针对注塑行业目前的许多挑战，如员工难管、竞争激列、需求个性化、数据及时性真实性、产品生命周期短、成本大幅上升、质量如何保证、可追溯记录、排产及插单等，本文主要探讨新世代工业4.0注塑成型工厂的发展现况与趋势，希望能为产业界带来一些多元化的观点。

从注塑机设备商的角度看智能注塑工厂

克劳斯玛菲（KraussMaffei）提出Plastics 4.0，其解决方案分成三大类，分别为智能型机器，自适应程序控制（APC）是智能型机器的新功能，该系统考虑原材料的黏度变化，自动调适参数智能生产；在集成生产方面以质量为导向的加工数据，可透过DataXplorer提高塑料加工产能，可检测、分析和记录注塑生产过程以及上下游加工过程的综合工艺数据的开放系统；在互动服务方面，基于OPC-UA报告的联网机器的各种项目摄像机应用，客户可在任何时间在克劳斯玛菲公司网站直接登录电子服务平台，查询所有的中央数据，与售后服务部门进行顺畅沟通，快速找到解决方案。

阿博格（Arburg）提出Industrie 4.0，提供智能型机器到主机系再到智能工厂和智能服务，数字化工厂的基础由生产工艺构成，其他组成部份包括一套中央过程管理系统和一套中央主机系统，用于数据的收集、交换、和存档。阿博格强调没有普遍适用的4.0解决方案，因为没有一个注塑生产是与另一个完全一样的，通往智能工厂的道路也需要通过不同元件和系统的共同合作来生成个性化的方案。线上流程控制通过ALLROUNDER控制这个压力曲线进行调节，在模具保压阶段每次注塑时恒定的压力变化，达到产品质量最佳的重复能力。在SELOGICA控制系统的功能，还随带记录调节器的调节行为，配合流量和温度检测系统，为实现个性化线上监控，在插上插头时进行自动辨识，每一个被监控的参数误差都是由SELOGIGA控制器决定的。

恩格尔（Engel）提出Inject 4.0，在三个相互协调的领域内提供相应的技术和基础，通过构建智能注塑机工厂并充分利用制造的潜力。Smart Machine(智能型机器)代表自调节的思格尔注塑机和机械手臂，他们能识别到生产条件中最细微的差别，通过智能辅助系统，在进行制造期间得到最佳成型参数。Smart Server（智能服务）主要是意外维护时间的降低，通过连续分析注塑机数据，通过预防性维护系统发现磨损并估计零件剩余使用寿命。所以可以系统地预测非计划停工时间，最大限度提高注塑机的可用性。Smart Production（智能生产）提供客户在生产过程中连接辅机，并将其整合为一整体，优化规划资源，同时提高生产率。通过T.I.G. MES authentig清晰显示并控制已联网的注塑机群。

威猛巴顿菲尔（Wittmann Battenfeld）提出威猛4.0，透过注塑机UNILOG控制系统实现集成机械手、流量监测装置、重力混料机、模温机和干燥机等周边设备集成进来，通过统一的Windows用户界面进行操作，这促进了各个装置之间的互动，整个制造过程，包括喂料混料、干燥、温控、自动化和注塑，都可以得到最佳协调与追踪。另一个重点是，当出现换模时可集中地记录下所有的参数设置，自动化工艺和配方，并分配至正确的装置中，明显缩减换模时间及由此产生的成本。根据即插即用的原则，甚至当机器运转时，威猛4.0也能提供动态地插入和拔出上述装置，更快地使机器运作更加的有效率。

沙迪克（Sodick）提出注塑机与周边设备一体化的MR30单元制造系统，基于三维水路冷却水配管内置模具实现高生产性，采用最小的暗盒式模具结构，内置在以精密金属3D打印机OPM系列成形的三维冷却水配管中的单穴模专用成形系统。2台模温机的标准配置，可通过双系统模具温度配管进行最佳局部温度调结，实现理想的高质量快速成形，追求单模穴成形所必要的成形机规格与周边设备规格。使各设备具备必要且充分的能力，构筑成形机与周边设备的轻巧型一体化系统结构，实现了成形区域的最小化。向成形机内读取所有周边设备的输入输出信号，可在成形机的操作面板上对所有设备的运转进行一元化管理。可对成形数据和周边设备数据进行一体化管理，通过与Sodick-IoT功能的协同效应，提供全球对应的最新生产系统。

