CN116572535A - 一种高分子材料产品的生产优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料产品生产设备控制技术领域，特别是一种高分子材料产品的生产优化方法及系统，通过待打印产品的工程图纸信息，生成3D打印设备的预设打印参数；控制3D打印设备按照预设打印参数工作，在打印过程中，获取熔融材料的实时熔流速率；根据实时熔流速率生成调控指令或停止打印指令，以对3D打印设备进行调控；以对3D打印设备的预设打印参数进行修正；能够识别出在打印过程中的产品是否已经是废品，并对废品及时报废处理，避免出现半成品是废品依旧对其进行继续加工的现象，能够节约加工成本，提高生产效率；能够根据实际的工况及时对打印参数进行调整修正，使得打印加工出来的产品满足加工要求，实现了智能化控制。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料产品生产设备控制技术领域，特别是一种高分子材料产品的生产优化方法及系统。
背景技术
随着现代工业技术的发展，高分子材料已经成为了各个领域中最为常用的一种材料。高分子材料产品广泛应用于塑料、橡胶、合成纤维、涂料等领域，在高分子材料产品制备成型的过程中，相对于传统的注塑成型与吹塑成型，3D打印成型技术具有更高的灵活性、定制性、生产速度、复杂性和精度控制能力，同时能够降低生产成本及减少浪费。然而，目前通过3D打印设备打印高分子材料产品时，3D打印设备并不能够自动规划出设备的打印参数，往往需要通过人工设定打印参数，智能化程度较低；并且3D打印设备在打印产品的过程中，不能够根据产品的实际工况对打印参数进行调控，导致打印出来的产品品质较低，产品不能够满足精度要求，废品率较高，经济转化率较低；此外，3D打印设备在打印过程中并不能够自动识别出打印过程中的产品是否已经是废品，出现产品是废品依旧对其进行打印加工的情况，使得加工成本居高不下。这就要求企业必须不断寻找高效的生产优化方法。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种高分子材料产品的生产优化方法及系统。
为达到上述目的本发明采用的技术方案为：
本发明第一方面公开了一种高分子材料产品的生产优化方法，包括以下步骤：
获取待打印产品的工程图纸信息，根据所述工程图纸信息建立待打印产品的整体三维模型图，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数；
控制3D打印设备按照预设打印参数工作，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率；将所述实时熔流速率与预设熔流速率进行比较，得到熔流速率差值；
将所述熔流速率差值与预设阈值进行比较；若所述熔流速率差值不大于预设阈值，则控制3D打印设备继续按照预设打印参数工作；若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制；
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数，具体为：
获取3D打印设备的性能参数，以及获取待打印产品的加工精度要求信息；
基于所述加工精度要求信息将所述整体三维模型图进行三角剖分，以将所述整体三维模型图转化为三角网格模型，并获取所述三角网格模型中各三角网格的边界信息；
获取三角形网格模型中各三角形的法向量与面积，根据所述法向量与面积计算得到三角网格模型中各三角网格的曲率信息；根据所述三角网格的边界信息、三角网格的曲率信息以及3D打印设备的性能参数确定出路径约束信息；其中，路径约束信息对3D打印设备的最大行进速度、最小行进加速度、行进方向、行进时间以及行进避障点进行约束限制；
将所述路径约束信息与整体三维模型图导入蚁群算法中进行反复构造规划，生成3D打印设备的预设打印参数；其中，预设打印参数包括预设打印层高、预设打印路径以及预设打印速度。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率，具体为：
通过大数据网络获取各预设工作环境数据组合时所对应的环境响应系数，构建知识图谱，并将取各预设工作环境数据组合时所对应的环境响应系数导入所述知识图谱中；其中，预设工作环境数据组合包括不同温度、不同湿度以及不同粉尘度之间的数据组合；
获取3D打印设备的实时工作环境数据，通过欧几里德距离算法计算所述实时工作环境数据与各种预设工作环境数据组合之间的欧几里德距离，得到多个欧几里德距离；
构建序列表，将多个所述欧几里德距离导入所述序列表中进行大小排序，排序完成后，提取出最小欧几里德距离，并获取与最小欧几里德距离对应的预设工作环境数据组合，根据与最小欧几里德距离对应的预设工作环境数据组合确定出实时环境响应系数；
获取打印材料的材质信息，根据所述实时环境响应系数与打印材料的材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制，还包括以下步骤：
若所述熔流速率差值大于预设阈值，则通过大数据网络获取熔融材料在不同异常熔流速率时3D打印设备的极限打印参数；构建数据库，并将熔融材料在不同异常熔流速率时3D打印设备的极限打印参数导入所述数据库中，得到特性数据库；
