XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

ВВЕДЕНИЕ

Процесс вулканизации резины является важным этапом в производстве формовых резинотехнических изделий (РТИ), который напрямую влияет на их качество и долговечность. Вулканизация — это химическая реакция, при которой каучук преобразуется в более жесткий и прочный материал под воздействием температуры и давления. Управление режимом вулканизации имеет ключевое значение для обеспечения стабильности и надежности конечного продукта, так как параметры вулканизации (время, температура, давление) должны точно контролироваться на протяжении всего процесса.

В традиционных производственных условиях вулканизация осуществляется вручную, что оставляет возможности для ошибок, отклонений от оптимальных значений и, как следствие, потерь в качестве и производительности. Для устранения этих проблем в последние десятилетия активно развиваются автоматизированные системы управления режимом вулканизации, которые позволяют повысить точность, надежность и скорость производственного процесса. Эти системы интегрируют датчики, контроллеры и программное обеспечение для мониторинга и регулировки параметров вулканизации в реальном времени.

Актуальность разработки и внедрения автоматизированных систем управления режимом вулканизации заключается в их способности повысить экономическую эффективность производства, улучшить качество продукции и снизить вероятность дефектов. Это особенно важно для крупных предприятий, работающих с массовыми объемами продукции, где минимизация человеческого вмешательства и снижение количества ошибок напрямую влияют на прибыльность. В последние годы наблюдается тенденция к внедрению таких систем не только на крупных, но и на средних и малых предприятиях, что расширяет круг пользователей данных технологий.

Целью данного исследования является аналитический обзор существующих зарубежных и отечественных систем автоматизации процесса вулканизации. В рамках работы будут рассмотрены как ключевые принципы работы таких систем, так и их технические характеристики, достоинства и ограничения. Особое внимание будет уделено анализу применяемых технологий, а также их интеграции в современные производственные процессы, что позволяет говорить о высоком потенциале автоматизации этого этапа производства.

Задачами исследования являются:

Описание основных характеристик процесса вулканизации и факторов, влияющих на его эффективность.

Обзор существующих зарубежных и отечественных систем автоматизации вулканизации, включая их функциональные возможности и особенности применения.

Сравнительный анализ технологических решений, применяемых в этих системах.

Оценка перспектив развития технологий автоматизации вулканизации, включая внедрение современных цифровых технологий и искусственного интеллекта.

В результате исследования предполагается не только создать общее представление о текущем состоянии автоматизации процесса вулканизации, но и выработать рекомендации для дальнейшего совершенствования данных систем.

1 Анализ технологического процесса вулканизации формовых резино‑технических изделий

Процесс вулканизации формовых резинотехнических изделий (РТИ) представляет собой ключевой этап производства, влияющий не только на конструктивную геометрию изделия, но прежде всего на его физико‑механические свойства, долговечность и эксплуатационную надёжность. В данном разделе рассматриваются основные технологические режимы: температура, давление, время, а также критерии качества, которые должны быть обеспечены в ходе процесса.

Вулканизация — это химическая операция, при которой эластомерная резиновая смесь подвергается воздействию нагрева и, нередко, давления, что вызывает образование пространственных поперечных сшивок (кросс‑связей) между молекулярными цепями полимера. Эти кросс‑связки преобразуют исходный эластомер (например, натуральный каучук или синтетический) из более мягкого, менее стабильного состояния в устойчивый к деформациям, повышенной температуре и агрессивным средам материал. В производстве формовых РТИ (например, прокладки, манжеты, шланги, армированные изделия) этот процесс особенно критичен, потому что геометрия изделия и сложность конструкции требуют равномерного и качественного проведения операции вулканизации.

Один из наиболее значимых параметров: зачастую температура вулканизации находится в диапазоне примерно от 140 °C до 180 °C в типичных промышленных случаях для большинства эластомеров. Например, для натурального каучука рекомендуется диапазон 140-150 °C, а для ряда синтетических — 160-180 °C и выше. Если температура слишком низкая — процесс сшивки может быть неполным, изделие будет менее прочным, возможно повышенное время вулканизации; если температура слишком высокая — возможны побочные реакции, термическая деструкция материала, снижение прочности.

Время вулканизации должно быть оптимальным: достаточным для завершения реакции сшивки, но не чрезмерным. Например, исследования показывают, что изменение времени и температуры оказывает значительное влияние на прочностные свойства армированных изделий. При недостаточном времени возможна недовулканизация — изделие останется слабее; при чрезмерной — риск перехвата (over‑cure) или ухудшения свойств. Также время зависит от толщины изделия, материала и конструкции.

При формовой вулканизации часто применяется давление (в прессах или автоклавах) для обеспечения плотного контакта резины с формой, удаления воздуха и обеспечения теплопередачи. Давление способствует равномерности процесса, уменьшению дефектов (например, пористости) и обеспечивает заполнение формы. Недостаточное давление может привести к неполной форме, дефектам поверхности или внутренним пустотам.

В современных производствах важна не просто выдержка при заданных параметрах, но и правильная последовательность: начало процесса (нагрев до заданной температуры), выдержка, затем охлаждение (или отпуск). Например, система «эквивалентных минут отверждения» (ECM — Equivalent Cure Minutes) используется для определения точки окончания процесса. Контроль профиля нагрева, избегание перегрева или неравномерного распределения температур по изделию важен для качества.

