CN104395049A

CN104395049A - 模具管理系统

Info

Publication number: CN104395049A
Application number: CN201380033723.5A
Authority: CN
Inventors: 本·哈尔福特
Original assignee: Surface Generation Ltd
Current assignee: Surface Generation Ltd
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: CN104395049B; JP2015523928A; CA2876363A1; EP2864093B1; ES2603739T3; CA2876363C; US20150336295A1; WO2014001772A1; EP2864093A1; JP6554415B2; GB201211191D0; US9610709B2

Abstract

本发明提供了一种方法和系统，通过对第一个模具（302）能量使用进行监控，当有足够的能量时，启动第二个模具（304），用于管理一个有限资源设备上的多步加热模具（302，304）。

Description

模具管理系统

本发明涉及一种方法和系统，用于模具供应资源管理。具体地，本发明涉及一种方法和系统，用于对多个模具进行管理，每个模具利用流体加热。

现已知通过加热流体对模具温度进行控制，如申请人之前已经公开的专利申请W02011/048365中提及的例子所示。

申请人未公开的专利申请，GB 1113658.7中，显示了一种模具，其包含多个独立加热的单元。压缩空气吸入到每个单元的一个液压腔，并通过位于每个腔体入口的在线空气加热器进行选择性加热，从而动态控制模具表面的温度。从而实现模具的加热和冷却（通过停止加热器工作）。

空气加热模具需要驱动加热器的电能和压缩空气的来源。有时压缩器本身也需要电能。通常，压缩器会根据表现限制空气输出。因此，同时工作的模具数量受到两个因素的限制——电能和在任何给定时间内可提供的压缩空气量。

这样一个模具所需要的最大电能可通过计算所有区域进行加热时所消耗的能量来决定，即，“满载”状态。

这样一个模具所需要的最大压缩空气量可通过计算所有区域进行冷却时所消耗的空气量来计算。

制造设备通常有一个电能峰值，可通过例如供电设备的性能来决定。如上文所述，压缩空气流动率的峰值则受到供气系统的限制（不论是通过压缩器或储存在箱中）。

如果多个模具安装在同一个设备上，根据现有技术，模具的最大数量取决于它们联合后的最大资源需求总和。这里所述的“资源”是指可消耗的对象，特别是电能或压缩空气。这些会限制在一个已有设备上运行的模具数量。

本发明的一个目标是减小单个设备上安装模具数量所受的限制。根据本发明，提供了一种控制多模具系统的方法，该方法包含以下步骤：

提供多个加热模具，每个都具有一个可变资源消耗的模制工作周期，

提供一个最大的系统资源容量，低于该多个模具的最大资源消耗的叠加总和，

启动一个第一模具的一个模制工作周期，

监控该第一模具的资源消耗，

确定一个最大系统资源消耗中未使用的系统资源可用量以及第一模具的资源消耗，

根据未使用的系统资源可用量启动一个第二模具的工作周期。

这种模具管理的优势是，可以让一个生产设备安装更多的模具，或者具体而言，安装比理论上最大资源消耗总和允许的数量更多的模具。这样，并通过同时运行多个模具重叠其工作周期，产量可以提高。在此所述的资源可以是电能、压缩空气供应容量或两者（因为可能需要两套最大系统资源容量，一套提供电能，一套提供压缩空气）。流体可以是来自设备中某工具的压缩空气。或者，流体也可以是通过例如电动管道风扇制造的增加压力的压缩空气。

优选的模具是流体加热的模具。

优选的流体加热模具在各自工作周期中的一个冷却阶段有一个排气流，其中该方法包含以下步骤：

在第一模具工作周期的冷却阶段启动第二模具的工作周期，

以及，利用第一模具排气流的热量至少部分加热第二模具。

优选地，该方法包含以下步骤：

考虑第一模具在第一模具工作周期的冷却阶段的排气流的可用能量，来确定第一模具的资源消耗。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造多个工件的方法，其包含以下步骤：

