工业4.0增刊 | 塑料工业4.0的春天到了吗？

解码“工业4.0”

工业4.0一词指的是“第四次工业革命”，其利用CPS（Cyber Physical System，网络物理系统），将生产中的供应、制造、销售信息实现数据化、在线化、智慧化，最后达到快速、精准响应个性化产品需求的效果。说简单点，就是将生产力做互联网化（云化），以便支撑大规模、小批量、多规格的定制。

按照当下的共识，自18世纪末以来，人类社会先后经历了三个阶段的工业革命，以蒸汽推动的机械化工业1.0、以电力推动的电气化工业2.0、以电子信息推动的自动化工业3.0。如今，物联网、人工智能、5G等新一代电子信息技术与制造业深度融合，正在发生着以智能制造为代表的第四次工业革命，即全面智能化的工业4.0时代。

机器正在变得越来越智能，能够自我感知自身的状况和生产力，并能够将其状态传达给其他机器和操作人员。可以打个形象的比方，智能化工厂就好象未来家庭里的智能冰箱，冰箱能在牛奶瓶子快要空掉时“聪明地”下订单订购牛奶。工业4.0革命正深刻改变着包括塑料产业在内的全球制造业格局，大量工厂要接受数字化转型的洗礼，追求智能工厂的精益求精、人力解放和生产效率大幅提升。 

工业4.0经常被有的人与另外两个名称互换使用——物联网 (IoT)、工业互联网，尽管它们的起源不同，含义也略有不同。IoT的词源最古老，可追溯到1999年，最初与美国麻省理工学院和宝洁（P&G）公司在射频识别 (RFID) 方面的早期努力有关。2011年，工业4.0首次在德国汉诺威工业博览会上被提出，“4”指的是第四次工业革命。而工业互联网是由美国通用电气（GE）集团于2012年创造的，它关注的是将机械的进步与计算机运算的进步结合起来。或许很多人并不知道，方兴未艾的5G技术的应用主角其实根本不是手机，而正是工业4.0。

工业4.0的关键技术

工业4.0以下面所列出的8大类科学技术为基础，其中的一些技术其实已经应用在塑料加工业当中了。工业4.0技术将这些技术整合到一起，成为完整的生产流程，这将改变供应商、制造商和消费者之间的关系，以及人与机器之间的关系。

◆ 先进材料
◆ 大数据与人工智能：大数据分析能帮助企业改进产品质量，节省能源并提高设备的性能。例如注塑厂商收集生产过程中的数据，可在生产流程的早期预判出故障的注塑件，从而提高生产质量。对不同数据源（设备、系统和企业）进行收集和分析将成为未来企业进行实时决策的标配。

◆ 自动机器人技术：自动机器人不但更加灵活和智能，更可以在彼此之间进行沟通互动，甚至具备学习新技能的能力。这些新机器人不但在性能上远超目前的工业机器人，更在成本上大大降低。

◆ 模拟和可视化：未来，模拟技术将扩展到产品结构设计以外更广的范围。人们可以用实时数据来模仿物理世界，将新产品放入虚拟的生产环境中。在进行实际生产前，公司可以对这些新产品进行测试和优化，从而减少设备装配调试的时间并提高产品质量。

◆ 工业物联网：身处不同地理位置的产品设备将能进行互动和沟通，并由中央处理器集中控制。物联网将实现决策的去中心化，互联设备能进行自动分析和决策，对环境变化进行实时反应。

◆ 网络安全：安全可靠的网络通信以及身份辨别和接入管理系统将变得至关重要。

◆ 云计算技术：未来更多的生产数据和功能将搭载在云端，为生产制造提供更多的数据相关服务。随着技术的进化，未来的监测和控制流程也可能会迁移到云上。

◆ 增材制造（3D打印）：未来3D打印技术将广泛应用到小批量生产和大规模定制领域，大大降低企业的库存成本和物流成本。

中国塑料产业拥抱工业4.0

曾几何时，欧美国家率先普及了与“可持续性”和“循环经济”相关的术语和概念，中国塑料行业正在迅速赶上。德国人也率先推出了工业4.0、工业物联网（IIOT）、数字化、智能工厂、大数据等理念，中国人接受这些的热情略低，这些概念在中国塑料产业里还没有达到人尽皆知的程度，成型厂家们更多地处于“它是什么，我为什么需要它”的阶段，他们想知道4.0会给他们的运营带来多大的变化，成本是多少，以及他们将如何受益。将工业4.0将信息技术最终集成到智能机器中，会改变塑料加工业，就像智能手机改变我们的日常生活一样。然而，与智能手机不同，工业4.0并不是现成的产品。