Качество формы и режима вулканизации влияет на следующие показатели изделий:

Прочность на разрыв и удлинение при разрыве — изделия должны выдерживать эксплуатационные нагрузки. Исследования показывают, что оптимальная температура‑время имеет значительное влияние на прочность.

Устойчивость к циклической нагрузке, сжатию и отжатию (усталостные свойства).

Размерная стабильность и сохранение геометрии детали — переразмерность или усадка после вулканизации могут быть нежелательны.

Поверхностное качество: отсутствие дефектов, пор, неполного заполнения формы, равномерная поверхность.

Стабильность при эксплуатации: устойчивость к старению, озоностойкость, химическая стойкость — большинство этих свойств получаются благодаря правильной вулканизации.

Однородность структуры: равномерное распределение кросс‑связей по объёму изделия, отсутствие зон недовулканизации или перегрева.

При формовой вулканизации изделий, особенно с армированием или сложной геометрией, важны дополнительные нюансы:

Толщина изделия и армирующие элементы влияют на теплопередачу и время насыщения температуры по сечению — толстые детали либо детали с металл­арматурой требуют компенсации режима (увеличение времени или корректный прогрев).

Композиция резиновой смеси (тип эластомера, наполнитель, отвердители, ускорители) задаёт конкретные оптимальные режимы. Например, у смеси с ускорителем время может быть меньше.

Требования к форме: заполнение формы, удаление воздуха, соблюдение температурного контакта формующей поверхности с изделием, что делает давление и термообмен критичными.

Процесс контроля: использование датчиков температуры, давления, времени, возможно термопар внутри формы, контроль поверхности формы. Например, в справочнике отмечено, что температура — один из наиболее важных параметров при управлении прессом вулканизации.

Неправильные режимы могут привести к различным дефектам:

Недовулканизация (недостаточная степень сшивки) — изделие слабее, может деформироваться, его физические свойства хуже.

Перевулканизация или термическое повреждение — слишком высокая температура или длительное время приводят к разрушающим процессам, ухудшению удлинения при разрыве, появлению хрупкости. Например, исследование на конвейерных лентах показало, что при 220 °C и длительном времени прочность значительно ухудшилась.

Неровный прогрев или давление — возможны внутренние пустоты, непропечённые зоны, ухудшенный контакт с армировкой, геометрические отклонения.

Усадка или изменение размеров после охлаждения — если режим не оптимален, изделие может дать усадку или изменять форму.

Таким образом, понимание, описание и контроль всех этих режимов — температуры, времени, давления, термо­профиля, а также обеспечение критериев качества — составляют фундамент технологического обеспечения производства формованных резинотехнических изделий. В дальнейшем, при переходе к обзору автоматизированных систем управления, именно эти параметры и критерии будут ключевыми точками, над которыми действуют системы контроля и регулирования.

1. Методы автоматизации процесса вулканизации

Процесс вулканизации является критическим этапом в производстве резинотехнических изделий, где точное управление режимами, такими как температура, давление и время, непосредственно влияет на качество и эксплуатационные характеристики готовой продукции. Для повышения точности и надежности в процессе вулканизации, а также для сокращения человеческого вмешательства и ошибок, активно разрабатываются и внедряются системы автоматизации. Эти системы используют различные методы измерения, сенсоры, а также технологии для оптимизации и контроля процесса вулканизации. В этом разделе рассматриваются основные методы автоматизации, включая сенсорику, системы измерения и управления режимами.

Один из главных элементов в автоматизации процесса вулканизации — это сенсоры, которые позволяют постоянно контролировать ключевые параметры, такие как температура, давление и время. Без использования сенсоров невозможно обеспечить точное управление и необходимую стабильность процесса. Сенсоры, устанавливаемые в прессах, автоклавах и других устройствах для вулканизации, обеспечивают непрерывный сбор данных о температуре и давлении внутри формы, а также о состоянии резины на различных этапах вулканизации.

Температурные сенсоры являются одними из самых распространённых и критичных в процессе вулканизации. Они могут быть размещены непосредственно в разных точках формы, а также на выходе из прессов. Для точного контроля за температурой обычно применяют термопары или инфракрасные датчики. Важной характеристикой таких сенсоров является их способность выдерживать высокие температуры, соответствующие режимам вулканизации, и передавать данные в реальном времени для мониторинга и анализа.

Давление — второй ключевой параметр, который необходимо контролировать в процессе вулканизации. Здесь используются датчики давления, которые обеспечивают непрерывный мониторинг воздействия на резину в процессе её сжима в пресс‑форме. Эти датчики помогают поддерживать оптимальное давление для достижения равномерной вулканизации по всему объему изделия. Для прессов и автоклавов обычно используют датчики с высокой точностью измерения и устойчивостью к агрессивным химическим воздействиям, которые могут быть характерны для вулканизируемых смесей.

Кроме того, для контроля за временем часто используются таймеры и системы отсчета времени, которые работают в связке с температурными сенсорами и датчиками давления. Эти устройства позволяют точно отслеживать, когда изделие должно быть удалено из формы, что минимизирует риски передержки и, наоборот, недостаточного времени вулканизации.