提供多个工件材料单元，

将每个工件材料单元插入到各自的模具中，

根据本发明第一方面的方法控制模具，

将模制的工件取出，

监控运行中模具的资源消耗，

使用控制系统，根据运行中模具需求工作周期和运行中模具需求资源工作周期的偏差，重新安排模具需求资源工作周期。

本发明这个方面的优点是，能规划并从而预测一个给定生产设备的生产能力。根据本发明第二方面的这种方法能根据运行中的模具或运行中的多个模具的状态来调整规划。这意味着，模具的表现会根据多种因素与预期的表现不同，比如环境因素（温度、湿度）以及材料状态（比如坯料的时段）。

优选地，本方法仅调整规划，而不去预测模具本身的资源消耗数据（比如，下一个工作周期的资源消耗），因为其中会发生某些变化。

根据本发明的第三方面，提供一个用于具有多个模具的模具系统的控制系统，其包含：

一个第一模具，

一个第二模具，

安排一个第一模具资源仪表来查明第一模具的资源消耗，

一个存储器，其储存内容有：

（i）第二模具资源消耗数据，以及，

（ii）一个系统最大的资源容量，

一个处理器，配置成：

监控第一模具的资源仪表，

根据系统最大资源容量以及第一模具的资源仪表来确定未使用的资源可用量，

以及，基于第二模具资源消耗数据及未使用的资源可用量来启动第二模具。

优选地，存储器中存有模具队列存储包含多个列队模具的资源消耗数据，其中，处理器配置成基于下一个模具的资源消耗数据以及未使用的资源可用量，来选择性启动下一个模具。

优选地，第一和第二模具是有流体排气的流体加热模具，该系统中包含一个再加热次级系统，被安排成选择性地将第一模具的排气热量导向到第二模具的一个入口。

优选地提供一个排气传感器，用于监控第一模具的流体排气，并使用热传感器获得的流体排气数据来调整第二模具的资源消耗数据。

根据本发明的第四方面，提供一个用于控制多个模具的系统，其包含：

一个存储器，具有储存（i）多个需求资源工作周期，每个针对各自模具，以及（ii）最大的资源容量，

一个处理器，配置成可规划多个需求资源工作周期，以使多个模具的资源需求总和总低于最大的资源容量，

一个输出信号，被安排成根据规划的需求资源工作周期控制多个模具，

一个传感器，被安排成监控一个运行中模具的表现，并将该表现传送给该处理器，

其中该处理器配置成根据运行中模具的表现，调整规划。

根据本发明的一个实施例的方法和系统将参考以下的附图进行描述，其中：

图1是根据本发明的模具系统的示意图；

图1a是一个典型模具的理想温度曲线图；

图1b是一个模具拥有图1a所示理想温度配置时的电能需求量图；

图1c是一个模具拥有图1a所示理想温度配置时的气流需求量图；

图1d是一个模具拥有图1a所示理想温度配置时的排气温度图；

图1e是一个模具拥有图1a所示理想温度配置时的排气流图；

图2a是根据本发明第一方面的方法和系统管理两个不同模具的理想温度曲线图；

图2b是图2a所示模具单一能源需求量和能源需求总量图；

图3a是根据本发明第二实施例的方法和系统管理两个不同模具的理想温度曲线图；

图3b是图3a所示模具单一能源需求量图；

图3c是图3a所示模具能源需求总量图；

图4a是根据本发明第三实施例的方法和系统管理两个不同模具的理想温度曲线图；

图4b是图4a所示模具单一能源需求量图；

图4c是图4a所示模具能源需求总量图；

图5a是根据本发明第四实施例的方法和系统管理一个模具的理想温度曲线图；

图5b是图5a所示模具的能源需求量图。

在图1中所示一个模具系统300。系统300包含一个第一模具302和一个第二模具304。模具之间基本相同，因此在这里仅对模具302进行详细描述。

模具302上有上模306和下模308，并形成了空间309，用于模制工件310。每个模具分成多个加热区，温度通过流体加热及冷却部件312进行控制。通过一个供应线313，以可变的、控制的流速给上模和下模送入压缩空气，其能有选择地通过如315所示的在线空气加热器进行加热。每个加热器315通过电源线314供电。通过供应线313及电源线314供应的空气和能量，来源于一个电能供应器318及一个压缩空气供应器（图中未示出），并各自通过控制系统316进行轮流送入控制。

