注射模生產(chǎn)中智能化控制及應(yīng)用

0 引 言

傳統(tǒng)注射生產(chǎn)中制品質(zhì)量的穩(wěn)定性是憑借經(jīng)驗(yàn)或反復(fù)試驗(yàn)來(lái)調(diào)整注塑機(jī)的成型工藝參數(shù)，實(shí)際上模具型腔內(nèi)溫度、壓力、速度等參數(shù)決定了注射制品的最終質(zhì)量，這些參數(shù)是改善注射過(guò)程和優(yōu)化的可靠依據(jù)。型腔內(nèi)溫度、壓力、速度等參數(shù)（模內(nèi)參數(shù)）取決于注塑機(jī)及相關(guān)輔助設(shè)備的成型工藝參數(shù)（模外參數(shù)），傳統(tǒng)的成型設(shè)備控制器無(wú)法完成成型過(guò)程中通過(guò)自適應(yīng)調(diào)節(jié)模外參數(shù)平衡模內(nèi)參數(shù)的目標(biāo)。

6、連板軸孔的磨損和銷孔過(guò)大等原因，也會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的變位，導(dǎo)致軸銷的竄出，還會(huì)導(dǎo)致聯(lián)桿的斷裂與開(kāi)焊，最終影響操作機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)順利分閘。

制品成型過(guò)程中，模具工藝參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)研究在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，行業(yè)中以自適應(yīng)調(diào)節(jié)為目標(biāo)的模具大多只是實(shí)現(xiàn)了單一功能，如模溫感知、壓力感知、模具開(kāi)合動(dòng)作控制等功能，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)感知、分析、決策和控制的自適應(yīng)閉環(huán)功能。

教師既是“經(jīng)師”，又是“人師”。教書(shū)和育人是一個(gè)無(wú)法分開(kāi)的整體，育人滲透在教學(xué)中，是教學(xué)不可或缺的組成部分，育人效果的好壞直接決定著教學(xué)質(zhì)量的高低。通過(guò)教學(xué)，教師既要幫助學(xué)生掌握知識(shí)，形成技能，發(fā)展能力，又要幫助學(xué)生養(yǎng)成遠(yuǎn)大的理想追求，形成正確的人生態(tài)度，樂(lè)觀的情感體驗(yàn)，寬廣的人文情懷，堅(jiān)韌的意志品質(zhì)，精益求精的敬業(yè)精神。美國(guó)心理學(xué)家林格倫指出：“教師的教育效果取決于師生交往的質(zhì)量。”[2]要改變高等學(xué)校師生關(guān)系日漸疏遠(yuǎn)的現(xiàn)狀，教師要深入學(xué)生之中，親近學(xué)生，了解學(xué)生，與生為友，以理服生，以情動(dòng)生，以身示生，真正成為學(xué)生的人生導(dǎo)師。

1 自適應(yīng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)介

自適應(yīng)是不斷逼近目標(biāo)取得最佳處理效果的過(guò)程，其遵循的途徑以數(shù)學(xué)模型表示，被稱為自適應(yīng)算法。成型工藝參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)是在處理和分析過(guò)程中，根據(jù)模內(nèi)參數(shù)（如壓力、溫度）處理模外參數(shù)的數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整處理方法、處理順序、處理參數(shù)、邊界條件或約束條件，使其與模內(nèi)目標(biāo)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征、結(jié)構(gòu)特征相適應(yīng)，以取得最佳處理效果的過(guò)程，圖1所示為自適應(yīng)控制邏輯關(guān)系總圖。

1.1 自適應(yīng)調(diào)節(jié)工作原理

自適應(yīng)調(diào)節(jié)按照某種準(zhǔn)則和算法對(duì)相關(guān)工藝參數(shù)的系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終使目標(biāo)區(qū)間的函數(shù)值與目標(biāo)值最小化，達(dá)到最佳均衡的目的。隨著研究的深入，模內(nèi)參數(shù)（如壓力、溫度）的重要性被廣泛認(rèn)可，基于模內(nèi)參數(shù)控制的研究也逐漸成為熱點(diǎn)，現(xiàn)介紹的自適應(yīng)調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)基于模內(nèi)參數(shù)實(shí)現(xiàn)，其工作原理如圖2所示。

通過(guò)對(duì)模內(nèi)參數(shù)的重點(diǎn)區(qū)間設(shè)置評(píng)估目標(biāo)（EO，見(jiàn)圖3），當(dāng)生產(chǎn)周期中模內(nèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)觸發(fā)EO時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的調(diào)控內(nèi)容選項(xiàng)，調(diào)節(jié)參數(shù)包含位置調(diào)控、注射速度調(diào)控、注射壓力調(diào)控、保壓壓力調(diào)控、溫度調(diào)控、鎖模力調(diào)控，其中位置調(diào)控又包含

/

（壓力轉(zhuǎn)換點(diǎn)）位置調(diào)控、各段注射位置調(diào)控以及熔體注射完畢調(diào)控，溫度調(diào)控包含模具溫度調(diào)控、注塑機(jī)料溫調(diào)控、熱流道溫控箱調(diào)控，具體調(diào)節(jié)參數(shù)如圖4所示。

