CN102495606A - 高性能机械基础件精密成形智能制造系统 - Google Patents
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Abstract
高性能机械基础件精密成形智能制造系统，包括有多台电磁感应模压硫化精密成形装备和智能测控系统等，对机械基础件进行模压硫化精密成形和自动脱模，以及对各台装备温度、压力、时间、位移等工艺参数和状态信息进行分布式在线监测、显示、智能优化控制。根据产品结构、材料、尺寸、工况、负载、应用环境等综合性能需求，以及生产过程产品质量状况，利用神经网络和遗传算法并结合有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，通过有线和无线通信模块，对多台模压硫化精密成形装备进行分布式智能监测和控制，从而提高优质产品合格率和生产效率，不仅可满足各种高性能机械基础件产业化的重大需求，而且还能实现高效、节能、绿色和智能制造等。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造系统，特别是一种高性能机械基础件智能制造系统。
背景技术
新型高性能工程复合材料机械基础件（轴承、密封件、齿轮、联轴器、减震器等）的制造技术，是解决我国机械、舰船、车辆、航空、航天、新能源等工程领域重要装备低能耗、无污染、低噪声、高精度、高可靠、长寿命等重要问题的关键技术瓶颈。
传统的机械零部件制造模式是一个开环系统,即原料→工业生产→产品使用→报废→弃入环境。它是靠大量消耗资源和破坏环境为代价的工业发展模式，所以设计技术主要考虑产品的功能、质量和成本。
现代设计模式是根据产品在整个生命周期中功能和市场竞争(时间、质量、价格)的需要，考虑生态环境和资源效率，应用科学知识和现代技术，经过设计人员创造性的思维、规划和决策，制定先进的产品设计方案，并通过CAD等先进方法使方案付诸实施。
网络技术，特别是Internet技术的出现和迅速发展给制造业及制造技术带来重大影响。在这种背景之下。网络技术与制造技术相结合而形成的网络化制造技术应运而生。网络化制造是基于网络的制造企业的各种制造活动及其所涉及的制造技术和制造系统的总称，具有敏捷响应、资源共享、客户参与、虚拟产品、远程诊断、远程控制等特征。
近年来，随着机械工程、电子、自动化、信息、传感、人工智能等高新技术的不断交叉融合，产生了智能制造这一新的制造模式，它将制造产业中的各个环节高度柔性集成，通过计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动；并对人类专家的制造智能进行收集、存贮、完善、共享、继承与发展。智能制造系统在国际标准化和互换性的基础上，使得制造系统中的经营决策、产品设计、生产规划、制造装配和质量保证等各个子系统分别智能化，成为网络集成的高度自动化制造系统。
现有的高性能工程复合材料机械基础件制造装备主要有硫化机和工程复合材料精密成形制造装备。它们均可以实现将金属与非金属进行复核，但具有的功能各不相同，如有的可以自动脱模、有的可以加工大尺寸工件；另外设备的控制系统也不同，有的采用PLC，有的采用单片机，有的采用微机控制器。这些设备只能分别独立操作运行，设备中各种参数（如温度，压力，位移等）的运行变化曲线无法在线集中监测，更不能根据产品结构、材料、尺寸、工况、负载、应用环境等综合性能需求和实际生产过程产品质量状况对这些参数进行智能优化调整，这就造成制造效率低下，大批量产品生产时质量得不到保证，并且不能较快地响应用户需求。
因此发明高性能机械基础件智能制造设系统，是提高机械基础件的优质产品合格率和生产效率以及市场响应性的关键，不仅可满足各种高性能机械基础件产业化的重大需求，而且还能实现高效、节能、绿色和智能制造等。
发明内容
本发明的目的就是提供一种高性能机械基础件精密成形智能制造系统，它可以同时在线监测对多台电磁感应模压硫化精密成形装备的工艺参数和状态信息，并结合有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库对数据进行智能优化处理，然后根据优化后的参数对它们进行智能控制，从而可以提高机械基础件的制造效率和精度以及市场响应性。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有智能测控系统和多台电磁感应模压硫化精密成形装备，
电磁感应模压硫化精密成形装备，完成机械基础件的电磁感应模压硫化精密成形和自动脱模工作，采集机械基础件加工过程中的实时压力数据、温度数据和位移数据，并将数据反馈回智能测控系统；
智能测控系统，通过有线或无线局域网实时采集多台电磁感应模压硫化精密成形设备的压力数据、温度数据和位移数据，实时显示它们的变化曲线，并根据产品结构、材料、尺寸、工况、负载和应用环境的综合性能需求以及实际生产过程产品质量状况，结合有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，利用采集到的数据对硫化工艺参数进行智能优化，进而利用优化的硫化工艺参数控制电磁感应模压硫化精密成形设备进行工作。