Автоматизированные системы управления процессом вулканизации строятся на основе сбора и обработки данных от сенсоров. Системы управления анализируют полученные данные о температуре, давлении и времени, сравнивают их с заранее заданными оптимальными значениями, и на основе этого регулируют параметры процесса. Такие системы могут работать как в режиме «открытого» контроля, где оператор вмешивается в процесс на основе данных, так и в «закрытом» — с полной автоматизацией регулировки всех параметров без вмешательства человека.

Основной задачей таких систем является поддержание оптимальных условий на всех этапах вулканизации. Они могут включать в себя несколько уровней управления: от простых устройств, регулирующих температуру, до сложных программируемых логических контроллеров (PLC), которые могут одновременно контролировать температуру, давление и время. Такие системы способны быстро реагировать на изменения в процессе, например, на резкие колебания температуры, и корректировать работу прессов или автоклавов для достижения желаемого качества изделия.

Кроме того, системы управления могут быть интегрированы с человеко‑машинным интерфейсом (HMI), что позволяет операторам следить за процессом в реальном времени, а также осуществлять диагностику и настройку оборудования. HMI предоставляет удобный способ контроля за параметрами процесса и отображает всю необходимую информацию на экранах.

Современные автоматизированные системы вулканизации всё чаще становятся частью более широких интегрированных производственных систем, которые включают в себя автоматизацию всего производственного цикла. Эти системы могут быть связаны с системами управления производством (MES), которые обеспечивают отслеживание и контроль всех этапов производства, от подготовки исходных материалов до упаковки готовой продукции.

Интеграция с MES позволяет синхронизировать процессы вулканизации с другими этапами производства, такими как формовка, охлаждение и упаковка. Это особенно важно на крупных производственных мощностях, где важно поддерживать баланс и избежать узких мест в потоке материалов. Например, если на одном из этапов возникает задержка, это может повлиять на скорость вулканизации и, как следствие, на производственные потери. Интеграция с MES позволяет в реальном времени отслеживать такие отклонения и при необходимости корректировать режимы работы для восстановления баланса.

Кроме того, в таких системах можно внедрить функции предикативной аналитики, которые позволяют предсказать возможные неисправности или отклонения в процессе вулканизации до того, как они приведут к браку или потерям. Это достигается за счет анализа данных с сенсоров, истории работы оборудования и математических моделей, предсказывающих возможные проблемы в будущем. Внедрение таких решений значительно повышает эффективность производства и позволяет избежать незапланированных остановок.

Будущее автоматизации процесса вулканизации связано с использованием более совершенных сенсоров и датчиков, способных работать при ещё более высоких температурах и давлениях, а также с интеграцией новых технологий, таких как Интернет вещей (IoT), искусственный интеллект (AI) и машинное обучение. Эти технологии позволят не только улучшить точность контроля, но и значительно повысить гибкость и адаптивность производства. Например, системы, использующие AI, смогут не только следить за процессом в реальном времени, но и самостоятельно принимать решения о корректировке параметров в зависимости от изменений в составе резины или условий эксплуатации оборудования.

Таким образом, автоматизация процесса вулканизации не только повышает качество продукции и сокращает время производства, но и значительно улучшает экономическую эффективность за счет более точного контроля всех параметров и сокращения потерь. Внедрение таких технологий создаёт новые возможности для оптимизации и расширяет потенциал использования таких систем в различных отраслях промышленности.

2 Зарубежные автоматизированные системы управления режимом вулканизации

Развитие автоматизированных систем управления процессом вулканизации резинотехнических изделий стало важной составляющей современного производства, направленного на повышение качества продукции и увеличение эффективности производственных процессов. Внедрение таких систем в производство позволило существенно улучшить контроль за ключевыми параметрами вулканизации, такими как температура, давление и время, а также снизить риски ошибок, связанные с человеческим фактором. Зарубежные производители автоматизированных систем для вулканизации играют важную роль в мировой промышленности, предлагая высокотехнологичные решения, которые активно используются на предприятиях по всему миру.

В мире существует несколько крупных компаний, которые являются ведущими производителями автоматизированных систем управления вулканизацией. Одной из таких компаний является немецкая компания Siemens, которая разрабатывает и поставляет решения для автоматизации различных производственных процессов, включая вулканизацию. Siemens предлагает системы, интегрированные с программируемыми логическими контроллерами (PLC) и системами управления, которые позволяют оптимизировать процессы вулканизации, а также минимизировать ошибки и снизить потребление энергии. Программируемые логические контроллеры Siemens позволяют точно контролировать параметры процесса, обеспечивая высокую степень гибкости в настройках и возможностях мониторинга.

Еще одним важным игроком на рынке является компания Schneider Electric (Франция), которая разрабатывает системы автоматизации для широкого спектра отраслей, включая производство резинотехнических изделий. Schneider Electric предлагает системы, которые обеспечивают полный контроль за процессом вулканизации: от мониторинга температуры и давления до автоматического регулирования параметров в реальном времени. Эти решения интегрируются с системами управления производством (MES), что позволяет оптимизировать весь процесс производства, начиная от подготовки сырья и заканчивая упаковкой готовых изделий.