模內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)庫(kù)是中心知識(shí)庫(kù)，存儲(chǔ)預(yù)置的最優(yōu)目標(biāo)工藝；生產(chǎn)參數(shù)庫(kù)用于存儲(chǔ)注射生產(chǎn)過(guò)程中各周期的工藝數(shù)據(jù)，包含模內(nèi)參數(shù)和模外參數(shù)；系統(tǒng)模擬人類解決問(wèn)題的思路，以函數(shù)規(guī)則的模式基于獲取的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算校正參數(shù)，并將該參數(shù)以指令的形式發(fā)送給對(duì)應(yīng)的設(shè)備執(zhí)行任務(wù)。

其中，

(

)為需要調(diào)整的目標(biāo)周期（計(jì)為第

周期）校正后的參數(shù)；

(

-1)是工藝參數(shù)超標(biāo)的周期參數(shù)，即目標(biāo)周期

的前一周期（計(jì)為

-1周期）；Δ

(

)是根據(jù)生產(chǎn)參數(shù)庫(kù)和模內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)庫(kù)計(jì)算得出的補(bǔ)償誤差參數(shù)。

解決組合最值問(wèn)題時(shí)，往往還存在一些通過(guò)利用圖形特點(diǎn)來(lái)解決組合最值的問(wèn)題，因?yàn)槠渥宰兞渴请x散量，并且要求的最小值或最大值的量與自變量的函數(shù)關(guān)系不允許用同一個(gè)解析式來(lái)表達(dá)，所以就使得先前代數(shù)最值的問(wèn)題與解決組合最值的問(wèn)題有所不同。常見(jiàn)的解決辦法主要有以下幾點(diǎn)：

1.2 調(diào)節(jié)參數(shù)及算法示例

1.2.1 調(diào)節(jié)參數(shù)種類

自適應(yīng)調(diào)節(jié)是指利用前一注射周期獲得的工藝參數(shù)，根據(jù)補(bǔ)償誤差自動(dòng)調(diào)節(jié)當(dāng)前時(shí)刻的參數(shù)，使后一注射周期的函數(shù)值相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值波動(dòng)最小，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)工藝，以表達(dá)式呈現(xiàn)為：

一條注射生產(chǎn)線的設(shè)備包括主機(jī)和輔機(jī)設(shè)備，主機(jī)指的是注塑機(jī)，輔機(jī)主要包含模溫機(jī)、熱流道溫控箱、機(jī)械手等，而模具在注射生產(chǎn)中的自適應(yīng)調(diào)節(jié)是指在生產(chǎn)中對(duì)主機(jī)和輔機(jī)工藝參數(shù)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)控，以達(dá)到成型穩(wěn)定制品的目標(biāo)。

當(dāng)實(shí)時(shí)曲線的有效填充時(shí)間Δ

在目標(biāo)時(shí)間Δ

允許誤差范圍內(nèi)，系統(tǒng)不發(fā)出調(diào)控信號(hào)；在允許誤差范圍外，系統(tǒng)發(fā)出調(diào)控后的參數(shù)。

馬刺是在大樹(shù)下和狗皮、五趾打的，他們不敢朝太陽(yáng)看，但能看到樹(shù)蔭下一個(gè)個(gè)小亮點(diǎn)不再圓了，都缺了一塊，他們知道，發(fā)生日食了。

（2）注射速度調(diào)控示例：系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)目標(biāo)曲線計(jì)算有效填充時(shí)間（即曲線

/

點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間與起壓值（注射周期開(kāi)始時(shí)注射壓力值>0）對(duì)應(yīng)的時(shí)間之差），“目標(biāo)誤差”由人工輸入。

一是明確實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置的主要方向。考慮到財(cái)政學(xué)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后的工作選擇需要，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程可以設(shè)置基礎(chǔ)理論驗(yàn)證和實(shí)務(wù)操作兩個(gè)主要方向。驗(yàn)證基礎(chǔ)理論方面，主要涉及到研究分析財(cái)政收入、財(cái)政支出與GDP總量、增速之間的邏輯聯(lián)系，研究分析財(cái)政收支與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展其他宏觀因素之間的關(guān)系，研究分析財(cái)政稅收與收入分配、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、社會(huì)穩(wěn)定等因素之間的關(guān)系。實(shí)務(wù)操作方面，主要涉及到政府預(yù)算編制、政府采購(gòu)等財(cái)政收入支出管理以及稅收信用管理、稅收籌劃、稅收風(fēng)險(xiǎn)管理、企業(yè)財(cái)務(wù)處理、企業(yè)會(huì)計(jì)處理等涉稅實(shí)務(wù)管理內(nèi)容。在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程開(kāi)設(shè)期間，基礎(chǔ)性理論課程宜開(kāi)設(shè)在第五學(xué)期，實(shí)務(wù)操作性課程宜開(kāi)設(shè)在第六學(xué)期。