进一步，所述电磁感应模压硫化精密成形装备包括有制造机、温度传感器、压力传感器、位置传感器、通信模块、分布式A/D采集模块、分布式D/A输出模块和分布式数字量输入输出模块，
制造机，对机械基础件加工，完成托模、移膜、锁模、注胶、加温和加压硫化、自动脱模成形工序；
温度传感器、压力传感器和位移传感器，分别采集制造机工作时的温度数据、压力数据和位移数据；
通信模块，接收智能控制系统发送的控制指令，发送采集到的数据至智能控制系统；
分布式A/D采集模块，将温度传感器、压力传感器和位移传感器采集到的模拟信号数据转换为数字信号；
分布式D/A输出模块，将接收到的工控机数字信号控制指令转换为模拟信号控制指令；
分布式数字量输入输出模块，将工控机发出的控制指令转换为制造机能执行行动的控制指令。
进一步，所述智能控制系统包括有通信模块、存有有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库的工控机和中央控制器，
通信模块，用于接收各台电磁感应模压硫化精密成形装备所采集到的温度、压力和位移原始信息，向各台电磁感应模压硫化精密成形装备发出数字控制指令；
工控机，用于实时显示温度、压力变化曲线，监控各台电磁感应模压硫化精密成形装备的状态，存储有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，向中央控制器提供数据和发出控制指令；
有效硫化工艺体系知识库，用于管理各种类型和规格的机械基础件硫化工艺体系的专家知识，并向中央控制器提供必要的硫化工艺信息；
历史优质产品合格数据库，用于管理各种优质合格机械基础件尺寸、机械性能和力学性能参数，以及制造过程中所用的工艺参数，并向中央控制器提供必要的产品信息和硫化工艺参数；
中央控制器，对接收到的温度和压力信息进行处理，根据环境、结构、工况、不同批次材料性质的变化，通过结合有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，对接收到的温度和压力信息进行人工神经网络和遗传算法运算，得到优化的硫化工艺参数，并自动发出温度和压力调整指令；对位移数据进行比对，发出位置调整或下一步动作指令。
进一步，所述工控机包括有在线监测模块、控制模块、触摸屏和电源；
在线监测模块，记录工控机和装备操作信息、报警信息和故障信息，记录各台电磁感应模压硫化精密成形装备的状态信息，记录接收到的温度和压力原始信息，并生成历史趋势曲线。
控制模块，工作人员通过控制模块向工控机和电磁感应模压硫化精密成形装备发出参数更改和控制指令；
触摸屏，用于人机交互，操作在线监测模块和控制模块；
电源，为工控机提供电源。
进一步，所述通信模块是基于PROFINET工业以太网。
进一步，所述通信模块是基于SCALANCE W无线局域网。
进一步，SCALANCE W采用IEEE 802.11b/g和802.11ａ相符合的无线以太网标准。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
通过建立有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，根据产品性能需求和实际生产过程产品质量状况，利用神经网络和遗传算法对多台电磁感应模压硫化精密成形装备进行分布式智能监测和控制，信息互换易于实现信息资源共享，通过远程监测与控制实现大批量优质合格高性能机械基础件的制造过程，在远端通过有线或无线网络即可对各台电磁感应模压硫化精密成形装备发出相应的信息获取和动作控制指令，并且支持电磁感应模压硫化精密成形装备的扩展。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
高性能机械基础件精密成形智能制造系统，所述系统包括有智能测控系统和多台电磁感应模压硫化精密成形装备，
电磁感应模压硫化精密成形装备，完成机械基础件的电磁感应模压硫化精密成形和自动脱模工作，采集机械基础件加工过程中的实时压力数据、温度数据和位移数据，并将数据反馈回智能测控系统；
智能测控系统，通过有线或无线局域网实时采集多台电磁感应模压硫化精密成形设备的压力数据、温度数据和位移数据，实时显示它们的变化曲线，并根据产品结构、材料、尺寸、工况、负载和应用环境的综合性能需求以及实际生产过程产品质量状况，结合有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，利用采集到的数据对硫化工艺参数进行智能优化，进而利用优化的硫化工艺参数控制电磁感应模压硫化精密成形设备进行工作。
智能测控系统同时处理多台电磁感应模压硫化精密成形装备反馈的数据，并根据收到的数据进行智能优化，发出调整指令，使各台电磁感应模压硫化精密成形装备工作在优化的温度和压力状态下，提高机械基础件的制作精度和效率。为达到一套智能测控系统同时监控多台电磁感应模压硫化精密成形装备的目的，智能测控系统需要同时与各台电磁感应模压硫化精密成形装备保持通信，实时监测各台电磁感应模压硫化精密成形装备的状态参数，通过指令控制各台电磁感应模压硫化精密成形装备的执行动作。
