基于生態(tài)環(huán)境保護原則的綠色注塑機科學發(fā)展的分析研究（連載5）

張友根（寧波海達塑料機械有限公司,寧波,315200）

基于生態(tài)環(huán)境保護原則的綠色注塑機科學發(fā)展的分析研究（連載5）

張友根（寧波海達塑料機械有限公司,寧波,315200）

基于生態(tài)環(huán)境保護原則的綠色低碳循環(huán)發(fā)展方式是注塑機產(chǎn)品結(jié)構調(diào)整的新常態(tài)，實現(xiàn)“量增質(zhì)更優(yōu)”科學發(fā)展的指導原則。分析了基于生態(tài)環(huán)境保護原則的綠色注塑機的屬性，研究了綠色注塑機的機構、結(jié)構、動力驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、成型功能等基于生態(tài)環(huán)境保護原則的特點及存在的問題和研發(fā)重點，論述了基于生態(tài)環(huán)境保護原則的綠色注塑機服務于綠色注塑工程的發(fā)展領域，指出基于生態(tài)環(huán)境保護原則的綠色注塑機科學發(fā)展持續(xù)過程中其內(nèi)涵與外延也在不斷地動態(tài)變化和發(fā)展。注塑機制造的未來屬于有基于生態(tài)環(huán)境保護原則的創(chuàng)造力、創(chuàng)新力、新點子的不斷創(chuàng)新創(chuàng)造中前進的企業(yè)。

注塑機；生態(tài)環(huán)境保護；設計；分析研究；應用技術。

（接上期）

7 基于生態(tài)環(huán)境保護原則的注塑成型柔性模塊化的科學發(fā)展的分析研究

基于生態(tài)環(huán)境保護原則的注塑柔性模塊化設計是對傳統(tǒng)的系列化規(guī)格設計的革命，既解決設備規(guī)格、設計制造周期和成本之間的矛盾，又實現(xiàn)設備快速更新?lián)Q代，是綠色設計的重要組成部分。

快速適應市場需求。交貨期短，要求多樣化，特殊要求的用戶越來越多，這是當今市場供需的特點。生產(chǎn)制造單位必須迎合市場需求變化，變“系列化開發(fā)”為“模塊化開發(fā)”，提高應變能力，使得設備制造商能夠根據(jù)市場變化做出敏捷反應，以靈活多樣的模塊組裝配置形式及時提供給用戶，快速適應市場需求。

7.1 柔性模塊化的設計要點

模塊化設計就是利用分離的功能件構成機械系統(tǒng)的設計制造技術，如果一個設計者能預測到某些設計的部件可能被改進、 修理或替代，而其他部件可能不需要，那么可能改變的部件要設計成一個模塊，目的是使它能單獨地被替代或再循環(huán)利用。而且模塊化設計有利于縮短生產(chǎn)制造的時間，降低開發(fā)費用和制造成本。

模塊化設計的效果是設備的零部件數(shù)量減少，降低了生產(chǎn)制造成本，并有利于維修、更新和回收利用。

模塊在成型功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列共性模塊、功能模塊及聯(lián)接模塊，通過模塊的柔性組合構成不同功能/性能的注塑設備。接口的企業(yè)標準化。為了確保模塊的柔性互換性，重點應盡量保證接口的標準化。

注塑機按功能部件可分為注射、合模、底箱、動力驅(qū)動、電氣等五大模塊，每個模塊又可分為子模塊。根據(jù)注射機的結(jié)構及成型功能特點，模塊可分成以下幾種類型：

共性模塊。具備不同成型功能的共性機構、結(jié)構、控制器的部件設計為模塊。共性模塊與常規(guī)的部件設計不同之處是具備與功能模塊接口，實現(xiàn)擴展柔性。共性模塊往往是部件或系統(tǒng)的主要機構/結(jié)構部分。

功能模塊。適應于特殊的、專用化的注塑成型工藝的模塊。功能模塊實現(xiàn)工藝柔性、運行柔性，盡可能擴大其功能和性能的優(yōu)勢。功能模塊還可分為“母”功能模塊和“子”功能模塊，“母”功能模塊上可聯(lián)接多個“子”功能模塊，這種工況下，“母”功能模塊相對于“子”功能模塊為共性模塊。

聯(lián)接模塊。有的共性模塊與功能模塊之間需設計特殊的專用聯(lián)接裝置即稱謂聯(lián)接模塊，具備與上、下游模塊的聯(lián)接及擴展的接口。