（1）

/

位置調(diào)控示例：對(duì)目標(biāo)傳感器設(shè)置水平EO，當(dāng)觸發(fā)該EO時(shí)，控制器在延遲時(shí)間后輸出信號(hào)，注塑機(jī)進(jìn)行

/

切換。

求解調(diào)控后設(shè)定注射速度

，已知注塑機(jī)初始實(shí)際注射速度為

，初始設(shè)定注射速度為

，則調(diào)控后實(shí)際注射速度

=

+

×（Δ

-Δ

）/Δ

，調(diào)控后設(shè)定注射速度

=

×

/

。

1.3 邏輯推理介紹

系統(tǒng)觸發(fā)相應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的算法前，先進(jìn)行邏輯判斷（即模擬人腦解決問(wèn)題模式），以確定空間匹配哪種函數(shù)算法，由于各參數(shù)的邏輯判斷原則不一樣，以保壓工藝匹配階段的模內(nèi)壓力傳感器為例，判斷邏輯如圖5所示。

2 設(shè)備介紹與實(shí)現(xiàn)方式及調(diào)控示例

2.1 設(shè)備介紹

1.2.2 算法示例

2.2 實(shí)現(xiàn)方式

要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，需要對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向互通，即讀取和寫入，如圖6所示。相關(guān)的數(shù)據(jù)通訊現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試如圖7所示，包含模溫機(jī)、注塑機(jī)等相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程讀寫，其中注塑機(jī)的遠(yuǎn)程讀寫是關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)OPC（OLE for process control，用于過(guò)程控制的OLE；OLE是一種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，即對(duì)象連接與嵌入）協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

2.3 調(diào)控示例

調(diào)控示例如圖8所示，曲線為生產(chǎn)模內(nèi)傳感器曲線，該曲線共設(shè)置

與

′、

與

′4個(gè)評(píng)估目標(biāo)（EO）。

（1）當(dāng)曲線在

與

′之間時(shí)，代表不觸發(fā)任何信號(hào)，制品品質(zhì)為優(yōu)。

（2）當(dāng)曲線在

或

′的范圍內(nèi)時(shí)，觸發(fā)信號(hào)，系統(tǒng)執(zhí)行參數(shù)調(diào)整命令及統(tǒng)計(jì)命令，此時(shí)制品品質(zhì)為良，未執(zhí)行分揀動(dòng)作，與優(yōu)質(zhì)品一起歸為合格品，則此階段計(jì)算優(yōu)良品的數(shù)量及百分率。

對(duì)照組患者采用常規(guī)的方式進(jìn)行B超檢查，儀器為飛利浦彩超儀，讓患者保持仰臥，進(jìn)行常規(guī)的腹部檢查。觀察組患者采用CT檢查，我院使用的是GE64排128層CT，根據(jù)患者實(shí)際情況適當(dāng)確定掃描范圍。由專業(yè)人士設(shè)定掃描參數(shù)：管電流設(shè)定為200～250mA，管電壓設(shè)定為110～130kV。矩陣為512×512，螺距為0.929：l。時(shí)間為0.9s，層厚為2.4mm。

（3）當(dāng)曲線在

或

′的范圍內(nèi)時(shí)，觸發(fā)信號(hào)，系統(tǒng)執(zhí)行參數(shù)調(diào)整+統(tǒng)計(jì)+分揀+預(yù)警命令，此時(shí)制品品質(zhì)為不合格品，并執(zhí)行分揀動(dòng)作，當(dāng)調(diào)整參數(shù)后連續(xù)次品數(shù)量仍大于在預(yù)警定義的次數(shù)時(shí)，系統(tǒng)將執(zhí)行定義的預(yù)警指令，如停機(jī)或通知人工介入。

3 結(jié)束語(yǔ)

上述方案的優(yōu)點(diǎn)在于算法的持續(xù)性升級(jí)有較高的可塑性，如圖4中的“延時(shí)（）模次”開(kāi)始自適應(yīng)調(diào)整功能，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前期，該數(shù)據(jù)以人工輸入為主，而當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)充足時(shí)，延時(shí)的模次數(shù)可以通過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)追加經(jīng)驗(yàn)程序算法的方式自動(dòng)賦予動(dòng)態(tài)化的最佳數(shù)據(jù)。同理，其他的工藝參數(shù)算法也可以通過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)優(yōu)化算法提升其精準(zhǔn)度，如基于大數(shù)據(jù)庫(kù)的迫零算法、最陡下降算法等。

[1]廖芳明.基于模腔壓力反饋的注塑制品質(zhì)量在線監(jiān)控與優(yōu)化[D].廣州:華南理工大學(xué),2013:49-65.

[2]王師華.注塑型腔壓力遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].武漢:華中科技大學(xué),2007:1-32.

[3]李 鶴.基于規(guī)則引擎的注射模知識(shí)重用技術(shù)研究[J].模具工業(yè),2015,41(12):1-5.

[4]KISTLER.注塑成型中的模腔壓力測(cè)試[J/OL].https://www.kistler.com/zh/solutions/industrial-process-control/cavity-pressure-measurement-in-injection-molding/.