1.1 全球塑料工业的发展现状

高分子材料是20世纪化学领域的一项重要贡献，人类对材料的使用也因此从单一天然材料转向合成高分子材料，极大地推动了人类社会的发展和进步。如今，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料一样，成为科学技术和经济建设中的重要材料。不仅如此，高分子材料还凭借其独特的结构和易改性、易加工等特点，具有其他材料不可比拟和不可代替的优异性能，并广泛应用于科学技术研究，以及国防建设和国民经济的各个领域，成为现代社会中不可缺少的材料。

塑料作为高分子材料的典型代表，具有成本低和可塑性强等特点，在国民经济的各个领域中应用广泛。塑料早已成为航空航天、汽车、交通装备、建筑材料、电子电器及环境保护等产业的基础材料，在当今世界发展中占有极为重要的地位。

1.1.1 全球塑料原料应用现状

近年来，受益于塑料应用领域的不断扩张，全球塑料产量一直呈持续上升的趋势。2017年，全球塑料原料总产量达3.48亿t（见图1-1）。全球塑料机械行业也水涨船高，2017年塑料机械行业产值达到387亿欧元。

塑料作为三大合成高分子材料（塑料、橡胶和合成纤维）中应用量最大、应用面最广的一种材料，涉及国民经济的各个领域，但各领域塑料制品的消费量还存在较大差异。

塑料制品在包装行业与建筑行业应用较多。其中，包装用塑料制品产量居首位，占塑料制品总量的39.9%，比塑料建材制品占总量的比值高出近20个百分点。就包装材料用量而言，塑料包装材料仅次于纸制品，已远远超过玻璃、金属、木材等传统的包装材料。就发展速度而言，塑料包装材料则完全超过其他各种包装材料而居首位。因此，塑料包装材料在整个国民经济中具有十分重要的地位。塑料材料典型应用领域如图1-2所示。

在建筑材料领域，塑料因其具有质轻、价廉等优点，可以替代钢材、木材等，在建筑业得到了广泛应用。据统计，每年建筑业消耗的塑料约占塑料总产量的1/5，塑料与水泥、钢材、木材并称为四大建筑材料。建筑塑料主要应用在塑料门窗、塑料管道、塑料地板等方面，市场潜力巨大，具有较好的发展前景。

在汽车领域，汽车轻量化已成为行业发展的迫切需求。以塑代钢是实现减重的有效手段之一，而在汽车减重瘦身的过程中，工程塑料及复合材料功不可没。目前，汽车零部件如仪表盘、全景天窗、保险杠、门板、旋钮以及发动机罩、进气系统等均已采用工程塑料。其中，聚酰胺（PA，即尼龙）材料主要用于制作动力系统、底盘的零部件及结构件，其用量约占整车塑料用量的20%；聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、改性聚苯醚（PPE）和热塑性聚酯等材料主要用于制作电子电器零部件及结构件，其用量约占整车塑料用量的15%。此外，PPE和ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）工程塑料及其合金材料主要用于制作内外饰零部件。随着车型档次的提高，工程塑料应用的增加，ABS及其合金应用的比例也明显增加。

在医疗领域，塑料材料制品已经被用于人体器官的替代等重要场合，比如聚氨酯、聚碳酸酯型聚氨酯（PCU）等材料应用于人工血管、介入导管、人工关节及神经导管的制备，给人类的生活带来了巨大的便利。

1.1.2 全球塑料工业应用新场景

为了应对全球发展的复杂环境，塑料工业也在已有基础上不断进行创新。塑料机械作为塑料工业的重要组成部分，不断出现在新的生产应用环境中。与此对应的节能环保型塑料材料也同样被应用在越来越重要的场合。

（1）注射成型工艺及设备应用于新场景 尽管3D打印被认为是未来个性化生产的主要成型方式，但对于批量化生产而言，注塑机则具有更为广泛的应用空间。例如，采用注射方式生产汽车前照灯、采用注射成型与皮革工艺融合生产汽车座椅、采用铝镁合金粉的成型工艺生产手术用止血钳、采用纸浆注射成型与模内贴标方式生产iPhone手机包装盒等，这些应用都是大批量、多批次生产方式。因此，只要塑料制品特性能够满足实际应用需求，并允许采用多型腔结构和短循环周期等方式，就可以采取注射成型的方式进行高性能制品的生产。

（2）生物基塑料的应用市场不断扩大 生物基材料来自于天然植物，具有可再生的显著特点。同时，生物基材料废弃后可以自动降解，从而可减少对环境的污染。为了减少塑料原料对于石化资源的依赖以及使用后的塑料产品对环境的污染，全球掀起禁塑热潮。在全球限塑令等政策的推动下，生物基塑料将成为未来重要的应用对象。目前，生物基塑料还存在原材料可用性判定和测试验证标准缺失等问题，但可口可乐、雀巢等饮料和食品企业，以及以苹果为代表的电子制造企业，都在大力倡导使用生物可降解的材料。欧洲生物塑料Nova研究所提供的数据显示，2017年全球生物塑料的产能仅为205万t，其中60%应用于包装市场（见图1-3）。几乎所有传统塑料的应用市场都已经出现具有相同性能并可提供额外优势的生物塑料替代品。未来，生物基塑料的应用市场还将不断扩大。