发那科（FANUC）是全球最多样化的工厂自动化、机器人和智能机械制造商，在多色成型、光学部件、粉末射出成型、纤维复材成型、埋件射出成型等领域提供注塑机集成发那科自已研发生产的工业机器人，展现全电动注塑机和自动化系统的和谐共舞。机器人配套注塑机取件的体系，使此系列注塑机具有逆流监督和精细计量，高刚性组织和最新的操控技能，经过机器人和视觉体系进行连线查看，完成了高质量的安稳性，被广泛应用在精细光学、生物医药、轿车电子、精细齿轮、数码电子、食品包装、微型连接器等领域。

住友重工（Sumitomo）的物联网iiil系统是住友重工的生产管理系统，自动收集质量确认情况报告，每日报告汇总，检查远端的成型现场情况，提高现场工作效率和制品质量。利用IoT/M2M提高生产性价比，建议客户通过数据统一管理、周边设备联动、感测器连接等方式来提高生产性和质量。

从塑料制品生产流程的角度看智能注塑工厂

中国目前的现况来看注塑工厂，可能连工业2.0、3.0都没达到，在这种情况下我们大谈工业4.0其实是非常不务实的作法。注塑智能化的首要基础便是运用CAE模流分析的电脑试模概念，协助工程人员检视其制品与模具设计的可行性，透过分析数据的相互比较寻找出最适当的设计组别，使制品在开发阶段即可将潜在的设计盲点挑出，若以“凭过去的设计经验决定未来的制品设计”，试模次数与模具成本将无法被预测，产业间的竞争优势将因此尚失。

根据美国辛辛那提大学李杰教授长久观察与研究提出的见解，工业4.0可以概括为6M 6C，ACMT协会认为该理论亦适用于智能注塑工厂，并且将该理论溶合到注塑智能工厂的流程改善。其中注塑车间的6M指的是制造生产过程的信息化与自动化，透过系统整合，让整个生产制造流程自动化与最佳化。6M系统包括：建模（Model）：指的是模型建立与类比验证（Simulation）；测量（Measurement）：指的是生产过程的检测与制品管控；工艺（Method）：指的是注塑生产参数与工艺；设备（Machine）：指的是注塑设备及周边辅机；材料（Material）：指的是塑胶原料与物件零件；维护（Maintenance）：指的是设备与模具的维护及保养。

其中建模（Model）部份，注塑制品在设计时需要分析塑料制品的工艺要求，面向可制造分析（DFM, Design for Manufacturing）的注塑设计，需要跨设计和制造环节开发平台的支持。在模具设计过程，CAD与CAE系统如同资深工程师或专家一般的协同作业，让工程师在操作CAD过程中，已经为CAE环境准备好了先决条件与布局，CAD/CAE集成技术的发展提供面向塑件及模具设计的技术支撑。CAE技术可帮助工艺人员在产品造型阶段对制作的注塑工艺进行可行性及存在的缺陷进行评估，可预测潜在的制造风险，并验证优化设计及制造工艺对制品的影响。

测量（Measurement）部份，过去工程师主要关注基于注塑机参数的程序控制，但近年来基于模腔压力的注塑控制系统被证明是确保生产过程高度一致性和优化质量的重要手法，从欧洲的克劳斯玛菲、阿博格、及恩格尔等设备商的大量采用即可获得印证。现今尚有熔胶温度、模具温度、熔胶速度、熔胶前沿位置等感测器可进行多模穴的平衡确认、追溯不良品、验证模流分析、成型周期的缩短、剪切黏滞的升温、成型条件的优化等等，蕴含着各种应用的可能，通过有效利用所测量的数据，搭配模流分析及自动化工程可以提高生产效率。

工艺（Method）部份，由于注塑行业的设备、人员、及制造工序复杂，实际生产时由于一些关键工序受注塑机等资源的限制，或其他特殊情况导致存在着多种加工工序流程并存的情况；不同工艺的使用，一套模具必须结合多套设备才能生产，设置需要工程人员参与。如何让工程人员具备正确的试模知识及技能，就显得特别的重要，因此必需透过在职培训，持续提升现场人员的工艺水平。

设备（Machine）部份，注塑机及自动化设备都是非常昂贵的，相较于传统的标准工时方法（PACS）管理办法，IoM物联网系统可自动记录每台注塑机在任一时间的生产效率，通过损失评估改善工厂的营运方向，提高设备整体生产效率，建立设备或模具生产效率的基准参考值，另外注塑工厂什么时候该添加设备，什么时候又该招募员工呢？另外注塑工厂除了注塑机之外，常配置辅机设备，如干燥机、模温机、温度控制器、冰水机、中央供料、及整厂水电气系统等，从监控工艺的角度，减少原料及水电气的浪费也是非常重要的。

