最近這幾年，全球射出成型設(shè)備市場(chǎng)格局呈多極化分佈。其中，日本和德國射出成型設(shè)備產(chǎn)業(yè)居於前列，在全球射出成型設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中佔(zhàn)據(jù)較大優(yōu)勢(shì)，北美及日本的精密、大型射出成型設(shè)備，因含有高技術(shù)和高附加值而具有強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力。

在2017年的日本射出成形設(shè)備市場(chǎng)，無論是在出貨數(shù)量，或者是設(shè)備AI化，都取得相當(dāng)大的成果與進(jìn)展。根據(jù)日本塑膠機(jī)械部會(huì)的統(tǒng)計(jì)，在2017年的日本國內(nèi)射出成形設(shè)備生產(chǎn)量為15264臺(tái)，和2016年相比，成長了將近20%。

全球各地塑膠射出市場(chǎng)成長逾2位數(shù)

就以全球市場(chǎng)來看，日本整體而言，是令設(shè)備業(yè)者相當(dāng)滿意的。而日本以外的海外市場(chǎng)方面，美國和墨西哥也都有不錯(cuò)的銷售成長，其中在大型的射出成形設(shè)備採購數(shù)量，更是有讓設(shè)備業(yè)者深深感受到投資力度，此整體美洲的市場(chǎng)也看不出來有受到大環(huán)境的不良影響。

在亞洲方面，最受注目的是中國市場(chǎng)，雖然目前在全球汽車塑膠複合材料上，所占的比重不到8%，用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低於其他國家。然而，隨著汽車輕量化需求的上升，汽車塑膠製品覆蓋範(fàn)圍愈加廣泛，未來汽車塑膠市場(chǎng)的需求將不斷擴(kuò)大。

並不是只有中國市場(chǎng)呈現(xiàn)欣欣向榮，印度的工廠對(duì)於射出成型設(shè)備需求規(guī)模也不小，此外，東南亞和泰國等，因?yàn)樵诋?dāng)?shù)赜袨閿?shù)不少的汽車製造相關(guān)工廠，因此對(duì)於設(shè)備的需求也逐漸穩(wěn)定成長中，不過由於東亞的政治安定度還是存在一定風(fēng)險(xiǎn)程度，因此射出成形設(shè)備業(yè)者仍舊期待美國能夠降關(guān)稅來刺激設(shè)備的投資。

在歐洲市場(chǎng)部分，根據(jù)EUROMAP的統(tǒng)計(jì)，2017年整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了13500臺(tái)，與前一年度相比成長率約為15%左右。因此，就全球整體來看，射出成形設(shè)備市場(chǎng)都仍舊維持著成長的態(tài)勢(shì)（圖1）。

圖1 : 就全球整體來看，射出成形設(shè)備市場(chǎng)仍維持著成長的態(tài)勢(shì)。（source：u-machine）

汽車EV化帶動(dòng)大量塑膠射出成型品需求

而接單射出產(chǎn)品別的部分，下游產(chǎn)業(yè)將從一定程度上影響射出成型設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模的變化。其中，塑膠製品使用數(shù)量的增多，將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大射出成型市場(chǎng)的規(guī)模。射出成型設(shè)備下游的應(yīng)用行業(yè)主要涵蓋了汽車、家電、3C行業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。

因此除了傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)需求以外，出現(xiàn)一些意料外的射出產(chǎn)品需求，在新興科技產(chǎn)業(yè)的3C產(chǎn)業(yè)中，塑膠的超輕化、柔性化等特性，使其在3C產(chǎn)業(yè)中廣受歡迎。例如電動(dòng)車對(duì)於塑膠射出的需求正在急速擴(kuò)大中，因此已經(jīng)開始出現(xiàn)射出成形設(shè)備交貨延遲的現(xiàn)象，以歐洲為例，泛用型設(shè)備的交貨期更是超過半年。

就如前述，汽車的EV化，帶動(dòng)了大量塑膠射出成型品的需求，包括攝影鏡頭、感測(cè)器所需要的連接器、外殼、鏡頭等，這些都是在2015年以前無法預(yù)期到的。

在中國市場(chǎng)部分，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年第一季，中國電腦、通訊和其他電子設(shè)備製造業(yè)固定資產(chǎn)投資累計(jì)同比增長了15.4%。根據(jù)中國市調(diào)公司預(yù)測(cè)，至2020年，中國汽車塑膠總用量將達(dá)832萬噸，複合增長率為37%。

在2017年成長規(guī)模部分，收到的訂單量和2016年相比，成長率達(dá)到34.5%，這個(gè)成長幅度已經(jīng)超過雷曼風(fēng)暴前的市場(chǎng)狀況。

