專利名稱：一種注塑機(jī)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種注塑機(jī)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，屬于橡塑加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
注塑機(jī)節(jié)能是橡塑加工行業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。注塑機(jī)能耗，本質(zhì)上就是動(dòng)力系統(tǒng)輸出的能量。加工同樣的塑料制品，輸出能量越少越節(jié)能。注塑能耗不僅和橡塑材料的熔融效率有關(guān)，也和熔體注射、保壓定型、模具運(yùn)動(dòng)、合模壓力等要素密切相關(guān)。單件制品的能耗和成型周期呈顯著反比關(guān)系。注塑成型周期主要包括充模時(shí)間、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間。注塑生產(chǎn)中，應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下，選擇合理過程參數(shù)，縮短成型周期中各部分時(shí)間，提高效率、節(jié)約能源。對于小批量多產(chǎn)品任務(wù)的注塑機(jī)，不僅要考慮單產(chǎn)下的能耗，還需考慮不同產(chǎn)品切換過渡的能耗。這需要并行確定各單產(chǎn)狀態(tài)下的最優(yōu)參數(shù)以及多產(chǎn)品生產(chǎn)的最優(yōu)切換順 序。根據(jù)注塑節(jié)能的各種要素，現(xiàn)有成果集中在三個(gè)方面節(jié)能注射成型工藝，節(jié)能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(參考文獻(xiàn)張友根，注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)的分析研究，橡塑技術(shù)與裝備，2008，34 卷，第 3 期，52-65)。節(jié)能成型工藝是指運(yùn)用群腔熱流道、微發(fā)泡、振動(dòng)成型、介質(zhì)輔助等先進(jìn)技術(shù)，提高注射速度、降低注射壓力、減小鎖模力、縮短成型周期，降低制品成型的能耗。譬如，日本專利(05-237901)通過控制注射壓力提高質(zhì)量降低能耗；日本專利(2011-140149)通過安裝液壓變量泵控制液壓液的排放壓力，然后控制操作條件降低液壓回路的壓力而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。美國專利(7，422，426)、日本專利(2010-162845，2008-201016，2003-231164，2001-165388，11-156906，08-252849)均通過合?？刂苹蚝夏Ｑb置的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。歐洲專利(US19970862518 )定義了最短冷卻時(shí)間，在超出最短冷卻時(shí)間的冷卻段關(guān)閉主驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。節(jié)能執(zhí)行機(jī)構(gòu)又細(xì)分為節(jié)能合模機(jī)構(gòu)(譬如肘桿合模、卡式合模、無拉桿合模、兩模板合模技術(shù)等)和節(jié)能注射塑化機(jī)構(gòu)(包括單缸一線式注射塑化機(jī)構(gòu)、后雙缸注射機(jī)構(gòu)、節(jié)能螺桿、低速高扭矩液壓馬達(dá)螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等)，這方面尚未檢索到公開的發(fā)明專利。注塑動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)集中在液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)以及全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用與推廣。根據(jù)1980-2010年公開的美國、歐洲、日本和中國專利，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能相關(guān)的專利有24個(gè)，占注塑機(jī)節(jié)能相關(guān)專利的42%。上述技術(shù)成果必須通過注塑機(jī)的整體或局部軟硬件改造才能實(shí)現(xiàn)注塑節(jié)能，這對于新一代節(jié)能注塑機(jī)的研發(fā)具有重要價(jià)值，但對于已購買低端注塑機(jī)并形成一定生產(chǎn)規(guī)模的注塑企業(yè)來說，要采納這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)能則需要大量的改造費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種注塑機(jī)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，可以避免注塑機(jī)的硬件改造，易于嵌入到注塑機(jī)的控制系統(tǒng)中，適用于注塑機(jī)在大批量生產(chǎn)某單一產(chǎn)品時(shí)的最優(yōu)參數(shù)設(shè)定，以及小批量生產(chǎn)多規(guī)格相似產(chǎn)品時(shí)的最優(yōu)參數(shù)設(shè)定與生產(chǎn)調(diào)度。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種注塑機(jī)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，在注塑機(jī)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)中設(shè)置單產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化子系統(tǒng)和多產(chǎn)品優(yōu)化調(diào)度子系統(tǒng)，所述的單產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化子系統(tǒng)包括性能指標(biāo)與優(yōu)化變量選擇模塊、試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊、質(zhì)量和生產(chǎn)能耗的系統(tǒng)建模模塊、基于遺傳算法的質(zhì)量-能耗雙目標(biāo)優(yōu)化模塊和參數(shù)測試模塊；