为了加热模具，压缩空气被送入设备312中并加热。当空气撞击每个模具306、308的后方部分，模具得到加热。流体流入到设备312中，输入到加热器的电流受到控制系统316的控制而调整模具温度。模具也可以被冷却，通过泵入周围环境中的空气到设备312中，将模具上的热能进行对流传导。

模具302、304还具有排气回流系统，其中从加热和冷却设备312中排出的空气选择性地通过导管320送到歧管322中，从中流入到第二模具304的控制系统中并能选择性地被用作第二模具304加热设备的输入。其好处是可避免热能的浪费，并降低电能供应器318的载荷，如下文所述。在所示的实施例中，排出的空气也可回流到同一模具中，或根据需要到另一个模具中。

在一个简单的处理过程中，一个模具如模具302、304有一个理想温度对时间的函数图10，如图1a所示（y轴=温度“T”，x轴=时间“t”）。在第一时间段12中，温度上升到处理温度“Tc”。在第二时间段14中，模具温度保持在处理温度Tc，同时工件进行处理。最后，在第三时间段16中，成功处理后，温度迅速下降（即，当模具一旦达到所需要的阶段后，模具会主动冷却终止处理过程）。

在图1b中，温度函数图10以虚线显示作为参照。能量曲线图18以实线表示（y轴=能量“P”，x轴=时间“t”）。如图所示，所需能量18在温度上升的时间段12中数值很高。能量消耗在温度为常数的时间段14中下降，在模具冷却过程的时间段16中下降到最低值。

在图1c中，温度函数图10仍然以虚线显示作为参照。图1c中流入流体腔的流动流体函数图20以实线显示（y轴=流速“F”，x轴=时间“t”）。如图所示，当模具在加热过程中的时间段12和14中，流速20通常较低（给流体充分的时间向模具传导热能），在模具冷却过程的时间段16中流速上升（通过传导和对流尽可能多地带走热量）。

对于这种类型的模具，排气流是热空气制造的，其中仍保留了部分残余热能。如图1d所示，排气温度ET曲线图22起初较高，随后逐渐下降。在图1e中，线24所示的排气流速率EF线随着图1c所示的流入流体流速上升而上升。

在图2a中，显示了两个模具的理想温度曲线图（比如模具302和模具304）。图示为第一模具的第一温度曲线图26和第二模具的第二温度曲线图28。第一模具温度曲线图26上升到第一处理温度Tc1，第二模具温度曲线图28上升到第二热处理温度Tc2，比第一温度图稍晚，且保持时间稍长。

在图2b中，第一模具的能量需求如图中线30所示，第二模具的能量需求为线32。能量需求总和则如线34所示（即，线30及32的总和）。在Y轴上可以看到，生产设备需能提供一个能量Pmax1，以满足模具同时在最大能量状态下运转时。

如图3a至3c所示，其为根据本发明描述的一个系统控制得到的特性曲线（与图2a和2b相比，图中的编号大了100）。

以图3a至3c所示模具来安装的设备能提供一个最大能量输出Pmax2，比模具最大需求叠加总和Pmax1低。因此图2a和2b所示的模具无法运转。

根据本发明，模具运行方式如下：

首先，第一模具如图3a所示的温度函数图126开始进行加热。第一模具的能量图如图3b中线130所示。

如上文所述，当第一模具温度上升时，其能量需求下降。根据本发明的方法可实现当第一模具的能量消耗在t1时刻下降到一个预设水平P_1-1时，第二模具启动（如图中函数图132所示）。通过在Pmax2中减去第二模具的最大能量（P_2-1）计算得到能量水平P_1-1。（当然一个安全因素也被减去以确定P_1-1）。

