本次調(diào)研的行業(yè)主要參照國家統(tǒng)計(jì)局和行業(yè)協(xié)會的定義，橡膠機(jī)械行業(yè)是典型的OEM行業(yè)。橡膠生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到很多的生產(chǎn)工藝段。在各個(gè)工藝段上會用到相應(yīng)的專用裝備。這些裝備除了煉膠、成型、硫化是一些相對較為獨(dú)立的工段外，其他工段在他們相對應(yīng)的上下輔機(jī)的協(xié)同下，構(gòu)成一個(gè)個(gè)生產(chǎn)聯(lián)動線。

　　一.1 A.工藝段和對應(yīng)的橡膠機(jī)械

　　按照從原材料膠的小料混配，生膠經(jīng)過混煉直到成品的生成，可以大致劃分為以下的幾個(gè)工藝段：

　　A-1.配料

　　(1)主要完成原料膠的稱重、小藥料的混配以及原材料的輸送。

　　(2)主要設(shè)備有配料和小料稱重系統(tǒng)，原料輸送系統(tǒng)。

　　A-2.混煉

　　(1)生膠塑煉是通過機(jī)械應(yīng)力、熱、氧或加入某些化學(xué)試劑等方法，使生膠由強(qiáng)韌的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳?、便于加工的塑性狀態(tài)的過程;混煉是指在煉膠機(jī)上將各種配合劑均勻的混到生膠種的過程。在橡膠工業(yè)中，最常用的塑煉方法有機(jī)械塑煉法和化學(xué)塑煉法。機(jī)械塑煉法所用的主要設(shè)備是開放式煉膠機(jī)、密閉式煉膠機(jī)和螺桿塑煉機(jī);化學(xué)塑煉法是在機(jī)械塑煉過程中加入化學(xué)藥品來提高塑煉效果的方法，目前在機(jī)械式塑煉的過程中加入小粉料的方法越來越多的被使用，以便于提高煉膠的效率和質(zhì)量。

　　(2)主要設(shè)備類型有開煉機(jī)、密煉機(jī)、螺桿塑煉機(jī)、上下輔機(jī)等。

　　A-3.擠出

　　(1)擠出工藝是通過擠出機(jī)機(jī)筒筒壁和螺桿件的作用，使膠料得到擠壓以及實(shí)現(xiàn)初步造型的目的，擠出工藝也稱為壓出工藝。

　　(2)主要設(shè)備類型是壓型擠出機(jī)、濾膠擠出機(jī)、塑煉擠出機(jī)、混煉擠出機(jī)、造粒擠出機(jī)、脫硫擠出機(jī)、壓干擠出機(jī)、壓片擠出機(jī)、電纜擠出機(jī)、鋼絲擠出機(jī)(輪胎胎圈表面包覆橡膠)、排料擠出機(jī)(供密煉機(jī)配套)、供膠擠出機(jī)(為高速壓延機(jī)供膠)、復(fù)合胎面擠出機(jī)(復(fù)合胎面的壓出)、復(fù)合圍條擠出機(jī)、排氣擠出機(jī)、壓出機(jī)–螺桿擠出機(jī)等。

　　A-4.壓片、壓延

　　(1)壓延是將混煉膠在壓延機(jī)上制成膠片或與骨架材料制成膠布半成品的工藝過程，它包括壓片、貼合、壓型和紡織物掛膠等作業(yè)，使混煉后的可塑性的橡膠輥亞成膠片或者膠輥。

　　(2)所使用到的設(shè)備類型有壓延機(jī)，以及壓延作業(yè)聯(lián)動生產(chǎn)線(目前廣泛使用在一些中大型的橡膠生產(chǎn)企業(yè)中)。

　　A-5.成型

　　(1)主要是注射工藝和壓鑄工藝完成橡膠制品的成型，制造出半成品。

　　(2)使用到的主要設(shè)備類型是各種型號的成型機(jī)。

　　A-6.硫化

　　(1)在橡膠制品生產(chǎn)過程中，硫化是最后一道加工工序。硫化是膠料在一定條件下，橡膠大分子由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)過程。硫化方法有冷硫化、室溫硫化和熱硫化三種。大多數(shù)橡膠制品采用熱硫化。熱硫化的設(shè)備有硫化罐、平板硫化機(jī)等。

　　(2)使用到的主要設(shè)備類型是硫化機(jī)(也稱熱壓機(jī))。硫化機(jī)是使成型的半成品經(jīng)過硫化達(dá)到設(shè)定的強(qiáng)度和韌性的機(jī)械設(shè)備。