获取所述熔融材料的实时位置信息，以及获取产品的外边界区域；根据所述熔融材料的实时位置信息与实时熔流速率判断熔融材料是否会溢流至产品的外边界区域；
若熔融材料会溢流至产品的外边界区域，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印；
若熔融材料不会溢流至产品的外边界区域，则将所述实时熔流速率导入所述特性数据库中进行配对，配对得到与所述实时熔流速率在数值大小上最接近的异常熔流速率；
根据与所述实时熔流速率在数值大小上最接近的异常熔流速率确定出3D打印设备当前的极限打印参数；将3D打印设备当前的极限打印参数与预设打印参数进行比较，得到打印参数差值；
根据所述打印参数差值生成调控指令，并将所述调控指令输出，以根据打印参数差值对3D打印设备的预设打印参数进行调整。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出，具体为：
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图；构建虚拟空间，将所述实时工况模型图与预设工况模型图导入所述虚拟空间中进行配准处理；
配准完毕后，在所述虚拟空间中将实时工况模型图与预设工况模型图相重合的模型区域剔除，并将不相重合的模型区域保留，得到工况偏差模型图；计算所述工况偏差模型图的体积值，根据所述体积值得到工况偏差率；
将所述工况偏差率与预设偏差率进行比较，若所述工况偏差率大于预设偏差率，则获取所述工况偏差模型图的外形轮廓；
将所述工况偏差率与工况偏差模型图的外形轮廓导入蚁群算法中对预设打印路径进行重新规划，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，还包括以下步骤：
获取所述工况偏差模型图的纹理特征与几何特征，根据所述纹理特征与几何特征确定出通过3D打印设备修正该工况偏差模型图所需的设备精度等级要求；
获取3D打印设备的性能参数，根据所述性能参数评估出3D打印设备的实际加工精度等级；将所述设备精度等级要求与实际加工精度等级进行比较；
若所述设备精度等级要求不大于所述实际加工精度等级，则根据所述修正后的打印路径对打印产品进行修正；
若所述设备精度等级要求大于所述实际加工精度等级，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印。
本发明第二方面公开了一种高分子材料产品的生产优化系统，所述生产优化系统包括存储器与处理器，所述存储器中存储有生产优化方法程序，当所述生产优化方法程序被所述处理器执行时，实现如下步骤：
获取待打印产品的工程图纸信息，根据所述工程图纸信息建立待打印产品的整体三维模型图，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数；
控制3D打印设备按照预设打印参数工作，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率；将所述实时熔流速率与预设熔流速率进行比较，得到熔流速率差值；
将所述熔流速率差值与预设阈值进行比较；若所述熔流速率差值不大于预设阈值，则控制3D打印设备继续按照预设打印参数工作；若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制；
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数，具体为：
获取3D打印设备的性能参数，以及获取待打印产品的加工精度要求信息；
基于所述加工精度要求信息将所述整体三维模型图进行三角剖分，以将所述整体三维模型图转化为三角网格模型，并获取所述三角网格模型中各三角网格的边界信息；
获取三角形网格模型中各三角形的法向量与面积，根据所述法向量与面积计算得到三角网格模型中各三角网格的曲率信息；根据所述三角网格的边界信息、三角网格的曲率信息以及3D打印设备的性能参数确定出路径约束信息；其中，路径约束信息对3D打印设备的最大行进速度、最小行进加速度、行进方向、行进时间以及行进避障点进行约束限制；
将所述路径约束信息与整体三维模型图导入蚁群算法中进行反复构造规划，生成3D打印设备的预设打印参数；其中，预设打印参数包括预设打印层高、预设打印路径以及预设打印速度。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出，具体为：
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图；构建虚拟空间，将所述实时工况模型图与预设工况模型图导入所述虚拟空间中进行配准处理；
配准完毕后，在所述虚拟空间中将实时工况模型图与预设工况模型图相重合的模型区域剔除，并将不相重合的模型区域保留，得到工况偏差模型图；计算所述工况偏差模型图的体积值，根据所述体积值得到工况偏差率；
将所述工况偏差率与预设偏差率进行比较，若所述工况偏差率大于预设偏差率，则获取所述工况偏差模型图的外形轮廓；
将所述工况偏差率与工况偏差模型图的外形轮廓导入蚁群算法中对预设打印路径进行重新规划，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，还包括以下步骤：
