2015中国橡胶机械行业自动化市场研究报告
专栏:行业新闻
发布日期:2015-11-26
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作者:德佳咨询
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1|定义A.行业定义本次调研的行业主要参照国家统计局和行业协会的定义,橡胶机械行业是典型的OEM行业。橡胶生产是一个复杂的过程,涉及到很多的生产工艺段。在各个工艺段上会用到相应的专用装备。这些装备除了炼胶、成型、硫化是一些相对较为独立工段外,其他工段在他们相对应的上下辅机的协同下,构成一个个生产联动线。

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1|定义

A.行业定义
      本次调研的行业主要参照国家统计局和行业协会的定义,橡胶机械行业是典型的OEM行业。橡胶生产是一个复杂的过程,涉及到很多的生产工艺段。在各个工艺段上会用到相应的专用装备。这些装备除了炼胶、成型、硫化是一些相对较为独立工段外,其他工段在他们相对应的上下辅机的协同下,构成一个个生产联动线。

  按照从原材料胶的小料混配,生胶经过混炼直到成品的生成,可以大致划分为以下的配料、混炼、挤出、压片/压延、成型、硫化、检测几个工艺段:

  其中配料工艺段主要完成原料胶的称重、小药料的混配以及原材料的输送。主要设备有配料和小料称重系统,原料输送系统。

  混炼工艺段:生胶塑炼是通过机械应力、热、氧或加入某些化学

  试剂等方法,使生胶由强韧的弹性状态转变为柔软、便于加工的塑性状态的过程;混炼是指在炼胶机上将各种配合剂均匀的混到生胶种的过程。在橡胶工业中,最常用的塑炼方法有机械塑炼法和化学塑炼法。机械塑炼法所用的主要设备是开放式炼胶机、密闭式炼胶机和螺杆塑炼机;化学塑炼法是在机械塑炼过程中加入化学药品来提高塑炼效果的方法,目前在机械式塑炼的过程中加入小粉料的方法越来越多使用了,以便于提高炼胶的效率和质量;主要设备类别有开炼机、密炼机、螺杆塑炼机、上下辅机等。

  挤出工艺段:挤出工艺是通过挤出机机筒筒壁和螺杆件的作用,使胶料得到挤压以及实现初步造型的目的,挤出工艺也称为压出工艺;主要设备类别是压型挤出机、滤胶挤出机、塑炼挤出机、混炼挤出机、造粒挤出机、脱硫剂出机、压干挤出机、压片挤出机、电缆挤出机、钢丝挤出机(轮胎胎圈表面包覆橡胶)、排料挤出机(供密炼机配套)、供胶挤出机(为高速压延机供胶)、复合胎面挤出机(复合胎面的压出)、复合围条挤出机、排气挤出机、压出机-螺杆挤出机等。

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图1 橡胶机械行业自动化市场规模增长率预测(2009-2015)

  压片/压延工艺段:压延是将混炼胶在压延机上制成胶片或与骨架材料制成胶布半成品的工艺过程,它包括压片、贴合、压型和纺织物挂胶等作业,使混炼后的可塑性的橡胶辊压成胶片或者胶辊。所使用到的设备类备有压延机,以及压延作业联动生产线(目前广泛使用在一些中大型的橡胶生产企业中)。

  成型工艺段:主要是注射工艺和压铸工艺完成橡胶制品的成型,制造出半成品;使用到的主要设备类别是各种型号的成型机。

  硫化工艺段:在橡胶制品生产过程中,硫化是最后一道加工工序。硫化是胶料在一定条件下,橡胶大分子由线型结构转变为网状结构的交联过程。硫化方法有:冷硫化、室温硫化和热硫化三种。大多数橡胶制品采用热硫化。热硫化的设备有硫化罐、平板硫化机等。硫化机(也称热压机)是使成型的半成品经过硫化达到设定的强度和韧性的机械设备。

  检测工艺段:主要完成成品的质量检测,通常,成品的质量检测要求较高,并且进行检测的成本也较高。所以对于检测,不是每一个公司都有对应的完整的检测解决方案。主要设备为X光机检测设备等。

  在以上所有这些工艺段中,需要有相关的科研处室的参与和通力合作,特别是对于配料监测以及模具工艺段,需要相关的设计科室的参与,主要提供以下几个方面的设计输入:各种原材料配比参数(橡胶设计);混炼的温度、时间参数的设计;各种添加的纤维以及相应的热处理参数设计;溶剂的制备和使用;骨架和模具(模具设计);硫化时间和温度参数(橡胶设计);成品检测,橡胶质量检测以及成品的相关物理特性的检测。

