CN111016021A - 高性能复合材料基础部件精密成型制造系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能复合材料基础部件精密成型制造系统，由智能控制系统、加工制造系统、成品检测系统三部分组成。智能控制系统能够根据加工零件的结构尺寸、性能要求、工况环境等要求，确定材料成分、材料配比和加工参数(温度、压力、时间等)，生成最优的加工方案。加工系统依照控制系统的加工方案进行产品的生产制造，生产制造过程中的加工控制和成品的实际性能参数，反馈至数据库中，对数据库中的材料成分、材料配比和加工参数进行优化，数据库中的数据根据加工情况能实时更新，修正参数，确保控制精度和加工精确，以保证产品的质量。

Description

高性能复合材料基础部件精密成型制造系统及方法

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，具体涉及一种高性能复合材料基础部件精密成型制造系统及控制方法。

背景技术

复合材料因其减震、降噪、耐磨可靠等性能被作为弹性元件、减隔振产品、空气弹簧、弹性支撑等零部件广泛应用于轨道交通、汽车、机械、船舶、航空航天等工程领域。复合材料应用广泛，但是加工制造过程中仍存在一系列的困难和不足：

1.材料配方对于材料的性能有很大的影响，在很大程度上，材料的配方决定零部件的整体性能，而配方的确定难度很大，目前的普遍方法是多次重复性实验，以确定最佳的材料配方，这使得加工的难度加大，且成本高、资源浪费严重。

2.在加工制造过程中，经常出现加热不均、保压不稳定等现象，使得生产的产品精度不高，有缺陷，需要后续的精加工处理。

3.生产加工的人员操作强度大、生产效率低下，产品的性能不能得到保障，可靠性低。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能智能、精确控制的高性能复合材料基础部件精密成型制造系统及控制方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种高性能复合材料基础部件精密成型制造系统，其包括智能控制系统、加工制造系统、成品检测系统和数据库；智能控制系统包括客户输入端和智能控制模块，加工制造系统包括实时监测模块，加工制造模块；成品检测系统包括检测模块；

客户输入端提供所需加工零件的产品性能参数；

智能控制模块根据客户端提供的要求，进行加工方案的规划，并控制加工制造系统进行加工制造；

实时监测模块通过传感器实时监测加工过程中零件的硫化温度、硫化压力和硫化时间，反馈至数据库；

加工制造模块根据智能控制模块提供的加工方案进行加工，实现零件的混炼、注胶、硫化、脱模和精加工工序；

检测模块对加工完成后的零件进行性能检测，包括零件静态/动态、配方、成分、毒害性、VOC环保、阻燃、失效、疲劳寿命、可靠性、振动和噪声

数据库储存所需加工产品的材料成分、材料配比和加工参数。

一种高性能复合材料基础部件精密成型制造系统的控制方法，其包括以下步骤：

S1：建立零件加工数据和产品性能参数的数据库，加工数据包括材料成分、材料配比和加工参数，加工参数包括硫化温度、硫化压力和硫化时间，产品性能参数包括零件的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性；

S2：通过不同的材料成分对零件的性能的影响规律，建立产品性能参数的多目标优化函数；

S3：加工制造单元根据待加工零件的材料成分提取数据库中所需加工的零件的材料配比和加工参数，对零件进行加工；

S4：测量S3加工出的零件产品性能参数，反馈至数据库中，并输入到多目标优化函数中，对数据库中零件的材料配比进行优化；

S5：根据待加工零件的性能要求，确定多目标优化函数的权重值，并输入到多目标优化函数中，得到待加工零件最佳的材料配比；

S6：加工制造单元中的监测系统实时监控硫化过程的硫化温度、硫化压力和硫化时间；

S7：将硫化温度、硫化压力和硫化时间反馈至数据库中，利用动态多目标优化算法对硫化温度、硫化压力和硫化时间进行优化；

S9：加工制造单元利用最佳的材料配比和优化后的硫化温度、硫化压力和硫化时间对零件进行加工；

S10：对加工出的零件进行检测，测量出零件的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性，并反馈至数据库中，更新产品性能参数。

进一步地，多目标优化函数的模型为：

其中，x为零件的材料成分，f(x)为强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的测量值，

为数据库中的强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性值，λ^j为强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的优化值，i代表强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的种类。

