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机械资讯 713期
为您的智慧机械加值(射出成型机)

文/陈信宏
精密机械研究发展中心 工程师

前言

近年来随着工业4.0理念在全球不断发酵，射出成型机使用者的需求已渐渐由单机演变成附加模具、周边系统甚至是整线或整厂规划，并透过虚实整合系统(Cyber-Physical System,CPS)达到设备自动化、数字化、联网化，让使用者拥有更精密的运筹计划与有效的资源分配，本文将简介射出成型机发展历程与相关智慧加值技术。

射出成型机简介

射出成型机的工作原理就是将塑胶材料熔化后注入模具中，再令其冷却成型而得到成品。塑胶射出成型机属于一种非连续性生产的工具机，也就是说它的生产不是藉由连续的生产线来达成，而是单一加工机独力完成从原料到成品的整个过程。虽然射出成型机早在1872年就获颁第一个美国专利，但直到1926年柱塞式射出成型机才被一系列制造出来。第一部螺杆往复式的射出成型机更是直到1956年才被推出，自此不断进步发展，从最古老的人力手动射出成型机(图1)，到液压手动、半自动、全自动，到油电复合，再到全电动射出成型机。
然而全球网路资讯快速成长，射出成型机制造商除了追求单机性能提升以外，融合运用大数据、物联网、自动化的智能化生产已成为趋势主流。国外大厂例如：FANUC、ARBURG等早在十几年前即开始发展射出成型机联网、远端监视等系统(图2)，国内厂商例如：台中精机、赐福科技等在近年来也纷纷发表类似的射出成型机连线监控管理系统，提供使用者能够完整记录与管理生产历程。

精密机械研究发展中心的自动化整合技术

精械中心的自动化整合技术主要是发展一系列由单机到整厂的软硬体技术(图3)，为了解决国内射出成型机及周边辅机跨厂牌、跨设备无法整合的题，因此，需要转换与统一通讯格式的硬体模组，以及各设备相对应的软体介面与功能，并且开发智动化软体协助使用者，加速换线生产与掌握产线能耗，为射出成型机及周边辅机提高附加价值，协助厂商由单机服务转型为能够提供产线的解决方案，朝向工业4.0趋势发展。

复合通讯转换模组与跨平台通讯整合单元

国内产业目前缺乏跨设备整合的硬体模组，多数设备甚至无通讯功能，导致国内跨设备整合程度仍落后欧日。此模组可用于产线周边设备讯号搜集、处理、转换与传输，并统一讯号通讯格式，将产线多种设备整合为一个生产单元，利于产业发展智慧自动化生产。
此模组单元内容包括：
－复合通讯转换模组：支援4.8Kbps~128Kbps的传输速度，以及4组RS232/422/485等数位通讯协定格式。并搭配光耦合模组，输入电位为24V，可同时撷取16组机台资讯。
－跨平台通讯整合单元：转换周边设备通讯为统一协定格式，可同时监控整线5种不同辅机设备，并于0.26秒内自动辨识连线设备，讯息交换速度10讯息/0.25秒。

制程参数监控软体

此软体依据各设备控制面板分别设计对应的人机介面与功能(图4)，可同时远端监控产线设备状态与参数设定，并透过资料分析警示设备或参数异常项目，降低不良品持续生产风险。另外基于产线设备通讯整合功能，可将不同产品的制程参数直接远端载入所有设备(One Set)，现场人员确认之后即可生产，大幅缩短人工输入时间，提高生产作业效率。
此软体内容包括：
－人机介面设计：模拟单机设备控制面板功能，进行图形化操作介面设计，贴近实际使用介面。
－产线设备连线：同时监控射出成型机控制器(新代)与5种周边辅机(信易、长新)，并于10秒内完成一键设定(One set)整线设备(射出成型机与辅机)共114项的制程参数。
－异常诊断监测：监测10项重要参数，对应20项成形不良征状。

产线智动化软体

目前相同模具转移至不同射出成型产线生产时，仍需依现场操作员个人经验，花费时间重新试模调机，直到产品合格为止，不同产线的制程参数无法直接交流、转换、应用。本软体基于跨平台通讯整合单元，以较科学的方式协助现场人员移机生产，在不同产线能够自动转换制程参数，加速获得相同的良品(图5)，并且监视产线各设备能耗状态(图6)。
此软体内容包括：
－跨机生产判断：有系统的协助现场人员，判断筛选厂内其他具备足够生产能力之射 出成型机。
－机台特性检测：掌握不同射出成型机因老化或磨损造成的特性差异，提升制程参数转换准确性。
－制程参数转换：自动转换模具移机生产所需之新制程参数，协助使用者缩短试模时间，提高厂内设备使用效率。
－产线能耗监测：支援3产线能耗监视、同时撷取记录多组设备的8项能耗资料
(V、I、Hz、PF、kW、kVAR、kVA、kW-Hr)，预先估算生产能耗与用电成本。

结论

塑橡胶机械是我国仅次于工具机的代表性机械产业，其中射出成型大量生产的制程特性，在国内劳动力缺乏与人工成本较高的考量之下，产业对采购具备自动化、客制化、智慧化的射出成型设备的意愿和需求将会快速增加。然而射出成型机及周边辅机种类、厂牌众多，各家控制器的使用介面皆有所不同，因此建立一个统一标准格式的沟通平台，让机器与机器间的资料能够顺利交换(Machine to Machine, M2M)，并且将所获取的产线资料进一步分析运用，以提高设备附加价值，是未来射出成型设备朝向智慧机械发展的重点之一。
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