Компания ContiTech (Германия), входящая в состав концерна Continental, предлагает решения для автоматизации вулканизационных процессов, которые активно используются в производстве резинотехнических изделий. Эти системы позволяют не только контролировать параметры вулканизации, но и интегрировать процессы с цифровыми платформами для анализа данных и предсказания потенциальных отклонений, что помогает снизить риски брака и увеличить производительность.

Одним из ярких примеров внедрения автоматизированных систем управления вулканизацией является сотрудничество компании Siemens с крупными производителями автомобильных деталей. Например, в рамках внедрения автоматизированных решений на заводах по производству резинотехнических изделий для автомобильной промышленности была установлена система управления, которая автоматически регулирует параметры температуры, давления и времени вулканизации. Это позволило значительно улучшить качество продукции, повысить точность соблюдения режима вулканизации и снизить уровень брака. Также такие системы позволили улучшить процесс охлаждения и оптимизировать энергозатраты, что существенно повысило экономическую эффективность предприятия.

Компания Schneider Electric в свою очередь внедрила свои автоматизированные системы на заводах, производящих резинотехнические изделия для промышленности. В частности, на одном из заводов была установлена система, которая позволяла не только автоматически регулировать параметры вулканизации, но и интегрировать данные с других производственных процессов (рис.1). Это позволило снизить потери времени на перенастройку оборудования и улучшить взаимодействие между различными участками производства.

Рисунок 1 - Промышленная автоматизация Schneider Electric США

Современные зарубежные системы автоматизации вулканизационного процесса предлагают широкий спектр функциональных возможностей, которые делают их эффективными и удобными в эксплуатации. Одной из ключевых особенностей таких систем является возможность мгновенного контроля и корректировки параметров в реальном времени. Благодаря использованию различных сенсоров и датчиков, таких как температурные и давленческие датчики, системы могут отслеживать изменения в процессе вулканизации и автоматически корректировать параметры, чтобы обеспечить оптимальные условия для каждого изделия.

Кроме того, современные системы предлагают интерфейсы для удаленного мониторинга и управления, что позволяет операторам и инженерам контролировать процесс вулканизации из любой точки, а также проводить диагностику и настройку оборудования без необходимости присутствия на месте. Это не только повышает удобство работы, но и способствует быстрому реагированию на возможные неисправности или отклонения.

Зарубежные системы также предлагают интеграцию с системой управления производством (MES), что позволяет объединить данные о процессе вулканизации с общей информацией о производственном процессе. Это позволяет проводить аналитические исследования и получать полную картину о производственном цикле, включая информацию о расходе энергии, времени работы оборудования и производственных отклонениях. В результате такой интеграции становится возможным не только улучшение управления качеством продукции, но и более точное планирование ресурсов и времени.

Одним из основных преимуществ зарубежных автоматизированных систем является высокая точность управления процессом вулканизации. Благодаря использованию передовых сенсоров и технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение, такие системы могут не только следить за текущими параметрами процесса, но и прогнозировать возможные отклонения, автоматически корректируя параметры для предотвращения брака.

Кроме того, зарубежные системы обычно предлагают высокий уровень интеграции с другими системами управления предприятием, что позволяет улучшить взаимодействие между различными этапами производства и повысить общую эффективность производственного цикла. Интеграция с MES позволяет отслеживать всю информацию о процессе вулканизации в реальном времени, что способствует быстрому выявлению и устранению проблем.

Однако такие системы имеют и некоторые ограничения. Во‑первых, высокая степень автоматизации и сложность встроенных решений часто приводит к высокой стоимости внедрения и обслуживания. Такие системы требуют значительных инвестиций в оборудование, а также в обучение персонала для эффективного использования. Во‑вторых, внедрение сложных систем требует наличия высококвалифицированных специалистов для их настройки и эксплуатации, что также может стать дополнительным барьером для некоторых предприятий.

Кроме того, в случае недостаточной адаптации систем к местным условиям и особенностям производственного процесса возможны проблемы с интеграцией и настройкой. Хотя зарубежные решения обладают высокой гибкостью, процесс адаптации может требовать дополнительного времени и усилий для устранения несовпадений.

Зарубежные системы автоматизации вулканизации предоставляют предприятиям значительные преимущества в виде повышения точности, сокращения времени на настройку и улучшения качества продукции. Однако такие решения могут иметь определённые ограничения, включая высокие затраты на внедрение и обслуживание, а также необходимость адаптации под местные условия производства. В то же время, внедрение таких систем в крупномасштабном производстве становится важным шагом к улучшению качества и экономической эффективности, что делает эти технологии крайне привлекательными для крупных и средних предприятий.

2. Отечественные (российские/снг) системы автоматизации вулканизации

Автоматизация процесса вулканизации формованных резинотехнических изделий в отечественной промышленности представляет собой отдельное направление, которое развивается с учётом специфики российских предприятий, доступной автоматики и применяемых технологий. В этом разделе рассматривается обзор типовых российских и СНГ‑решений, их ключевые разработки, а также сравнительный анализ с зарубежными системами автоматизации.

В России и странах СНГ автоматизация производства резинотехнических изделий постепенно получает развитие: начиная от внедрения автоматизированных систем измерения температуры и давления, заканчивая комплексными решениями с контроллерами и интеграцией в производственные линии. Часто такие системы создаются на базе отечественного оборудования и контроллеров либо с адаптацией зарубежных компонентов.