  其中由于检测需要的成本高,对于很多的橡胶制品厂家,不会在这上面增加成本;同时,大多数的橡胶制品生产企业没有合适的科研的力量,使得关于橡胶设计,质量检测等方面的业务,都是采取外包的形式让具有资质的科研院所以及生产厂家进行完成和检测。

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B.时间定义
      报告中所有数据基于自然年,即2014年1月1日—2014年12月31日。对于一些国外的供应商,财政年度和自然年不相符的,我们将数据调整为自然年的数据。

2|橡胶机械行业自动化市场概述
      目前在橡胶机械上使用的自动化产品主要有控制系统、传动控制、运动控制、现场总线、人机界面和低压电气这几大类,具体包括:

  (1)控制系统:PLC、IPC(嵌入式的工控机)、以及单片机;

  (2)传动控制:变频器、直流调速;

  (3)运动控制:伺服、步进、运动控制器;

  (4)人机界面:文本显示器、触摸屏、平板电脑;

  (5)低压电气元件:塑壳断路器、微型断路器及漏电保护器等。

  对中高端橡胶机械生产企业,其自动化水平相对高,通常会和一些主要的自动化产品提供商有很深的合作。选用的自动化产品为:PLC、现场总线、变频器、伺服、传感器等,集中在Siemens,Mitsubishi,Rockwell,Rexroth等品牌。

  对新发展起来的中型企业,考虑性价比,PLC通常选取Siemens,OmronMitsubishi等市场上普及率相对较高的品牌。

  对中小橡胶机械生产企业,其主要的最终用户是分布在山东、浙江一带的民营橡胶生产企业,对自动化要求不高,通常选用Mitsubishi,Omron的中小型PLC。

 

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3|控制系统市场

A.PLC控制器
      橡胶机械使用的控制器主要使用PLC,部分设备采用基于嵌入式产品的专用控制器或者工控机,而简单的单机设备采用继电器控制,但是随着橡胶机械工业的发展和技术的进步,单机设备的使用已经逐减少了。

  橡胶制品的生产过程中,相对独立的三个工艺段是:炼胶工艺段、成型工艺段和硫化工艺段。在橡胶制品生产中,自动化的水平相比较低。而其他的一些工段可以配合其对应的上下辅机构成生产联动线,这些生产联动线的自动化水平相对较高,这在提高生产效率的同时也增加了产品的质量的稳定。

  除了在单机上使用大量PLC外,其设备和相关辅助机械构成的联动生产线也使用了大量的控制产品,用以控制设备之间的协调运转,如炼胶过程对辅料小料进行计量,以及原辅料输送,密炼机主电机的辅助系统的控制,各个设备的控制系统作为子站接入控制系统,部分用户还采用了现场总线技术。

  对于那些由于建厂时间比较早,自动化程度比较低的橡胶企业,面对着技术改造和系统升级,他们在自动化的选择上更趋于选择技术成熟度更高的产品和技术,同时价格因素也是他们重点考虑的方面。这样可以在有限的承受能力下,实现生产的稳定和产能的提高。这部分市场是很有潜力的大市场。

  在整个橡胶产品的生产过程中炼胶、挤出、延压三个工序的控制相对简单,一般只需要监控温度、压力、传动方面的一个或几个参数,一般具有模拟量IO的小型PLC就能够满足要求;而成型和硫化工序的控制相对比较复杂,需要对位置、温度、压力、速度等参数进行精确控制,其中成型机的控制重点在位置和速度,协调运动控制产品;硫化机的控制重点在分时段温度和压力精确控制及开合模的位置控制。

  橡胶机械的控制器在相当长的时间内仍然将以PLC为主。Siemens、Omron、Rockwell、Mitsubishi、Rexroth是橡胶机械上经常使用的PLC品牌,这些品牌都为橡胶机械提供了相关设备的解决方案,而Rockwell在解决方案方面表现的比较优秀,这些方案大多基于现场总线技术。对于国内的橡胶机械制造者来说,性能、品牌和服务是他们选择控制器厂商的最主要的条件,当然价格也是非常重要的因素。

  其中Siemens的S7-300有很广泛的应用,Omron的由于价格较为便宜,很多的橡胶机械生产企业都推荐使用但是因为在服务和产品质量上不如Mitsubishi,所以在橡胶机械行业里Mitsubishi挤占了很多原属于Omron的市场份额。也有部分橡胶机械的最终用户追求所谓的技术和设备的先进,要求用Siemens的S7-400的或者其他品牌的大型PLC。另外,由于国内过去的很多橡胶机械企业采用了Siemens、Rexroth以及Rockwell的解决方案,而这些最终用户已经和Siemens、Rexroth以及Rockwell达成了很深的战略关系,在新上装备以及进行产能调整的时候,这些最终用户会优先要求选用这些自动化产品提供商的产品。这些最终用户主要是一些国际轮胎巨头:米其林、普里司通、固特异、锦湖等。在PLC的使用上,Siemens和Rockwell的中型PLC的使用量占的比重相对较大。