7.2 注射柔性模塊化

注射部件以注射機構的型式為共性模塊，例如雙缸注射機構、單缸注射機構；功能模塊為塑化極其動力驅(qū)動系統(tǒng)。

7.2.1 注射螺桿柔性功能模塊

國內(nèi)一種合模力規(guī)格的注塑設備配一種規(guī)格的注射部件及動力源，相鄰合模力規(guī)格的注射部件、動力源不能互換；同一注射部件配備的注塑螺桿注塑參數(shù)的設計仍為上世紀八十年代的傳統(tǒng)設計，分為三種長徑比的高壓小容量、中壓標準容量、低壓大容量的三種規(guī)格，同一直徑的螺桿具有不同的長徑比，無法實現(xiàn)不同注射部件之間同一直徑螺桿的互換。Dem ag公司3500kN合模力以下規(guī)格的注塑設備，每種規(guī)格的合模力設備可配四種規(guī)格的注射部件，而每種規(guī)格的注射部件的注射螺桿的長徑比一致，螺桿的直徑和長徑比成系列化，每種注射部件上只要螺桿直徑相同，相互之間都能互換，提高了可維修性，同時確保了最短的交貨期。

7.2.2 注射部件組合的柔性多色功能模塊

多色注射就是把多個注射部件組合為一個注射大部件模塊，實現(xiàn)雙色、三色、四色的注射模塊。

寧波永生塑料機械制造有限公司把兩個單缸注射部件組合成雙色模塊。寧波海達塑料機械有限公司把雙缸注射部件和單缸注射部件組合成雙色注射模塊。

7.2.3 塑化驅(qū)動柔性功能模塊

塑化驅(qū)動功能模塊。在塑化驅(qū)動聯(lián)接副上，實現(xiàn)多種塑化驅(qū)動模塊可互換的聯(lián)接模式。交流伺服電機驅(qū)動塑化得到應用推廣。塑化驅(qū)動設計必須考慮到常規(guī)的低速大扭矩油馬達驅(qū)動和交流伺服電機驅(qū)動的相互之間安裝互換性，不能因改變驅(qū)動型式而更換整個注射部件。

7.2.4 擠注復合型的柔性功能模塊

注射部件作為功能模塊，具備與擠出機組合的擴展接口，實現(xiàn)擠注復合的新工藝。Engel公司以模塊化方式把鎖模力10,000kN的Duo 7050/1000二模板大型注塑機與德國Leistritz的長徑比為36的直徑50m m的螺桿同向混煉平行雙螺桿擠出機通過共同接口組合成一套異軸在線配混的擠注復合系統(tǒng)。

7.2.5 塑化多能化的柔性功能模塊

把具有相同塑化原理的注射部件歸類，把共性的機構或結(jié)構設計為共性模塊，異種注射成型的機構/結(jié)構為功能模塊，整個注射部件實現(xiàn)共性模塊和功能模塊的組合機構，用戶只要更換某一機構/結(jié)構就能實現(xiàn)新的注射成型功能。例如把熱塑性注塑機、熱固性注塑機、彈性體注塑機、高速注塑機等四種成型功能的注塑部件合為一體化設計，用戶如需更換成型功能，僅需更換注射部件中塑化的螺桿和機筒的部分及控制集成塊，既降低了用戶的投入，又為社會減少了資源消耗。

7.3 液壓系統(tǒng)柔性模塊化設計

液壓系統(tǒng)的油箱、管路、冷卻系統(tǒng)等附件設置為共性模塊，動力驅(qū)動源為功能模塊。

7.3.1 動力驅(qū)動系統(tǒng)的柔性功能模塊

國內(nèi)注塑機的泵源動力驅(qū)動往往都是一種規(guī)格的注塑機按配一種規(guī)格的動力驅(qū)動進行設計，安裝動力驅(qū)動的底箱空間無擴展余地。Dem ag公司一種規(guī)格的注塑機，根據(jù)用戶的選擇，動力驅(qū)動系統(tǒng)可提供單系統(tǒng)或雙系統(tǒng)。寧波海達塑料機械公司一種規(guī)格的注塑機，動力驅(qū)動系統(tǒng)可用三相異步電機驅(qū)動或交流同步伺服電機驅(qū)動。

7.3.2 液壓控制系統(tǒng)的柔性功能模塊

為適應薄壁包裝制品的塑化與頂出兩個成型工藝的并行運行，Dem ag公司把這一并行工藝設計為功能模塊，在普通順序運行的液壓控制系統(tǒng)上安裝此模塊即可實現(xiàn)并行運行。