获取所述工况偏差模型图的纹理特征与几何特征，根据所述纹理特征与几何特征确定出通过3D打印设备修正该工况偏差模型图所需的设备精度等级要求；
获取3D打印设备的性能参数，根据所述性能参数评估出3D打印设备的实际加工精度等级；将所述设备精度等级要求与实际加工精度等级进行比较；
若所述设备精度等级要求不大于所述实际加工精度等级，则根据所述修正后的打印路径对打印产品进行修正；
若所述设备精度等级要求大于所述实际加工精度等级，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印。
本发明解决了背景技术中存在的技术缺陷，本发明具备以下有益效果：通过待打印产品的工程图纸信息，生成3D打印设备的预设打印参数；控制3D打印设备按照预设打印参数工作，在打印过程中，获取熔融材料的实时熔流速率；根据实时熔流速率生成调控指令或停止打印指令，以对3D打印设备进行调控；以对3D打印设备的预设打印参数进行修正；能够识别出在打印过程中的产品是否已经是废品，并对废品及时报废处理，避免出现半成品是废品依旧对其进行继续加工的现象，能够节约加工成本，提高生产效率；能够根据实际的工况及时对打印参数进行调整修正，使得打印加工出来的产品满足加工要求，降低报废率，提高经济效益，实现了智能化控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一种高分子材料产品的生产优化方法的第一方法流程图；
图2为一种高分子材料产品的生产优化方法的第二方法流程图；
图3为一种高分子材料产品的生产优化方法的第三方法流程图；
图4为一种高分子材料产品的生产优化方系统的系统框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明第一方面公开了一种高分子材料产品的生产优化方法，包括以下步骤：
S102：获取待打印产品的工程图纸信息，根据所述工程图纸信息建立待打印产品的整体三维模型图，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数；
S104：控制3D打印设备按照预设打印参数工作，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率；将所述实时熔流速率与预设熔流速率进行比较，得到熔流速率差值；
S106：将所述熔流速率差值与预设阈值进行比较；若所述熔流速率差值不大于预设阈值，则控制3D打印设备继续按照预设打印参数工作；若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制；
S108：在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
需要说明的是，工程图纸信息中包括待打印产品的尺寸信息、定位基准信息、外边界区域位置信息、加工精度要求信息等，工程图纸信息由设计人员设计得到。当需要打印产品时，将相应的工程图纸信息导入3D打印设备的数据存储器中，当3D打印设备读取到工程图纸信息后便根据工程图纸信息自动构建待打印产品的整体三维模型图。通过本方法能够识别出在打印过程中的产品是否已经是废品，并对废品及时报废处理，避免出现半成品是废品依旧对其进行继续加工的现象，能够节约加工成本，提高生产效率；能够根据实际的工况及时对打印参数进行调整修正，使得打印加工出来的产品满足加工要求，降低报废率，提高经济效益，实现了智能化控制。
其中，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数，具体为：
获取3D打印设备的性能参数，以及获取待打印产品的加工精度要求信息；
基于所述加工精度要求信息将所述整体三维模型图进行三角剖分，以将所述整体三维模型图转化为三角网格模型，并获取所述三角网格模型中各三角网格的边界信息；
获取三角形网格模型中各三角形的法向量与面积，根据所述法向量与面积计算得到三角网格模型中各三角网格的曲率信息；根据所述三角网格的边界信息、三角网格的曲率信息以及3D打印设备的性能参数确定出路径约束信息；其中，路径约束信息对3D打印设备的最大行进速度、最小行进加速度、行进方向、行进时间以及行进避障点进行约束限制；
将所述路径约束信息与整体三维模型图导入蚁群算法中进行反复构造规划，生成3D打印设备的预设打印参数；其中，预设打印参数包括预设打印层高、预设打印路径以及预设打印速度。
需要说明的是，3D打印设备的性能参数包括各零件精度、各零件使用时间、各零件的定期评估报告以及历史故障情况等；待打印产品的加工精度要求信息由设计人员根据订单要求与生产要求提前设定得到。动态规划算法简称DP算法，是一种常用的求解最优化问题的算法，可用于求解诸如最短路径，其基本思想是将原问题分解成相互依赖的子问题，并分别求解这些子问题，从而求出原问题的解，通过动态规划算法规划出3D打印设备的路径约束，路径约束限制了喷嘴路径的行进方向、时间、速度等，例如限制最大速度、最小加速度，或者避障等，然后通过蚁群算法进一步构造规划出3D打印设备的预设打印参数，其中，蚁群算法是一种启发式算法，模拟了蚂蚁寻找食物的行为，用来解决组合优化问题，通过模拟蚂蚁在寻找食物时踩下的信息素的共同作用，进行路径优化搜索。通过以上步骤能够根据导入的工程图纸信息自动规划出3D打印设备的预设打印参数，不需要人工规定与设定打印参数，实现了智能化生产。
