云環(huán)境下聚乙烯注塑成型工藝及其安全控制技術(shù)研究進(jìn)展

金國(guó)柱

（南陽(yáng)醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校衛(wèi)生信息管理系，河南省南陽(yáng)市 473000）

聚乙烯是一種熱塑性樹脂，由—CH2—單元重復(fù)連接而成，廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钪校?］。聚乙烯包括低密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯，能夠用來(lái)制造容器、管道和日用品，同時(shí)也可用于雷達(dá)或電視等產(chǎn)品需要的絕緣材料。近幾年來(lái)，我國(guó)聚乙烯工業(yè)得到了快速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了聚乙烯注塑成型工藝以及注塑機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)的研究。尤其是云環(huán)境與云技術(shù)，為我國(guó)聚乙烯注塑成型工藝的安全控制發(fā)展提供了新的方向。聚乙烯注塑成型工藝離不開注塑機(jī)與其相關(guān)控制技術(shù)，注塑機(jī)是將熱塑性或者熱固性塑料，利用各式模具制備塑料制品的核心設(shè)備［2］。一般情況下，注塑機(jī)包括注射裝置、合模裝置、液壓傳動(dòng)裝置、電力控制裝置、產(chǎn)品潤(rùn)滑裝置、材料加熱及冷卻裝置等。目前，市場(chǎng)上的注塑機(jī)一般有柱塞式、螺桿式，分別適用于不同情況下的生產(chǎn)工藝。隨著聚乙烯生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展以及其在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，聚乙烯注塑成型工藝也趨于復(fù)雜化、多元化以及精細(xì)化，所以，在聚乙烯注塑成型過(guò)程中，要不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，而注塑機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)安全控制問(wèn)題同樣需要重點(diǎn)研究。本文綜述了聚乙烯注塑成型工藝以及注塑機(jī)系統(tǒng)控制安全問(wèn)題的研究進(jìn)展。

1 聚乙烯注塑成型工藝研究進(jìn)展

聚乙烯注塑成型的基本原理是將聚乙烯粒料或者粉料送入高溫狀態(tài)的原料桶內(nèi)完成加熱熔融，將其變成一種黏狀的流態(tài)物質(zhì)，然后在注塑設(shè)備的推動(dòng)下，通過(guò)原料噴嘴到達(dá)封閉式模具中，再經(jīng)過(guò)冷卻和保壓，最終實(shí)現(xiàn)注塑成型［3-4］。

黃松［5］提出了一種基于數(shù)值優(yōu)化的注塑成型工藝。首先確定了工藝參數(shù)對(duì)于注塑成型工藝的影響，然后以塑件注塑成型過(guò)程中的體積收縮率、翹曲變形量、沉降斑指數(shù)作為核心優(yōu)化點(diǎn)，進(jìn)行注塑工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。工藝變化量主要包括模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓時(shí)間等。具體參數(shù)水平為實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取值，然后通過(guò)設(shè)計(jì)的分析方法對(duì)不同成型工藝參數(shù)的影響數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，構(gòu)建成型參數(shù)對(duì)比模型，以獲取最優(yōu)的工藝參數(shù)與制品影響范圍，并與傳統(tǒng)注塑工藝進(jìn)行對(duì)比，將對(duì)比數(shù)據(jù)引入回歸分析模型，構(gòu)建注塑成型工藝參數(shù)之間的網(wǎng)絡(luò)映射關(guān)系公式，獲取多優(yōu)化目標(biāo)下的注塑成型工藝最優(yōu)參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)注塑工藝優(yōu)化。

王志強(qiáng)［6］設(shè)計(jì)了一種基于正交試驗(yàn)的聚乙烯注塑成型工藝，其中，變量設(shè)置為壓力、溫度、時(shí)間等。其核心研究問(wèn)題主要包括：通過(guò)聚合物自身的熔體流動(dòng)性能，確立了注塑過(guò)程中壓力、溫度、時(shí)間等變量對(duì)于塑件成型工藝效果的影響，并以沖模時(shí)間、模具溫度以及熔體溫度作為參考構(gòu)建注塑工藝研究實(shí)驗(yàn)。針對(duì)傳統(tǒng)注塑工藝試模問(wèn)題，采用正交試驗(yàn)完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)分析不同注塑影響因素之間的交互程度，依靠成型工藝參數(shù)完成工藝細(xì)化，獲取更優(yōu)注塑工藝參數(shù)。為了防止數(shù)據(jù)量過(guò)大，采用信噪比分析控制策略，降低了不同數(shù)據(jù)單位之間的誤差，并依靠方差分析樣本，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)與工藝參數(shù)改變，保障分析數(shù)據(jù)的可靠性。