所述的性能指標(biāo)與優(yōu)化變量選擇模塊是通過給定一種注塑加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求，確定待考察質(zhì)量指標(biāo)向量
j=Lyls···，) ^，···，)^，其中，}表示第j個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，m為待考察質(zhì)量指標(biāo)的個(gè)數(shù)，生產(chǎn)能耗指標(biāo)設(shè)和待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值向量^二^^^^”^’其中，；表示第
i個(gè)待優(yōu)化過程變量，或者表示第 個(gè)待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值， 為待優(yōu)化過程變量的個(gè)數(shù)；
所述的試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊，采用多變量均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，將待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值$，i=i，2，…j作為試驗(yàn)因素，得到#次試驗(yàn)方案，即待優(yōu)化過程變量參數(shù)設(shè)
定值向量X的集合1 !1 ,其中左為試驗(yàn)序號，k=l, 2，…，K,集合元素Xjc的表達(dá)式為- = 5- ' 'iX2,k 5■ ■"^n,k ];將待考察質(zhì)量指標(biāo)I J=I, 2，…,5 和生廣能耗指標(biāo)6作為試驗(yàn)結(jié)果，每次試驗(yàn)以七為待優(yōu)化變量的參數(shù)設(shè)定值，進(jìn)行注塑生產(chǎn)試驗(yàn)，得到^次試驗(yàn)方案的質(zhì)量指標(biāo)測量值集合(|^,凡=[八^，)^，一，)^]和生產(chǎn)能耗指標(biāo)測量值集合1 } , k = 1,...,2 "；
所述的質(zhì)量和生產(chǎn)能耗系統(tǒng)建模模塊，基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的結(jié)果——過程參數(shù)設(shè)定值向量集合I、質(zhì)量指標(biāo)測量值集合{jd和生產(chǎn)能耗指標(biāo)測量值集合f，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立和Z以及e和Z之間的映射關(guān)系，該映射關(guān)系為非解析形式的非線性模型，y = Imn(i-ι)
^ = f纖;_ B (太)(I -2 )
所述的基于遺傳算法的質(zhì)量-能耗雙目標(biāo)優(yōu)化模塊的操作方法，包括以下步驟
步驟I :寫出第一層優(yōu)化目標(biāo)和約束條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其通用形式為
Min ^α) χ)
(2)
St.叫巧5蒼
式中X = [X1,...,XfJ為待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值；
Fm(X)為質(zhì)量性能指標(biāo)7的自定義函數(shù)，其中J =;
Min Fm(X)表示求F(1)(x)最小值；
Pz3Pu分別為待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值的上下限；步驟2 :基于步驟I中公式(2)所描述的優(yōu)化問題，選擇遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果為滿足質(zhì)量指標(biāo)要求的過程變量設(shè)定值向量的集合{&}，<^=1，···，。，其中Jr表示第c個(gè)可行解，C為可行解個(gè)數(shù)；
步驟3 :基于步驟2得到的第一層優(yōu)化問題可行解集合= !,-■■,€以及生產(chǎn)能
耗模型€ =，寫出第二層優(yōu)化目標(biāo)和約束條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其通用形式為
權(quán)利要求