　　A-7.檢測

　　(1)主要完成成品的質(zhì)量檢測，通常，成品的質(zhì)量檢測要求較高，并且進(jìn)行檢測的成本也較高。所以對于檢測，不是每一個(gè)公司都有對應(yīng)的完整的檢測解決方案。

　　(2)X光機(jī)檢測設(shè)備等。

　　在以上所有這些工藝段中，需要有相關(guān)的科研處室的參與和合作，特別是對于配料監(jiān)測以及模具工藝段，需要相關(guān)的設(shè)計(jì)科室的參與，主要提供以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)輸入：

　　l 各種原材料的配比參數(shù)(橡膠設(shè)計(jì))

　　l 混煉的溫度、時(shí)間參數(shù)的設(shè)計(jì)

　　l 各種添加的纖維以及相應(yīng)的熱處理的參數(shù)設(shè)計(jì)

　　l 溶劑的制備和使用

　　l 骨架和模具(模具設(shè)計(jì))

　　l 硫化時(shí)間和溫度參數(shù)(橡膠設(shè)計(jì))

　　l 成品檢測，橡膠質(zhì)量檢測，以及成品的相關(guān)物理特性的檢測

　　其中：由于檢測需要的成本高，對于很多的橡膠制品廠家，不會在這上面增加成本;同時(shí)，大多數(shù)的橡膠制品生產(chǎn)企業(yè)沒有合適的科研力量，使得關(guān)于橡膠設(shè)計(jì)，質(zhì)量檢測等方面的業(yè)務(wù)，都是采取外包的形式，讓具有資質(zhì)的科研院所以及生產(chǎn)廠家進(jìn)行檢測。

　　A-8.各工藝段應(yīng)用的橡膠設(shè)備(見表1)

表1 各工藝段應(yīng)用的橡膠設(shè)備

　　一.2 B.橡膠生產(chǎn)工藝流程

　　一.2.1 B-1.通用橡膠生產(chǎn)工藝流程(見圖1)

圖1 通用橡膠工藝流程圖

　　一.2.2 B-2.輪胎工藝流程(見圖2)

圖2 輪胎工藝流程圖

　　(1)混煉工序

　　l 工作原理：

　　混煉工序就是把碳黑、天然/合成橡膠、油、添加劑、促進(jìn)劑等原材料混合到一起，在密煉機(jī)里進(jìn)行加工，生產(chǎn)出“膠料”的過程。所有生產(chǎn)的膠料在進(jìn)入下一工序—膠部件準(zhǔn)備工序之前，都要進(jìn)行測試，被放行以后方可進(jìn)入下一工序。

　　l 主要產(chǎn)品：膠料。

　　l 主要機(jī)械配置(以半鋼法生產(chǎn)轎車胎，60萬條/年的產(chǎn)量為例)：

　　擠出機(jī)一套、切膠機(jī)一套、密煉機(jī) 1套，上輔機(jī) 1套，開煉機(jī) 1套，膠片冷卻裝置 1套、輸送喂料系統(tǒng)等。

　　(2)膠部件準(zhǔn)備工序

　　l 工作原理：

　　膠部件準(zhǔn)備工序包括6個(gè)主要工段。在這個(gè)工序里，將準(zhǔn)備好組成輪胎的所有半成品膠部件，其中有的膠部件是經(jīng)過初步組裝的。這6個(gè)工段分別為：

　　? 工段一：擠出。膠料喂進(jìn)擠出機(jī)頭，從而擠出不同的半成品膠部件：胎面、胎側(cè)/子口和三角膠條;

　　? 工段二：壓延。原材料簾線穿過壓延機(jī)并且簾線的兩面都掛上一層較薄的膠料，最后的成品稱為“簾布”;

　　? 工段三：胎圈成型。胎圈是由許多根鋼絲掛膠以后纏繞而成的;

　　? 工段四：簾布裁斷。在這個(gè)工序里，簾布將被裁斷成適用的寬度并接好接頭;

　　? 工段五：貼三角膠條。在這個(gè)工序里，擠出機(jī)擠出的三角膠條將被手工貼合到胎圈上;

