【2020 中國橡膠機械行業(yè)自動化市場研究報告】

     本次調研的行業(yè)主要參照國家統(tǒng)計局和行業(yè)協(xié)會的定義，橡膠機械行業(yè)是典型的OEM行業(yè)。橡膠生產是一個復雜的過程，涉及到很多的生產工藝段。在各個工藝段上會用到相應的專用裝備。這些裝備除了煉膠、成型、硫化是一些相對較為獨立的工段外，其他工段在其相對應的上下輔機的協(xié)同下，構成一個個生產聯(lián)動線。

　　A.工藝段和對應的橡膠機械

　　按照從原材料膠的小料混配，生膠經過混煉直到成品

　　的生成，可以大致劃分為以下的幾個工藝段：

　　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) 生膠塑煉是通過機械應力、熱、氧或加入某些

　　化學試劑等方法，使生膠由強韌的彈性狀態(tài)轉變?yōu)槿彳洝⒈阌诩庸さ乃苄誀顟B(tài)的過程;混煉是指在煉膠機上將各種配合劑均勻地混到生膠中的過程。在橡膠工業(yè)中，最常用的塑煉方法有機械塑煉法和化學塑煉法。機械塑煉法所用的主要設備是開放式煉膠機、密閉式煉膠機和螺桿塑煉機;化學塑煉法是在機械塑煉過程中加入化學藥品來提高塑煉效果的方法，目前在機械式塑煉的過程中加入小粉料的方法越來越多地被使用，以便于提高煉膠的效率和質量。

　　(2) 主要設備類型有開煉機、密煉機、螺桿塑煉機、上下輔機等。

　　A-3.擠出

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

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

　　A-4.壓片、壓延

　　(1) 壓延是將混煉膠在壓延機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壓成膠片或者膠輥。

　　(2) 所使用到的設備類型有壓延機，以及壓延作業(yè)聯(lián)動生產線(目前廣泛使用在一些中大型的橡膠生產企業(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)使用到的主要設備類型是各種型號的成型機。

　　A-6.硫化

　　(1) 在橡膠制品生產過程中，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構轉變?yōu)榫W狀結構的交聯(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。熱硫化的設備有硫化罐、平板硫化機等。

　　(2) 使用到的主要設備類型是硫化機(也稱熱壓機)。硫化機是使成型的半成品經過硫化達到設定的強度和韌性的機械設備。

　　A-7.檢測

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

　　(2)使用到的主要設備有X光機檢測設備等。

　　在以上所有這些工藝段中，需要有相關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，需要相關的設計科室的參與，主要提供以下幾個方面的設計輸入：

　　? 各種原材料的配比參數(shù)(橡膠設計)

　　? 混煉的溫度、時間參數(shù)的設計

　　? 各種添加的纖維以及相應的熱處理的參數(shù)設計

　　? 溶劑的制備和使用

　　? 骨架和模具(模具設計)

　　? 硫化時間和溫度參數(shù)(橡膠設計)

　　? 成品檢測，橡膠質量檢測，以及成品的相關物理特性的檢測

　　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，大多數(shù)的橡膠制品生產企業(yè)沒有合適的科研力量，使得關于橡膠設計、質量檢測等方面的業(yè)務，都是采取外包的形式，讓具有資質的科研院所以及生產廠家進行檢測。

　　A-8.各工藝段應用的橡膠設備(見表1)

　　表 1 各工藝段應用的橡膠設備

　　B.橡膠生產工藝流程

　　B-1.通用橡膠生產工藝流程(見圖1)

　　圖 1 通用橡膠工藝流程圖

　　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

　　? 工作原理：

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

　　? 主要產品：膠料。

　　? 主要機械配置(以半鋼法生產轎車胎，60萬條/年的產量為例)：

　　擠出機一套、切膠機一套、密煉機 1套，上輔機 1 套，開煉機 1套，膠片冷卻裝置 1套、輸送喂料系統(tǒng)等。

　　(2)膠部件準備工序

　　? 工作原理：

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

　　◆ 工段一：擠出。膠料喂進擠出機頭，從而擠出不同的半成品膠部件：胎面、胎側/子口和三角膠條;

　　◆ 工段二：壓延。原材料簾線穿過壓延機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。在這個工序里，擠出機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。這個工序是生產帶束層的。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。

　　? 主要機械配置(以半鋼法生產轎車胎，60萬條/年的產量為例)：

　　簾布/鋼絲壓延機 各1套，小角度裁斷機 1套，鋼絲裁斷機 1套，三復合擠出機 1套，鋼絲圈生產線 1套。

　　(3)輪胎成型工序

　　? 工序原理：

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

　　? 主要產品：生胎。

　　? 主要機械配置(以半鋼法生產轎車胎，60萬條/年的產量為例)：

　　一段成型 6臺，二段成型 6臺(或者半鋼一次法成型機 4-5臺)。

　　(4)硫化工序

　　? 工序原理：輪胎加硫工序，指將生胎裝到硫化機上，在模具里經過適當?shù)臅r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。