进一步地，动态多目标优化函数的模型为：

其中，x为硫化温度、硫化压力或硫化时间变量，X为实际检测的硫化温度、硫化压力或硫化时间的值，μ为数据库中的硫化温度、硫化压力或硫化时间的值，t为反馈次数，N表示数据库中硫化温度、硫化压力或硫化时间变量的总数，n表示数据库目标变量的个数，R为硫化温度、硫化压力或硫化时间的变化极限。

本发明的有益效果为：本方案的智能控制系统能够根据加工零件的结构尺寸、性能要求、工况环境等要求，确定材料成分、材料配比和加工参数(温度、压力、时间等)，生成最优的加工方案。加工系统依照控制系统的加工方案进行产品的生产制造，生产制造过程中的加工控制和成品的实际性能参数，反馈至数据库中，对数据库中的材料成分、材料配比和加工参数进行优化，数据库中的数据根据加工情况能实时更新，修正参数，确保控制精度和加工精确，以保证产品的质量。

附图说明

图1高性能复合材料基础部件精密成型制造系统的控制原理图。

图2为数据库数据处理的原理图。

图3为加工制造单元的原理图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1至图3所示，高性能复合材料基础部件精密成型制造系统包括智能控制系统、加工制造系统、成品检测系统和数据库；智能控制系统包括客户输入端和智能控制模块，加工制造系统包括实时监测模块，加工制造模块；所述成品检测系统包括检测模块；

客户输入端提供所需加工零件的产品性能参数；

智能控制模块根据客户端提供的要求，进行加工方案的规划，并控制加工制造系统进行加工制造；

实时监测模块通过传感器实时监测加工过程中零件的硫化温度、硫化压力和硫化时间，反馈至数据库；

加工制造模块根据智能控制模块提供的加工方案进行加工，实现零件的混炼、注胶、硫化、脱模和精加工工序；

检测模块对加工完成后的零件进行性能检测，包括零件静态/动态、配方、成分、毒害性、VOC环保、阻燃、失效、疲劳寿命、可靠性、振动和噪声

数据库储存所需加工产品的材料成分、材料配比和加工参数。

本系统可以根据具体所需加工零件的结构尺寸、性能要求，工况等来作为目标，一对一具体特定的设计出满足各项要求的加工方案来。

本方案的高性能复合材料基础部件精密成型制造系统的控制方法包括以下步骤：

S1：建立零件加工数据和产品性能参数的数据库，加工数据包括材料成分、材料配比和加工参数，加工参数包括硫化温度、硫化压力和硫化时间，产品性能参数包括零件的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性；

S2：通过不同的材料成分(抗氧化剂、防老剂、减磨材料、增强材料、耐腐蚀材料等)对零件的性能(强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性)的影响规律，建立产品性能参数的多目标优化函数；

S3：加工制造单元根据待加工零件的材料成分提取数据库中所需加工的零件的材料配比和加工参数，对零件进行加工；待加工零件的材料成分通过人工输入，对应提取出数据库中的材料配比和加工参数，输入到加工制造单元中；

S4：测量S3加工出的零件产品性能参数，反馈至数据库中，并输入到多目标优化函数中，对数据库中零件的材料配比进行优化；

S5：根据待加工零件的性能要求，确定多目标优化函数的权重值，并输入到多目标优化函数中，得到待加工零件最佳的材料配比；

由于各种材料配比和成分的变化对于零件的一些性能有促进作用，但同时会对其它的性能可能会有抑制作用，且各种增强材料发挥最大作用所需的硫化反应的温度、压力、时间等参数也不尽相同，为使得零件的整体性能最优，应根据具体的性能要求，确定各优化目标的权重，以满足要求。

S6：加工制造单元中的监测系统实时监控硫化过程的硫化温度、硫化压力和硫化时间；

S7：将硫化温度、硫化压力和硫化时间反馈至数据库中，利用动态多目标优化算法对硫化温度、硫化压力和硫化时间进行优化；

S9：加工制造单元利用最佳的材料配比和优化后的硫化温度、硫化压力和硫化时间对零件进行加工；

S10：对加工出的零件进行检测，测量出零件的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性，并反馈至数据库中，更新产品性能参数，实时的加工参数不断地更新修正，对加工制造进行动态控制，确保加工精度和性能要求，提高可靠性。

本方案中多目标优化函数的模型为：

其中，x为零件的材料成分，f(x)为强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的测量值，

为数据库中的强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性值，λ^j为强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的优化值，i代表强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的种类。

多目标优化函数通过将加工出的零件的加工参数与数据库现有的加工参数做对比，找出差值，将数据库中现有的加工参数对应加工出的零件的加工参数，作为下一次零件加工的加工参数，实现数据优化。