透過AI能力對(duì)塑膠射出成型設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)測(cè)

在技術(shù)進(jìn)化方面，隨著工業(yè)4.0與人工智慧理念在全球不斷發(fā)酵，射出成型機(jī)使用者的需求已漸漸由單機(jī)演變成附加模具、週邊系統(tǒng)，甚至是整線或整廠規(guī)劃，並透過虛實(shí)整合系統(tǒng)（Cyber-Physical System, CPS）達(dá)到設(shè)備自動(dòng)化、數(shù)位化、聯(lián)網(wǎng)化，讓使用者擁有更精密的運(yùn)籌計(jì)劃與有效的資源分配。

住友重機(jī)械工業(yè)和NEC共同利用AI技術(shù)，合作開發(fā)出塑膠射出成型設(shè)備的故障前預(yù)測(cè)。在這個(gè)研發(fā)過程中，是在住友重機(jī)械工業(yè)所開發(fā)的塑膠射出成型設(shè)備中，安裝了各式的時(shí)序感測(cè)器，來探知成型設(shè)備中滾珠螺桿的正常與損傷時(shí)的狀態(tài)差異資料，從這些資料中再進(jìn)行分析，判斷出塑膠射出成型設(shè)備是否即將出現(xiàn)故障（圖2）。

圖2 : 住友重機(jī)械工業(yè)和NEC共同開發(fā)出塑膠射出成型設(shè)備的故障前預(yù)測(cè)（source：住友重機(jī)械）

透過感測(cè)器所獲得的正常與損傷狀態(tài)下各種時(shí)序資料後，再透過NEC技術(shù)群「NEC the WISE」下其中的「RAPID機(jī)械學(xué)習(xí)」進(jìn)行分析。

在「RAPID機(jī)械學(xué)習(xí)」模式下，1500筆的數(shù)據(jù)集（Dataset），能夠在約20分鐘完成學(xué)習(xí)，也就是說，學(xué)習(xí)每筆數(shù)據(jù)集（Dataset）大約只花費(fèi)約0.4秒，因此在這個(gè)技術(shù)模式下可以完成高精度判定的作業(yè)。

透過大數(shù)據(jù)與人工智慧分析，有效監(jiān)控逆流防止閥磨損狀況

不只住友重機(jī)械工業(yè)和NEC利用AI技術(shù)來研發(fā)新一代的電動(dòng)射出成型設(shè)備，站在設(shè)備業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位之一的FANUC也開始在自家的塑膠射出成型設(shè)備上增加了AI技術(shù)，利用AI技術(shù)中的深層學(xué)習(xí)技術(shù)，來達(dá)到設(shè)備預(yù)防和保全的能力。

其實(shí)，早從2015年開始FANUC和日本Preferred Networks公司，雙方就針對(duì)如何將機(jī)械學(xué)習(xí)靈活應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人上展開一系列的技術(shù)合作。更進(jìn)一步的，在FANUC對(duì)Preferred Networks進(jìn)行9億日?qǐng)A的增資後，雙方合作的內(nèi)容更為密切與廣泛。例如在2016年，F(xiàn)ANUC、Preferred Networks、Cisco Systems、Rockwell Automation就共同發(fā)表了基於IoT平臺(tái)的人工智慧應(yīng)用系統(tǒng)「FIELD system」，將人工智慧和IoT的機(jī)能予以平臺(tái)化，讓開發(fā)者更容易導(dǎo)入各種生產(chǎn)設(shè)備之中。

這次FANUC所成功開發(fā)透過人工智慧能力，基於「AI Back flow Monotor」技術(shù)平臺(tái)，具有保全和預(yù)防能力的電動(dòng)射出成型設(shè)備「ROBOSHOT α-SiA 系列」（圖三）。FANUC的「AI Back flow Monotor」技術(shù)平臺(tái)具有多元化的預(yù)測(cè)和分析能力，包括射出成型設(shè)備中的消耗性零件、逆流防止閥（Check valve）的耗損狀態(tài)，都是透過深層學(xué)習(xí)的方式來進(jìn)行評(píng)估與預(yù)測(cè)，並且在消耗性零件損壞之前，設(shè)備就可以自動(dòng)發(fā)出通知。而針對(duì)逆流防止閥（Check valve）的部分，由於隨著使用時(shí)間增長，逆流防止閥會(huì)逐漸磨損，使得間隙愈來愈大，最後難以避免的出現(xiàn)射出材料逆流的情況。