　　? 工段六：帶束層成型。這個(gè)工序是生產(chǎn)帶束層的。在錠子間里，許多根鋼絲通過穿線板出來，再和膠料同時(shí)穿過口型板使鋼絲兩面掛膠。掛膠后帶束層被裁斷成規(guī)定的角度和寬度。

　　l 主要機(jī)械配置(以半鋼法生產(chǎn)轎車胎，60萬條/年的產(chǎn)量為例)：

　　簾布/鋼絲壓延機(jī) 各1套，小角度裁斷機(jī) 1套，鋼絲裁斷機(jī) 1套，三復(fù)合擠出機(jī) 1套，鋼絲圈生產(chǎn)線 1套。

　　(3)輪胎成型工序

　　l 工序原理：

　　輪胎成型工序是把所有的半成品在成型機(jī)上組裝成生胎，這里的生胎是指沒經(jīng)過硫化的半成品。生胎經(jīng)過檢查后，運(yùn)送到硫化工序。

　　l 主要產(chǎn)品：生胎。

　　l 主要機(jī)械配置(以半鋼法生產(chǎn)轎車胎，60萬條/年的產(chǎn)量為例)：

　　一段成型 6臺，二段成型 6臺(或者半鋼一次法成型機(jī) 4-5臺)。

　　(4)硫化工序

　　l 工序原理：輪胎加硫工序，指將生胎被裝到硫化機(jī)上，在模具里經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r(shí)間以及適宜的條件，從而硫化成成品輪胎。硫化完的輪胎即具備了成品輪胎的外觀—圖案/字體以及胎面花紋。

　　l 主要產(chǎn)品：成胎。

　　l 主要機(jī)械配置(以半鋼法生產(chǎn)轎車胎，60萬條/年的產(chǎn)量為例)：硫化機(jī) 16-18臺。

　　(5)最終檢驗(yàn)工序

　　l 工序原理：

　　在檢測工序，輪胎首先要經(jīng)過目視外觀檢查，然后是均勻性檢測，均勻性檢測完之后要做動平衡測試，最后輪胎要經(jīng)過X-光檢測，然后運(yùn)送到成品庫以備發(fā)貨。

　　l 主要產(chǎn)品：成胎。

　　l 主要機(jī)械配置(以半鋼法生產(chǎn)轎車胎，60萬條/年的產(chǎn)量為例)：

　　動平衡試驗(yàn)機(jī) 1臺，X光檢測機(jī) 1臺，里程試驗(yàn)機(jī) 1臺。

　　l 成品檢測工序?qū)儆诜巧a(chǎn)必需設(shè)備，因此不是所有廠家都會有這道工序。

　　一.3 C.主流橡膠機(jī)械介紹

　　C-1. 煉膠機(jī)

　　煉膠機(jī)分為開放式和密閉式兩類。開放式煉膠機(jī)主要用于橡膠的熱煉、壓片、破膠、塑煉和混煉等，它的結(jié)構(gòu)比較簡單;密閉式煉膠機(jī)主要用于橡膠的塑煉和混煉，它比開放式煉膠機(jī)多一個(gè)密煉室。機(jī)型配置圖見圖3(以密煉機(jī)為例)

圖3 密煉機(jī)配置圖

　　通常情況下，一臺煉膠機(jī)(密煉機(jī))上會使用1個(gè)PLC、1個(gè)HMI、1個(gè)變頻器 ，伺服沒有應(yīng)用。

　　C-2. 壓延機(jī)

　　橡膠壓延機(jī)式橡膠制品加工過程的基本設(shè)備之一，橡膠壓延機(jī)及其聯(lián)動裝置在橡膠機(jī)械中屬于大、重、精密型機(jī)械設(shè)備。壓延機(jī)設(shè)有兩個(gè)或兩個(gè)以上按一定方式排列的輥筒，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度及工作溫度可以調(diào)節(jié)。在橡膠加工工藝過程中，壓延機(jī)主要用于膠片壓延(壓片、壓型、貼合)、纖維織物與鋼絲簾布的掛膠等橡膠半成品的生產(chǎn)。機(jī)型配置圖見圖4(以鋼絲簾布壓延機(jī)為例)。

圖4 鋼絲簾布壓延機(jī)配置圖

　　通常情況下，一臺壓延機(jī)上會使用1個(gè)PLC、1個(gè)HMI、4~10個(gè)變頻器、3~6個(gè)伺服。

　　C-3. 裁斷機(jī)

　　裁斷機(jī)用于將壓延掛膠后的纖維簾布、帆布、細(xì)布及鋼絲簾布裁成一定寬度和角度，供各種橡膠制品半成品的成型使用。目前纖維膠布裁斷機(jī)的導(dǎo)開、送布、定長、裁斷基本上為半自動化操作，鋼絲簾布的裁斷、拼接、包邊的生產(chǎn)線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和半自動化。

