注射模生產(chǎn)中智能化控制及應用

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)驗或反復試驗來調(diào)整注塑機的成型工藝參數(shù)，實際上模具型腔內(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)）取決于注塑機及相關輔助設備的成型工藝參數(shù)（模外參數(shù)），傳統(tǒng)的成型設備控制器無法完成成型過程中通過自適應調(diào)節(jié)模外參數(shù)平衡模內(nèi)參數(shù)的目標。

6、連板軸孔的磨損和銷孔過大等原因，也會導致傳動機構的變位，導致軸銷的竄出，還會導致聯(lián)桿的斷裂與開焊，最終影響操作機構無法實現(xiàn)順利分閘。

制品成型過程中，模具工藝參數(shù)的自適應調(diào)節(jié)研究在國內(nèi)還處于起步階段，行業(yè)中以自適應調(diào)節(jié)為目標的模具大多只是實現(xiàn)了單一功能，如模溫感知、壓力感知、模具開合動作控制等功能，并沒有實現(xiàn)感知、分析、決策和控制的自適應閉環(huán)功能。

教師既是“經(jīng)師”，又是“人師”。教書和育人是一個無法分開的整體，育人滲透在教學中，是教學不可或缺的組成部分，育人效果的好壞直接決定著教學質(zhì)量的高低。通過教學，教師既要幫助學生掌握知識，形成技能，發(fā)展能力，又要幫助學生養(yǎng)成遠大的理想追求，形成正確的人生態(tài)度，樂觀的情感體驗，寬廣的人文情懷，堅韌的意志品質(zhì)，精益求精的敬業(yè)精神。美國心理學家林格倫指出：“教師的教育效果取決于師生交往的質(zhì)量?！盵2]要改變高等學校師生關系日漸疏遠的現(xiàn)狀，教師要深入學生之中，親近學生，了解學生，與生為友，以理服生，以情動生，以身示生，真正成為學生的人生導師。

1 自適應調(diào)節(jié)簡介

自適應是不斷逼近目標取得最佳處理效果的過程，其遵循的途徑以數(shù)學模型表示，被稱為自適應算法。成型工藝參數(shù)的自適應調(diào)節(jié)是在處理和分析過程中，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)目標數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分布特征、結(jié)構特征相適應，以取得最佳處理效果的過程，圖1所示為自適應控制邏輯關系總圖。

1.1 自適應調(diào)節(jié)工作原理

自適應調(diào)節(jié)按照某種準則和算法對相關工藝參數(shù)的系數(shù)進行調(diào)整，最終使目標區(qū)間的函數(shù)值與目標值最小化，達到最佳均衡的目的。隨著研究的深入，模內(nèi)參數(shù)（如壓力、溫度）的重要性被廣泛認可，基于模內(nèi)參數(shù)控制的研究也逐漸成為熱點，現(xiàn)介紹的自適應調(diào)節(jié)的標準基于模內(nèi)參數(shù)實現(xiàn)，其工作原理如圖2所示。

通過對模內(nèi)參數(shù)的重點區(qū)間設置評估目標（EO，見圖3），當生產(chǎn)周期中模內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)觸發(fā)EO時，系統(tǒng)進入對應的調(diào)控內(nèi)容選項，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）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)標準參數(shù)庫是中心知識庫，存儲預置的最優(yōu)目標工藝；生產(chǎn)參數(shù)庫用于存儲注射生產(chǎn)過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)計算校正參數(shù)，并將該參數(shù)以指令的形式發(fā)送給對應的設備執(zhí)行任務。

其中，

(

)為需要調(diào)整的目標周期（計為第

周期）校正后的參數(shù)；

(

-1)是工藝參數(shù)超標的周期參數(shù)，即目標周期

的前一周期（計為

-1周期）；Δ

(

)是根據(jù)生產(chǎn)參數(shù)庫和模內(nèi)標準參數(shù)庫計算得出的補償誤差參數(shù)。

解決組合最值問題時，往往還存在一些通過利用圖形特點來解決組合最值的問題，因為其自變量是離散量，并且要求的最小值或最大值的量與自變量的函數(shù)關系不允許用同一個解析式來表達，所以就使得先前代數(shù)最值的問題與解決組合最值的問題有所不同。常見的解決辦法主要有以下幾點：

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)補償誤差自動調(diào)節(jié)當前時刻的參數(shù)，使后一注射周期的函數(shù)值相對于標準參數(shù)值波動最小，實現(xiàn)最優(yōu)工藝，以表達式呈現(xiàn)為：