7.3.3 抽插芯功能模塊

抽插芯集成塊由集成塊、方向閥、流量閥等組成，根據(jù)功能分為單組或多組。常規(guī)的設計根據(jù)組的數(shù)量為獨立集成塊，沒有擴展功能。

綠色設計以具有擴展功能的單組抽插芯為基礎的共性模塊，擴展組合在共性模塊上疊加式，既方便用戶又提高制造單位快速應變能力，充分利用資源。

7.4 合模柔性功能模塊化

合模機構一旦設計定型，對其機構的型式很難做出更改，所以合模機構的型式為共性模塊，對其某些技術參數(shù)可在一定范圍可做改動，其可改動部分可作為功能模塊。

7.4.1 開模運行機械限位功能模塊

普通油缸驅(qū)動的肘桿式合模機構開模限位定位精度差，對于要求開模運行實現(xiàn)精密定位的成型工藝，如模內(nèi)貼標、機械手自動取件，明顯顯得性能缺陷，普通驅(qū)動油缸上設計開模運行機械限位模塊，供用戶選用。

7.4.2 拉桿組件功能模塊

拉桿組件包括拉桿、拉桿緊固系統(tǒng)、調(diào)模系統(tǒng)。

彈性延伸率調(diào)節(jié)功能。拉桿彈性延伸率的大小直接關系到鎖模性能，常規(guī)的拉桿彈性延伸率按普通成型要求而設計，當成型模腔壓力高、不對稱制件、精密成型，需減小彈性延伸率，即增大拉桿直徑，一般在原來拉桿直徑基礎上增加5m m，需對拉桿組件的有關零件進行一系列改動。增大拉桿直徑涉及模板四孔內(nèi)徑，模塊化設計要求模板的結(jié)構及四孔在設計時留有擴展的余地，以達到增大拉桿直徑而不需對模板四拉桿孔重新加工。

模厚增大功能。成型深孔型制品，需增大膜厚，即增長拉桿長度。

7.4.3 頂出組件功能模塊

加長頂出行程的用戶越來越多，涉及頂出油缸的缸體、活塞桿、頂出桿等零件。常規(guī)設計中，安裝頂出油缸組件的移動模板的結(jié)構設計很緊湊，基本上無擴展余地。模塊化設計要求移動模板安裝頂出油缸組件的至少應有加長20m m頂出行程、增大頂出油缸內(nèi)徑5m m的結(jié)構空間。頂出組件的設計需達到增大頂出油缸內(nèi)徑5m m的情況下，安裝于移動模板上的聯(lián)接設計不變。

7.4.4 移動模板支承功能模塊

常規(guī)的移動模板支承件為可調(diào)式滑動副，只具有支承功能。滾珠導軌實現(xiàn)精密的導向及清潔的運動性能，得到推廣應用。移動模板支承件作為功能模塊，供市場選擇。

7.4.5 移模速度控制的功能模塊

一般控制系統(tǒng)對肘桿式合模機構移模速度，難以實現(xiàn)預期的速度要求，而且國內(nèi)肘桿機構設計上對移模速度的性能基本上不考慮，特別在高壓鎖模及高壓啟模的兩個工序上，對于有嚴格速度性能要求的成型工藝，明顯顯得不足，在合模油缸上設計伺服控制移模速度模塊，供用戶選用。

7.4.6 模具溫度控制功能模塊

在熱塑性注塑機的固定模板和移動模板上增加模具溫度裝置及控制的功能模塊，即實現(xiàn)熱固性塑料、橡膠的注射成型的功能需要，所以在模板上應增加擴展功能需要的模具溫度裝置的聯(lián)接設計。模具溫度控制功能模塊盡力實現(xiàn)通用性。

7.5 控制模塊化

在硬件不變的情況下，或硬件變化不大的情況下，軟件使得機器能夠?qū)崿F(xiàn)更為豐富的功能，能夠充分地將硬件的潛力得到最大的發(fā)揮，賦予機器更多的功能設計；軟件賦予機器更高的附加值，也賦予機器更高的競爭力。

在不同的機器流程以及不同的機器功能設計里，提取具有共性的功能塊，通過這項工作，在未來，它的目標在于參數(shù)化設置而無需編程，將調(diào)試時間（tim e to m arket）縮短，節(jié)省整個開發(fā)和調(diào)試的成本。

根據(jù)不同的功能需求，將CPU、存儲器、PLC、通訊等基本的模塊做成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式實現(xiàn)功能裁剪及模塊數(shù)量的增減，以構成不同檔次不同功能的智能化控制系統(tǒng)。

7.6 底箱柔性模塊化

常規(guī)的底箱缺乏靈活性與擴展性，限制了注射功能的擴展，例如雙缸注射變?yōu)閱胃鬃⑸?，需重新設計底箱；泵源單動力驅(qū)動更改為雙動力驅(qū)動，因底箱無擴展空間，也需重新設計底箱。這些從單臺注塑機的角度來說，節(jié)約了材料，但從綠色設計角度分析，底箱的使用壽命受到限制，加大了材料的消耗。

