模流分析與工業4.0智慧製造: 智慧射出機與其調機原理
前言
我們藉由工業4.0裡虛實整合的概念，理解在射出成型 製程中，機台的作動與產品品質息息相關。準確的模流 分析必須考量機台作動，包含射出時螺桿的加減速、轉 保壓時的機台響應、以及機台避免射壓過高時的保護行 為等。
目前射出成型設備以射出機為核心，因此工業4.0中的 智慧機械多應用在射出機的設計，包含：一、射出機回 傳各類生管訊息；二、射出機及周邊輔機間的信息交換； 三、製程工藝上的智慧調適。
其中工藝的智慧調適，更是左右著射出加工業的未來發 展，因為直到現在，這個產業仍舊極度依賴人為經驗， 不論是模流分析或是智慧機械，仍無法取代經驗。但隨 著生產資訊的收集與數據的歸納處理，我們離自動化試 模成型的未來應該不會太遠。本篇將簡介目前各射出機 廠商如何應用射出過程中收集到的資訊，來提升產品品 質穩定性。
為提升產品品質穩定性，可藉由適當調整成型參數， 來抵消環境變異造成的品質不穩定。根據經驗，成型 師傅早知在夏季冬季、早班晚班時，有時須調整成型 參數來抵消環境溫度的影響。智慧機械則是利用科學 性的方法，做到每一模次在成型當下直接改變成型條 件。
目前較主流的技術
Engel (iQ flow control)、Wittmann Battenfeld (HiQFlow)、以及KraussMaffei (APC)。以 Wittmann Battenfeld 的 HiQ Flow 為例，藉由監測射壓，也就 是 以一良品的射壓曲線為基準，訂定良品範圍的射壓 變異上下限。如果模具、塑料黏度與射速都不變，射 壓不會改變。但若模具環境(多模穴流道平衡性、模 溫)、塑料黏度(料溫均勻性、降解、批次不同)改變， 即便是在相同的射速設定下，也會導致射壓曲線落在 良品範圍之外，造成品質不穩定。
射壓是剪切速率與黏度的乘積，若觀察到射壓降低， 但機台射速維持不變時，代表的就是熔膠黏度下降， 多半是因為溫度升高導致。這時由於熔膠密度也因高 溫而下降，因此若要產品重量不變，射出行程需增加， 也就是VP切換點延後。至於延後多少，則是看該模 次壓力偏移良品基準線多少而決定。
各家射出機有不同的方法，Battenfeld是利用壓力─ 位置下面積總和相等，也就是注射時的做功 (Work of injection) 相等修正。而 KraussMaffei 則是根據 PVT 特性補償來調整，也就是若射壓差異是由於溫度改 變，該溫度下的材料密度(比容)也因此改變。若材 料密度改變，必須藉由改變VP切換點及保壓壓力大 小，來達到產品重量不變；由於各種材料PVT特性 皆不同，因此需輸入材料種類。下表是主流廠商截至 2018年，所提出的工藝調適技術整理(圖表）
總結
我們可以了解到，射出機台在工業4.0的應用已經從 單純的熔膠動能提供者，擴展到肩負傳感器的任務； 能夠理解其將熔膠注入到模具時的狀況，更進一步對 熔膠在溫度、壓力下的狀態改變，採取相應的工藝調 適，達到智慧機械的目標。在製程當下調適便是預測 性製造，再度引用李傑教授的看法：預測性製造便是 除了打造製造本身的價值，還要使製造過程具備自省 能力，也就是整個系統，包括設備本身，在製造過程中，要能根據實際變化的情形，及時作出反應及調整。 甫接任富士康工業互聯網(工業富聯；FII)副董事長的 李傑教授，日前在兩岸企業家峰會上表示，智慧製造 不是為解決問題而生，而是為了提前感知、預測問題 發生，解決過往不能解決的問題為主，所以工業4.0 時代可以說就是預測製造的時代。■