如图3c所示，系统最大能量需求在时刻t1达到，并因此与Pmax2相同。

更多的模具可通过这个系统进行管理，以使它们连续运行。这样一个列队系统中，通过从系统最大输出能量中减去下一个模具最大能量需求，来确定预设的能量水平。当运行中的模具的能量消耗下降到该预设水平，则启动下一个模具。单个模具肯定会运行不止一次，其将在合适的时机重新加入到队列中。

换句话说，根据本发明的这种方法监控了系统未使用的能量（即Pmax2减去已经使用的能量）。一旦其下降低于下一个列队模具的最大能量消耗，下一个列队模具就启动。图3a至3b中所示的例子忽略了重新利用排气热量的可能性。

多个模具可以同时运行。根据本发明的方法，能简单监控系统中未使用的能量，一旦其下降低于下一个列队模具最大能量需求，下一个模具就启动。可能发生这种情况，如果两个模具同时运行，它们的能量消耗一起下降，那下两个列队模具将会差不多同时启动。

这里描述的模具是通过流体进行加热和冷却的，即它们能以可变的流速进入模具以及可变的热能输入该流体从而实现上文所述的对模具进行加热和冷却。

需要指出的是，用与监控能量使用和容量同样的方式，监控气体使用和容量也属于本发明的范围中。这可以作为上述中能量控制的附加或替代。根据多种因素的综合，包括资源可用量及模具最大资源消耗量，不论电能、压缩空气或这两种资源都可控制模具的时间。

本发明也设想了一个模具的排气流（即，空气）可作为另一个模具的输入，从而降低第二模具从外部获取的能量需求。如图1d和1e中所示，显然从第一模具的排气中存在一些残余热能。

在图4a至4c中（图中的编号与图3a至3c相当但大了100），第一和第二模具的两个温度曲线图226及228与图3a中所示的相同。

在图4b中，第一模具230的能量需求与130所示的相同。第二模具232能量需求也如图所示，然而如果在冷却阶段（第三时间段16）时第一模具的输出用作第二模具的输入，第二模具（外部）能量需求下降如线234所示。

在图4c中可以看到，该结果可使系统能量需求总和Pmax3比Pmax1和Pmax2明显降低，比起单个模具没有明显升高。

上文中参考图1d和1e的讨论中，第一模具的最大排气能量输出（即气流和温度的共同输出）发生在冷却时间段16的开始时刻。这能通过系统直接进行测量，并用作确定调整第二模具的最大能量需求P_2-1’，如图4b所示。一旦未使用的能量（也即Pmax3减去第一模具使用的能量P_1-1）上升到调整后的第二模具能量需求P_2-1’，第二模具就能够启动，并利用第一模具的排气热能。

需要指出的是，第一模具提供的排气能量会下降，但可以预见的是第二模具的能量消耗将以一个更大的速率下降，也就是说，第二模具的最大外部能量需求就在其在开始启动时最大。

再次地，可以设想在此实施例中，多个模具可同时运行。在这种条件下，需要能存储和使用更多压缩排放气体的大腔室。这将使调整后的最大能量消耗（即，那些使用了排放气体的模具的能量消耗）更可预测。

根据本发明的一个控制系统也能存储考虑了能量需求的，多个模具中每个模具在整个模制工作周期中的数据。这样，控制系统能预测时刻t1，并计算得到下一个模具模制工作周期的启动时刻。这个系统也包含模具排气的预测数据，这样，排气流体的回流情况也能用于预测下一个模具的何时启动。

控制单元系统基于模具之前工作周期的表现来调整数据。比如，如果第一模具的能量需求下降比预期更快，第一模具的数据将进行适当修正（其效果是第二模具的启动在之后的工作周期中将被提前）。这样，该系统中包含一个如图1a至1e所示的模具表现及各种参数的数据库。