小型注塑機的底箱可為整體式，注射部分的底箱。中、大型注塑機的底箱分為合模、注射兩個模塊。底箱能實現(xiàn)靈活配置，具有擴展功能的聯(lián)接及空間。

Dem ag公司的一種合模力規(guī)格的注塑機的注射部分底箱可配置3～4種規(guī)格的注射塑化部件，擴大了用戶的應用空間。國內(nèi)一種合模力規(guī)格的注塑機，只能配一種規(guī)格的注射塑化部件，缺少柔性性。

7.7 成型功能柔性模塊化

傳統(tǒng)注塑機的設計，一般都是一種型式的注塑機實現(xiàn)單一成型功能，按此理念按成型使用功能劃分注塑機的型式：熱塑性注塑機、熱固性注塑機、彈性體注塑機、高速注塑機、注吹中控機，等等，用戶購買了一種成型功能的注塑機，如需更換其它成型功能，還需購買適應于此成型功能的注塑機，不利于設備使用壽命最長化的綠色設計原則。

成型功能模塊化設計讓用戶在同一臺設備上，通過不同模塊的搭配得到自己需要的成型功能，實現(xiàn)專用化功能化的成型工藝，滿足個性化的需求；方便用戶在使用過程中對設備進行局部維護或升級達到延長設備的使用壽命；在一種基本成型功能的注塑機上，為用戶留出一定范圍內(nèi)的注射工藝的擴展空間，用戶只要化少量的投資，就可進行成型功能擴展，以最小成本和最短時間適應加工任務及環(huán)境的變化。不但為用戶降低設備投入的成本而實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益，而且降低了社會物質(zhì)資源的消耗及制造能源消耗。巴斯頓公司K系列注塑機采用模塊化組合設計，并應用了柔性智能注塑控制技術，具有更加寬廣的適用范圍和更為人性化的人機控制界面，使得運作一家或多家各種不同規(guī)模的注塑工廠變得簡單，同時其注塑機具備了極大的擴展預留空間，包括性能指標升級、額外功能選配、數(shù)字化網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的升級端口等，可隨著企業(yè)發(fā)展的需要隨時升級。百科機械(深圳)有限公司W(wǎng) 120R2-GII高性能立式圓盤注塑機，3套獨立的射出系統(tǒng)可根據(jù)塑料制品的特點進行多種組合搭配，進一步拓展了注塑產(chǎn)品的生產(chǎn)范圍。該設備通過3套獨立的比例壓力/流量控制油路控制3套射出系統(tǒng)，并可根據(jù)塑料制品的特點靈活設置最優(yōu)化的注塑工藝，從而確保塑料產(chǎn)品的高生產(chǎn)質(zhì)量，縮短成型周期，顯著提升產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。

8 基于生態(tài)環(huán)境保護原則的綠色注塑機的設計技術的科學發(fā)展的分析研究

科學技術迅速發(fā)展使得傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)品設計觀念和設計方法在計算機的沖擊下不斷地調(diào)整和變化。基于生態(tài)環(huán)境保護原則的綠色設計是整合設計與科學的技術，也就是要求以科學發(fā)展觀指導注塑機綠色設計的科學發(fā)展?？茖W發(fā)展與綠色設計合為一體，樹立“科學化發(fā)展綠色設計，綠色設計發(fā)展科學化”理念，以更科學更先進的綠色設計實現(xiàn)設備的科學升級，實現(xiàn)注塑機在能源技術、動力技術、熱力學技術、材料技術、控制技術、成型加工技術、生態(tài)環(huán)保技術、清潔技術、網(wǎng)絡技術等諸方面的綠色技術從較低層次向較高層次的階躍式發(fā)展。

8.1 可靠性技術的設計

可靠性設計實現(xiàn)整機各零件、部件、系統(tǒng)的關聯(lián)使用壽命的合理化，資源節(jié)約化，把故障率降到可控制的目標，實現(xiàn)設備與人的和諧關系。

國內(nèi)自主開發(fā)的設備，絕大多數(shù)仍沿用傳統(tǒng)的安全系數(shù)的設計方法，普遍呈現(xiàn)使用材料不合理、零件結(jié)構設計不合理、熱處理選用不合理、強度及剛度的設計不合理等缺陷，導致設備制造的鋼材消耗量大及利用率低、故障率高等問題。

研究產(chǎn)品的故障物理和故障模型。確定產(chǎn)品的可靠性指標及其等級，合理分配產(chǎn)品的可靠性指標，以規(guī)定的可靠性指標值為依據(jù)對零件進行設計。

