全球领先的废料传感分拣方案专家德国的TITECH公司的最新一代创新TITECH autosort 4废料分拣系统。采用无需外部光源的红外线（near infrared，NIR）扫描技术，能够在无外置灯臂的情况下运行，光线仅照射于传感器扫描的传送带区域，实现节能达70%，能够大幅度降低碳排放量和运营成本。新的控制单元（Control Unit，CU）集成了能够适应更宽温度范围的工业PC特性，对于大多数应用都能采用被动式冷却，可在高达50℃的温度下，使用散热器替代主动式冷却装置；配有更成熟的高性能数据采集卡；使用高速TITECH阀门，在新阀门驱动卡的支持下，可以达到更高的工作精度；传感分拣技术可以从不同的废料流中分拣出一系列高品质的材料组分，包括单一废弃物（single-stream waste）、包装物、废纸、城市生活垃圾和许多类型的塑料废料。这项技术还可以实现其它分拣工作的自动化。与传统的劳动力密集型人工分拣方法相比，系统中的创新传感器可以更快速、更准确地扫描分拣不同的物料。即使最小的物料也不会被TITECH autosort检测网漏过，而较大的物料则可实现更高精度的扫描。

奥地利BT-Wolfgang Binder GmbH的全自动化回收料整理和分类的光学分选设备，利用了红外线识别技术，可以识别和分离一系列类别明显不同的材料，例如将塑料（包括PET、PE、PP-HD等）、纸张、纸板、金属和玻璃等材料进行分类分拣，这种分拣机的处理量最高可以达到每小时25 t左右。通过组合不同种类的传感器实现材料识别功能，如利用颜色传感器来进行近红外光谱分析，进行材料识别和颜色识别。利用线阵相机技术来进行颜色识别，或利用X-射线荧光技术来进行材料的化学组分识别。特别是在塑料领域中利用这些技术的不同组合形式，可以形成不同的解决方案，还能够实现更大范围的分类，达到很高的纯度水平。通过分类和分拣之后的材料可以进入到下一步的回收环节中。

8.2绿色节能的智能化PET瓶废料分拣系统

PET瓶在食品、医药、饮料的大量应用，PET瓶废料的回收技术成为瓶废料分拣系统创新驱动的一个重要分支。

Closed Loop Recycling公司的Pellenc智能系统，能够从本色的HDPE瓶中分离出PET瓶和彩色瓶。德国克朗斯公司成功开发国际领先的PET瓶回收技术，能把被压扁的PET瓶切割成片，经过初筛、去除金属、分离标签和瓶盖、分离杂质、深度清洗等步骤。

9　结语

塑料成型工程模式正由 “Made in China”向“Made in World”转变。绿色化塑料成型工程“智能化+”的众多的现代化技术，不是一个企业、一个地区、一个国家能解决的，必须走“Made in World”，创新驱动才能持续。

［1］ 张友根.注塑机绿色设计的分析研究（上）［J］. 橡塑技术与装备，2014，40（2）：11～26.

［2］ 郭昭辉.SCJ230B中空机远程监控系统的研究和开发［J］.自动化博览. 2009，03：82～84.

［3］ 高德梅.三层共挤重包装膜自动测厚系统的实践应用［J］. 国外塑料，2011，29（5）：58～62.

［4］ 张友根.多层共挤中空塑料成型机绿色技术的分析研究（下）［J］. 橡塑技术与装备，2014，40（12）：11～33.

（R-03）

Innovation-driven of green plastic molding project "Intelligent+"

Innovation-driven of green plastic molding project "Intelligent+"

Zhang Yougen
（Ningbo 201299， Zhejiang， China）

Innovation-driven of green plastic molding project "Intelligent+" achieves the best ecological environment protection. This paper puts forward the connotation of "Intelligent+" innovation driven of green plastic molding engineering， studies seven aspects of green plastic molding engineering innovationdriven， including “Intelligent + networking”， “Intelligent + Intelligent business”， “Intelligent + energy eff ciency technology”， “Intelligent + customer service”， “Intelligent+ advanced manufacturing”， “Intelligent + molding technology” and “Intelligent + recovery technology”. This paper also points out that the innovation driven of green plastic molding project "Intelligent+" must take the "Made in World " in order to continue.

plastic technology； green； Intelligent； innovation driven

TQ320.66

1009-797X（2016）14-0001-09

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.14.001

张友根，教授级高工，终生享受国务院政府特殊津贴。1982年毕业于上海交通大学。从事塑料机械的科学发展工作。发表论文近400篇，约400万字。

2016-01-15