但是透過基於人工智慧深層學(xué)習(xí)所開發(fā)的分析技術(shù)，可以將感測(cè)器所獲得逆流的波形資料，透過智慧深層學(xué)習(xí)技術(shù)加以學(xué)習(xí)與進(jìn)行分析，來對(duì)逆流防止閥的磨損狀況進(jìn)行紀(jì)錄（Scoring），再從磨損的紀(jì)錄（Score）來推算出曾經(jīng)是新品的逆流防止閥，已經(jīng)出現(xiàn)多少mm磨耗，並且還可以使用多久。

圖3 : 具有保全和預(yù)防能力的電動(dòng)射出成型設(shè)備「ROBOSHOT α-SiA 系列」（source：FANUC）

在過去，射出成型設(shè)備內(nèi)樹脂的逆流狀況，都是必須由操作員透過波形資料變化來進(jìn)行觀察和判斷，並且推算出磨損狀況，以及必須更換逆流防止閥的時(shí)間。但是，如果能夠透過人工智慧機(jī)制，將逆流防止閥的磨損觀測(cè)作業(yè)予以自動(dòng)化，就能夠讓生產(chǎn)運(yùn)作達(dá)到最佳的狀態(tài)，不至於因?yàn)榱慵膿p耗，導(dǎo)致高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備出現(xiàn)生產(chǎn)中斷的情況（圖4）。

圖4 : 透過人工智慧機(jī)制來進(jìn)行觀察逆流防止閥，並且推算出磨損狀況，以及必須更換的時(shí)間。（source：FANUC）

對(duì)於射出成型設(shè)備中的逆流防止閥磨損，會(huì)因?yàn)椴牧稀⑸a(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格、工廠環(huán)境等不同的條件或變數(shù)，而出現(xiàn)不一樣的問題或磨損程度。但是一般而言，操作員沒有辦法將逆流防止閥拆下來檢查磨損狀態(tài)，不過，在過去能力熟練的技術(shù)員可以透過豐富的來做預(yù)測(cè)，除此之外，大多都要等到出現(xiàn)材料逆流時(shí)，才會(huì)發(fā)現(xiàn)防止閥嚴(yán)重磨損而停止作業(yè)進(jìn)行新品更換，但是如此一來就會(huì)造成生產(chǎn)線停止而造成損失。

射出成型工廠也自行導(dǎo)入人工智慧化

不只設(shè)備業(yè)者相競(jìng)的導(dǎo)入人工智慧功能，連使用設(shè)備的工廠也對(duì)本身所使用的設(shè)備開始進(jìn)行增加人工智慧的功能。位在石川縣加賀市的石川樹脂工業(yè)，面對(duì)AI潮流推動(dòng)下，也開始針對(duì)目前所使用的射出成型設(shè)備進(jìn)行人工智慧化。收集整合工廠內(nèi)超過30種以上現(xiàn)有射出成型設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料後，並且予以系統(tǒng)化，對(duì)大量的加工進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將過去只能依賴經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)者的生產(chǎn)技術(shù)，轉(zhuǎn)換成為可見化的生產(chǎn)參數(shù)，來達(dá)到降低生產(chǎn)成本與減少不良品。同時(shí)，石川樹脂工業(yè)也同時(shí)開始向客戶提供各種最佳生產(chǎn)客製化服務(wù)（圖5）。

圖5 : 面對(duì)AI潮流推動(dòng)下，石川樹脂工業(yè)也開始針對(duì)目前所使用的射出成型設(shè)備進(jìn)行人工智慧化。（source：石川樹脂工業(yè)）

除此之外，由於每一家工廠生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格與種類差異性相當(dāng)?shù)拇螅虼藘H僅依賴射出成型設(shè)備的業(yè)者來進(jìn)行資料蒐集、分析，最終開發(fā)出可應(yīng)用在射出成型設(shè)備上的人工智慧系統(tǒng)，是相當(dāng)困難的一件事情。不過，在近畿經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)局主導(dǎo)下，結(jié)合京都市的MURATEC INFORMATION SYSTEM，邀集5大射出成型生產(chǎn)設(shè)備業(yè)者，共同攜手合作，跨越設(shè)備種類與技術(shù)的藩籬，開發(fā)出資料數(shù)據(jù)擷取的軟體，來協(xié)助射出成型工廠將現(xiàn)有設(shè)備導(dǎo)入人工智慧化。