可靠性設計提高零件的可靠度。拉桿是合模部件中最重要的受力件。上世紀八十年代注塑機的拉桿都是等截面設計，螺紋段斷裂的現(xiàn)象時有發(fā)生，作者在1989年國內(nèi)首先應用可靠性設計方法，拉桿上設計截面小于拉桿工作截面的卸載區(qū)，卸載區(qū)的截面強度如按傳統(tǒng)的強度設計理論校核，安全系數(shù)達不到要求，但從可靠度性設計理論分析，可靠度完全符合使用壽命系數(shù)，使用實際證明了這一設計的可靠性。拉桿卸載區(qū)的設計已在注塑機中得到應用，但遺憾的是一些設計者根本沒有掌握卸載區(qū)的設計理論，依樣畫瓢而已。

8.2 再制造技術的設計[7]

再制造技術設計是落實設備零件的回收再生循環(huán)或者重新利用的綠色“循環(huán)經(jīng)濟”的重要舉措。

無論在設備投資還是在能源和原材料消耗上，再制造都意味著巨大節(jié)省。每種設備運行中，不可避免都有一些易損金屬零件。習慣的做法是易損件一次壽命法，即易損件達到使用壽命，用新的零件更換。在技術設計中也沒有考慮易損如何實現(xiàn)二次使用壽命，甚至三次使用壽命，以及廢棄后的回收技術。再制造零件與同類新零件相比，再制造過程中可以節(jié)省80%以上的電、水等能源消耗，平均價格只有后者的30%-40%。

在對設備進行最初設計時，設計人員必須考慮設計的每一個模塊、零件，如何使其在正常的使用壽命結(jié)束后能夠更容易地進入再制造環(huán)節(jié)，恢復、改造或提升其使用壽命，實現(xiàn)第二次使用壽命循環(huán)。

積極開展再制造設計技術、廢舊零部件與再制造零部件的剩余壽命預測技術、再制造質(zhì)量控制與檢測技術、再制造數(shù)字化成形平臺關鍵技術、逆向物流及供應鏈技術、廢舊產(chǎn)品先進高效拆解與回收利用技術研究，促進循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。

應用先進技術實現(xiàn)再制造。銷軸表面磨損后，應用納米表面噴涂工藝，恢復零件的尺寸要求和表面性能。

8.3 虛擬技術的設計

虛擬技術設計是在高性能計算機及高速網(wǎng)絡的支持下，采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術，以群組協(xié)同工作方式來提供從產(chǎn)品概念的形成、設計到制造全過程的可視及交互環(huán)境。計算機在產(chǎn)品設計與制造業(yè)中的應用是一個有機的系統(tǒng)，包括設計、表現(xiàn)、分析、制造和保存信息等部分，即計算機輔助設計和計算機輔助制造。

虛擬技術設計是計算機圖形學、人工智能、計算機網(wǎng)絡、信息處理、機械設計與制造等技術綜合發(fā)展的綠色技術，在塑料機械行業(yè)有廣泛的應用前景，如虛擬技術設計、虛擬成型加工、虛擬維修、虛擬再制造等。

在設備設計階段，實時地并行地模擬出設備開發(fā)全過程及其對產(chǎn)品設計的影響，預測設備的性能、制造成本、可制造性、可維護性和可拆卸性等，以達到設備的開發(fā)周期及成本的最小化、設計質(zhì)量最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化、能耗最小化、污染最低化。

8.3.1 虛擬成型加工技術的設計

虛擬成型加工技術達到綠色技術所要求的預測設備成型加工的生態(tài)環(huán)境性能，為設計者提供提高綠色技術水平的設計依據(jù)。

8.3.2 虛擬維修技術的設計

虛擬維修是虛擬現(xiàn)實技術的一個重要研究方向，目的是通過采用計算機虛擬仿真和虛擬現(xiàn)實技術在計算機上真實展現(xiàn)裝備的維修過程，增強裝備壽命周期各階段關于維修的各種決策能力，包括維修性設計分析、維修性演示驗證、維修過程核查、維修訓練實施等。虛擬維修是虛擬現(xiàn)實技術在設備維修中的應用,突破了設備維修在空間和時間上的限制, 可以實現(xiàn)逼真的設備拆裝、故障維修等操作, 提取生產(chǎn)設備的已有資料、狀態(tài)數(shù)據(jù), 檢驗設備性能。虛擬維修技術還可以通過仿真操作過程, 統(tǒng)計維修作業(yè)的時間、維修工種的配置、維修工具的選擇、設備部件拆卸的順序、維修作業(yè)所需的空間、預計維修費用。虛擬維修不但能減少維修投入、降低維修費用提高維修效率，而且還能保障人員安全、降低對環(huán)境的污染。

