■唐兆璋/ACMT 協會
CHINAPLAS 2017
從Chinaplas 2017 國際橡塑展可以看到智慧製造已經是眾多展商和觀眾的關注焦點，展會的不同角落都可以看到。何謂工業4.0，何為智慧化？德國學術界和產業界認為其戰略旨在通過充份利用資訊通訊技術和網路虛擬系統，資訊物理系統相結合的手段，將製造向智慧化轉型。然而業內業外都在熱切討論之時，我們是否思考過真正的工業4.0 到底距離我們有多遠呢？
圖1：歐洲智慧工廠能夠自動接取和組裝零部件
圖2：總體上工業4.0 可以概括為6M+6C
中國目前的現況來看，可能連工業2.0、3.0 都沒達到，在這種情況下我們大談工業4.0 其實是非常不務實的作法，智慧製造的首要基礎便是運用CAE 模流分析的電腦試模概念，協助工程人員檢視其製品與模具設計的可行性，透過分析資料的相互比較尋找出最適當的設計組別，使製品在開發階段即可將潛在的設計盲點挑出，若以”憑過去的設計經驗決定未來的製品設計”，試模次數與模具成本將無法被預測，產業間的競爭優勢將因此尚失。
利用科學試模技術藉由機台回應資料與外部設備資料，來判斷與調整注塑成型參數的優化性，充份理解樹脂的流變特性、注塑機規格及輔機的選用、成型條件設定的意義、注塑機台回應曲線的解析，及如何進行科學化的試模流程等，先將流程理順，做好精實生產，培養好技術人員，建立完善的開發流程，先做到所謂的科學試模，才能有後面的智慧化，工業4.0 並不意味著機器換人，而是強調人機協作，這才是真正智慧工廠的實現。
根據美國辛辛那提大學李傑教授長久觀察與研究提出的見解，總體上工業4.0 可以概括為6M+6C，其中製造業6M 系統指的是製造生產過程的資訊化與自動化，透過系統整合，讓整個生產製造流程自動化與優化，6M 系統包括：
- 建模(Model)：指的是模型建立與模擬(Simulation)。
- 測量(Measurement)：指的是測量與檢測，包括成品品質管控要求與即時生產過程的檢測。
- 工藝(Method)：指的是生產參數與工藝。
- 設備(Machine)：指的是生產設備與智慧設備。
- 材料(Material)：指的是原材料與進廠零件。
- 維護(Maintenance)：指的是設備的維護。
以上是李傑教授所提出之”工業4.0=6M+6C”，提供了一個簡易的思考與操作方程式，李傑教授總結說【工業4.0 是一種思維一種觀念，工業4.0 是方向而不是目的。】。
圖3：模流分析
圖4：異型水路
圖5：LSR 射出成型
圖6：脂溫度感測器的測量原理
其中建模(Model) 部份，本次展出的Moldex3D( 科盛科技)、及Moldflow( 歐特克) 是注塑成型領域的前兩大模流分析品牌，針對物理發泡、化學發泡、射出壓縮、多色射出、雙料共射、急冷急熱、隨形水路、矽膠成型等不同制程提出對應的解決方案，通過初期的模擬分析，可預測潛在的製造風險，並驗證優化設計及製造工藝對製品的影響，面對全球產品開發和交貨時程持續緊縮下，掌握模流分析技術已經是刻不容緩的課題。
測量(Measurement) 部份， 本次展出的Futaba,Kistler, RJG, Priamus, Minebea 等提供注塑成型專用的測量系統，透過模具內裝置的感測器，對於一直被視為黑盒子的模具內部各種狀態可即時輸出，將狀況資訊資料化，不良品的自動判別，最適化成型條件並進行品質管制，模具內部測量系統依類型分類包括樹脂壓力、樹脂溫度、模具溫度、樹脂流速、樹脂前沿等感測器…等五種類型。
工藝(Method) 部份，注塑成型工廠除了注塑機之外，常配置輔機設備，如乾燥機、模溫機、溫度控制器、冰水機、中央供料、及整廠水電氣系統等，本次展出的factory4( 松井), sFatory( 信易) 以注塑成型工廠為核心，專注於輔機及廠務設備，從監控工藝的角度減少樹脂、及水電氣的浪費。
設備(Machine) 部份，Wittmann-Battenfeld( 威猛巴頓)、Arburg( 阿柏格)、Krauss-Maffei( 克勞斯瑪菲)、Engel( 恩格爾) 等歐洲四大注塑機品牌，及海天、伊之密、Sodick( 沙迪克)、震雄、富強鑫等注塑機品牌，展出主題都圍繞在工業4.0；另外如西門子、博世力士樂、KUKA( 庫卡)、SCARA( 台達電)、Vibot( 微柏)、GIMAATIC 等紛紛提出智慧工廠的整體解決方案。