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B.专用控制器
      专用控制器是基于嵌入式系统开发的,相对于PLC具有计算能力强、通讯方便的特点,大批量使用还有成本低的优点。

2014年中国橡胶机械市场专用控制器的市场规模较上年增长了7.1%,低于PLC产品9.88%的增长率。

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4|HMI市场
  橡胶机械上使用最多的HMI产品是触摸屏,带按键的图文终端和文本显示器。其中文本显示器主要用于各种单机设备,触摸屏和图文终端主要用于大型设备和控制系统。

  HMI产品在橡胶机械上使用的主要目的是参数设置、状态监控和数据记录。

  橡胶机械上使用的人机界面产品通常与PLC配套,只有少数的辅助设备上单独选用HMI产品。

  随着TP(触摸屏)的价格持续走低,TP在HMI的比重已经达到了82.7%;TD(文本显示)只能进行简单的显示,在实际中的使用量在下降;PP(平板电脑)只用在一些大型的机械上。

  HMI市场以国外的品牌为主,这一领域PLC和HMI购买同一品牌的现象比较普遍,同一品牌的产品之间相互兼容性比较好。而随着国产HMI的质量趋于稳定,价格上对外资品牌优势明显,也获得了一部分客户的青睐。

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5|变频器市场
  橡胶产品的生产过程会用到大量的传动产品,尤其是炼胶、挤出、输送等环节要求具有较高的速度控制能力。

  目前主要的密炼机主电机在370kW以内,目前大多采用变频器来进行速度控制,少数密炼机的主电机最大能超过1,000kW,这种情况下大多采用直流调速的方式;橡胶挤出机的主电机功率也可能超过220kW,也采用变频器进行速度控制,橡胶压延机的主传动功率以75kW居多,以直流调速为主,目前也开始使用变频器;其他输送电机功率主要在7.5-22kW之间,变频器的使用很普遍。

  由于橡胶加工生产环境具有高温和高湿度的特点(如硫化机上的使用环境温度超过100度,湿度在80%以上,如果有泄漏,甚至会出现凝结水),因此需要在橡胶机械上使用的变频器和电机具有较高的防护等级。同时大多数橡胶机械起停及速度转换频繁的运转方式要求变频器和电机有较高过载能力。

  在变频器的使用上,Siemens与Rockwell是众多老牌橡胶机械厂商应用比较普遍的品牌,随着各家厂商的改造以及产能的增加,这两个品牌依旧占据着一定的市场份额。而随着行业的发展,越来越多的品牌进入各橡胶机械厂家的视野范围。ABB、Yaskawa、Fuji、Mitsubishi、Schneider等外资品牌凭借其不俗的口碑均取得了一定的市场。而国产品牌Delta、INVT等则以良好的性价比在中低端市场被很多用户采纳。

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6|伺服市场
      运动控制产品在橡胶机械上的主要应用在轮胎成型机、裁断机和一些辅助机械上,以伺服电机为主。以桂林橡胶机械公司生产的全钢载重子午线轮胎三鼓成型机为例,成型鼓、胎体鼓和带束鼓及相关的传动都采用伺服控制。一台轮胎成型机最多使用伺服电机20多台。

同时对于一些高端的硫化机,比如益阳橡机最新研发的高端硫化机,也采用了多台的伺服电机作为硫化时的位置精确控制。不过这样的高端的硫化机产量很少,大量的硫化机还是采用液压或者固定位置来实现定位和控制。

良好的服务和合适的价格是运动控制厂商进入轮胎机械市场的前提条件,这种服务主要是源自于提供整套的解决方案,包括控制、传动、运动控制及人机界面。而目前只有Siemens、Rockwell、Mitsubishi、Rexroth等几家厂商在本行业表现较好,他们都能够提供从控制到传动所有的产品,并且为行业提供了相关的解决方案。

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7|低压电气市场
  在橡胶机械中,主要应用的低压电气以MCCB(塑壳断路器)为主,另外一部分则为微型断路器及漏电保护装置为主。

  橡胶机械大多应用在高温、高湿等恶劣环境下工作,所以目前还是国际知名的大品牌的市场占主导。



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