Например, типичные формы автоматизации включают использование приборов для измерения температуры и давления при вулканизации, подключённых к программируемым логическим контроллерам (ПЛК) российского производства. Автоматические вулканизационные прессы с контролем времени, давления и температурного профиля становятся всё более доступными. Хотя конкретная публично доступная информация об отечественных комплексах автоматизации для вулканизации РТИ ограничена, можно выделить тенденцию: предприятия переходят от полностью ручного управления режимами к semi‑автоматическим системам с мониторингом и логированием параметров.

При этом разработчики и интеграторы на российском рынке ориентируются на задачи повышения точности, снижения брака и повышения энергоэффективности: системы автоматизации позволяют фиксировать и анализировать фактические режимы вулканизации, выявлять отклонения, а также в некоторых случаях интегрироваться с MES‑системами или системами управления производством.

Ключевые особенности отечественных систем включают:

Применение отечественных ПЛК и промышленной автоматизации (например, фирм российского производства), что позволяет обеспечить локализацию оборудования и технического обслуживания.

Настройка режимов под специфику российских смесей резины, типов изделий и формовочных прессов, учитывая толстостенные изделия, нестандартные геометрии и условия эксплуатации.

Простая интеграция с существующим производственным оборудованием: многие предприятия модернизируют свои прессы вулканизации, добавляя модуль управления температурой, давлением, времени и протоколирования.

Локальный мониторинг и контроль: использование сенсоров температуры и давления, отображение процесса через HMI‑панель, запись аварийных ситуаций, отчётность.

Частичная интеграция с производственными системами: хотя полностью автоматизированные цифровые фабрики пока не повсеместны, отдельные участки производства подключаются к MES или SCADA‑системам, что позволяет повысить прозрачность процесса.

При сравнении отечественных систем с зарубежными можно выделить ряд ключевых пунктов:

Преимущества отечественных решений:

Более низкая капитальная стоимость: отечественные системы, как правило, дешевле, чем комплексные зарубежные интегрированные решения.

Адаптация к локальным условиям: системы учитывают специфику российского технологического процесса, используемых смесей, формовки и оборудования.

Локальное обслуживание и запасные части: легче обеспечить сервис, так как меньше зависимости от импортных компонентов и иностранных поставщиков.

Ограничения отечественных решений:

Более низкий уровень автоматизации и интеграции: большинство отечественных систем остаются полунаправленными («полуавтоматическими»), с участием человека, и редко достигают уровня полной интеграции с MES/IIoT, как зарубежные премиум‑решения.

Ограниченные возможности аналитики и прогнозирования: зарубежные системы часто включают функции предиктивной аналитики, цифровые двойники и продвинутую визуализацию; отечественные системы пока реже предлагают такие функции.

Поле модернизации: чтобы поднять уровень системы до лучших мировых стандартов, предприятиям может потребоваться модернизировать оборудование и программное обеспечение, что влечёт затраты.

Зачастую использование импортных сенсоров или контроллеров: хотя базовая автоматика отечественная, многие решения всё же используют импортные компоненты, что снижает локализацию и усложняет сервис.

На российских предприятиях, производящих резинотехнические изделия, можно встретить случаи внедрения автоматизированных систем контроля вулканизации: добавление логирования температурных и давленческих характеристик, настройка программируемых временных циклов, установка HMI‑панелей для отображения состояния процесса. Такие модернизации позволяют уменьшить ручной труд, повысить стабильность процесса и снизить процент брака.

Однако, чтобы достичь уровня премиум‑автоматизации, как у зарубежных систем, требуется комплексный подход: заменить устаревший прессовой парк, установить высокоточные сенсоры по всей поверхности формы, интегрировать данные с системой MES и обеспечить прогнозирование отклонений. Это требует значительных инвестиций и квалифицированного персонала.

Для предприятий в России и СНГ, рассматривающих внедрение автоматизированной системы управления вулканизацией, можно рекомендовать следующие шаги:

1. Оцените текущий технический парк: наличие прессов, форма, толщина изделий, армирование — всё это влияет на выбор системы автоматизации.

2. Выясните, какие параметры уже измеряются и контролируются (температура, давление, время) и какие сенсоры нужно добавить.

3. Выберите решение, которое может быть модульным: начать с базового контроля, а затем расширить до интеграции с MES и аналитикой.

4. Проверьте совместимость с используемыми резиновыми смесями и технологическими режимами: автоматизация должна учитывать особенности материала и процесса.

5. Обеспечьте подготовку персонала и сервисное сопровождение: наличие локальной техподдержки и возможность обновления программного обеспечения важны.

6. Сравните стоимость владения: оцените не только стоимость оборудования, но и потенциальную экономию за счёт снижения брака, повышения выхода годной продукции и снижения энергозатрат.

Отечественные системы автоматизации вулканизации формованных резинотехнических изделий уже представлены на рынке и позволяют производителям улучшить контроль за процессом, снизить влияние человеческого фактора и повысить стабильность качества. Однако они пока находятся на пути к тому уровню функциональности и интеграции, который предлагают ведущие зарубежные решения. Тем не менее, с учётом экономической целесообразности, адаптации к локальной специфике и возможностей постепенного развития, такие системы представляют практическое решение для многих предприятий в России и СНГ. В дальнейшем модернизация, внедрение IoT, аналитики данных и более глубокая интеграция с производственными системами могут стать следующим шагом в развитии отечественной автоматизации vulcanization‑процессов.