（3）聚合物基复合材料在汽车轻量化中凸显优势 目前，汽车零部件中塑料制品的重量仅占10%，塑料零件设计将成为汽车未来减重设计的主要方向。平均燃料经济性标准（CAFE）是用于评价新车燃料经济性的通行标准，美国政府于2012年发布书面报告，宣布将在2025年将CAFE指标提高到54.5mile/USgal（1mile=1.609km，1USgal=3.79dm³）。考虑到汽车塑料零部件使用强度、耐磨性等设计要求，聚合物基碳纤维增强复合材料脱颖而出，逐渐成为关注焦点和技术发展趋势。这种复合材料的强度比钢材高10倍，而密度是铝材的70%，将碳纤维与热塑成型材料进行混合加工将会更具竞争力。聚合物基碳纤维复合材料在汽车行业的消耗量如图1-4所示。

未来，塑料材料与碳纤维、玻璃纤维复合成型的新产品将为塑料产业延展出更为广阔的应用空间。这也意味着在成型工艺、加工设备、仿真建模、自动化技术方面将面临同样挑战，技术融合将为控制整体成本和缩短加工周期等带来更大的提升空间。美国国家制造创新网络（NNMI）下属的制造业创新研究院（MII），专门有针对聚合物基碳纤维增强复合材料的制造创新中心，其通过构建创新技术生态链以解决现存的技术难题。

1.1.3 塑料机械行业助力全球塑料工业发展

塑料机械行业完全是为服务塑料原料加工成型而形成的。它是在塑料原材料的基础上，以开发塑料新产品为先导，通过为此新产品设计制造生产装备并为市场提供解决方案，从而引导市场对塑料制品和相关装备的消费。塑料制品的应用几乎涉及所有工业领域，每个领域对塑料制品的特定用途、对材料性能和应用需求都有着巨大的差异。因此，塑料加工行业的发展可以直接反映现代制造业的现状及水平。

以提高德国工业竞争力为主要目的的德国“工业4.0”，是由德国产、学、研各界共同提出的应对现代制造发展的解决方案。全球制造业也由此孕育出制造技术体系、制造模式、产业形态和价值链的巨大变革，延续性特别是颠覆性的创新技术将层出不穷。集合云计算、大数据、物联网及移动互联网等的新一代信息技术将开启全新的制造业智慧时代，机器人、数字化制造及3D打印等技术的重大突破正在重构制造业技术体系，云制造、网络众包、异地协同设计、大规模个性化定制、精准供应链及电子商务等网络协同制造模式正在重塑产业价值链体系。全球制造业智慧时代示意图如图1-5所示。

为了应对当前市场的挑战，塑料机械行业唯有选择迈向智能化，不断开拓国际新型工业化的模式，确保塑料机械具有更高的质量与可靠性、具有新用途和新功能，同时提供优质的产品售后服务，才能使塑料机械工业迈上一个新台阶。中国塑料机械制造企业在“CHINA PLAS 2016”上已经成功展出了面向智能制造的示范生产线，海天塑机集团有限公司（简称“海天塑机”）、震雄集团有限公司（简称“震雄集团”）、东华机械有限公司（简称“东华”）、博创智能装备股份有限公司（简称“博创”）及广东伊之密精密机械股份有限公司（简称“伊之密”）等企业已经充分展现出在“以注塑机为核心的制造单元”解决方案方面的实践能力。

在“工业4.0”的大背景下，塑料机械行业的生产单元正在由传统的自动化加工向智能化方向发展，并逐步转变成智能制造单元。智能制造单元本身是以OEM（定点生产）为中心，融合自动化、信息与通信技术及传感技术的厂商通过协作来构建新型生产模式。通过遵循国际标准，制定数字化制造车间设备互联统一的协议规范，包括将OPC UA、Euromap、PackML等信息模型予以集成，将生产单元连接至整个MES系统，进而实现包括注塑机、机械手/机器人、AGV、输送系统、辅助工艺及视觉检测等在内的“万物互联”，并最终形成为终端生产企业提供零配件的加工中心。

图1-6所示为海天塑机为东风雷诺汽车有限公司定制的首套JU33000II综合注射成型系统（“风雷一号”）。海天JU33000II综合注射成型系统是海天塑机根据东风雷诺汽车有限公司项目的需求，全新打造的综合自动化汽车饰件成型生产线。该生产线集注射系统、取出系统、供料系统、水循环系统、自动换模、自动预热系统、水电油路自动接插、机械手治具自动交换等系统于一体，采用特殊的双螺杆设计，可在一台设备上同时满足保险杠、后备门及翼子板等不同原料制品的生产需要。该生产线适应性强、响应迅速，可实现全程无须人工干预的高度自动化生产。可切换的双注射单元能根据注塑工厂的生产操作计划自动转换，并与供料系统、计量设备同步工作；对于不同材料类型、不同产品类型和不同尺寸规格的汽车饰件制品，可实现多品种、小批量和快切换的混线生产。

未来机器市场的增长将十分有限，塑料机械行业“整体解决方案”的生产模式将极具增长空间。上述智能生产单元的生产模式是完全符合现代制造业发展潮流的正确规划。可以预见，塑料机械行业的智能生产单元将由以注塑机为核心的产品制造中心、辅助机器人以及具有柔性制造能力、模具切换功能的系统等组成，能将离散式生产转换为连续式生产，是集订单排产、质量与缺陷跟踪、能耗监测和设备维护等功能于一体的现代柔性制造单元。