当前物联网行业发展势头迅猛,物联网的兴起与云计算技术的进步息息相关[1]。新技术、新应用的大量出现,使物联网与云计算技术逐渐替代人工作业应用于高风险的生产环境中,可在一定程度上提高企业效益,减少安全事故的发生[2]。此外,工业物联网技术是“中国制造2025”强有力的技术支撑,对于企业在未来工业的发展与定位具有积极意义[3]。对于塑料成型生产,现有监控管理系统不足以应对生产中的各种需求。传统塑料成型生产的监控管理系统具有响应时间较慢、鲁棒性差、通信质量不佳,难以推广及有效利用等缺点[4-5]。因此,本研究归纳物联网和云计算技术的基本原理以及塑料成型工艺流程基础,综述塑料成型智能生产监控系统的应用现状,为提升塑料加工企业设备的智能化,促进产品质量与生产效率提供理论参考。1物联网、云计算技术及塑料成型工艺概述1.1物联网和云计算原理物联网技术利用射频识别、物品传感、网络通信、信息系统等,将物体部件参数、环境参数、生产设备、虚拟参数等通过传感系统传至信息平台,实现参数和设备的有机结合、传递和处理信息[6],在农业领域具有良好的应用前景[7]。云计算技术包含数据分析、信息通信、计算机程序、模型模拟等,在塑料加工行业、电子商务领域、金融行业、电气电力行业等广泛应用。云计算技术的工作原理为在信息平台上,对计算机资源进行按需供应,提升资源配置效率[8-10]。1.2塑料成型工艺分析塑料成型生产工艺较复杂,工艺流程如下[11]:(1)在定量供料装置中加入胶料,并进行加热。(2)当胶料逐渐塑化时,检测压力参数,并将塑化物料向模具中注塑。(3)注塑完成后进行保压、冷却。(4)塑料产品基本完成定型,取出产品关闭模具。塑料成型生产过程中,加热温度、挤出压力、挤出速度、保压时间等工艺参数对于塑料成品的质量均具有较大的影响[12]。2物联网与云计算的塑料成型生产智能监控系统研究现状2.1智能系统设计研究现状智能监控系统结合塑料成型生产的特点,监控生产过程;并通过分析大数据,有效调整生产策略降低能耗,监控生产设备,实时掌握注塑设备的运行状态。通过物联网云系统,实现生产现场信息与物料管理之间信息交换,及时跟踪现场情况,智能调控生产加工环节,提高生产效率并降低成本[13-15]。(1)设计原则方面:蒋仲兵[16]以注塑装备为研究对象,指出系统设计需要满足以下需求:显示工艺参数,能够远程修改;随时查看设备运行的状态;能够采用手机/电脑进行监控;通过云计算对故障预测和报警。(2)功能设计方面:宋建等[17]认为智能监控系统的功能需要具备:对生产过程实时监控,能够分析影响塑料生产成型的关键因素;及时排除系统故障,改进生产工艺;实现生产现场信息与物料管理的信息交换。(3)组成设计方面:塑料成型生产智能监控系统由传感数据采集环节、传输控制环节、云服务和用户接入环节组成。蔡建新等[18]提出传感数据采集各终端节点对塑料加工生产环境参数,且传输控制主要承担将工业生产环境参数发送至云计算系统。赵亮[19]认为,传输控制层以TCP/IP通信协议为基础,实现工业环境参数无线传输至云计算系统,并对环境参数进行存储、分析。凌翔等[20]基于HTML语言,结合WEB服务器和阿里云进行部署,实现智能监控系统的配置。主要显示车间任务,设备数量以及报警次数等信息。在构建智能监控系统构建同时,需要对系统进行有效管理。黄少华等[21]论述塑料工业生产智能监控系统的组成部分需要设置系统管理模块,实现用户管理、权限管理、系统配置、日志管理等,能够对登录系统的用户进行记录,并保持在后台。2.2智能系统应用研究现状塑料成型生产智能监控系统,可远程获取车间环境检测数据、塑料成型关键参数、能耗数据监测等信息。