塑料加工数字化中心的三大主题

数字化正在向全世界各行各业的工业生产领域进军。尽管创新的工业4.0技术的实施为人们带来了诸多机遇，但对于多为中小企业的塑料行业来说，其收益微乎其微。认清工业4.0的潜力并将其实际应用于某企业，通常需要大量投资，以及与熟悉生产运行并能凭借有用的系统模块对之加以扩展的系统合作伙伴的信赖关系。

未来扩展后的IKV具有远见卓识的整体图景，并得到塑料创新中心4.0的助力（©aig+Architekten）

由于缺乏可扩展性或用户接近度，孤立的解决方案常常无法在工业生产中实现。因此，需要采取整体性办法。于是，诸如智能工厂、智能制造或智能生产之类的流行词日益成为研究项目的主题。尽管谷歌专业搜索引擎中有关这些术语的出版物数量表明，智能工厂领域研究正逐渐成为一个焦点话题，但却几乎没有涉及塑料（图1）。

PIC4.0中一致性数字化的整体方法

凭借塑料创新中心4.0（PIC4.0）［1］，亚琛工业大学塑料加工研究所（IKV）旨在通过采用整体性方法，在数字化塑料加工领域开展研究。为此，以数字化为重点的现有研究项目将无缝集成到新的研究基础设施中，新项目将在三个主题领域启动：数字工程、价值链以及全球连通性。

在数字工程中的物理施工阶段，要将组件及工艺开发方法与PIC4.0技术中心中的实际过程相结合是个难题。为此，需要连续的仿真链和虚拟过程模型，才能使仿真模型能够在传统的组件系统与过程设计系统之间进行转换，而不会丢失任何信息，并且易于使用。除此之外，研究人员正在开发相关流程，以自动比较预测组件质量与实际组件质量，从而得出关于模拟质量的结论。

图1 谷歌专业搜索引擎中关于各种流行词的出版物数量，按年份列出，截至2020年3月31日（来 源：IKV，图片：©Hanser）

为了能够将模拟结果与随后记录的组件及过程质量进行比较，在PIC4.0技术中心，将处理过程紧密地联系在一起非常重要。另一方面，各种各样的机器设备常常使开发出的解决方案难以转化为工业应用。除了价值链上复杂的相互作用——从材料制备到加工过程，再到质量保证——对复杂价值链中不同种类的机器的使用年限和功能范围的分析尤其令人感兴趣。它不仅涉及数字化改造，还涉及数据采集、处理以及这些数据的有效利用。

最后，在全球连通性领域，还需要聚焦于持续的数据采集和为此所需的信息基础设施。这首先包括以统一的方式采集可用的数据，并加以具体分析，以便对相应的过程及系统进行由数据驱动的优化。对于从事塑料加工的公司而言，还应该创造一种可能性，即不仅要对自己的工艺过程进行分析，而且还要在无风险的情况下将其生产数据提供给独立的研究伙伴，以探寻从中可以产生什么样的收益。

除了所描述的三个专题领域外，还将就熟练技艺和大学教学中开展数字化教学和学习的可能性方面开展工作，以使未来的数字化专家获得相应资格。

PIC4.0的物理基础设施

在建基础设施的总建筑积超过4200m²，除了近1000m²的技术中心外，还包括一个面积约570m²的车间，用于修理和维护以及制造测试模具（图2）。因此，模具制造被直接集成到信息与价值链中，以实现跨领域协作而不会丢失信息。

图2 PIC 4.0底层的计划房间分配（©IKV）

在技术中心本身，空间将分配给各种试验平台，如，“复杂价值链”、“各种各样的机器设备”和“材料加工”。在此，除了通常的基础设施（如电线、水管和压缩空气），重要的是在规划和建设阶段提供必要的数据连接，同时考虑到预期的网络流量，以及未来应用中可能需要的带宽。

除此之外，尽管也将为未来5G技术的集成和测试奠定基础，最初是为传统以太网连接提供其所需。在以后的长期研究工作中必须保证智能工厂的适应性，因为必须根据分析的重点，为复杂的跨过程交互作用建立并组合测试平台和生产单元。

通信不仅存在于机器与设备之间

所有的学习和工作活动都将安排在建筑综合体内。计划中的“开放空间办公室”不仅将使机器与设备之间的通信成为PIC4.0的重点，而且还将促进科研人员与学生之间开放、灵活的合作。理想情况下，这种交流将开创出创新的研究方法。

为能执行在数字工程及进展中过程内全面真实数据集的数据分析中的要求极高的任务，将安装高性能服务器。因此，PIC4.0将为所有数字化塑料加工事宜提供一个联系点，供科学界及工业界的合作伙伴使用。

PIC4.0：PIC4.0的概念明确表明，将致力于沿着复杂的增值链对各种生产技术进行数据联网，并在应用条件下对其进行优化。这里的重点首先是将必要的信息架构和技术转移到工业实践上。

本文翻译自KUNSTSTOFFEINTERNATIONAL杂志

作者：Univ.-Prof.Dr.-Ing.ChristianHopmann，PascalBibow,M.Sc.RWTH