其中，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率，如图2所示，具体为：
S202：通过大数据网络获取各预设工作环境数据组合时所对应的环境响应系数，构建知识图谱，并将取各预设工作环境数据组合时所对应的环境响应系数导入所述知识图谱中；其中，预设工作环境数据组合包括不同温度、不同湿度以及不同粉尘度之间的数据组合；
S204：获取3D打印设备的实时工作环境数据，通过欧几里德距离算法计算所述实时工作环境数据与各种预设工作环境数据组合之间的欧几里德距离，得到多个欧几里德距离；
S206：构建序列表，将多个所述欧几里德距离导入所述序列表中进行大小排序，排序完成后，提取出最小欧几里德距离，并获取与最小欧几里德距离对应的预设工作环境数据组合，根据与最小欧几里德距离对应的预设工作环境数据组合确定出实时环境响应系数；
S208：获取打印材料的材质信息，根据所述实时环境响应系数与打印材料的材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率；
需要说明的是，环境响应系数是指打印材料在特定环境中受到刺激（如温度、湿度等）时，相应的物理或化学性质的变化程度和方向。影响环境响应系数大小的因素有温度、湿度以及粉尘度。在3D打印设备工作的过程中，环境数据会对熔融材料（喷嘴喷在工件上未凝固的材料）收缩率造成影响，从而对熔融材料的熔流速率造成影响，举例来说，如当环境温度过小或湿度过小，就会导致熔融材料收缩率过小，导致熔融材料的熔流速率过大，从而导致材料的层间附着力会降低，导致层间剥离、裂纹等问题出现，这样，就会导致打印件失真、尺寸偏差、膨胀、翘曲变形等问题，极大影响打印质量；而当环境温度过大或湿度过大，就会导致熔融材料收缩率过大，导致熔融材料的熔流速率过小，熔流速率过小会导致打印速度变慢，使喷出的材料在喷嘴附近停留的时间过长，容易导致材料流淌或凝固，从而使表面粗糙、发泡或出现缺陷。因此，熔融材料的熔流速率对产品的质量有着至关重要的影响，排除设备精度、材料材料等自身原因，环境响应系数对熔融材料的熔流速率有着决定性的影响。其中，熔融材料的实时熔流速率的计算公式为：
;
其中，表示实时熔流速率；/>表示喷嘴内径；/>表示喷嘴移动速度；/>表示材料密度；/>表示实时环境响应系数；/>表示膨胀因子；/>表示材料的熔点温度；/>表示嘴的冷却温度；/>环境的温度。;
通过以上步骤，根据3D打印设备的实时工作环境数据在知识图谱中中配对出实时环境响应系数，然后再获取打印材料的材质信息，材质信息包括密度信息，从而获取得到在打印过程中熔融材料的实时熔流速率。
其中，若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制，还包括以下步骤：
若所述熔流速率差值大于预设阈值，则通过大数据网络获取熔融材料在不同异常熔流速率时3D打印设备的极限打印参数；构建数据库，并将熔融材料在不同异常熔流速率时3D打印设备的极限打印参数导入所述数据库中，得到特性数据库；
获取所述熔融材料的实时位置信息，以及获取产品的外边界区域；根据所述熔融材料的实时位置信息与实时熔流速率判断熔融材料是否会溢流至产品的外边界区域；
若熔融材料会溢流至产品的外边界区域，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印；
若熔融材料不会溢流至产品的外边界区域，则将所述实时熔流速率导入所述特性数据库中进行配对，配对得到与所述实时熔流速率在数值大小上最接近的异常熔流速率；
根据与所述实时熔流速率在数值大小上最接近的异常熔流速率确定出3D打印设备当前的极限打印参数；将3D打印设备当前的极限打印参数与预设打印参数进行比较，得到打印参数差值；
根据所述打印参数差值生成调控指令，并将所述调控指令输出，以根据打印参数差值对3D打印设备的预设打印参数进行调整。
需要说明的是，将所述实时熔流速率与预设熔流速率进行比较，得到熔流速率差值；然后再将所述熔流速率差值与预设阈值进行比较；若所述熔流速率差值不大于预设阈值，说明实时熔流速率在合适的范围内，说明此时的打印工况正常，此时控制3D打印设备继续按照预设打印参数工作。
若所述熔流速率差值大于预设阈值，说明实时熔流速率不在合适的范围内，说明此时的打印工况异常。此时通过预设打印路径信息以及3D打印设备上的摄像机构获取所述熔融材料的实时位置信息，以及在工程图纸信息中获取产品的外边界区域，其中外边界区域即是产品的外形轮廓边界区域，当熔融材料溢流至外边界区域，此时说明产品是废品，此时生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印，将该半成品进行报废处理。通过此方式，能够识别出在打印过程中的产品是否已经是废品，并对废品及时报废处理，避免出现半成品是废品依旧对其进行继续加工的现象，能够节约加工成本，提高生产效率。