在一些情况下，一个模具的能量需求曲线图是可预测的，比如，如果模具在之前运行过，那可以认为它的运行状态是基本一致的。

但在这里，本发明提出了一种方法，其中模具的工作周期是根据它们预测的资源消耗而规划的。上文中所述的实施例中使用了一个系统，能监控系统中未使用的资源（能量），并在有足够资源可用时，启动队列中下一个模具。在一个规划系统中，预测的模具工作周期储存在一个控制系统存储器内，一个处理器计算每个模具何时可以启动。因此每个模具都变成与一个预测的启动时刻相关。

一旦系统启动，控制系统监控器会将运行中的模具的工作过程与预测模具的工作周期进行比较。一旦任何一个模具的运行状态与预测工作周期不同，规划将根据这个进行调整。

比如，如果一个模具的加热过程比预计的快，那下一个模具的启动时间可根据这个相应提前。由于各种原因，模具可能没有按照预期运行，比如环境情况、时段以及模制材料（比如坯料）的变化。

这种方式下，当最大资源容量未被使用，系统可适应地避免任何“停机时间”。

在上文中所述的实施例中，每个模具都有一个设定的温度函数图——即一个预先设定的加热周期，从而让模制中的工件获得理想的性能。

可以理解的是，在许多情况下，在任意时刻任意一点的温度需求会有一个数值范围。也就是说，通常达到同样的效果所需的温度在一个“容许范围”内。参考图5a，一个模具有一个平均温度需求400。在加热阶段，模具可能以一个加速的速率404或一个减速的速率402加热，提供基本相同的材料性能。曲线图400、402和404的稳定阶段和冷却阶段基本相同，但它们的完成时间从最短（t404）到中间（t400）到最长（t402）而不同，。

如图5b所示，这种差别会影响能量消耗。温度函数图404，p404的最大能量消耗值为P404。温度函数图400，p400的最大能量消耗值为P400，低于P404。最后，温度函数图402，p402的最大能量消耗值为P402，低于P404和P400。

如果系统中包含一个存储器，存储了每个模具的容许范围数据，则能使用该范围来影响系统的表现。比如，在白天，由于上涨的能源成本，总能量消耗需要保持在最低值，这时该系统可以在“节能”模式下运转。这样，系统能够控制每个模具在偏差容许范围的下限402运行。工厂的输出量下降，但成本也会降低。