8.4 網(wǎng)絡化控制的技術的設計[8]

網(wǎng)絡化技術設計是數(shù)字控制系統(tǒng)設計的發(fā)展方向。網(wǎng)絡化控制是控制技術、計算機技術和通信技術相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的不斷發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的技術變革，網(wǎng)絡化控制（N etw orked Control System，N CS）是在控制系統(tǒng)中引入了計算機網(wǎng)絡，從而使得眾多的傳感器、執(zhí)行器、控制器等主要功能部件能夠通過網(wǎng)絡相連接，相關的信號和數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡進行傳輸和交換，避免了點對點專線的鋪設，而且可以實現(xiàn)資源共享、遠程操作和控制，增加了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

8.4.1 現(xiàn)場總線控制技術的設計

數(shù)控技術的發(fā)展及在注塑機中應用領域的擴大，大量模擬量交換，常規(guī)的分散控制系統(tǒng)中，往往出現(xiàn)相互干擾，運行不穩(wěn)定，需要在現(xiàn)場采取大量的屏蔽手段，以實現(xiàn)運行的穩(wěn)定性，但由于使用環(huán)境的變化，屏蔽措施達不到十分可靠?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將工業(yè)現(xiàn)場具有通信特點的智能化儀器儀表、PLC控制器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備和通信設備連接成網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)現(xiàn)場設備之間由模擬量交換變?yōu)榭煽康臄?shù)據(jù)交換。整個過程都由一臺計算機完成，控制器與控制器、控制器與上位機（操作員站或工程師站）之間建立了計算機控制網(wǎng)絡，使得操作員在上位機中能夠?qū)Ρ豢叵到y(tǒng)的實時運行狀態(tài)進行監(jiān)控，某個控制回路的控制策略的設計也可以在上位機中組態(tài)完成，通過控制網(wǎng)絡下載到對應的控制器中實時運行，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性，并實現(xiàn)了集中管理和分散控制。

8.4.2 網(wǎng)絡能耗控制技術的設計

注塑能效硬件設計是基礎，能效軟件進一步發(fā)揮能效硬件的節(jié)能性能，網(wǎng)絡化是能耗控制向更高能效的智能化控制發(fā)展。

德國倍福自動化有限公司的EtherCAT實時工業(yè)以太網(wǎng)技術，通過非常經(jīng)濟有效的標準以太網(wǎng)卡(N IC)進行管理；EL3403測量模塊具備完整的電網(wǎng)分析和能源管理功能，通過測量電網(wǎng)中所有相關的電氣數(shù)據(jù)及計算每相的有功功率和能量消耗、視在功率S、無功功率Q、頻率F等數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)過程能耗進行優(yōu)化，降低能耗，從而降低了生產(chǎn)成本，也使得整個生產(chǎn)過程更為環(huán)保。

菲尼克斯公司的能量管理模塊（EM M）具備獲取能量數(shù)據(jù)和監(jiān)視能量數(shù)據(jù)的作用，通過現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)提供數(shù)據(jù)采集和傳輸，Inline I/O模塊之間的連接實現(xiàn)了一種從能量消耗點到控制層系統(tǒng)的無縫信息流，實現(xiàn)能效智能化管理，降低電能消耗。

8.4.3 網(wǎng)絡服務技術的設計

網(wǎng)絡服務系統(tǒng)為用戶提供快速全方位的網(wǎng)絡服務，是提高設備利用率的重要組成部分。

海天塑機集團聯(lián)合寧波聯(lián)通公司共同建設的國內(nèi)注塑機行業(yè)第一個智慧制造項目—注塑機3G定位及遠程服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于3G通訊技術，集數(shù)據(jù)收發(fā)、海量存儲、智能傳感、智能分析、智能控制、多媒體通訊等功能于一體，實現(xiàn)注塑機運行生產(chǎn)全過程的智能化監(jiān)管，為塑機終端用戶與機械制造商之間提供方便、快捷、直接的溝通橋梁，以及信息化、智能化、網(wǎng)絡化。促進了企業(yè)由傳統(tǒng)的經(jīng)營模式到信息化、網(wǎng)絡化的轉(zhuǎn)變，優(yōu)化了企業(yè)管理，降低了運作成本，并為社會節(jié)省資源，節(jié)能減排，為國家發(fā)展高精尖工業(yè)設備打下堅實的實踐基礎。