　　從功能和結(jié)構(gòu)上分裁斷機(jī)主要分成：立式裁斷機(jī)、臥式裁斷機(jī)和鋼絲簾布裁斷機(jī)三種。機(jī)型配置圖見圖5(以鋼絲簾布裁斷機(jī)為例)。

圖5 鋼絲簾布裁斷機(jī)配置圖

　　通常情況下，一臺鋼絲簾布裁斷機(jī)上會使用1個(gè)PLC、1個(gè)HMI、8~15個(gè)變頻器、6~12個(gè)伺服。

　　一.4 D.橡膠機(jī)械行業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模概述

　　2018和2019年，是橡膠機(jī)械行業(yè)波動較大的年份。2018 年中國橡膠機(jī)械全行業(yè)受橡膠輪胎行業(yè)起緩和走出去建廠的拉動影響，國外橡膠機(jī)械需求增大，各大橡膠橡機(jī)產(chǎn)品出口產(chǎn)值上升趨勢明顯，非巨胎、非子午胎、橡膠制品機(jī)械突顯增漲;進(jìn)入2019年，行業(yè)主要受到兩股力量的拉扯，第一股為行業(yè)走勢放緩，第二股為國外橡膠機(jī)械需求加大，拉動橡膠機(jī)械出口;但整體看，2019年中國橡機(jī)行業(yè)仍屬于下行狀態(tài)。

　　2019年中國橡膠機(jī)械行業(yè)總銷售收入約為135億元(圖6)，純橡機(jī)銷售突破100億元，分別較2018年下降10%以及16.67%。按銷售收入排名，前10 名企業(yè)依次是山東豪邁、軟控股份、大連橡塑、薩馳集團(tuán)、磐石油壓、天津賽象、青島雙星、巨輪智能、桂林工程、桂林橡膠。前10 強(qiáng)的銷售收入為104.9億元。

圖6 橡膠機(jī)械行業(yè)歷年銷售收入及預(yù)測(百萬元)

　　一.5 E.橡膠機(jī)械行業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模概述

　　目前在橡膠機(jī)械上使用的自動化產(chǎn)品主要有控制系統(tǒng)、傳動控制、運(yùn)動控制、現(xiàn)場總線、人機(jī)界面和低壓電器這幾大類，具體包括：

　　(1)控制系統(tǒng)：PLC;

　　(2)傳動控制：變頻器;

　　(3)運(yùn)動控制：伺服;

　　(4)人機(jī)界面：文本顯示器、觸摸屏、平板電腦;

　　對于中高端橡膠機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，其自動化水平相對較高，通常會和一些主要的自動化產(chǎn)品提供商有很深的合作。選用的自動化產(chǎn)品為：PLC、現(xiàn)場總線、變頻器、伺服、傳感器等，集中在Siemens, Mitsubishi, Rockwell, Rexroth等品牌。

　　對于新發(fā)展起來的中型企業(yè)，由于要考慮性價(jià)比，PLC通常選取Siemens，Omron Mitsubishi等市場上普及率相對較高的品牌。

　　對于中小橡膠機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，其主要的用戶是分布在山東、浙江一帶的民營橡膠生產(chǎn)企業(yè)，這些用戶對自動化要求不高，通常選用Mitsubishi, Omron的中小型PLC。

　　一.5.1 E-1.自動化市場規(guī)模增長及預(yù)測

　　2019年整個(gè)橡膠機(jī)械行業(yè)的自動化市場規(guī)模是12.3億元，

　　由于新冠病毒疫情影響，預(yù)計(jì)2020年橡膠機(jī)械銷售收入下降可能性偏大。

　　一.5.2 E-2. 自動化市場規(guī)模細(xì)分

　　2019年整個(gè)橡膠機(jī)械行業(yè)的自動化市場規(guī)模是10.58億元(圖7)，其中控制系統(tǒng)產(chǎn)品市場規(guī)模是2.03億元，傳動控制產(chǎn)品市場規(guī)模是3.47億元，運(yùn)動控制產(chǎn)品市場規(guī)模是4.25億元，人機(jī)界面產(chǎn)品市場規(guī)模是0.83億元。

圖7 橡膠機(jī)械行業(yè)主要自動化產(chǎn)品市場規(guī)模(百萬元)