另外，若虽然判断出熔融材料不会溢流至产品的外边界区域，但是此时熔融材料的实时熔流速率是异常的，如若熔融材料的熔流速率过大，会导致产品出现失真、尺寸偏差、膨胀、翘曲变形等问题；若熔融材料的熔流速率过小，会导致产品出现表面粗糙、发泡等问题。因此，此时需要对3D打印设备预设打印参数进行调控，如实时熔流速率过大，此时可以通过将预设打印层高调高或将喷嘴温度调低，从而将实时熔流速率调小；如实时熔流速率过小，此时可以通过将预设打印层高调低或将喷嘴温度调高，从而将实时熔流速率调大。而具体调节数值可以通过构建数据库方式，然后配对获取，从而提高设备的运算效率，不需要复杂的计算，能够提高响应速度，及时根据异常工况对打印参数进行调节，提高产品打印质量。
其中，在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出，如图3所示，具体为：
S302：在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图；构建虚拟空间，将所述实时工况模型图与预设工况模型图导入所述虚拟空间中进行配准处理；
S304：配准完毕后，在所述虚拟空间中将实时工况模型图与预设工况模型图相重合的模型区域剔除，并将不相重合的模型区域保留，得到工况偏差模型图；计算所述工况偏差模型图的体积值，根据所述体积值得到工况偏差率；
S306：将所述工况偏差率与预设偏差率进行比较，若所述工况偏差率大于预设偏差率，则获取所述工况偏差模型图的外形轮廓；
S308：将所述工况偏差率与工况偏差模型图的外形轮廓导入蚁群算法中对预设打印路径进行重新规划，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
需要说明的是，在打印过程中，通过摄像机构获取打印产品的实时图像信息，然后根据工业三维建模软件建立实时工况模型图，并且构建虚拟空间，从而将实时工况模型图与设工况模型图进行比较，得到工况偏差率；若所述工况偏差率大于预设偏差率，说明在打印加工过程中工件出现了较大的打印偏差，此时根据工况偏差率与工况偏差模型图的外形轮廓对预设打印路径进行调整，得到修正后的打印路径，然后根据新的打印路径对工件进行修正打印，能够根据实际的工况及时对打印参数进行调整修正，使得打印加工出来的产品满足加工要求，降低报废率，提高经济效益。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，还包括以下步骤：
获取所述工况偏差模型图的纹理特征与几何特征，根据所述纹理特征与几何特征确定出通过3D打印设备修正该工况偏差模型图所需的设备精度等级要求；
获取3D打印设备的性能参数，根据所述性能参数评估出3D打印设备的实际加工精度等级；将所述设备精度等级要求与实际加工精度等级进行比较；
若所述设备精度等级要求不大于所述实际加工精度等级，则根据所述修正后的打印路径对打印产品进行修正；
若所述设备精度等级要求大于所述实际加工精度等级，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印。
需要说明的是，其中纹理特征包括裂纹、气缝、凸起等特征；几何特征为形状特征。若所述设备精度等级要求大于所述实际加工精度等级，说明当前3D打印设备不能够对产品进行修复，此时则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印。
此外，所述生产优化方法还包括以下步骤：
对报废品进行特征提取，获取得到报废品的特征区域；
获取生产车间的各坯件信息，并提取各坯件的加工要素信息；
通过哈希算法计算报废品的特征区域与各坯件的加工要素信息之间的哈希值；
判断所述哈希值是否大于预设哈希值，若大于，则将哈希值大于预设哈希值所对应的报废品作为生产坯件使用。
当所述关联程度信息大于预设关联程度信息，说明待报废零件的。
其中，特征区域为不存在裂纹、气孔、凸起等缺陷的区域。
需要说明的是，若哈希值大于预设哈希值，说明废品的特征区域与坯件的加工要素信息的尺寸高度相似，此时该报废品作为生产坯件使用。通过本方法能够进一步提高废品的报废合理性，能够合理利用资源。
此外，所述生产优化方法还包括以下步骤：
若3D打印设备生成停止打印指令，则获取3D打印设备中各子设备在当前时间节点的工作参数，并将各子设备的工作参数汇集，得到各子设备的工作参数合集；
获取废品的报废区域信息，通过局部敏感注意力算法计算所述报废区域信息与各子设备的工作参数之间的注意力分数；
将注意力分数大于预设注意力分数的子设备的工作参数在所述工作参数合集中保留，将注意力分数不大于预设注意力分数的子设备的工作参数在所述工作参数合集中剔除，得到一次筛选后的工作参数合集；
获取3D打印设备的实时工作环境数据，构建评价体系，基于所述实时工作环境数据确定出评价指标，通过层次分析方法计算所述评价指标与一次筛选后的工作参数合集中剩余各子设备的工作参数之间的权重值；并提取出权重值大于预设权重值的子设备的工作参数；
根据权重值大于预设权重值的子设备的工作参数确定出可能发生异常的子设备；
将所述可能发生异常的子设备导入马尔可夫模型中进行推演，确定出故障子设备，将所述故障子设备输出。
需要说明的是，在打印过程中，若3D打印设备出现废品，此时获取各子设备的工作参数，如喷头的温度、速度，各步进电机的转速，供料机构的上料速度等；并且获取废品的报废区域信息，然后根据各子设备的工作参数、废品的报废区域信息以及实时工作环境数据进而关联出发生故障的子设备，能够根据废品信息追溯出故障设备，实现了故障自检功能。