2 云環(huán)境下聚乙烯注塑成型工藝安全控制研究進(jìn)展

云計(jì)算是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)形成的一種網(wǎng)絡(luò)模型，具有強(qiáng)大計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，其主要作用是擴(kuò)大計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量，而在聚乙烯注塑過(guò)程中引入云技術(shù)，可以保證聚乙烯生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)具有足夠大的空間存儲(chǔ)相關(guān)信息，提高注塑機(jī)的智能化水平。傳統(tǒng)注塑機(jī)的控制系統(tǒng)一般不具備網(wǎng)絡(luò)接口，雖然具有數(shù)據(jù)采集功能，但是不能自動(dòng)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)龐大的數(shù)據(jù)后臺(tái)管理。而云技術(shù)的應(yīng)用與智能化注塑機(jī)的發(fā)展，使注塑機(jī)的通訊模塊、狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊與調(diào)試控制模塊得到升級(jí)，整個(gè)控制系統(tǒng)可以與遠(yuǎn)程服務(wù)終端連接。技術(shù)人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，給注塑機(jī)提供控制指令，但與此同時(shí)也面臨一些生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)控制隱患，所以需要研究與之相配的安全控制技術(shù)。

2.1 安全漏洞標(biāo)識(shí)體系發(fā)展

為了防止聚乙烯注塑過(guò)程中出現(xiàn)安全控制問(wèn)題，需要從安全漏洞標(biāo)準(zhǔn)與操作等多方面提出解決策略。勞偉［7］提出了完整的注塑機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)路控制漏洞標(biāo)準(zhǔn)體系，并對(duì)漏洞提權(quán)方法參數(shù)進(jìn)行分析。以通用漏洞披露（CVE）為統(tǒng)一引用標(biāo)準(zhǔn)，參考國(guó)際上最具有影響力的安全漏洞數(shù)據(jù)，構(gòu)建安全漏洞標(biāo)識(shí)評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著注塑機(jī)生產(chǎn)控制信息的智能化與網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，需建立漏洞庫(kù)與完整標(biāo)識(shí)體系。通過(guò)CVE編號(hào)能夠使TFTP服務(wù)器中存在的目標(biāo)數(shù)據(jù)完全匹配目標(biāo)服務(wù)器，方便用戶信息共享，同時(shí)有效規(guī)避系統(tǒng)執(zhí)行漏洞，提高系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)的安全性。漏洞庫(kù)安全漏洞標(biāo)識(shí)見表1。

表1 漏洞庫(kù)安全漏洞標(biāo)識(shí)Tab.1 Security vulnerability identification in vulnerability database

武漢市衡德實(shí)業(yè)有限公司［8］研究了一種注塑機(jī)工況數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)及方法，基于聚乙烯漏洞特征庫(kù)，找到相應(yīng)漏洞特征碼，再將數(shù)據(jù)包發(fā)送給執(zhí)行設(shè)備。在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，應(yīng)先判斷注塑機(jī)是否能夠正常工作，并在其端口開放服務(wù)功能，以避免漏洞掃空現(xiàn)象的發(fā)生。在處理過(guò)程中，如果注塑機(jī)不能正常工作，就無(wú)需進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，直接通過(guò)相應(yīng)端口就能提高處理效率，保證注塑機(jī)生產(chǎn)控制安全。何斌［9］設(shè)計(jì)了開放式注塑機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)漏洞安全處理中最重要的組成部分，包括注塑機(jī)安全控制數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)采集的特征碼。在聚乙烯注塑成型過(guò)程中，采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)包接收與發(fā)送的有效性，不僅提高了注塑機(jī)數(shù)據(jù)采集效率，而且還使注塑機(jī)具有高效性和兼容性。徐勇［10］研究與設(shè)計(jì)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)液壓故障智能診斷系統(tǒng)。由于注塑機(jī)使用量大且面廣，故障智能診斷控制是注塑工藝關(guān)鍵步驟，系統(tǒng)通過(guò)接收各種命令，能夠?qū)ψ⑺軝C(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控與指令輸出。根據(jù)掃描控制模塊發(fā)送的控制準(zhǔn)則，結(jié)合消息機(jī)制協(xié)調(diào)工作模塊，掃描本地和遠(yuǎn)程主機(jī)，保障了聚乙烯注塑成型控制安全。

2.2 云環(huán)境下聚乙烯注塑成型工藝安全控制技術(shù)