　　一.6 F.控制器市場描述

　　一.6.1 F-1.橡膠機(jī)械行業(yè)控制器應(yīng)用

　　橡膠制品的生產(chǎn)過程中，相對獨(dú)立的三個(gè)工藝段是：煉膠工藝段、成型工藝段和硫化工藝段。在橡膠制品生產(chǎn)中，自動化的水平相對較低。而其他的一些工藝段可以配合其對應(yīng)的上下輔機(jī)構(gòu)成生產(chǎn)聯(lián)動線，這些生產(chǎn)聯(lián)動線的自動化水平相對較高，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)也增加了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

　　除了在單機(jī)上使用大量PLC外(圖8)，其設(shè)備和相關(guān)輔助機(jī)械構(gòu)成的聯(lián)動生產(chǎn)線也使用了大量的控制產(chǎn)品，用以控制設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，如煉膠過程中對輔料小料進(jìn)行計(jì)量，以及原輔料輸送，密煉機(jī)主電機(jī)的輔助系統(tǒng)的控制，各個(gè)設(shè)備的控制系統(tǒng)作為子站接入控制系統(tǒng)，部分用戶還采用了現(xiàn)場總線技術(shù)。

　　對于那些建廠時(shí)間比較早，自動化程度比較低的橡膠企業(yè)，面對著技術(shù)改造和系統(tǒng)升級，他們在自動化的選擇上更趨于選擇技術(shù)成熟度更高的產(chǎn)品和技術(shù)，同時(shí)價(jià)格因素也是他們重點(diǎn)考慮的方面。這樣可以在有限的承受能力下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的穩(wěn)定和產(chǎn)能的提高，這部分市場是很有潛力的大市場。

　　在整個(gè)橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中煉膠、擠出、延壓三個(gè)工序的控制相對簡單，一般只需要監(jiān)控溫度、壓力、傳動方面的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)，一般具有模擬量IO的小型PLC就能夠滿足要求;而成型和硫化工序的控制相對比較復(fù)雜，需要對位置、溫度、壓力、速度等參數(shù)進(jìn)行精確控制，其中，成型機(jī)的控制重點(diǎn)在位置和速度，協(xié)調(diào)運(yùn)動控制產(chǎn)品;硫化機(jī)的控制重點(diǎn)在分時(shí)段溫度和壓力精確控制及開合模的位置控制。

圖8 中國橡膠機(jī)械行業(yè)PLC市場增長判斷(2016-2021)

　　一.7 F-2.橡膠機(jī)械行業(yè)HMI應(yīng)用

　　橡膠機(jī)械上使用最多的HMI產(chǎn)品是觸摸屏、帶按鍵的圖文終端和文本顯示器。其中文本顯示器主要用于各種單機(jī)設(shè)備，觸摸屏和圖文終端主要用于大型設(shè)備和控制系統(tǒng)。

　　HMI是Human Machine Interface的簡稱，其實(shí)在廣義的解釋就是“使用者與機(jī)器設(shè)備溝通、傳達(dá)及接收信息的一個(gè)接口”。一般而言，HMI系統(tǒng)必須有幾項(xiàng)基本的功能：

　　(1)實(shí)時(shí)的資料趨勢顯示——把擷取的資料立即顯示在屏幕上。

　　(2)自動記錄資料——自動將資料儲存至數(shù)據(jù)庫中，以便日后查看。

　　(3)歷史資料趨勢顯示——把數(shù)據(jù)庫中的資料作可視化的呈現(xiàn)。

　　(4)報(bào)表的產(chǎn)生與打印——能把資料轉(zhuǎn)換成報(bào)表的格式，并能夠打印出來。

　　(5)圖形接口控制——操作者能夠透過圖形接口直接控制機(jī)臺等裝置。

　　(6)警報(bào)的產(chǎn)生與記錄——使用者可以定義一些警報(bào)產(chǎn)生的條件，比方說溫度過高或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統(tǒng)會產(chǎn)生警報(bào)，通知作業(yè)員處理。

　　HMI產(chǎn)品在橡膠機(jī)械上使用的主要目的是參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。

　　橡膠機(jī)械上應(yīng)用的HMI以觸摸屏為主，目前在橡膠機(jī)械上使用HMI的比例呈上升趨勢，在整個(gè)橡膠機(jī)械行業(yè)，HMI的普及率正逐步提高(圖9)。

　　圖9 中國橡膠機(jī)械行業(yè)HMI市場增長判斷(2016-2021)