动态多目标优化函数的模型为：

其中，x为硫化温度、硫化压力或硫化时间变量，X为实际检测的硫化温度、硫化压力或硫化时间的值，μ为数据库中的硫化温度、硫化压力或硫化时间的值，t为反馈次数，N表示数据库中硫化温度、硫化压力或硫化时间变量的总数，n表示数据库目标变量的个数，R为硫化温度、硫化压力或硫化时间的变化极限。

动态多目标优化函数同时对多个目标进行同时优化，不停的将数据库中硫化温度、硫化压力或硫化时间与实际加工零件的数据库中硫化温度、硫化压力或硫化时间进行比对，计算差值，对数据库中硫化温度、硫化压力或硫化时间进行优化。

本方案的智能控制系统能够根据加工零件的结构尺寸、性能要求、工况环境等要求，确定材料成分、材料配比和加工参数(温度、压力、时间等)，生成最优的加工方案。加工系统依照控制系统的加工方案进行产品的生产制造，生产制造过程中的加工控制和成品的实际性能参数，反馈至数据库中，对数据库中的材料成分、材料配比和加工参数进行优化，数据库中的数据根据加工情况能实时更新，修正参数，确保控制精度和加工精确，以保证产品的质量。

Claims (4)

1.一种高性能复合材料基础部件精密成型制造系统，其特征在于，包括智能控制系统、加工制造系统、成品检测系统和数据库；所述智能控制系统包括客户输入端和智能控制模块，所述加工制造系统包括实时监测模块，加工制造模块；所述成品检测系统包括检测模块；

所述客户输入端提供所需加工零件的产品性能参数；

所述智能控制模块根据客户端提供的要求，进行加工方案的规划，并控制加工制造系统进行加工制造；

所述实时监测模块通过传感器实时监测加工过程中零件的硫化温度、硫化压力和硫化时间，反馈至数据库；

所述加工制造模块根据智能控制模块提供的加工方案进行加工，实现零件的混炼、注胶、硫化、脱模和精加工工序；

所述检测模块对加工完成后的零件进行性能检测，包括零件静态/动态、配方、成分、毒害性、VOC环保、阻燃、失效、疲劳寿命、可靠性、振动和噪声；

所述数据库储存所需加工产品的材料成分、材料配比和加工参数。

2.一种权利要求1所述的高性能复合材料基础部件精密成型制造系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立零件加工数据和产品性能参数的数据库，加工数据包括材料成分、材料配比和加工参数，加工参数包括硫化温度、硫化压力和硫化时间，产品性能参数包括零件的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性；

S2：建立产品性能参数的多目标优化函数；

S3：加工制造单元根据待加工零件的材料成分提取数据库中所需加工的零件的材料配比和加工参数，对零件进行加工；

S4：测量S3加工出的零件产品性能参数，反馈至数据库中，并输入到多目标优化函数中，对数据库中零件的材料配比进行优化；

S5：根据待加工零件的性能要求，确定多目标优化函数的权重值，并输入到多目标优化函数中，得到待加工零件最佳的材料配比；

S6：加工制造单元中的监测系统实时监控硫化过程的硫化温度、硫化压力和硫化时间；

S7：将硫化温度、硫化压力和硫化时间反馈至数据库中，利用动态多目标优化算法对硫化温度、硫化压力和硫化时间进行优化；

S9：加工制造单元利用最佳的材料配比和优化后的硫化温度、硫化压力和硫化时间对零件进行加工；

S10：对加工出的零件进行检测，测量出零件的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性，并反馈至数据库中，更新产品性能参数。

3.根据权利要求2所述的机械零件精密成型智能制造系统的控制方法，其特征在于，所述多目标优化函数为：

其中，x为零件的材料成分，f(x)为强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的测量值，

为数据库中的强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性值，λ^j为强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的优化值，i代表强度、刚度、耐磨性或耐腐蚀性的种类。

4.根据权利要求3所述的机械零件精密成型智能制造系统的控制方法，其特征在于，所述动态多目标优化算法的模型为：

其中，x为硫化温度、硫化压力或硫化时间变量，X为实际检测的硫化温度、硫化压力或硫化时间的值，μ为数据库中的硫化温度、硫化压力或硫化时间的值，t为反馈次数，N表示数据库中硫化温度、硫化压力或硫化时间变量的总数，n表示数据库目标变量的个数，R为硫化温度、硫化压力或硫化时间的变化极限。

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