　　? 主要產品：成胎。

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

　　(5)最終檢驗工序

　　? 工序原理：

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

　　? 主要產品：成胎。

　　? 主要機械配置(以半鋼法生產轎車胎，60萬條/年的產量為例)：

　　動平衡試驗機 1臺，X光檢測機 1臺，里程試驗機 1臺。

　　? 成品檢測工序屬于非生產必需設備，因此不是所有廠家都會有這道工序。

　　C.主流橡膠機械介紹

　　C-1. 煉膠機

　　煉膠機分為開放式和密閉式兩類。開放式煉膠機主要用于橡膠的熱煉、壓片、破膠、塑煉和混煉等，它的結構比較簡單;密閉式煉膠機主要用于橡膠的塑煉和混煉，它比開放式煉膠機多一個密煉室。機型配置圖見圖3(以密煉機為例)。

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

　　圖 3 密煉機配置圖

　　C-2. 壓延機

　　橡膠壓延機是橡膠制品加工過程的基本設備之一，橡膠壓延機及其聯(lián)動裝置在橡膠機械中屬于大、重、精密型機械設備。壓延機設有兩個或兩個以上按一定方式排列的輥筒，其運轉速度及工作溫度可以調節(jié)。在橡膠加工工藝過程中，壓延機主要用于膠片壓延(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。機型配置圖見圖4(以鋼絲簾布壓延機為例)。

　　圖 4 鋼絲簾布壓延機配置圖

　　通常情況下，一臺壓延機上會使用1個PLC、1個HMI、4~10個變頻器、3~6個伺服。

　　C-3. 裁斷機

　　裁斷機用于將壓延掛膠后的纖維簾布、帆布、細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的導開、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、包邊的生產線已經實現(xiàn)機械化和半自動化。

　　從功能和結構上分，裁斷機主要分成：立式裁斷機、臥式裁斷機和鋼絲簾布裁斷機三種。機型配置圖見圖5

　　(以鋼絲簾布裁斷機為例)。

　　圖 5 鋼絲簾布裁斷機配置圖

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

　　D.橡膠機械行業(yè)產業(yè)規(guī)模概述

　　2018和2019年，是橡膠機械行業(yè)波動較大的年份。

　　2018 年中國橡膠機械全行業(yè)受橡膠輪胎行業(yè)放緩和走出去建廠的拉動影響，國外橡膠機械需求增大，各大橡膠橡機產品出口產值上升趨勢明顯，非巨胎、非子午胎、橡膠制品機械突顯增漲;進入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械需求加大，拉動橡膠機械出口;但整體看，2019年中國橡機行業(yè)仍屬于下行狀態(tài)。

　　2019年中國橡膠機械行業(yè)總銷售收入約為135億元

　　(圖6)，純橡機銷售突破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、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 強的銷售收入為104.9億元。

　　圖 6 橡膠機械行業(yè)歷年銷售收入及預測(百萬元)

　　E.橡膠機械行業(yè)產業(yè)規(guī)模概述

　　目前在橡膠機械上使用的自動化產品主要有控制系統(tǒng)、傳動控制、運動控制、現(xiàn)場總線、人機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)運動控制：伺服;

　　(4)人機界面：文本顯示器、觸摸屏、平板電腦。對于中高端橡膠機械生產企業(yè)，其自動化水平相對較高，通常會和一些主要的自動化產品提供商有很深的合作。選用的自動化產品為：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。

　　對于中小橡膠機械生產企業(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。

E-1. 自動化市場規(guī)模細分

　　2019年整個橡膠機械行業(yè)的自動化市場規(guī)模是10.58億元(圖7)，其中控制系統(tǒng)產品市場規(guī)模是2.03億元， 傳動控制產品市場規(guī)模是3.47億元，運動控制產品市場規(guī)模是4.25億元，人機界面產品市場規(guī)模是0.83億元。由于新冠病毒疫情影響，2020年橡膠機械銷售收入下降可能性偏大。

　　圖 7 橡膠機械行業(yè)主要自動化產品市場規(guī)模(百萬元)

　　F.控制器市場描述

　　F-1.橡膠機械行業(yè)控制器應用

　　橡膠制品的生產過程中，相對獨立的三個工藝段是：

　　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的上下輔機構成生產聯(lián)動線，這些生產聯(lián)動線的自動化水平相對較高，在提高生產效率的同時也增加了產品質量的穩(wěn)定性。

　　除了在單機上使用大量PLC外(圖8)，其設備和相關輔助機械構成的聯(lián)動生產線也使用了大量的控制產品，用以控制設備之間的協(xié)調運轉，如煉膠過程中對輔料小料進行計量，以及原輔料輸送，密煉機主電機的輔助系統(tǒng)的控制，各個設備的控制系統(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。

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

　　在整個橡膠產品的生產過程中煉膠、擠出、延壓三個工序的控制相對簡單，一般只需要監(jiān)控溫度、壓力、傳動方面的一個或幾個參數(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雜， 需要對位置、溫度、壓力、速度等參數(shù)進行精確控制，其中，成型機的控制重點在位置和速度，協(xié)調運動控制產品;硫化機的控制重點在分時段溫度和壓力精確控制及開合模的位置控制。

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

F-2.橡膠機械行業(yè)HMI應用

　　橡膠機械上使用最多的HMI產品是觸摸屏、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設備，觸摸屏和圖文終端主要用于大型設備和控制系統(tǒng)。

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

　　(1) 實時的資料趨勢顯示——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)據庫中，以便日后查看。

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

　　(4) 報表的產生與打印——能把資料轉換成報表的格式，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臺等裝置。

　　(6) 警報的產生與記錄——使用者可以定義一些警報產生的條件，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)會產生警報，通知作業(yè)員處理。 HMI產品在橡膠機械上使用的主要目的是參數(shù)設置、狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據記錄。

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

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