Wittmann 4.0将辅助设备与注塑机的Unilog B8控制器集成在一起

当今典型的成型加工厂主要侧重于生产足够质量的零件，同时限制成本。为此，加工厂家研究当前的操作条件并找出问题，以便优化工艺，并最有效地利用成型能力以确保健康的利润。如果现在还没有工业4.0的知识，那么从事塑料加工会很吃力。事实上，至少在小范围内，许多成型厂商已经以某种方式被说服，并且正处于就工业 4.0做出决策的边缘上。塑料加工商不必为了在他们的公司推行工业4.0而一夜之间建立起一个完全联网的“智能工厂”。相反，他们可以单独评估其背后的概念和技术，制定适合其公司独特能力、运营和流程要求的战略，并逐步实施。

未来带有工业4.0属性的塑料制品智能工厂应该是：设备智能、生产智能、服务智能。设备智能化实现生产智能化，生产智能化从而实现生产数据化，生产数据化有效地改变服务智能化。

◆ 智能机器
以应用程度最大的注塑工艺作为讨论范畴，未来智能注塑机都能利用生产系统设定生产需求，通过射频信息芯片和大数据平台，自动识别并调整安装符合的模具、自动接水接气等生产需要的步骤，各种信息数据通过互联网传输给注塑机云平台，注塑云根据大数据分析智能选择模具、自动安装模具、智能调整工艺，智能安排设定好的原料来完成个性化、批量化的生产，还将能够和组装设备、包装设备等进行配合，协作完成整体产品制造、包装、仓储、运输。

注塑机械供应商在塑料行业一直处于工业4.0的前沿，在此赛道上拥有着杰出的代表：Arburg、Engel、Wittmann、博创、Piovan等，他们在注塑工业4.0方面取得了肉眼可见的进展。例如Wittmann（威猛）强调将注塑机和辅助设备集成到名为Wittmann 4.0下的网络之中，集成了其注塑机、机器人和辅助设备。

千万不要被各家塑料加工机器供应商给4.0这个行业新方向贴上的不同标签带偏了节奏，诸如：塑料4.0（Plastics 4.0）、注塑4.0（Injection 4.0）、Wittmann 4.0、挤出4.0（Extrusion 4.0）、干燥4.0（Drying 4.0）、回收4.0（Recycling 4.0），甚至包装4.0（Packaging 4.0），它们都不过是供应商们想俯下身段、让工业4.0这个高大上的概念显得更接地气一点。

◆ 智能生产
将客户需求反过来决定生产流程，为完成个性化生产和小批量生产，采用让生产原料和零部件先运行并引导完成整个生产过程。例如有10批次生产订单，每一批次都是客户定制，首先把客户定制需求直接输入到原料和零部件的识别芯片，智能拌料系统开始识别信息并提前把信息传输给注塑云的中央控制器，由它智能判断如何配比原料、颜色、标签、嵌件、选择模具指挥机械手臂和自动供料系统来完成生产、包装并输送到专属仓库出运。

◆ 智能服务
1)智能主动服务：未来智能工厂的注塑机和辅助设备会通过各地的注塑云来接收工厂注塑机生产的状态、数据，再通过数据分析，最终得出机器需要保养、检修和某个部件有需要更换可提前准备配件，把被动服务变成智能主动，将更安全、高效的服务客户。

2)生产力与生产需求对接服务：完成智能化生产后企业会转型成一个智能化的工厂，工厂所有的设备都将实现数据联通，都可以通过注塑云让工厂决策者时时知道生产状况，便于判断注塑机剩余的生产能力和是否需要多余的生产能力来一起完成生产制造。怎样利用多余生产能力提高效益减少投入?如果一家注塑企业有100台大小不一的注塑机，但在某一个时间点有剩余生产能力，就可以通过注塑云来出售，这些有生产需求和有生产能力的公司就可以完美对接，可以使生产企业有效的降低成本提高利润，而有生产需求但没有设备的个人或企业就有这样廉价的机会。最终通过注塑云把每台注塑机作为一个服务提供商，为投资者带来更大收益，能够让更多的创业者轻松的进入塑料制造业来实现他们的梦想。