维护（Maintenance），模具作为注塑加工过程中最重要的成型治具，其质量优劣直接关系到塑胶制品质量，模具生产周期长，加工复杂，生产成本高，而且在成型中极易出现锈蚀、龟裂、磨损及冲蚀等老化问题，严重影响产品质量及模具寿命。因此，提高模具质量，定期对模具做维护和保养，是企业提升产品质量及降低生产成本的重要手段。目前，大多数工厂都是通过手工做保养，经常因模具管理混乱而忘记保养、漏保养或者保养不及时。有数据表明，定期有效的模具保养，可以使模具寿命提升30%左右，这将有效的延长模具的使用模次，降低生产成本，并且更能保证产品质量与交期。

最后，现今注塑工厂和许多制造商都面临同样的问题，持续努力招聘工厂员工，尤其是在需要轮班的岗位。实际情况是，现今环境没有很多人愿意从事注塑成型工作，如果没有足够的人手，工厂就不能运作了。布署协作机器人执行秏时又具强重复性但又不能出错的任务，这样员工可把精力集中从事更具价值的生产任务和活动上。不过，在机器人市场，大家依然习惯用传统机器人的标准来评判人机协作协器人，“精度”与”速度”成为了协作机器人饱受诟病的两大问题，事实上协作机器人完全足以满足注塑工厂的生产需求。

以ACMT协会辅导的苏州诚模精密科技有限公司为例，该公司采用模具企业数字化发展系统，产品设计、模具设计与成型工艺在模具开发过程中是高度协同的任务，模具设计工程师在设计过程中，模流分析系统以标准化及智能化流程自动启动，协助模具设计工程师验证模具是否能百分百符合产品设计及成型工艺需求。在生产线和产品混合变化很快的今日，采用自动化以满足需求既烧钱又费力，全流程数字化管理可轻松切换任务并且对多变的工厂环境适应力很强。这也解放员工，让他们有更多时间培养创造性思想并且有机会从事更复杂的任务以解决更复杂的问题。

针对注塑行业目前的许多挑战，如员工难管、竞争激列、需求个性化、数据及时性真实性、产品生命周期短、成本大幅上升、质量如何保证、可追溯记录、排产及插单等，本文主要探讨新世代工业4.0注塑成型工厂的发展现况与趋势，希望能为产业界带来一些多元化的观点。

从注塑机设备商的角度看智能注塑工厂

克劳斯玛菲（KraussMaffei）提出Plastics 4.0，其解决方案分成三大类，分别为智能型机器，自适应程序控制（APC）是智能型机器的新功能，该系统考虑原材料的黏度变化，自动调适参数智能生产；在集成生产方面以质量为导向的加工数据，可透过DataXplorer提高塑料加工产能，可检测、分析和记录注塑生产过程以及上下游加工过程的综合工艺数据的开放系统；在互动服务方面，基于OPC-UA报告的联网机器的各种项目摄像机应用，客户可在任何时间在克劳斯玛菲公司网站直接登录电子服务平台，查询所有的中央数据，与售后服务部门进行顺畅沟通，快速找到解决方案。

阿博格（Arburg）提出Industrie 4.0，提供智能型机器到主机系再到智能工厂和智能服务，数字化工厂的基础由生产工艺构成，其他组成部份包括一套中央过程管理系统和一套中央主机系统，用于数据的收集、交换、和存档。阿博格强调没有普遍适用的4.0解决方案，因为没有一个注塑生产是与另一个完全一样的，通往智能工厂的道路也需要通过不同元件和系统的共同合作来生成个性化的方案。线上流程控制通过ALLROUNDER控制这个压力曲线进行调节，在模具保压阶段每次注塑时恒定的压力变化，达到产品质量最佳的重复能力。在SELOGICA控制系统的功能，还随带记录调节器的调节行为，配合流量和温度检测系统，为实现个性化线上监控，在插上插头时进行自动辨识，每一个被监控的参数误差都是由SELOGIGA控制器决定的。