3 Сравнительный анализ зарубежных и отечественных решений

Зарубежные системы, как правило, предлагают более широкий спектр функций и более высокую интеллектуализацию: точный контроль температуры, давления и времени, многоточечный сбор данных, встроенные алгоритмы коррекции режима, интерфейсы удалённого мониторинга, аналитика отклонений. Такие системы позволяют контролировать процесс вулканизации в реальном‑времени, быстро реагируя на изменения параметров и снижая вероятность дефектов.

Отечественные решения чаще ориентированы на базовый автоматический контроль — датчики температуры и давления, таймеры, легирование параметров, отчёты. Они могут не иметь столь богатого набора функций (например, предикативной аналитики, многомерной оптимизации, дистанционного управления) как зарубежные системы.
С технической точки зрения, это означает, что зарубежные решения обеспечивают более высокую точность регулирования и большую гибкость, тогда как отечественные решения — более простые и ориентированные на стандартизированные режимы.

Зарубежные системы отличает высокая первоначальная стоимость: закупка оборудования, программного обеспечения, обучение персонала, настройка системы под конкретное производство требуют значительных инвестиций. Кроме того, обслуживание, лицензии, обновления системы могут создавать постоянные расходы. Однако эта высокая стоимость часто оправдана, если предприятие работает с большими объёмами, требует высокой степени автоматизации и минимизации брака.

Отечественные системы обычно имеют более низкую капитальную стоимость, их внедрение проще и быстрее, что делает их более доступными для средних и малых предприятий. Обслуживание чаще проще, запасные части, и сервис могут быть локальными. Однако в долгосрочной перспективе экономия может быть не столь значительной, если система имеет ограниченные функции и не обладает оптимизацией процессов.

Таким образом, выбор между системой часто определяется соотношением затрат и ожидаемого эффекта: если предприятие ведёт крупномасштабное производство и заинтересовано в максимальной автоматизации — зарубежное решение может быть более выгодным. Если же производство ограничено, бюджет ограничен — отечественное решение может быть более разумным.

Адаптивность касается способности системы корректировать режимы для разных видов изделий (толщина, армирование, геометрия), составов резиновых смесей, оборудования (прессы, автоклавы) и условий эксплуатации. Зарубежные системы чаще обладают высокой адаптивностью — они предусматривают широкий набор режимов, возможность настройки параметров, поддержку различных моделей и размеров изделий, интеграцию с датчиками и алгоритмами оптимизации процесса.

Отечественные системы зачастую проектируются с учётом конкретных условий российского производства, что даёт преимущество для локальных предприятий: они лучше адаптированы к применяемым смесям, отечественному оборудованию и климатическим условиям. Но они могут уступать в гибкости при необходимости смены ассортимента, модернизации технологического процесса или производстве сложных форм.
Важно отметить: адаптивность системы влияет на её жизненный цикл — чем больше возможностей для модификации режимов, тем дольше система останется актуальной и тем меньше будут затраты при смене ассортимента.

Интеграция означает способность автоматизированной системы управления вулканизацией взаимодействовать с MES/ERP‑системами, SCADA, системой сбора данных, аналитическими платформами, а также с оборудованием верхнего уровня (формовочные линии, прессы, охлаждение, упаковка). Зарубежные системы чаще предлагают полноценную интеграцию — данные о режиме вулканизации становятся частью общей информационной системы предприятия, могут анализироваться, прогнозироваться, используются в отчётности и планировании.

Отечественные решения чаще внедряются как автономные узлы: измерение и контроль вулканизационного процесса, но с ограниченной интеграцией в общую производственную систему. Это означает, что данные, собранные системой, могут не быть автоматически связаны с общей производственной информацией, что снижает потенциал их использования в аналитике и планировании.

Уровень интеграции влияет на то, насколько автоматизация станет частью «умного производства», сможет ли предприятие перейти к цифровым фабрикам и использованию больших данных и машинного обучения.

Эффективность системы можно оценивать по показателям: снижение брака, увеличение выхода годной продукции, снижение времени цикла, оптимизация энергозатрат, снижение зависимости от ручного труда, повышение стабильности качества. Зарубежные системы чаще показывают более высокие показатели эффективности, особенно на крупных производствах с высоким уровнем автоматизации и разнообразием изделий. Они позволяют снизить отклонения, быстрее перенастраивать режимы, автоматически учитывать изменения и адаптироваться.

Отечественные решения также показывают положительный эффект — в первую очередь благодаря стабилизации процесса, снижению ошибок человека и мониторингу параметров. Однако из‑за более простой функциональности рост эффективности может быть менее значительным, особенно если производство масштабно или ассортимент велик.

При этом важным моментом является соотношение эффекта и затрат. Если вложения в автоматизацию не оправдываются конкретными улучшениями в производительности или качестве, система может не окупиться.

Сравнительный анализ показывает, что нет универсально «лучшей» системы — выбор зависит от условий предприятия: масштаба, ассортимента изделий, требуемой степени автоматизации, бюджета, наличия квалифицированного персонала и планов развития.

