星期一, 5月 16

    物联网在注塑成型行业的发展与应用

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    ■型创科技/ 唐兆璋

    射出成型行业的困扰?

    射出成型行业正目前着诸多挑战,例如:劳动力短缺、 蓝领员工自身能力限制、同业竞争激列、东协国家正在 崛起、客户需求多样化,少量多样且交货期缩短,如何 让射出成型机在换模频繁的条件下,维持质量一致性, 及生产效率最大化,这将是射出成型工厂迈入智慧工厂 成败的关键。

    物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)应用将在2018年爆发, 面对万物皆联网的未来趋势,如何建构智慧射出成型工 厂,射出成型机首先要具备网络连结能力,【AIoM的 成型生产智能管理系统】,体积轻巧可简单安装于任何 品牌的射出成型机,只要完成传感器接点安装、网络线 连结、及网页设定等步骤,即可直接从传感器撷取资料, 无论何时何地都可透过专用软件界面,如果射出成型工厂已经导入ERP或MES系统,直接记录射出成型过程 中所生成的实时信息,因应工厂管理模式的变格。

    在传统管理模式下,射出工厂的射出成型机产能信息需由人工监视,抄录,并进行事后分析,发生产能或 质量异常时往往无法实时得知,只能事后进行质量检 验与相关异常补救措施,既没有效率也不易真正发现 异常原因。实现于现场或远端实时监控的射出成型工厂,便于实时监控产能外,并提供设备稼动率、生产 效率、制品良率之分析与记录,能达到实时监看、同 步管理、节省时间、人力、及成本的目的,进一步深 入到制造执行层,甚至有能力整合设备自动化控制资 讯,一步步实现智慧工厂篮图。

    从塑胶制品生产流程的角度看智能射出成型工厂?

    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 的【科学试模技术中心】认为该理论亦适用于智能射 出成型工厂,并且将该理论融合到智能射出成型工厂的流程改善,其中射出成型车间的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 模 拟 验 证 (Simulation)。
    ◆测量(Measurement):指的是生产过程的检测与制 品管控。
    ◆工艺(Method):指的是射出成型生产参数与工艺。
    ◆设备(Machine):指的是射出成型设备及外围辅机。
    ◆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,射出成型制品在设计阶段需 要分析塑胶制品的工艺要求,面向可制造分析(DFM, Design for Manufacturing)的模具设计,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制品设计阶段对制作的射出成型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。

    图 1: Arburg 的数字化工厂 (Industrie 4.0),来源:Arburg

    测量 (Measurement) 部份,过去工程师主要关注基于射出成型机参数的过程控制,但近年来基于模腔压 力的射出成型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 KraussMaffei、阿博格 Arburg、及恩格尔 Engel 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、熔胶前沿位置等模内传感器, 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。

    图 2: 李杰博士的工业 4.0 方程式

    工艺(Method)部份,由于射出成型行业的设备、人 员、及制造工序复杂,实际生产时由于一些关键工序 受射出成型机等资源的限制,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, 一套模具必需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,射出成型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,型创智造IoM物联网系统可自动记录每台 射出成型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,另外射出成型工厂 什么时候该添加设备,什么时候又该招募员工呢?另 外射出成型工厂除了射出成型机之外,配置的辅机设 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。

     

    图 3: 透过注塑成型机 UNILOC 控制系统实现集成机械手等周边设备。来源:Wittmann Battenfeld

    图 4: 透过物联网监控 / 维修 / 控制的集成技术来源:Solick

    维护(Maintenance),模具作为射出成型加工过程中 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,在 成型过程中易出现锈蚀、龟裂、磨损及冲蚀等老化问 题,严重影响制品的质量及模具的寿命。
    因此,提高模具质量,定期对模具做维护和保养, 是企业提升制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,有资 料表明,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,并且更能保证制品质量与交期。
    苏州诚模精密科技有限公司采用【AIoM模具与成型 产业智慧物联网】解决方案,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 智慧化流程自动启动,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。■

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