目前，國(guó)際上最先進(jìn)的注塑設(shè)備已經(jīng)可以支持控制協(xié)議的輸入和輸出，同時(shí)也可以保證因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議以及文本形式的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸。所以，在聚乙烯注塑成型過(guò)程中，采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)控制系統(tǒng)。而云平臺(tái)的出現(xiàn)與連接，使網(wǎng)絡(luò)化的聚乙烯注塑成型工藝控制與企業(yè)生產(chǎn)控制管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)融合有了新的聯(lián)通策略。所以，現(xiàn)代化聚乙烯注塑成型，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的管理，并提供注塑機(jī)的安全控制，同時(shí)也可以利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)聚乙烯注塑成型過(guò)程完成監(jiān)管和調(diào)控。西諾控股集團(tuán)有限公司［11］設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程控制聚乙烯注塑成型的智能化設(shè)備，其核心模塊包括通訊設(shè)備、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、系統(tǒng)控制調(diào)試模塊、存儲(chǔ)模塊等。其中，通訊區(qū)域與設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制終端和云服務(wù)中心連接，可以接受整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程所有的狀態(tài)數(shù)據(jù)；狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和匯總，包括聚乙烯進(jìn)料量、注射時(shí)間、注射壓力、冷卻水量以及注射溫度等。依靠云中心可以做到實(shí)時(shí)分析相關(guān)數(shù)據(jù)的異常量，并結(jié)合聚乙烯生產(chǎn)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接收移動(dòng)控制數(shù)據(jù)，利用云中心編譯數(shù)據(jù)編碼，發(fā)送給注塑機(jī)執(zhí)行控制指令。存儲(chǔ)模塊與云平臺(tái)連接，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)注塑機(jī)的生產(chǎn)控制狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括云中心下達(dá)的注塑工藝執(zhí)行命令和執(zhí)行結(jié)果。工藝需要中央機(jī)房與云端服務(wù)系統(tǒng)協(xié)同進(jìn)行，并依靠傳輸設(shè)備連接注塑機(jī)，實(shí)現(xiàn)整體完全控制。郭建松等［12］為了解決傳統(tǒng)低壓注塑工藝溫度控制系統(tǒng)影響產(chǎn)品品質(zhì)的問(wèn)題，提供了一種基于徑向基函數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及比例積分微分相結(jié)合的智能化聚乙烯注塑成型安全生產(chǎn)控制方法，并以聚酰胺熱熔膠和聚乙烯為原料進(jìn)行仿真測(cè)試。結(jié)果表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與比例積分微分控制策略可以在一定程度上解決注塑成型過(guò)程中注塑機(jī)溫度控制快速性與穩(wěn)定性之間的沖突，提高溫度控制精度，同時(shí)也可以有效減少因?yàn)闇囟瓤刂谱兓^(guò)大導(dǎo)致的溫度控制安全問(wèn)題。周文輝等［13］在現(xiàn)代聚乙烯注塑成型工藝中引入Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)控制技術(shù)，通過(guò)云平臺(tái)將其與注塑機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)大規(guī)模的集中控制管理，包括注塑成型的遠(yuǎn)程控制、生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置、生產(chǎn)能力監(jiān)管等。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集群，構(gòu)建了完整的注塑機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。依靠Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可以有效避免現(xiàn)場(chǎng)控制線路的施工，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同注塑車間，多臺(tái)注塑機(jī)的運(yùn)行參數(shù)合理配置、參數(shù)調(diào)試，避免生產(chǎn)安全問(wèn)題。

為了提高聚乙烯注塑成型工藝的安全性能，劉帥等［14］開發(fā)了B/S架構(gòu)，即客戶機(jī)與服務(wù)器架構(gòu)的注塑機(jī)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)整體采用無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，依靠Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)生成微型數(shù)據(jù)局域網(wǎng)，所有操作數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)指令均可以在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行。該安全控制系統(tǒng)共有三層架構(gòu)，分別為信息服務(wù)管理層、生產(chǎn)服務(wù)層和數(shù)據(jù)采集層。所有服務(wù)層均包括客戶端開發(fā)環(huán)境和云平臺(tái)操作接口。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，該控制系統(tǒng)可以有效監(jiān)控注塑機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)運(yùn)行參數(shù)，可以提高生產(chǎn)安全性和生產(chǎn)效率。此外，黃鑫等［15］還將Zigbee監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的尺寸進(jìn)行了升級(jí)，依靠數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳感器，將數(shù)據(jù)傳送到注塑機(jī)，同時(shí)收集信息反饋，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程調(diào)控和整理，極大提高了注塑成型的安全性。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

注塑機(jī)不斷趨于智能化，隨著網(wǎng)絡(luò)以及云技術(shù)的發(fā)展，注塑機(jī)的網(wǎng)絡(luò)安全與生產(chǎn)控制問(wèn)題突出。注塑機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)控制涉及到網(wǎng)絡(luò)連接、系統(tǒng)智能化控制等。通過(guò)注塑機(jī)通訊模塊和數(shù)據(jù)連接平臺(tái)，可以完成注塑機(jī)的數(shù)據(jù)指令遠(yuǎn)程傳輸與監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)聚乙烯注塑成型工藝安全性。注塑機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全性與安全控制技術(shù)還需要進(jìn)一步提高。目前，我國(guó)注塑機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、智能化安全控制正處于產(chǎn)業(yè)升級(jí)與轉(zhuǎn)型期，在未來(lái)將會(huì)迎來(lái)全新的變革。