8.4.4 現(xiàn)代電子技術人機工程學技術的設計

倡導“以人為本”，進行人性化設計，實現(xiàn)對人體的良好保護。通過研究組成人機系統(tǒng)的人和機器的相互關系，運用現(xiàn)代電子技術，達到提高設備的工作效率。并使“人一機器一環(huán)境”相互協(xié)調(diào)，以求達到人的能力與作業(yè)活動要求相適應。創(chuàng)造高效、舒適、安全的勞動條件。

廣東佳明二代多功能計算機伺服動力驅(qū)動系統(tǒng)，將壓力傳感器反饋的壓力信號由超高速計算機主機做PID運算后，通過高速CAN總線輸出指令給伺服驅(qū)動器直接帶動伺服電動機，不需經(jīng)過DA/AD轉(zhuǎn)換，消除了轉(zhuǎn)換誤差及伺服控制器的運算誤差，實現(xiàn)了計算機與伺服驅(qū)動器之間的數(shù)據(jù)高速傳輸，使驅(qū)動器與控制系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應性能，系統(tǒng)快速啟動時間達到50m s，同時解決了常規(guī)伺服系統(tǒng)電氣調(diào)試復雜以及整體驅(qū)動系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，使得驅(qū)動器的狀態(tài)顯示和參數(shù)設定也可由計算機實現(xiàn)，調(diào)試更方便、更簡單，提高人與設備的和諧度。

8.5 基于生態(tài)環(huán)境保護的綠色注塑機的設計法的科學發(fā)展的分析研究

注塑設備為滿足日益發(fā)展的綠色化注塑制品的發(fā)展，由常規(guī)的標準化向功能化、專用化方向發(fā)展，注塑也擴大了內(nèi)涵，注塑設備已是注射型式的復合成型加工的綜合型設備。復合型注塑設備沒有現(xiàn)有模式可遵循及仿制，創(chuàng)新創(chuàng)造才能實現(xiàn)。

8.5.1 移植法設計[9]

移植其它領域綠色設計和創(chuàng)新設計的理論、方法和技術，運用于注塑機綠色創(chuàng)新設計中存在的問題，開發(fā)新設備。移植法包括：原理移植；結(jié)構移植；機構移植；材料移植；方法移植，等等。

本文介紹的作者設計的KH-40000超大型托盤注塑機，塑化注射量40000cm 3，成型周期4m in。要達到成型周期的要求，塑化系統(tǒng)是關鍵，常規(guī)的塑化時間占用成型周期，而且塑化能力（塑化轉(zhuǎn)速）受到系統(tǒng)裝載功率的限制，無法實現(xiàn)成型周期的要求。作者移植擠出塑化的原理、中空吹塑機的儲料缸原理，結(jié)合柱塞注射原理，創(chuàng)新設計了擠注儲料功能的塑化注射復合機構，塑化動力驅(qū)動為變頻電機的獨立節(jié)能驅(qū)動，塑化能力不受系統(tǒng)裝載功率限制，擠出儲料缸實現(xiàn)了塑化獨立于成型周期時間外的連續(xù)塑化的儲料。注射結(jié)束，擠出儲料缸熔融料同擠出塑化熔融料共同高速輸入注射儲料缸。塑化系統(tǒng)達到成型周期的要求。

8.5.2 反求法設計[10]

反求法設計更注重理論上做科學的分析，測繪往往僅做外形、尺寸等依樣畫瓢。測繪產(chǎn)品，反求設計更顯的重要。通過反求設計，創(chuàng)新設計理論，為綠色產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

反求法設計是以先進產(chǎn)品或設備的實物或圖紙等相關資料作為研究對象，通過反求法分析對其反求的對象從功能、原理方案、零部件結(jié)構尺寸、材料性能和加工裝配工藝等方面進行全面深入的了解，明確其關鍵功能和關鍵技術，了解和掌握其設計依據(jù)、原理和方法，然后進行測繪仿制，達到變參數(shù)設計、適應型設計或開發(fā)型設計，改進、創(chuàng)新同類更先進的產(chǎn)品，為創(chuàng)造提供理論依據(jù)。

在選定反求的對象后，對反求的對象特性和技術要求進行分析，為接下來的各種分析、修改、創(chuàng)新研發(fā)工作提供基礎模型數(shù)據(jù)參數(shù)支持，使之成為產(chǎn)品工程圖的直接來源。

反求法設計和創(chuàng)新創(chuàng)造?！扒喑鲇谒{而勝于藍”，形象描述了反求法設計和創(chuàng)新創(chuàng)造之間的辨證關系。國際上先進的注塑機并不都是完滿的設計，完滿在反求法設計中，首先必須全面分析，肯定合理的一面，尋找缺陷的一面，把存在的缺陷改進為合理，使原設計更趨完善，這就是創(chuàng)新創(chuàng)造。對原設計的分析，不管做合理肯定還是做缺陷提取，都必須有充分的理論根據(jù)和事實依據(jù)，決不能做輕率的肯定或否定。