Если производство крупное, с разнообразным ассортиментом и высокими требованиями к качеству и скорости перенастройки, оптимальным может быть зарубежное решение с богатым функционалом, высокой адаптивностью и интеграцией в цифровое производство.

Если производство среднее или малое, ассортимент стабильный, бюджет ограничен, целесообразно рассмотреть отечественные решения — они дешевле, проще в обслуживании, адаптированы к локальным условиям.

Независимо от выбора, важно планировать автоматизацию как часть стратегического развития: предусмотреть возможность расширения функций, интеграции, анализ данных, модернизации.

Обратить внимание на следующие вопросы: как легко перенастраивается система под новый ассортимент; как осуществляется обслуживание и поддержка; какие данные собираются и как они используются; какова окупаемость внедрения.

Особое внимание следует уделить подготовке персонала и изменению процессов производства: автоматизация не просто установка оборудования, а изменение способа работы.

Таким образом, сравнительный анализ показывает: зарубежные системы выигрывают по функционалу, адаптивности, интеграции и потенциалу эффективности, но требуют бо́льших затрат и более высокого уровня подготовки. Отечественные решения обеспечивают разумное соотношение затрат к результату для многих предприятий, особенно при стабильном ассортименте и умеренной степени автоматизации. Ключевым является правильный выбор с учётом конкретных условий предприятия и перспектив его развития.

4 Тренды и перспективы развития автоматизированных систем управления вулканизацией

Развитие автоматизации процесса вулканизации формованных резинотехнических изделий неизбежно связано с внедрением новых технологий и современных цифровых решений. В последние годы мы наблюдаем рост интереса к более сложным системам, которые включают в себя искусственный интеллект (ИИ), цифровые двойники, интернет вещей (IoT) и энергоэффективные технологии. Эти технологии имеют потенциал значительно повысить эффективность, точность и стабильность вулканизационного процесса, а также сократить эксплуатационные расходы. В данном разделе рассматриваются основные тренды и перспективы, которые будут определять будущее автоматизированных систем управления вулканизацией.

Одним из самых перспективных направлений в развитии автоматизированных систем управления вулканизацией является использование искусственного интеллекта для предсказания и оптимизации процесса. ИИ позволяет анализировать большие объемы данных, собранных с помощью сенсоров, и на основе этого прогнозировать наиболее оптимальные параметры вулканизации для конкретных условий.

Системы, основанные на ИИ, могут анализировать параметры, такие как температура, давление, время и состав резиновой смеси, и на основании этой информации автоматически регулировать режимы вулканизации для каждой партии продукции. Это снижает вероятность ошибок, минимизирует необходимость вмешательства оператора и обеспечивает более стабильное качество продукции. Также ИИ позволяет учитывать внешние факторы, такие как климатические условия, которые могут повлиять на процесс вулканизации. С помощью машинного обучения системы могут предсказать возможные отклонения и автоматически вносить корректировки в процессе работы.

Кроме того, ИИ может помочь в анализе производительности оборудования, выявлении дефектов в процессе вулканизации и даже в прогнозировании времени отказа компонентов оборудования. Это делает процесс более прозрачным, позволяет заранее предотвратить поломки и повысить общую надежность производства.

Цифровые двойники — это виртуальные модели физических объектов или процессов, которые позволяют в реальном времени мониторить и анализировать их состояние и поведение. В контексте вулканизации цифровые двойники могут моделировать процесс вулканизации резины на различных этапах, учитывая все параметры — от состава смеси до конечных свойств материала.

Цифровые двойники позволяют проводить виртуальные испытания и оптимизировать процессы до их фактического выполнения. Это даёт возможность производителям тестировать новые составы, формы и параметры без необходимости проводить дорогостоящие физические эксперименты. Например, цифровой двойник может симулировать процесс вулканизации для новой резины, прогнозируя, как изменения температуры или давления повлияют на конечные свойства материала. Это сокращает время на разработку новых продуктов и повышает точность производства.

Кроме того, цифровые двойники могут интегрироваться с реальными системами управления, помогая операторам лучше контролировать процесс и принимать обоснованные решения на основе данных, полученных в реальном времени. Это также открывает возможности для улучшения качества и сокращения времени цикла без необходимости вмешательства человека.

Интернет вещей (IoT) представляет собой сеть взаимосвязанных датчиков и устройств, которые обмениваются данными и могут быть использованы для мониторинга и контроля различных параметров в реальном времени. В контексте вулканизации IoT-датчики могут быть использованы для непрерывного мониторинга температуры, давления и других факторов, которые влияют на процесс.

Датчики IoT могут быть установлены на разных участках производственного процесса и обеспечивать точные данные о состоянии каждого этапа вулканизации. Эти данные затем могут передаваться в центральную систему для анализа и принятия решений. Например, датчики могут отслеживать отклонения в температурных режимах или аномалии в давлении и автоматически уведомлять оператора о необходимости корректировки параметров.

Система на базе IoT позволяет не только повысить точность, но и значительно улучшить мониторинг состояния оборудования. Периодический сбор данных и анализ с помощью IoT-датчиков позволяет обнаруживать проблемы на ранних стадиях, предотвращая аварийные ситуации и сокращая время простоя оборудования. В результате это приводит к снижению затрат на техническое обслуживание и увеличению срока службы оборудования.