此外，所述生产优化方法还包括以下步骤：
获取故障子设备的故障类型，根据所述故障类型在大数据网络中获取该故障类型所需的设备维修时间；
获取生产车间中剩余正常工作的3D打印设备，根据生产车间中剩余正常工作的3D打印设备计算出在设备维修时间段中生产车间的实际产能量；
获取产品的生产计划信息，判断所述实际产能量是否满足生产计划信息，若不满足，则生成补产计划，并将所述补产计划输出。
需要说明的是，通过本方法能够自动判断出对故障进行维修时是否会对生产计划造成影响，若会，则补产计划，提醒工作人员安排补产，提高生产合理性。
如图4所示，本发明第二方面公开了一种高分子材料产品的生产优化系统，所述生产优化系统包括存储器77与处理器99，所述存储器77中存储有生产优化方法程序，当所述生产优化方法程序被所述处理器99执行时，实现如下步骤：
获取待打印产品的工程图纸信息，根据所述工程图纸信息建立待打印产品的整体三维模型图，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数；
控制3D打印设备按照预设打印参数工作，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率；将所述实时熔流速率与预设熔流速率进行比较，得到熔流速率差值；
将所述熔流速率差值与预设阈值进行比较；若所述熔流速率差值不大于预设阈值，则控制3D打印设备继续按照预设打印参数工作；若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制；
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数，具体为：
获取3D打印设备的性能参数，以及获取待打印产品的加工精度要求信息；
基于所述加工精度要求信息将所述整体三维模型图进行三角剖分，以将所述整体三维模型图转化为三角网格模型，并获取所述三角网格模型中各三角网格的边界信息；
获取三角形网格模型中各三角形的法向量与面积，根据所述法向量与面积计算得到三角网格模型中各三角网格的曲率信息；根据所述三角网格的边界信息、三角网格的曲率信息以及3D打印设备的性能参数确定出路径约束信息；其中，路径约束信息对3D打印设备的最大行进速度、最小行进加速度、行进方向、行进时间以及行进避障点进行约束限制；
将所述路径约束信息与整体三维模型图导入蚁群算法中进行反复构造规划，生成3D打印设备的预设打印参数；其中，预设打印参数包括预设打印层高、预设打印路径以及预设打印速度。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出，具体为：
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图；构建虚拟空间，将所述实时工况模型图与预设工况模型图导入所述虚拟空间中进行配准处理；
配准完毕后，在所述虚拟空间中将实时工况模型图与预设工况模型图相重合的模型区域剔除，并将不相重合的模型区域保留，得到工况偏差模型图；计算所述工况偏差模型图的体积值，根据所述体积值得到工况偏差率；
将所述工况偏差率与预设偏差率进行比较，若所述工况偏差率大于预设偏差率，则获取所述工况偏差模型图的外形轮廓；
将所述工况偏差率与工况偏差模型图的外形轮廓导入蚁群算法中对预设打印路径进行重新规划，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
进一步的，本发明的一个较佳实施例中，还包括以下步骤：
获取所述工况偏差模型图的纹理特征与几何特征，根据所述纹理特征与几何特征确定出通过3D打印设备修正该工况偏差模型图所需的设备精度等级要求；
获取3D打印设备的性能参数，根据所述性能参数评估出3D打印设备的实际加工精度等级；将所述设备精度等级要求与实际加工精度等级进行比较；
若所述设备精度等级要求不大于所述实际加工精度等级，则根据所述修正后的打印路径对打印产品进行修正；
若所述设备精度等级要求大于所述实际加工精度等级，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高分子材料产品的生产优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待打印产品的工程图纸信息，根据所述工程图纸信息建立待打印产品的整体三维模型图，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数；
控制3D打印设备按照预设打印参数工作，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率；将所述实时熔流速率与预设熔流速率进行比较，得到熔流速率差值；
将所述熔流速率差值与预设阈值进行比较；若所述熔流速率差值不大于预设阈值，则控制3D打印设备继续按照预设打印参数工作；若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制；
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
2.根据权利要求1所述的一种高分子材料产品的生产优化方法，其特征在于，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数，具体为：
