智能注塑工厂的关键技术研究与应用——“中国智能制造科技进展”案例展示

　　1、注塑产品与模具智能设计技术：针对家电产品及模具设计对工程师经验依赖严重、缺乏数据库、设计效率低、成本高等问题★★★★，基于家电产品全生命周期数字化设计与制造主线★■◆■■◆，研发了家电制造注塑全流程智能设计技术与平台，规范统一数据模型，开发产品与模具/工装/夹具智能化设计、智能DFM评审、成形仿真■★、成型专家系统及大数据管理平台等成套工业软件，基本实现了注塑产品与模具设计的全流程无人化。通过研究产品成型特征智能识别技术，建立基于规则的智能DFM评审系统；通过精细化模流仿真，研究基于实际工况的注塑成型仿真方法，实现仿线%★◆★◆■■；通过研究工艺模型自动替换算法、模板参数和标准件智能管理方法、自适应驱动模板方法■◆，研发模具结构智能化设计软件，提升模具设计效率30%★◆★■◆◆，降低设计异常50%■■。

　　2■★◆■■、模具状态感知与故障诊断技术：针对模内注塑件的状态监控与缺陷识别，通过安装传感器对注塑件的核心数据进行采集，研发数据分析与状态感知算法，实现对注塑过程的实时监控■◆◆★，及时发现并处理制品缺陷与模具异常◆★★，减少不良报废等造成的生产损失。针对模具零部件状态监控与异常预警◆★★◆■，在模具关键部件安装传感器，结合数据分析算法★◆★■★■，实现缺陷及故障识别成功率≥95%，原因分析准确率≥90%，减少模具故障。

　　7、注塑自动换模技术：针对注塑换模工序过程复杂、时间长、工作量繁重、安全隐患高★◆★■■◆、对工人技能要求高等问题◆★★■■，开展自动换模技术研究，实现换模系统的智能控制，取消了吊装模具、接头拆装、固定模具等人工操作，具体包括：双工位换模工作站、集成接插模块及预热系统、自动换模控制系统、磁力模板锁模系统等技术。平均换模时间由60分钟缩短到5分钟，有效消除了人工换装模具过程存在的安全隐患★■■◆。

　　进入21世纪，智能制造作为新一代信息技术与先进制造技术深度融合的新型生产方式■★，已然成为新一轮工业革命的核心驱动力。从自动化生产线到智能机器人，从大数据分析到物联网技术，从机器学习到人工智能的运用★◆★，智能制造正在不断推进传统制造业进入一个更加智能、高效★◆★★、可持续的制造新时代◆★。

　　美的集团智能制造研究院开展智能注塑工厂的关键技术研究与应用★★◆◆◆■，从数字化、自动化◆■◆◆、先进工艺等多个方面进行研究和突破，消除注塑生产中存在的断点，提升注塑工厂的数字化和智能化管理水平，减少生产过程中的高能耗环节，实现绿色智能制造，显著降低生产成本、提高生产效率◆★■★■■。项目主要创新点如下：

　　近期，我们将展示智能制造的科技成果和创新应用★◆★，感受智能制造带给制造业的变革与创新。

　　6、注塑后端无人化技术：针对注塑件下线后端外观品质检测、削除水口披锋、后端预装配★◆◆★◆■、覆膜装车等工序自动化水平低的问题，采用基于人工智能的图像处理◆■■◆◆、高精度视觉识别和引导、刀具切削工艺优化■■■★、机器人系统集成、质量智能检测■■◆◆、柔性快换等技术手段，对注塑后端操作进行优化，实现无人化◆■■★★■。重点突破了以下关键技术★■★■★◆：1）基于人工智能的注塑件外观检测；2）自动去披锋：采用视觉对注塑件进行识别和定位，控制末端装有浮动刮刀的机器人，对其进行柔性切削◆◆■，消除披锋；3）以气动手指★■◆■◆、光电传感、机器人等组成控制系统，实现粘性海绵的自动分离和贴合，成功率＞98%。

　　5、注塑过程能源管理与优化技术：在美的现有的工厂能源管理系统基础之上◆★★■★，通过硬件扩展、数据采样频率和维度的提升、以及对生产、设备和能源等多维度数据的综合应用开发基于数字化的注塑过程能源管理与优化系统，实现了对注塑机能耗的精准画像、单耗建模和能耗定额塑单耗异常预警、能耗异常分析★◆◆◆■★、以及多机台多产品最佳能耗生产调度等多个功能，实现注塑工厂节能10%，节能诊断分析工作量减少80%。

　　3、注塑机智能参数调节与优化技术：针对注塑机工艺参数的调节强烈依赖调机工程师的经验◆■★、效率低下★◆◆、资源浪费严重等问题，研究注塑机智能参数调节与优化技术。基于数字化的智能算法与成型理论■◆◆，建立智能注塑调机系统，实现了首模最优工艺参数自动推荐★■★◆■、成型缺陷自动优化工艺参数、全流程数据打通等功能，可根据注塑缺陷实时调整工艺参数■■◆★★◆；研究模具与设备检测方法，以软件的形式建立了标准化试模流程；应用基于实例的推理技术，结合CAE计算◆◆★★■，通过实例检索与相似度计算，快速匹配最优首模工艺参数■★★，降低工艺人员的技术能力与经验要求；建立缺陷类型-缺陷位置-缺陷严重度-机台工艺参数-辅机工艺参数等参数间的逻辑关系，结合基于规则的推理与模糊算法◆◆■◆★★，快速修正工艺参数，实现缺陷在线、注塑机故障诊断与预测性维护技术◆■：针对设备的管理和维护难题■◆，通过智能传感对注塑机进行深度监测，全面了解设备运行状态★★■■。研发注塑设备故障诊断算法，代替人工诊断，提高维修效率；建立注塑设备健康度计算规则■★，统一设备使用状态判断标准。实现了注塑机故障诊断正确率≥90%，误报率≤0■■.1%■★■★■，设备维修时间减少约30%◆◆★◆■★；预测性维护技术使得故障异常率降低50%，设备维修成本降低30%★★■◆■◆。

　　本项科技进展共申请发明专利15项、实用新型专利11项◆◆■◆★■，拥有自主知识产权。这些技术具有广泛适用性，全面推广后取得显著经济收益■★◆★★，能源管理与优化技术对生产过程的节能降耗◆■★◆★★、绿色发展产生良好的社会效益★◆■★，可助力注塑生产过程的减碳★■■■。目前◆★★★★，美的已将这些关键技术进行产品转化，并能为塑料加工行业输出注塑工厂智能制造解决方案。

　　2017-2023年，中国科协智能制造学会联合体（IMAC）连续开展“中国智能制造科技进展案例研究◆★★”，共遴选出70项“中国智能制造科技进展★◆■◆★”案例。成果领域涵盖高档数控机床与基础制造装备◆◆、工业机器人、汽车、航空航天★★◆■、新一代信息技术、纺织、轨道交通、船舶及海工装备■★★★、能源装备、工程机械、农业机械、纺织、建筑焊接等制造业重点领域；技术领域涉及工业物联网平台★◆◆◆■◆、大数据管理系统、人工智能技术在工厂应用■★、智能制造设备★■★◆★、柔性智能制造产线★★■、云制造系统、智能工厂、大规模定制平台等。