Одним из важнейших аспектов, который будет определять будущее автоматизированных систем управления вулканизацией, является повышение энергоэффективности. Вулканизация — это процесс, требующий значительных затрат энергии, особенно при нагреве и поддержании температуры в прессах и автоклавах. Поэтому одно из направлений развития систем автоматизации — это интеграция технологий для оптимизации потребления энергии.

Современные системы управления могут использовать алгоритмы для оптимизации температурных и давленческих режимов таким образом, чтобы минимизировать потребление энергии без ущерба для качества продукции. Например, в режиме вулканизации можно автоматически подбирать наиболее энергоэффективные параметры, а также оптимизировать время цикла для сокращения затрат на электроэнергию.

Внедрение интеллектуальных систем управления, основанных на ИИ и IoT, позволяет более точно контролировать режимы, избегать перегрева и длительных нагревов, а также использовать альтернативные источники энергии для подачи тепла, что также способствует улучшению энергоэффективности. Кроме того, мониторинг в реальном времени позволяет оперативно выявлять участки с избыточным потреблением энергии и корректировать параметры процесса.

Перспективы применения новых технологий в автоматизации вулканизации огромны. В ближайшие годы можно ожидать усиления роли ИИ и машинного обучения в управлении процессом вулканизации, что позволит предприятиям значительно повысить производительность, снизить себестоимость продукции и минимизировать количество дефектов.

Также, с развитием технологий интернета вещей и внедрением более совершенных датчиков, данные, собираемые в реальном времени, будут становиться всё более точными, что откроет новые возможности для оптимизации процессов и предсказания их результатов. Системы управления, использующие эти технологии, станут не только более умными и эффективными, но и более адаптивными к изменениям, которые могут происходить в процессе работы.

С учётом текущих трендов, можно прогнозировать, что в будущем автоматизация вулканизации станет неотъемлемой частью концепции «умных фабрик», где процесс управления будет полностью интегрирован с остальными производственными системами, а роль человека сведена к минимальной. Энергоэффективность и устойчивость производства, а также способность оперативно реагировать на изменения в режиме работы, будут основными критериями для оценки эффективности внедряемых решений.

Таким образом, тренды в развитии автоматизированных систем управления вулканизацией, такие как использование ИИ, цифровых двойников, IoT и энергоэффективных технологий, открывают огромные возможности для улучшения качества продукции, повышения производительности и снижения затрат. В будущем можно ожидать, что эти технологии будут всё больше интегрированы в производственные процессы, способствуя созданию более устойчивых и высокоэффективных систем автоматизации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный анализ процесса вулканизации формовых резинотехнических изделий показал ключевые этапы в их производстве, где точность управления режимами — температурой, давлением и временем — определяет качество конечной продукции. Автоматизация этого процесса значительно улучшает стабильность, повышает эффективность и снижает риск дефектов. В ходе исследования были рассмотрены основные аспекты автоматизации вулканизации, включая отечественные и зарубежные системы, а также перспективы развития в будущем.

При анализе автор обратил внимание на то, что зарубежные системы требуют значительных затрат на внедрение и обслуживание. В свою очередь, отечественные системы предлагают более доступные и адаптированные решения, подходящие для средних и малых предприятий.

Будущее автоматизации вулканизации связано с внедрением таких передовых технологий, как искусственный интеллект (ИИ), цифровые двойники, интернет вещей (IoT) и системы, ориентированные на энергоэффективность. Эти технологии позволяют оптимизировать процесс вулканизации, повысить точность и предсказуемость, а также снизить потребление энергии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. https://www.researchgate.net/publication/382802979_Robotics_and_Automation_in_Rubber_Vulcanization_Processes (дата обращения: 05.11.2025).

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0263224109000207 (дата обращения: 05.11.2025).

3. Jaunich M., Stark H., Hoster R. Monitoring the vulcanization of elastomers // Polymer Testing. 2009. Vol. —. № —. P. —. URL: https://grassezur.de/wp-content/uploads/2019/04/51Jaunich-Stark-Hoster-Monitoring-vulcanisation-elastomers_comp.-curemeter-ultrasound-online-contr.2009-Polymer-Testing.pdf (датаобращения: 05.11.2025).

4. Беляев С.В. Практика и эффективность внедрения диспетчерского управления на участке вулканизации шин // [Электронный ресурс] / Беляев С.В. 2020. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/praktika-i-effektivnost-vnedreniya-dispetcherskogo-upravleniya-na-uchastke-vulkanizatsii-shin (дата обращения: 05.11.2025).

5. Автоматизированная система управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси : диссертация … / [Электронный ресурс] Автоматизированная система управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси. URL: https://www.dissercat.com/content/avtomatizirovannaya-sistema-upravleniya-vulkanizatsionnymi-kharakteristikami-rezinovoi-smesi (дата обращения: 05.11.2025).

6. Разработка автоматизированной системы управления гидравлическим вулканизационным прессом // Молодой учёный. 2019. № 15. С. —. URL: https://moluch.ru/archive/115/31130 (дата обращения: 05.11.2025).

7. Автоматизация процесса вулканизации — обзорная статья // [Электронный ресурс] / 2022. URL: https://zenodo.org/records/6368680 (дата обращения: 05.11.2025).

Код для цитирования: Скопировать