获取3D打印设备的性能参数，以及获取待打印产品的加工精度要求信息；
基于所述加工精度要求信息将所述整体三维模型图进行三角剖分，以将所述整体三维模型图转化为三角网格模型，并获取所述三角网格模型中各三角网格的边界信息；
获取三角形网格模型中各三角形的法向量与面积，根据所述法向量与面积计算得到三角网格模型中各三角网格的曲率信息；根据所述三角网格的边界信息、三角网格的曲率信息以及3D打印设备的性能参数确定出路径约束信息；其中，路径约束信息对3D打印设备的最大行进速度、最小行进加速度、行进方向、行进时间以及行进避障点进行约束限制；
将所述路径约束信息与整体三维模型图导入蚁群算法中进行反复构造规划，生成3D打印设备的预设打印参数；其中，预设打印参数包括预设打印层高、预设打印路径以及预设打印速度。
3.根据权利要求1所述的一种高分子材料产品的生产优化方法，其特征在于，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率，具体为：
通过大数据网络获取各预设工作环境数据组合时所对应的环境响应系数，构建知识图谱，并将取各预设工作环境数据组合时所对应的环境响应系数导入所述知识图谱中；其中，预设工作环境数据组合包括不同温度、不同湿度以及不同粉尘度之间的数据组合；
获取3D打印设备的实时工作环境数据，通过欧几里德距离算法计算所述实时工作环境数据与各种预设工作环境数据组合之间的欧几里德距离，得到多个欧几里德距离；
构建序列表，将多个所述欧几里德距离导入所述序列表中进行大小排序，排序完成后，提取出最小欧几里德距离，并获取与最小欧几里德距离对应的预设工作环境数据组合，根据与最小欧几里德距离对应的预设工作环境数据组合确定出实时环境响应系数；
获取打印材料的材质信息，根据所述实时环境响应系数与打印材料的材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率。
4.根据权利要求1所述的一种高分子材料产品的生产优化方法，其特征在于，若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制，还包括以下步骤：
若所述熔流速率差值大于预设阈值，则通过大数据网络获取熔融材料在不同异常熔流速率时3D打印设备的极限打印参数；构建数据库，并将熔融材料在不同异常熔流速率时3D打印设备的极限打印参数导入所述数据库中，得到特性数据库；
获取所述熔融材料的实时位置信息，以及获取产品的外边界区域；根据所述熔融材料的实时位置信息与实时熔流速率判断熔融材料是否会溢流至产品的外边界区域；
若熔融材料会溢流至产品的外边界区域，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印；
若熔融材料不会溢流至产品的外边界区域，则将所述实时熔流速率导入所述特性数据库中进行配对，配对得到与所述实时熔流速率在数值大小上最接近的异常熔流速率；
根据与所述实时熔流速率在数值大小上最接近的异常熔流速率确定出3D打印设备当前的极限打印参数；将3D打印设备当前的极限打印参数与预设打印参数进行比较，得到打印参数差值；
根据所述打印参数差值生成调控指令，并将所述调控指令输出，以根据打印参数差值对3D打印设备的预设打印参数进行调整。
5.根据权利要求1所述的一种高分子材料产品的生产优化方法，其特征在于，在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出，具体为：
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图；构建虚拟空间，将所述实时工况模型图与预设工况模型图导入所述虚拟空间中进行配准处理；
配准完毕后，在所述虚拟空间中将实时工况模型图与预设工况模型图相重合的模型区域剔除，并将不相重合的模型区域保留，得到工况偏差模型图；计算所述工况偏差模型图的体积值，根据所述体积值得到工况偏差率；
将所述工况偏差率与预设偏差率进行比较，若所述工况偏差率大于预设偏差率，则获取所述工况偏差模型图的外形轮廓；
将所述工况偏差率与工况偏差模型图的外形轮廓导入蚁群算法中对预设打印路径进行重新规划，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
6.根据权利要求5所述的一种高分子材料产品的生产优化方法，其特征在于，还包括以下步骤：
获取所述工况偏差模型图的纹理特征与几何特征，根据所述纹理特征与几何特征确定出通过3D打印设备修正该工况偏差模型图所需的设备精度等级要求；
获取3D打印设备的性能参数，根据所述性能参数评估出3D打印设备的实际加工精度等级；将所述设备精度等级要求与实际加工精度等级进行比较；
若所述设备精度等级要求不大于所述实际加工精度等级，则根据所述修正后的打印路径对打印产品进行修正；
若所述设备精度等级要求大于所述实际加工精度等级，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印。
7.一种高分子材料产品的生产优化系统，其特征在于，所述生产优化系统包括存储器与处理器，所述存储器中存储有生产优化方法程序，当所述生产优化方法程序被所述处理器执行时，实现如下步骤：
