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智慧製造於橡塑膠產業的發展

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智慧製造於橡塑膠產業的發展
工業4.0(又稱第四次工業革命)的國際潮流再造了橡塑膠產業(Plastic Industry)的發展。工業4.0的主要目標為統合現有工業技術、銷售與產品體驗,以構建出一個智慧型的產業世界,創造產品客製化與服務化的供應能力。「智慧製造」(Smart Manufacturing)為工業4.0主要核心之一,主為結合先進製造技術、物聯網(Internet of Things; IoT)、雲端計算(Cloud Computing)與人工智慧(Artificial Intelligence; AI)等資訊技術。
 
智慧化後的生產線帶給橡塑膠製造商許多益處。以橡塑膠常見的加工法之一射出成型(Injection Molding)為例,在傳統的製造加工業中,當欲射出的成品為複雜元件時,常必須仰賴有豐富經驗的加工者,才能有高品質與高效率的產出。相對之下,智慧製造則是透過收集來自於各個感測裝置、各個批次產出的大數據,並做出即時的分析與回饋來生產製造,可謂「Know-how數位化」,此能確保產品品質的穩定性與一致性,不受加工者的異動或流動而有所變動。再者,由於有完整製造系統的即時監控數據,工廠管理者也能更精確地規劃出保養歲修時程,以提升並維持產線最大產能。不僅如此,智慧製造的生產方式也提升客戶的滿意度。當顧客與製造商簽訂一正式生產契約後,客戶端工廠即可由智慧製造系統的即時監控系統裡,隨時監測委託生產品的排程與最新生產進度資訊。
 
智慧製造應用於押出製程之發展
根據AMI公司統計,2018年全球熱塑性材料之產品市場規模高達21,150億美元。而由成品路徑分析可得知,材料聚合後可直接加工或透過押出混摻進行產品性能優化,增益材料加工特性再進行加工成型,如圖一。因此,押出為熱塑性材料重要加工技術之一。
押出製程為一個複雜的加工系統,整個過程涉及熱力學、流體力學與能量傳遞效率等因素,必須兼顧化學配方的設計與加工機械配置,以提升混合效率,達到最佳化產品特性。傳統開發方式,不僅成本昂貴而且過程繁瑣,開發時程過長,已無法滿足日新月異材料特性需求。因應客製化設計、快速開發、提升產品品質等需求,近來智慧押出技術系統的開發已經成為熱門議題。「感測裝置」是否能提供有效且即時關鍵測量數據,可謂為智慧押出製造系統發展的關鍵之一。以下我們將針對材料本體特性與外在環境干擾所用的感測技術做介紹。
 
材料特性感測技術
傳統押出製程中唯有少數參數,例如溫度、壓力或輸出功率受監控。但材料性能表現同時受到流動性和熱傳交互影響,以離線方式進行分析檢驗,在製程與檢測之間會存在時間差,缺乏「即時性」、「預測力」、「自主調適性」,潛在劣質材料造成終端產品失效風險。因此,近年來即時感測於製程中量測性能表現技術備受矚目,透過即時特性量測能達到品質及製程掌控。
 
智慧製造應用於射出製程之發展
根據Global Information Inc.分析資料,全球射出成型機市場於2018年為170億美元,預計於2023年將達到197億美元,CAGR為2.9%。近年製造業面臨市場快速變化、勞動力短缺,需求走向個人化、客製化,交貨期縮短,產品少量等諸多外在衝擊,如何讓製程在頻繁換模的狀況下,仍然能維持高生產效率與高產品品質為一大挑戰。
 
作者:謝豐任、任少緯、陳彥銘/工研院材化所
本文節錄自《工業材料雜誌》403期,更多資料請見下方網址
https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=44095

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