相反地，在晚上能源更便宜，最大能量消耗可被提高，每个模具可在容许范围的上限404运行。工厂输出量升高，且使用了更便宜的能源。

本发明范围包括多种形式。

如已讨论的，上文任一实施例可基于压缩空气容量，而不是电能容量，或两者同时控制系统。

每个模具可单独使用一个AC加热器，但运行中分成三个供应阶段。在这种情况下，每个阶段的能源可用量能够单独计算，模具可选择一个适当的阶段加载。

Claims

1.一种控制具有多个模具的一个模具系统的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

储存针对每个模具的一个最大资源消耗，

储存针对模具系统的一个最大系统资源容量，该最大系统资源容量低于该多个模具的最大资源消耗的总和，

启动一个第一模具的一个模制工作周期，

监控该第一模具的资源消耗，

确定一个未使用的系统资源可用量，

根据未使用的系统资源可用量及第二模具的最大资源消耗，启动一个第二模具的工作周期。

2.一种根据权利要求1所述的控制一个模具系统的方法，其特征在于，该模具是流体加热的模具。

3.一种根据权利要求2所述的控制一个模具系统的方法，其特征在于，该流体加热的模具在各自工作周期中的一个冷却阶段有一个排气流，这种方法包含以下步骤：

在第一模具的工作周期的冷却阶段启动第二模具，以及，

利用第一模具排气流的热量至少部分加热第二模具。

4.一种根据权利要求3所述的控制一个模具系统的方法，其特征在于，其包含以下步骤：

考虑第一模具在第一模具工作周期的冷却阶段的排气流的可用能量，来确定第二模具的一个调整后的最大能量消耗，

根据未使用的系统资源可用量及第二模具调整后的最大资源消耗，启动第二模具的工作周期。

5.一种根据上述任一权利要求所述的控制一个模具系统的方法，其特征在于，其包含以下步骤：

将最大资源容量从一个第一数值调整到一个第二数值，后者低于第一数值，

在每个模具的容许范围内，降低模具的最大资源消耗。

6.一种根据权利要求1-4所述的控制一个模具系统的方法，其特征在于，其包含以下步骤：

将最大资源容量从一个第一数值调整到一个第二数值，后者高于第一数值，

在每个模具的容许范围内，提高模具的最大资源消耗。

7.一种根据权利要求5或6所述的控制一个模具系统的方法，其特征在于，调整的步骤是根据一个资源成本的变化进行的。

8.一种制造多个工件的方法，其特征在于，其包含以下步骤：

提供多个模具，

提供一个模具控制系统，

提供多个工件材料单元，

将每个工件材料单元插入到各自的模具中，

根据权利要求1至7中任一项所述的方法，通过控制系统控制模具，

将模制的工件取出。

9.一种模具系统，其特征在于，其包含，

一个第一模具，

一个第二模具，

安排一个第一模具资源仪表来查明第一模具的资源消耗，

一个存储器，其储存内容有：

（i）第二模具资源消耗数据，以及，

（ii）一个系统最大的资源消耗，

一个处理器，配置成：

监控第一模具的资源仪表，

确定未使用的资源可用量

10.一种根据权利要求6所述的模具系统的控制系统，其特征在于，存储器中存有模具队列存储包含多个列队模具的资源消耗数据，其中处理器配置成基于下一个模具的资源消耗数据以及未使用的资源可用量，来选择性启动下一个模具。

11.一种根据权利要求9或10所述的模具系统的控制系统，其特征在于，：

第一和第二模具是有流体排气的流体加热模具

该系统中包含一个热回流次级系统，被安排成选择性地将第一模具的排气热量导向到第二模具的一个入口。

12.一种根据权利要求11所述的模具系统的控制系统，其特征在于，其包含一个排气传感器，用于监控第一模具的流体排气，并使用热传感器获得的流体排气数据来调整第二模具的资源消耗数据。

13.一种控制多个模具的方法，其特征在于，其包含以下步骤：

提供一个模具控制系统，

提供多个加热模具，每个具有可变的需求资源工作周期，

提供低于该多个模具最大资源需求总和的一个最大资源容量，，

通过使用控制系统来规划模具需求资源工作周期以使多个模具的资源需求总和总低于最大资源容量，

监控一个运行中模具的资源消耗，

14.一种根据权利要求13所述的一种控制多个模具的方法，其特征在于，最大资源容量随着时间变化。

15.一种制造多个工件的方法，其特征在于，其包含以下步骤：

提供多个加热模具，每个具有可变的需求资源工作周期，

提供多个工件材料单元，

将每个工件材料单元插入到各自的模具中，

根据权利要求13或14所述的方法控制模具，

将模制的工件取出。

16.一种用于控制多个模具的系统，其特征在于，其包含：

一个处理器，配置成规划多个需求资源工作周期，以使多个模具的资源需求总和总低于最大的资源容量，

一个传感器，被安排成监控一个运行中模具的表现，并将该表现传送给处理器，

其中该处理器配置成根据运行中模具的状态，调整该规划。

17.一种模制设备，其特征在于，其包含：

一个根据权利要求16所述的系统，

以及，根据输出信号控制的多个模具。

18.一种控制模具系统的方法，基本描在此，并参考或与相关的附图一致。

19.一种控制系统和/或者模具系统，基本描述在此，并参考或与相关的附图一致。