恩格尔（Engel）提出Inject 4.0，在三个相互协调的领域内提供相应的技术和基础，通过构建智能注塑机工厂并充分利用制造的潜力。Smart Machine(智能型机器)代表自调节的思格尔注塑机和机械手臂，他们能识别到生产条件中最细微的差别，通过智能辅助系统，在进行制造期间得到最佳成型参数。Smart Server（智能服务）主要是意外维护时间的降低，通过连续分析注塑机数据，通过预防性维护系统发现磨损并估计零件剩余使用寿命。所以可以系统地预测非计划停工时间，最大限度提高注塑机的可用性。Smart Production（智能生产）提供客户在生产过程中连接辅机，并将其整合为一整体，优化规划资源，同时提高生产率。通过T.I.G. MES authentig清晰显示并控制已联网的注塑机群。

威猛巴顿菲尔（Wittmann Battenfeld）提出威猛4.0，透过注塑机UNILOG控制系统实现集成机械手、流量监测装置、重力混料机、模温机和干燥机等周边设备集成进来，通过统一的Windows用户界面进行操作，这促进了各个装置之间的互动，整个制造过程，包括喂料混料、干燥、温控、自动化和注塑，都可以得到最佳协调与追踪。另一个重点是，当出现换模时可集中地记录下所有的参数设置，自动化工艺和配方，并分配至正确的装置中，明显缩减换模时间及由此产生的成本。根据即插即用的原则，甚至当机器运转时，威猛4.0也能提供动态地插入和拔出上述装置，更快地使机器运作更加的有效率。

沙迪克（Sodick）提出注塑机与周边设备一体化的MR30单元制造系统，基于三维水路冷却水配管内置模具实现高生产性，采用最小的暗盒式模具结构，内置在以精密金属3D打印机OPM系列成形的三维冷却水配管中的单穴模专用成形系统。2台模温机的标准配置，可通过双系统模具温度配管进行最佳局部温度调结，实现理想的高质量快速成形，追求单模穴成形所必要的成形机规格与周边设备规格。使各设备具备必要且充分的能力，构筑成形机与周边设备的轻巧型一体化系统结构，实现了成形区域的最小化。向成形机内读取所有周边设备的输入输出信号，可在成形机的操作面板上对所有设备的运转进行一元化管理。可对成形数据和周边设备数据进行一体化管理，通过与Sodick-IoT功能的协同效应，提供全球对应的最新生产系统。

发那科（FANUC）是全球最多样化的工厂自动化、机器人和智能机械制造商，在多色成型、光学部件、粉末射出成型、纤维复材成型、埋件射出成型等领域提供注塑机集成发那科自已研发生产的工业机器人，展现全电动注塑机和自动化系统的和谐共舞。机器人配套注塑机取件的体系，使此系列注塑机具有逆流监督和精细计量，高刚性组织和最新的操控技能，经过机器人和视觉体系进行连线查看，完成了高质量的安稳性，被广泛应用在精细光学、生物医药、轿车电子、精细齿轮、数码电子、食品包装、微型连接器等领域。

住友重工（Sumitomo）的物联网iiil系统是住友重工的生产管理系统，自动收集质量确认情况报告，每日报告汇总，检查远端的成型现场情况，提高现场工作效率和制品质量。利用IoT/M2M提高生产性价比，建议客户通过数据统一管理、周边设备联动、感测器连接等方式来提高生产性和质量。

从塑料制品生产流程的角度看智能注塑工厂

中国目前的现况来看注塑工厂，可能连工业2.0、3.0都没达到，在这种情况下我们大谈工业4.0其实是非常不务实的作法。注塑智能化的首要基础便是运用CAE模流分析的电脑试模概念，协助工程人员检视其制品与模具设计的可行性，透过分析数据的相互比较寻找出最适当的设计组别，使制品在开发阶段即可将潜在的设计盲点挑出，若以“凭过去的设计经验决定未来的制品设计”，试模次数与模具成本将无法被预测，产业间的竞争优势将因此尚失。

根据美国辛辛那提大学李杰教授长久观察与研究提出的见解，工业4.0可以概括为6M 6C，ACMT协会认为该理论亦适用于智能注塑工厂，并且将该理论溶合到注塑智能工厂的流程改善。其中注塑车间的6M指的是制造生产过程的信息化与自动化，透过系统整合，让整个生产制造流程自动化与最佳化。6M系统包括：建模（Model）：指的是模型建立与类比验证（Simulation）；测量（Measurement）：指的是生产过程的检测与制品管控；工艺（Method）：指的是注塑生产参数与工艺；设备（Machine）：指的是注塑设备及周边辅机；材料（Material）：指的是塑胶原料与物件零件；维护（Maintenance）：指的是设备与模具的维护及保养。