通过工业物联网技术,将生产车间采集的有效信息传输到云计算中心,结合大数据进行多角度、全方位的观测,生成车间情况简报,提供生产线远程控制与云端维护[22-26]。杨毅等[27]以塑料模具智能制造管控云平台为研究对象,利用工业4.0制造和云端管控平台,引入云计算和物联网技术建立注塑管控系统。该智能系统对注射机、模具、配料系统、周边设备等进行物联网连接,实现人、机、物的信息联通,能够进行生产参数的实时传输、自动统计数据分析,进而控制塑料生产企业进行精确的成本、智能排单和产能分析。陈浩齐[28]以物联网技术为核心,建立塑料注塑生产的智能监控系统。将自组织网络技术Zigbee、无线射频识别(RFID)技术和PLC技术与塑料的注塑生产流程相结合,研发一种智能化控制系统。该系统能够对注塑过程的原料配送、设备参数调整、成本核算进行实时分析和测算,并利用大数据、云计算实现系统参数设计和优化。经预测,采用该智能控制系统可以减少注塑生产过程中调试设备参数时间约20%,减少故障维修率15%左右,提升塑料成品的质量合格率25%。王长明等[29]基于RFID、物联网技术、云计算技术,实现对模具CAM设计、CNC加工、CMM测量、EDM放电、模具组装、试模等全过程的全自动化控制和精细化管理。结果表明:该系统提升信息化管理水平和效率,节约管理成本和制造成本,各个工序的差错率降低15%~25%。季明坤[30]通过物联网和云计算技术建立模具制造智能控制系统,结合模具生产的工艺特点,利用RFID技术和GPRS技术采集模具生产的数据,并通过信息技术串联至物联网平台上,控制模具的加工、物流、仓储环节。利用信号强度RSSI的定位算法进一步提升控制的准确性,准确性提升17%左右。滕振芳等[31]基于物联网技术建立注塑装备的智能化监控平台,结合物联网技术、LPC2478型嵌入式微处理芯片和传感器,能够实现注塑工艺的分布分层式管理。结果表明:该智能监控平台的响应时间在5 s内,说明该系统的响应速度快。鲁棒测试结果表明,该系统在并发数为42时失效,明显高于传统控制系统并发数量。徐立志[32]为改善塑料成型生产监控管理系统响应时间较慢、鲁棒性差、通信质量不佳等问题,设计一种基于物联网与云计算的塑料成型生产智能监控系统。该系统采用浏览器/服务器架构模式,实现分布式管理。结果表明:与传统注塑装备生产监控管理系统相比,该智能化管理系统的响应时间快,鲁棒性提高,有效辅助注塑装备运行,提高生产质量与效率。但物联网技术、云计算技术在塑料成型生产中容易受外界环境干扰,容易出现数据准确性较低的问题,影响智能控制系统的效率[33-35]。潘斌辉[36]以注塑模型智能控制系统的数据误差为研究对象,认为工业现场的复杂环境特征,对数据采集以及传感器的部署带来难题。系统丢包率越小,塑料加工环境参数上传率越高,处理智能监控系统的信息速度就越快。结果表明:丢包率保持在0.2%~0.9%之间,该系统环境参数上传率高,满足实际要求,稳定性好,保证采集数据完整上传,从而保证塑料成型生产智能监控系统的顺利部署与实施。3结论物联网及云计算等新兴技术与塑料成型生产过程深度结合,为塑料生产智能监控系统发展提供技术支撑,有利于实现对塑料成型生产过程的实时监控、数据传输、数据分析和参数调整,进而实现塑料生产策略节能降耗调整,掌握设备的运行状态,减少故障发生率,提高生产效率降低成本。但智能监控系统仍存在外界干扰较大,数据传输准确性不足的问题,应当进一步加强技术研发和系统设计优化,为塑料行业转型升级提供技术驱动。
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