一條注射生產(chǎn)線的設備包括主機和輔機設備，主機指的是注塑機，輔機主要包含模溫機、熱流道溫控箱、機械手等，而模具在注射生產(chǎn)中的自適應調(diào)節(jié)是指在生產(chǎn)中對主機和輔機工藝參數(shù)實時自動調(diào)控，以達到成型穩(wěn)定制品的目標。

當實時曲線的有效填充時間Δ

在目標時間Δ

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

馬刺是在大樹下和狗皮、五趾打的，他們不敢朝太陽看，但能看到樹蔭下一個個小亮點不再圓了，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)自動對目標曲線計算有效填充時間（即曲線

/

點對應的時間與起壓值（注射周期開始時注射壓力值>0）對應的時間之差），“目標誤差”由人工輸入。

一是明確實驗實訓課程設置的主要方向?？紤]到財政學專業(yè)學生畢業(yè)后的工作選擇需要，實驗實訓課程可以設置基礎理論驗證和實務操作兩個主要方向。驗證基礎理論方面，主要涉及到研究分析財政收入、財政支出與GDP總量、增速之間的邏輯聯(lián)系，研究分析財政收支與經(jīng)濟社會發(fā)展其他宏觀因素之間的關系，研究分析財政稅收與收入分配、經(jīng)濟增長、社會穩(wěn)定等因素之間的關系。實務操作方面，主要涉及到政府預算編制、政府采購等財政收入支出管理以及稅收信用管理、稅收籌劃、稅收風險管理、企業(yè)財務處理、企業(yè)會計處理等涉稅實務管理內(nèi)容。在校內(nèi)實驗實訓課程開設期間，基礎性理論課程宜開設在第五學期，實務操作性課程宜開設在第六學期。

（1）

/

位置調(diào)控示例：對目標傳感器設置水平EO，當觸發(fā)該EO時，控制器在延遲時間后輸出信號，注塑機進行

/

切換。

求解調(diào)控后設定注射速度

，已知注塑機初始實際注射速度為

，初始設定注射速度為

，則調(diào)控后實際注射速度

=

+

×（Δ

-Δ

）/Δ

，調(diào)控后設定注射速度

=

×

/

。

1.3 邏輯推理介紹

系統(tǒng)觸發(fā)相應調(diào)節(jié)參數(shù)的算法前，先進行邏輯判斷（即模擬人腦解決問題模式），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 設備介紹與實現(xiàn)方式及調(diào)控示例

2.1 設備介紹

1.2.2 算法示例

2.2 實現(xiàn)方式

要實現(xiàn)自適應調(diào)節(jié)，需要對相關設備進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向互通，即讀取和寫入，如圖6所示。相關的數(shù)據(jù)通訊現(xiàn)場測試如圖7所示，包含模溫機、注塑機等相關數(shù)據(jù)的遠程讀寫，其中注塑機的遠程讀寫是關鍵點，通過OPC（OLE for process control，用于過程控制的OLE；OLE是一種面向?qū)ο蟮募夹g，即對象連接與嵌入）協(xié)議實現(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，該曲線共設置

與

′、

與

′4個評估目標（EO）。

（1）當曲線在

與

′之間時，代表不觸發(fā)任何信號，制品品質(zhì)為優(yōu)。

（2）當曲線在

或

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

對照組患者采用常規(guī)的方式進行B超檢查，儀器為飛利浦彩超儀，讓患者保持仰臥，進行常規(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)患者實際情況適當確定掃描范圍。由專業(yè)人士設定掃描參數(shù)：管電流設定為200～250mA，管電壓設定為110～130kV。矩陣為512×512，螺距為0.929：l。時間為0.9s，層厚為2.4mm。

（3）當曲線在

或

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

3 結(jié)束語

上述方案的優(yōu)點在于算法的持續(xù)性升級有較高的可塑性，如圖4中的“延時（）模次”開始自適應調(diào)整功能，在系統(tǒng)開發(fā)前期，該數(shù)據(jù)以人工輸入為主，而當數(shù)據(jù)庫參數(shù)充足時，延時的模次數(shù)可以通過系統(tǒng)后臺追加經(jīng)驗程序算法的方式自動賦予動態(tài)化的最佳數(shù)據(jù)。同理，其他的工藝參數(shù)算法也可以通過系統(tǒng)后臺優(yōu)化算法提升其精準度，如基于大數(shù)據(jù)庫的迫零算法、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,2013:49-65.

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

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

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