未来的智能工厂将需要应用标准化和透明的信息技术，来不断地对
订单信息、机器、模具和物流外围设备进行集成

当前，我国塑料加工企业面临着巨大的转型压力。一方面，劳动力成本迅速攀升、产能过剩、竞争激烈、客户个性化需求日益增长等因素，迫使企业从低成本竞争策略转向建立差异化竞争优势。在工厂层面，企业面临着招工难，以及缺乏专业技师的巨大压力，必须实现减员增效，迫切需要推进智能工厂建设。另一方面，物联网、机械手/机器人、增材制造、机器视觉等新兴技术迅速兴起，为企业推进智能工厂建设提供了良好的技术支撑。再加上国家和地方政府的大力扶持，使塑料加工行业越来越多的大中型企业已经踏上了工业4.0之旅，并正在实施其中的某些方面。例如：

• 使用主计算机系统进行生产计划；
• 带有位置调节螺杆和可编程压力控制的现代注塑机，实现工艺稳定性和质量保障；
• 灵活的自动化联网系统；
• 机器辅助系统，例如菜单引导的开机程序。

基于目前工业技术的发展状况，可以想象得出未来全自动的注塑车间绝对不再是个神话！工业4.0已来临，它将重塑塑料工业，你准备好了吗？

一点思考

还记得最近几年的大小塑料业展览会上充斥着工业4.0的元素，这当然离不了展商及举办方的炒作。一个新的行业趋势几乎会不可避免地陷入到一个炒作阶段，一些公司有时会“蹭热度”或“碰瓷”流行话题（例如“可持续性”肯定伴随有绿色展台的呈现，寓意Green）。但是，如果你剥离所有的营销话术，工业4.0或者随便你怎么称呼它（智能工厂、工业互联网、云），它都将在今后产生实实在在的影响。

工业4.0的好处已无需再赘述，去库存化、个性定制、消除对于人工的依赖……但相比几年前的一拥而上，寻求颠覆，如今的工业4.0玩家们也开始归于冷静。那么，经过了几年的探索，塑料工业4.0的春天真的来了吗？

总体来看，走好塑料工业4.0这条路确非易事。其实，这是可以理解的，毕竟这种模式需要长线投入，投入挺重。企业要完全从批量化大生产的模式走向大规模定制，不仅要让生产线布满传感器，还要改造不少硬件，更涉及到要将物料量化，还要打通整个生产的数据系统……这里面简直是关隘重重，如果不是有坚定决心的大玩家，很难玩得转。大型企业几经努力改造完成后的工业4.0解决方案，也可能只是自己一家企业的玩具，仿佛仅是老板给自己配的体面豪车一般。

ENGEL的e-connect.monitor系统允许从注塑机机筒的外部监控螺杆磨损情况

另外，要做智能工厂的改造也没有那么容易，这不是装上传感器、加载几个软件模块、简单调试调试、训练好工人就能够成功的。甚至，在当前的技术条件下，塑料行业的有些环节还依然脱离不了人工，根本无法进行工业4.0改造。生产制造是一个复杂系统，其需要的赋能深度远远超过想象。一些企业曾经以为这种4.0改造花上一两个礼拜的时间就能够落地，结果却被无情的现实啪啪打脸。

进一步看，这是很多工业4.0赛道的企业没有走出来的误区，它们认为老板需要生产的精准和效率，这绝对正确，但让工业4.0的方案落地并不是由老板一个人决定的。在企业内部改变哪个生产环节都会无比艰难，因为企业的每个部分都会有现有机制和利益既得者来阻扰变革。结果往往是老板热情很高，员工比较消极，觉得新模式增加了自己的麻烦。众口一词阻碍新事物的现象，我们看得还少吗？曾经在注塑工厂听说过这样的工业4.0案例：剪水口工人原来是工厂高薪聘请的，而他们工业4.0的方案替代了他们的功能，于是引发了强烈抵触。

在刚刚挥手告别的新冠疫情三载岁月里，许多企业调整了营运策略，生产有迫切需求的产品，不过亦有一些企业选择走上了智能化的工业4.0道路，令业务得以长远稳健发展，从容应对变化莫测的时代。

工业4.0是一个理想世界，也是塑料加工业努力的方向，应该应势而为，寻求突破，着力发展塑料工业4.0。或许到了2045年，超级人工智能技术飞速发展，机器智能超越人类智能，我们又会要迎接一个全新的工业5.0时代！

作者：冯大勇

来源：荣格-《国际塑料商情》

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