材料(Material) 部份， 在汽車行業” 以塑代鋼”是行業的趨勢， 展會中BASF、Duont、MITSUI、Toyobo、金髮、金暘、浙江新和成等企業發表PPA、PPS、PA6、PA66…等特種塑膠，為汽車減重提供更新、更優質的金屬替代物，其中新和成的長纖維增強熱塑性材料(LFT) 已獲得福特汽車認證通過；另外展會現場也設置多部智慧飲料瓶回收機，對環境的危害及回收問題是一大挑戰，建立全面的回收系統、充份迴圈再利用，是未來的一大挑戰。
維護(Maintenance) 部份，預防性維護不僅僅能優化注塑機的運作時間和性能，減少檢查預防性維護的時間和人力成本，只要確實作預防性維護後，就可以降低生產停機的風險，大資料是預防性維護的基礎；另外值得一提的是模具的預防性維護，樹脂在模具內高速、高壓下成型冷卻，易產生塑膠燒結殘留及排氣積垢，酸化物殘留及濕氣存在慢慢蝕刻表面，冷卻水路也常常因為水垢及氧化生銹影響製品精度，例如德國Buchem、GWK 等亦展出對應的解決方案。
回過頭我們從歐洲設備商的角度來看智慧製造，其中威猛巴頓菲爾指出，工業4.0 讓機器、機器人、及周圍設備都在同一軟體層面上溝通，使非常快速的整合自動化校準成為可能，實現”隨插即用於生產”的方式。阿柏格認為工業4.0 在橡塑行業意味著資訊技術和生產技術在注塑中相配合而形成智慧工廠，因此而連接多樣化的機器和元件完成生產，創造有競爭力的生產環境。
◆ Wittman: https://www.youtube.com/watch?v=7SA0EmkfZw4
◆ Arburg: https://www.youtube.com/watch?v=CFbTqTTNfcs
克勞斯瑪菲使用術語Plastics 4.0 對應工業4.0，應用於生產一體化和交互性服務中，集成生產和業務管理系統，以提高其生產力和競爭力。恩格爾提供E-Connect 監視器，所有資料都一起運行在同一個螢幕上，使它能夠一起優化制程，節省電力，增加工藝安全性，避免生產有瑕疵零件的風險，這是恩格爾的Injection 4.0 解決方案。
◆ KM: https://www.youtube.com/watch?v=pOiq_wSxIyE
◆ Engel: https://www.youtube.com/watch?v=-CZxG6F2Z3E
中國的注塑產業工人過去長期承擔著高強度、快速的、重複勞動的角色，在90 後開始成為勞工主力的時代，即將成為製造業的中堅份子，”養家糊口”已不是新生代注塑工程師的主要工作目的，90 後雖然個性張揚，但有很強的創造力和創新能力，如果可以加強科學試模等專業職業培訓，適當給他們自由發揮空間的環境，可以有意想不到的收穫，90 後可以為自已喜歡的事情癈寢忘食，不停地做很多努力和嘗試，通過工作體現生命價值。
為此ACMT 在東莞市長安鎮與東莞理工學院、及新北市板橋區和亞東技術學院共同組建ACMT 科學試模技術中心，中心將主要著眼幹提升注塑行業的CAE 模具技術應用與科學試模水準，以CAE 模具技術開發和科學試模人才培養為基礎，以CAE 模具技術移轉與推廣為導向，與相關科研機構緊密連系，促進注塑行業的產業發展。中心的主要功能包括：CAE 模具及科學試模相關技術的應用研發、諮詢與服務，國際交流與推廣，科學試模人才的培訓與資格認證等。關於電腦輔助成型技術交流協會：成立於2004 年,源自於臺灣清華大學化工系CAE 研究室，致力於建立專業的成型技術交流平臺，促進產學合作最新技術交流。
更多資訊請參考http://www.caemolding.org
關於唐兆璋：1994 年進入CAE 模流分析領域，十年工廠實務及創新制程開發經驗，擁有50 多家模流顧問諮詢，500 多件模流分析，及300 多套模具開發經驗，更多資訊請寄至steve.tang@caemolding.org ■