1.一種注塑機(jī)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，在注塑機(jī)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)中設(shè)置單產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化子系統(tǒng)和多產(chǎn)品優(yōu)化調(diào)度子系統(tǒng)，所述的單產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化子系統(tǒng)包括性能指標(biāo)與優(yōu)化變量選擇模塊、試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊、質(zhì)量和生產(chǎn)能耗的系統(tǒng)建模模塊、基于遺傳算法的質(zhì)量-能耗雙目標(biāo)優(yōu)化模塊和參數(shù)測試模塊； 所述的性能指標(biāo)與優(yōu)化 變量選擇模塊是通過給定一種注塑加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求，確定待考察質(zhì)量指標(biāo)向量J=[>\5· ··，>>· "5兄 ，其中，I表示第J個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，m為待考察質(zhì)量指標(biāo)的個(gè)數(shù)，生產(chǎn)能耗指標(biāo)e和待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值向量i =,其中TC表示第I個(gè)待優(yōu)化過程變量，或者表示第i個(gè)待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值，η為待優(yōu)化過程變量的個(gè)數(shù)； 所述的試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊，采用多變量均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，將待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值Xi , i=l, 2,…作為試驗(yàn)因素，得到I次試驗(yàn)方案，即待優(yōu)化過程變量參數(shù)設(shè)定值向量的集合I，其中左為試驗(yàn)序號，k=l, 2, 集合兀素的表達(dá)式為Xk = I工U-*, I ;將待考察質(zhì)量指行' J=I, 2,…，m和生產(chǎn)能耗指行g(shù)作為試驗(yàn)結(jié)果，每次試驗(yàn)以巧為待優(yōu)化變量的參數(shù)設(shè)定值，進(jìn)行注塑生產(chǎn)試驗(yàn)，得到^次試驗(yàn)方案的質(zhì)量指標(biāo)測量值集A{y,}, …和生產(chǎn)能耗指標(biāo)測量值集合 1 J Jir —19.. K.； 所述的質(zhì)量和生產(chǎn)能耗系統(tǒng)建模模塊，基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的結(jié)果——過程參數(shù)設(shè)定值向量集合、質(zhì)量指標(biāo)測量值集合和生產(chǎn)能耗指標(biāo)測量值集合，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立和Z以及e和Z之間的映射關(guān)系，該映射關(guān)系為非解析形式的非線性模型，y = fMN_Q{x)d-ο e = fMN(1_2) 所述的基于遺傳算法的質(zhì)量-能耗雙目標(biāo)優(yōu)化模塊的操作方法，包括以下步驟 步驟I :寫出第一層優(yōu)化目標(biāo)和約束條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其通用形式為 Min Fa3(Jc) r " (2) S丄X啦，龜] 式中JT =Ix1^xjJ為待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值； Fc1)(jt)為質(zhì)量性能指標(biāo)的自定義函數(shù)，其中J =; Min Fm(Jt)表示求Fa)(JC)最小值；Pl3Pu分別為待優(yōu)化過程變量的參數(shù)設(shè)定值的上下限； 步驟2 :基于步驟I中公式(2)所描述的優(yōu)化問題，選擇遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果為滿足質(zhì)量指標(biāo)要求的過程變量設(shè)定值向量的集合
全文摘要
本發(fā)明提供了一種注塑機(jī)節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，屬于橡塑加工領(lǐng)域。該方法通過設(shè)置單產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化子系統(tǒng)和多產(chǎn)品優(yōu)化調(diào)度子系統(tǒng)，單產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化子系統(tǒng)包括性能指標(biāo)與優(yōu)化變量選擇模塊，試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能耗的系統(tǒng)建模模塊，基于遺傳算法的質(zhì)量-能耗雙目標(biāo)優(yōu)化模塊和參數(shù)測試模塊；多產(chǎn)品優(yōu)化調(diào)度子系統(tǒng)包括多產(chǎn)品性能指標(biāo)與優(yōu)化變量選擇模塊，多產(chǎn)品切換的試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊，產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能耗和產(chǎn)品切換過渡能耗的系統(tǒng)建模模塊，基于遺傳算法的質(zhì)量優(yōu)化模塊，基于遺傳算法和旅行商算法的節(jié)能調(diào)度模塊和多產(chǎn)品調(diào)度參數(shù)測試模塊。該方法可提高企業(yè)生產(chǎn)資源的使用效率，降低生產(chǎn)能耗，增加企業(yè)競爭力。
文檔編號G05B13/04GK102773981SQ201210243230
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者公桂霞, 劉劍慰, 姜斌, 王晶, 程月華, 陸寧云 申請人:南京航空航天大學(xué)