所述电磁感应模压硫化精密成形装备包括有制造机、温度传感器、压力传感器、位置传感器、通信模块、分布式A/D采集模块、分布式D/A输出模块和分布式数字量输入输出模块，
制造机，对机械基础件加工，完成托模、移膜、锁模、注胶、加温和加压硫化、自动脱模成形工序；
温度传感器、压力传感器和位移传感器，分别采集制造机工作时的温度数据、压力数据和位移数据；
通信模块，接收智能控制系统发送的控制指令，发送采集到的数据至智能控制系统；
分布式A/D采集模块，将温度传感器、压力传感器和位移传感器采集到的模拟信号数据转换为数字信号；
本发明通过有线或无线通信模块、分布式A/D采集模块、分布式D/A输出模块和分布式数字量输入输出模块使多台电磁感应模压硫化精密成形装备在同一智能测控系统下进行工作。
电磁感应模压硫化精密成形装备中的数字模拟量收发模块运用与智能测控系统通信模块相对应的通信模式，便于智能测控系统同时各台电磁感应模压硫化精密成形装备通信。
所述智能控制系统包括有通信模块、存有有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库的工控机和中央控制器，
通信模块，用于接收各台电磁感应模压硫化精密成形装备所采集到的温度、压力和位移原始信息，向各台电磁感应模压硫化精密成形装备发出数字控制指令；
工控机，用于实时显示温度、压力变化曲线，监控各台电磁感应模压硫化精密成形装备的状态，存储有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，向中央控制器提供数据和发出控制指令；
有效硫化工艺体系知识库，用于管理各种类型和规格的机械基础件硫化工艺体系的专家知识，并向中央控制器提供必要的硫化工艺信息；
历史优质产品合格数据库，用于管理各种优质合格机械基础件尺寸、机械性能和力学性能参数，以及制造过程中所用的工艺参数，并向中央控制器提供必要的产品信息和硫化工艺参数；
中央控制器，对接收到的温度和压力信息进行处理，根据环境、结构、工况、不同批次材料性质的变化，通过结合有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，对接收到的温度和压力信息进行人工神经网络和遗传算法运算，得到优化的硫化工艺参数，并自动发出温度和压力调整指令；对位移数据进行比对，发出位置调整或下一步动作指令。
所述工控机包括有在线监测模块、控制模块、触摸屏和电源；
在线监测模块，记录工控机操作信息、报警信息和故障信息，纪录各台电磁感应模压硫化精密成形装备的状态信息，记录接收到的温度和压力原始信息，并生成历史趋势曲线。
控制模块，工作人员通过控制模块向工控机和电磁感应模压硫化精密成形装备发出参数更改和控制指令；
触摸屏，用于人机交互，操作在线监测模块和控制模块；
电源，为工控机提供电源。
通过A/D输出模块的转换，工控机和中央处理器能直接读取采集到的信息并进行分析。若要新增电磁感应模压硫化精密成形装备，工作人员通过控制模块可以对加入的装备进行定义，操作简单，工作灵活。
所述通信模块可以基于PROFINET工业以太网，也可以基于SCALANCE W无线局域网，两者可以切换
制造系统以西门子公司生产的控制器S7-315PN/2DP以及PROFINET工业以太网和SCALANCE W无线局域网为核心，采用ET200S分布式I/0使多台电磁感应模压硫化精密成形装备通过PROFINET或IWAN直接集成在S7-315PN/2DP下，使响应在10ms数量级。
SCALANCE W采用IEEE 802.11b/g和802.11ａ相符合的无线以太网标准。在2.4GHZ和和5GHZ下的数据传输速率可以达到54Mbit/s。
PROFINET工业以太网和SCALANCE W无线局域网通讯系统可以采用西门子新一代的S7-315 PN/2DP PLC做为控制系统的控制核心。西门子S7-300 PLC具有高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，有最高的工业环境适应性，S7-315 PN/2DP同时具有PROFINET工业以太网和PROFIBUS DP总线, 采用ET200S分布式I/O采集各传感器信号,通过PROFINET或者IWLAN直接集成在S7-315PN/2DP下。
S7-315PN/2DP通过SCALANCE-X206交换机构成工业以太网。并且通过工业以太网和工控机通信总线技术大大减少数据连线，增强了系统运行的可靠性。整套系统完成数据采集，工业以太网通讯，IWLAN通讯，人机界面、运动控制、I/O逻辑运算、故障诊断等功能。PROFINET或者IWLAN通讯采用的是Profinet ISOCHRONE MODE等时同步模式。ISOCHRONE MODE是PROFINET 通讯的新技术，它可以使PROFINET 的通讯周期时间保持恒定，从而可以大大提高通讯的稳定性, 提高控制系统的稳定性和精度。