在經(jīng)過2年的時(shí)間，不斷累積的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及加以分析後而獲得寶貴生產(chǎn)參數(shù)資料。透過這些蒐集分析動(dòng)作，再加上，另一方面同時(shí)分析研究不良品的原因之下，目前已經(jīng)可以將不良品的比例由原本的5%降低到3%，並且將作業(yè)人員的配置予以最佳化，提高人員的工作效率後，甚至可以將原本50%~60%的工廠稼動(dòng)率提高2成左右。

而石川樹脂工業(yè)也就是領(lǐng)先導(dǎo)入這套設(shè)備的射出成型工廠。石川樹脂工業(yè)成立於1965年，具有從模具製作到射出成形加工、銷售一貫生產(chǎn)能力的企業(yè)。長久以來，石川樹脂工業(yè)對(duì)於生產(chǎn)方面的經(jīng)驗(yàn)累積，都是利用紙本來進(jìn)行紀(jì)錄、保管，因此如果在隨後的生產(chǎn)中出現(xiàn)條件變動(dòng)等情況，就很難做出相當(dāng)詳細(xì)且正確的紀(jì)錄，當(dāng)然在未來也很難善加利用這些寶貴的資料。

此外，工廠內(nèi)部技術(shù)熟練的技師，大多已經(jīng)是70歲了，現(xiàn)在也開始出現(xiàn)技術(shù)傳承的問題，這對(duì)於企業(yè)而言是相當(dāng)困擾的。因此，如果石川樹脂工業(yè)能順利將人工智慧分析與大數(shù)據(jù)技術(shù)導(dǎo)入生產(chǎn)管理一部分的話，那麼不僅僅能做到熟練技術(shù)的可視化、量產(chǎn)的效率化和高品質(zhì)化，更可以減輕技術(shù)人員的生產(chǎn)線工作負(fù)擔(dān)，將時(shí)間轉(zhuǎn)移到開發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品上。

因此，從2018年開始，石川樹脂工業(yè)針對(duì)工廠內(nèi)現(xiàn)有26臺(tái)的射出成型設(shè)備進(jìn)行人工智慧終端系統(tǒng)的安裝，投資金額約為5000萬日?qǐng)A左右，預(yù)定在9~10月安裝完成後開始運(yùn)轉(zhuǎn)。目前石川樹脂工業(yè)生產(chǎn)包含餐具、雜貨、工業(yè)零件等1000種以上的樹脂射出產(chǎn)品，因此，在過去一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)於目前所使用的樹脂與模具進(jìn)行長時(shí)間數(shù)據(jù)取得與儲(chǔ)存，包括填充速度、壓力、壓力保持時(shí)間等30種以上的加工資料。

在幾年之後，經(jīng)由不斷累積的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)所形成的大數(shù)據(jù)資料，在經(jīng)過人工智慧進(jìn)行分析，相信可以更進(jìn)一步的獲得最佳生產(chǎn)參數(shù)，最後，再將不同的塑膠射出成型類型進(jìn)行數(shù)據(jù)分類後，更可以進(jìn)一步的對(duì)外銷售。

射出成型模具內(nèi)部置入專用感測(cè)器

為了將射出成型用模具帶入下一世代的人工智慧數(shù)據(jù)分析運(yùn)用，村田機(jī)械開發(fā)出可埋入模具的專用感測(cè)器「MEL1007」，這款感測(cè)器可以置入模具內(nèi)部，來感應(yīng)模具的開合與運(yùn)作次數(shù)。感應(yīng)的距離和前一代2mm相比，這款新型感測(cè)器可以偵測(cè)到7mm的距離，往返精度達(dá)到±2μm，直線性則為10μm以內(nèi)，最高辨識(shí)能力為0.125μm，耐久性更高達(dá)300萬次。

對(duì)於一般的射出成型加工而言，2mm的距離是足以應(yīng)用，但是在面對(duì)更高精度的模具控制時(shí)，就需要有偵測(cè)更長行程能力的感測(cè)器。此外，這款感測(cè)器可以承受攝氏150度，來滿足必須內(nèi)置於模具內(nèi)部的溫度要求（圖6）。

圖6 : 村田機(jī)械開發(fā)出可埋入模具的專用感測(cè)器，將射出成型用模具帶入下一世代的人工智慧數(shù)據(jù)分析運(yùn)用。（source：村田機(jī)械）

同時(shí)，如果這款感測(cè)器透過「MPD200」等的變換器輸出的話，可以將感測(cè)數(shù)據(jù)予以儲(chǔ)存以及透過各種機(jī)制來進(jìn)行分析再利用。更進(jìn)一步的，更可以搭配模具運(yùn)作監(jiān)控系統(tǒng)「Muratec Molding Monitor」，並且配合其他包括壓力、溫度等感測(cè)器，來進(jìn)行更完整的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。