获取待打印产品的工程图纸信息，根据所述工程图纸信息建立待打印产品的整体三维模型图，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数；
控制3D打印设备按照预设打印参数工作，获取3D打印设备的实时工作环境数据，以及获取打印材料的材质信息，根据所述实时工作环境数据与材质信息计算出熔融材料的实时熔流速率；将所述实时熔流速率与预设熔流速率进行比较，得到熔流速率差值；
将所述熔流速率差值与预设阈值进行比较；若所述熔流速率差值不大于预设阈值，则控制3D打印设备继续按照预设打印参数工作；若所述熔流速率差值大于预设阈值，则生成调控指令或停止打印指令，基于所述调控指令或停止打印指令对3D打印设备进行控制；
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
8.根据权利要求7所述的一种高分子材料产品的生产优化系统，其特征在于，基于动态规划算法与蚁群算法将所述整体三维模型图进行动态规划，生成3D打印设备的预设打印参数，具体为：
获取3D打印设备的性能参数，以及获取待打印产品的加工精度要求信息；
基于所述加工精度要求信息将所述整体三维模型图进行三角剖分，以将所述整体三维模型图转化为三角网格模型，并获取所述三角网格模型中各三角网格的边界信息；
获取三角形网格模型中各三角形的法向量与面积，根据所述法向量与面积计算得到三角网格模型中各三角网格的曲率信息；根据所述三角网格的边界信息、三角网格的曲率信息以及3D打印设备的性能参数确定出路径约束信息；其中，路径约束信息对3D打印设备的最大行进速度、最小行进加速度、行进方向、行进时间以及行进避障点进行约束限制；
将所述路径约束信息与整体三维模型图导入蚁群算法中进行反复构造规划，生成3D打印设备的预设打印参数；其中，预设打印参数包括预设打印层高、预设打印路径以及预设打印速度。
9.根据权利要求7所述的一种高分子材料产品的生产优化系统，其特征在于，在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图，根据所述实时工况模型图对预设打印路径进行修正，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出，具体为：
在预设时间节点上获取打印产品的实时图像信息，根据所述实时图像信息建立实时工况模型图；构建虚拟空间，将所述实时工况模型图与预设工况模型图导入所述虚拟空间中进行配准处理；
配准完毕后，在所述虚拟空间中将实时工况模型图与预设工况模型图相重合的模型区域剔除，并将不相重合的模型区域保留，得到工况偏差模型图；计算所述工况偏差模型图的体积值，根据所述体积值得到工况偏差率；
将所述工况偏差率与预设偏差率进行比较，若所述工况偏差率大于预设偏差率，则获取所述工况偏差模型图的外形轮廓；
将所述工况偏差率与工况偏差模型图的外形轮廓导入蚁群算法中对预设打印路径进行重新规划，得到修正后的打印路径，并将所述修正后的打印路径输出。
10.根据权利要求9所述的一种高分子材料产品的生产优化系统，其特征在于，还包括以下步骤：
获取所述工况偏差模型图的纹理特征与几何特征，根据所述纹理特征与几何特征确定出通过3D打印设备修正该工况偏差模型图所需的设备精度等级要求；
获取3D打印设备的性能参数，根据所述性能参数评估出3D打印设备的实际加工精度等级；将所述设备精度等级要求与实际加工精度等级进行比较；
若所述设备精度等级要求不大于所述实际加工精度等级，则根据所述修正后的打印路径对打印产品进行修正；
若所述设备精度等级要求大于所述实际加工精度等级，则生成停止打印指令，并将停止打印指令输出，以控制3D打印设备停止打印。
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| Title |
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| 化工部合成材料研究院: "《聚合物防老化实用手册》", vol. 1, 化学工业出版社, pages: 139 - 11 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116985525A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-11-03 | 深圳正实自动化设备有限公司 | 一种全自动视觉印刷机的智能管理方法及系统 |
| CN116985525B (zh) * | 2023-09-25 | 2024-01-09 | 深圳正实自动化设备有限公司 | 一种全自动视觉印刷机的智能管理方法及系统 |
| CN117734332A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 深圳坤邦标价用品有限公司 | 一种模内标签加工设备智能控制方法及系统 |
| CN117734332B (zh) * | 2024-02-19 | 2024-04-23 | 深圳坤邦标价用品有限公司 | 一种模内标签加工设备智能控制方法及系统 |
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