綠色零件材料反求設計。以反求對象為基礎分析其涉及到的產(chǎn)品材料信息，綠色規(guī)劃出符合要求的備選材料。綠色規(guī)劃方式有：從原材料方面入手，利用材料的特長，在反求對象基礎上尋找出備選材料信息，從性能、成本等方面深入比較、探討對材料和其應用方面的選擇及從研制與開發(fā)產(chǎn)品化過程中的應用技術中尋找適合的用途；從零件的用途入手，對原材料新用途進行開發(fā)研究，使廢物再利用，達到資源重享的目的。

整機反求法設計。在反求對象初始數(shù)字模型基礎上進行再設計(變參數(shù)設計、適應型設計或開發(fā)型設計)，改進、 創(chuàng)新出同類更先進設備。對整機做數(shù)字模型數(shù)據(jù)參數(shù)進行再分析，分析結(jié)果基本能說明整機的主要特性，另外保存其數(shù)據(jù)參數(shù)。通過將整機的最終數(shù)據(jù)參數(shù)與反求的對象進行分析對比，結(jié)合生產(chǎn)、加工、使用等因素全面衡量成本、價值、形態(tài)結(jié)構等關系，對預選材料及產(chǎn)品各零部件及裝配方式科學合理的進行對比篩選，創(chuàng)新創(chuàng)造具有自主知識產(chǎn)權的新設備。

8.5.3 組合法設計

綠色塑料制品的發(fā)展拓展了注塑設備的應用領域。在傳統(tǒng)注塑機的基礎上，將兩個或兩個以上的技術要素組合，開拓專用化功能化綠色注塑設備。

模內(nèi)貼標注塑設備。普通注塑機與卷標粘貼裝置、開模行程機械限位技術、控制技術、機械手等組成模內(nèi)貼標注塑設備。富強鑫公司整合業(yè)界技術，成功開發(fā)IM L系列高速模內(nèi)貼標生產(chǎn)系統(tǒng)，交流伺服電機塑化驅(qū)動功能模塊，射出全閉回路控制，實現(xiàn)精確計量，節(jié)約塑料原料消耗；液壓動力雙回路驅(qū)動功能模塊，使加料、開關模同步動作，提高成型效率；蓄能器高速注射功能模塊，射出速度達到500m m/sec以上；供紙機功能模塊，可以根據(jù)客戶產(chǎn)品規(guī)格的需要進行快速改型，增加生產(chǎn)的彈性；機械手自動貼標功能模塊，搭配三軸伺服驅(qū)動機械手，作業(yè)快速精準，定位精度高；控制模塊，適合多模穴薄壁容器的生產(chǎn)。模塊化設計，大幅縮短成型周期，生產(chǎn)一模4穴飲料杯（250m l），成型時間為7～9秒，月產(chǎn)能可達100萬個以上，并有效節(jié)省能源。

薄壁包裝容器注塑設備。普通注塑機與蓄能器高速注射功能模塊、開模與頂出兩個工序的并行運行的液壓及其控制技術、PP塑化系統(tǒng)、機械手自動取件等組成薄壁包裝容器注塑設備。阿博格用于包裝行業(yè)的Allrounder 570H 注塑機，鎖模力2000kN，配雙模腔模具，成形36.5g的薄壁快餐盒，成形周期僅為4.3秒。（未完待續(xù)）

T he analysis and research on the scientific development for green injection molding machine based on the principle of ecological environment protection（Serial 5）

Zhang You-gen （Ningbo haida plastic machinery co., LTD.,Ningbo,315200）

TGreen low carbon development mode of ecological environmental protection based on the principle of structural adjustment is the new normal injection molding machine products, guiding principles for achieving "growth better quality" of the scientific development.Are analyzed based on the principle of ecological environmental protection green, the properties of injection molding machine, studied the mechanism, structure, green plastic injection machine driving system, control system, such as molding function based on the characteristics of the ecological environment protection principle and the existing problems and the research and development are discussed based on the principle of ecological environmental protection green injection molding machine in the service of the development of green molding engineering field, pointed out that based on the principle of ecological environmental protection green injection molding machine continuously in the process of its connotation and denotation of scientific development is in constant dynamic change and development.Injection molding machine to make the future belongs to have based on the principle of ecological environmental protection creativity, innovation, move forward in the continuous innovation to create new ideas of enterprise.

injection molding machine； ecological environment protection； Design； Analysis and research；Application technology.