其中建模（Model）部份，注塑制品在设计时需要分析塑料制品的工艺要求，面向可制造分析（DFM, Design for Manufacturing）的注塑设计，需要跨设计和制造环节开发平台的支持。在模具设计过程，CAD与CAE系统如同资深工程师或专家一般的协同作业，让工程师在操作CAD过程中，已经为CAE环境准备好了先决条件与布局，CAD/CAE集成技术的发展提供面向塑件及模具设计的技术支撑。CAE技术可帮助工艺人员在产品造型阶段对制作的注塑工艺进行可行性及存在的缺陷进行评估，可预测潜在的制造风险，并验证优化设计及制造工艺对制品的影响。

测量（Measurement）部份，过去工程师主要关注基于注塑机参数的程序控制，但近年来基于模腔压力的注塑控制系统被证明是确保生产过程高度一致性和优化质量的重要手法，从欧洲的克劳斯玛菲、阿博格、及恩格尔等设备商的大量采用即可获得印证。现今尚有熔胶温度、模具温度、熔胶速度、熔胶前沿位置等感测器可进行多模穴的平衡确认、追溯不良品、验证模流分析、成型周期的缩短、剪切黏滞的升温、成型条件的优化等等，蕴含着各种应用的可能，通过有效利用所测量的数据，搭配模流分析及自动化工程可以提高生产效率。

工艺（Method）部份，由于注塑行业的设备、人员、及制造工序复杂，实际生产时由于一些关键工序受注塑机等资源的限制，或其他特殊情况导致存在着多种加工工序流程并存的情况；不同工艺的使用，一套模具必须结合多套设备才能生产，设置需要工程人员参与。如何让工程人员具备正确的试模知识及技能，就显得特别的重要，因此必需透过在职培训，持续提升现场人员的工艺水平。

设备（Machine）部份，注塑机及自动化设备都是非常昂贵的，相较于传统的标准工时方法（PACS）管理办法，IoM物联网系统可自动记录每台注塑机在任一时间的生产效率，通过损失评估改善工厂的营运方向，提高设备整体生产效率，建立设备或模具生产效率的基准参考值，另外注塑工厂什么时候该添加设备，什么时候又该招募员工呢？另外注塑工厂除了注塑机之外，常配置辅机设备，如干燥机、模温机、温度控制器、冰水机、中央供料、及整厂水电气系统等，从监控工艺的角度，减少原料及水电气的浪费也是非常重要的。

维护（Maintenance），模具作为注塑加工过程中最重要的成型治具，其质量优劣直接关系到塑胶制品质量，模具生产周期长，加工复杂，生产成本高，而且在成型中极易出现锈蚀、龟裂、磨损及冲蚀等老化问题，严重影响产品质量及模具寿命。因此，提高模具质量，定期对模具做维护和保养，是企业提升产品质量及降低生产成本的重要手段。目前，大多数工厂都是通过手工做保养，经常因模具管理混乱而忘记保养、漏保养或者保养不及时。有数据表明，定期有效的模具保养，可以使模具寿命提升30%左右，这将有效的延长模具的使用模次，降低生产成本，并且更能保证产品质量与交期。

最后，现今注塑工厂和许多制造商都面临同样的问题，持续努力招聘工厂员工，尤其是在需要轮班的岗位。实际情况是，现今环境没有很多人愿意从事注塑成型工作，如果没有足够的人手，工厂就不能运作了。布署协作机器人执行秏时又具强重复性但又不能出错的任务，这样员工可把精力集中从事更具价值的生产任务和活动上。不过，在机器人市场，大家依然习惯用传统机器人的标准来评判人机协作协器人，“精度”与”速度”成为了协作机器人饱受诟病的两大问题，事实上协作机器人完全足以满足注塑工厂的生产需求。

以ACMT协会辅导的苏州诚模精密科技有限公司为例，该公司采用模具企业数字化发展系统，产品设计、模具设计与成型工艺在模具开发过程中是高度协同的任务，模具设计工程师在设计过程中，模流分析系统以标准化及智能化流程自动启动，协助模具设计工程师验证模具是否能百分百符合产品设计及成型工艺需求。在生产线和产品混合变化很快的今日，采用自动化以满足需求既烧钱又费力，全流程数字化管理可轻松切换任务并且对多变的工厂环境适应力很强。这也解放员工，让他们有更多时间培养创造性思想并且有机会从事更复杂的任务以解决更复杂的问题。