工控机测控软件采用西门子WINCC, 通过以太网和S7-300通讯。采用一两台工控机和两台显示屏可以同时监控工作，进行工艺参数设定/实时参数显示，显示操作信息/报警信息/故障诊断。
为方便在现场观察和一些参数设定，在控制台安装一台触模屏,可以显示实时参数，显示操作信息/报警信息/故障诊断，进行一些必要的参数设定。触模屏通过MPI总线直接和CPU通信，和PROFINET完全分开。即使是在以太网故障或中断时，也能进行诊断。WinCC 画面和高性能机械基础件制造装备的实时运行状态一一对应，操作人员可以轻松掌握。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1. 高性能机械基础件精密成形智能制造系统，其特征在于：所述系统包括有智能测控系统和多台电磁感应模压硫化精密成形装备，
电磁感应模压硫化精密成形装备，完成机械基础件的电磁感应模压硫化精密成形和自动脱模工作，采集机械基础件加工过程中的实时压力数据、温度数据和位移数据，并将数据反馈回智能测控系统；
智能测控系统，通过有线或无线局域网实时采集多台电磁感应模压硫化精密成形设备的压力数据、温度数据和位移数据，实时显示它们的变化曲线，并根据产品结构、材料、尺寸、工况、负载和应用环境的综合性能需求以及实际生产过程产品质量状况，结合有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，利用采集到的数据对硫化工艺参数进行智能优化，进而利用优化的硫化工艺参数控制电磁感应模压硫化精密成形设备进行工作。
2. 如权利要求1所述的高性能机械基础件精密成形智能制造系统，其特征在于：所述电磁感应模压硫化精密成形装备包括有制造机、温度传感器、压力传感器、位置传感器、通信模块、分布式A/D采集模块、分布式D/A输出模块和分布式数字量输入输出模块，
制造机，对机械基础件加工，完成托模、移膜、锁模、注胶、加温和加压硫化、自动脱模成形工序；
温度传感器、压力传感器和位移传感器，分别采集制造机工作时的温度数据、压力数据和位移数据；
通信模块，接收智能控制系统发送的控制指令，发送采集到的数据至智能控制系统；
分布式A/D采集模块，将温度传感器、压力传感器和位移传感器采集到的模拟信号数据转换为数字信号；
分布式D/A输出模块，将接收到的工控机数字信号控制指令转换为模拟信号控制指令；
分布式数字量输入输出模块，将工控机发出的控制指令转换为制造机能执行行动的控制指令。
3. 如权利要求1、2所述的高性能机械基础件精密成形智能制造系统，其特征在于：所述智能控制系统包括有通信模块、存有有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库的工控机和中央控制器，
通信模块，用于接收各台电磁感应模压硫化精密成形装备所采集到的温度、压力和位移原始信息，向各台电磁感应模压硫化精密成形装备发出数字控制指令；
工控机，用于实时显示温度、压力变化曲线，监控各台电磁感应模压硫化精密成形装备的状态，存储有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，向中央控制器提供数据和发出控制指令；
有效硫化工艺体系知识库，用于管理各种类型和规格的机械基础件硫化工艺体系的专家知识，并向中央控制器提供必要的硫化工艺信息；
历史优质产品合格数据库，用于管理各种优质合格机械基础件尺寸、机械性能和力学性能参数，以及制造过程中所用的工艺参数，并向中央控制器提供必要的产品信息和硫化工艺参数；
中央控制器，对接收到的温度和压力信息进行处理，根据环境、结构、工况、不同批次材料性质的变化，通过结合有效硫化工艺体系知识库和历史优质产品合格数据库，对接收到的温度和压力信息进行人工神经网络和遗传算法运算，得到优化的硫化工艺参数，并自动发出温度和压力调整指令；对位移数据进行比对，发出位置调整或下一步动作指令。
4. 如权利要求3所述的高性能机械基础件精密成形智能制造系统，其特征在于：所述工控机包括有在线监测模块、控制模块、触摸屏和电源；
在线监测模块，记录工控机和装备操作信息、报警信息和故障信息，记录各台电磁感应模压硫化精密成形装备的状态信息，记录接收到的温度和压力原始信息，并生成历史趋势曲线。
5.控制模块，工作人员通过控制模块向工控机和电磁感应模压硫化精密成形装备发出参数更改和控制指令；
触摸屏，用于人机交互，操作在线监测模块和控制模块；
电源，为工控机提供电源。
6. 如权利要求3所述的高性能机械基础件精密成形智能制造系统，其特征在于：所述通信模块是基于PROFINET工业以太网。
7. 如权利要求3所述的高性能机械基础件精密成形智能制造系统，其特征在于：所述通信模块是基于SCALANCE W无线局域网。
8. 如权利要求6所述的高性能机械基础件精密成形智能制造系统，其特征在于：SCALANCE W采用IEEE 802.11b/g和802.11ａ相符合的无线以太网标准。
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