专利名称：一种注塑机节能优化系统的实现方法
技术领域：
本发明提供了一种注塑机节能优化系统的实现方法，属于橡塑加工领域。
背景技术：
注塑机节能是橡塑加工行业的关注焦点。注塑机能耗，本质上就是动力系统输出的能量。加工同样的塑料制品，输出能量越少越节能。注塑能耗不仅和橡塑材料的熔融效率有关，也和熔体注射、保压定型、模具运动、合模压力等要素密切相关。单件制品的能耗和成型周期呈显著反比关系。注塑成型周期主要包括充模时间、保压时间和冷却时间。注塑生产中，应在保证质量的前提下，选择合理过程参数，缩短成型周期中各部分时间，提高效率、节约能源。对于小批量多产品任务的注塑机，不仅要考虑单产下的能耗，还需考虑不同产品切换过渡的能耗。这需要并行确定各单产状态下的最优参数以及多产品生产的最优切换顺 序。根据注塑节能的各种要素，现有成果集中在三个方面节能注射成型工艺，节能执行机构和节能动力驱动机构(参考文献张友根，注塑机节能技术的分析研究，橡塑技术与装备，2008，34 卷，第 3 期，52-65)。节能成型工艺是指运用群腔热流道、微发泡、振动成型、介质辅助等先进技术，提高注射速度、降低注射压力、减小锁模力、缩短成型周期，降低制品成型的能耗。譬如，日本专利(05-237901)通过控制注射压力提高质量降低能耗；日本专利(2011-140149)通过安装液压变量泵控制液压液的排放压力，然后控制操作条件降低液压回路的压力而实现节能。美国专利(7，422，426)、日本专利(2010-162845，2008-201016，2003-231164，2001-165388，11-156906，08-252849)均通过合模控制或合模装置的改进实现节能。欧洲专利(US19970862518 )定义了最短冷却时间，在超出最短冷却时间的冷却段关闭主驱动电机实现节能。节能执行机构又细分为节能合模机构(譬如肘杆合模、卡式合模、无拉杆合模、两模板合模技术等)和节能注射塑化机构(包括单缸一线式注射塑化机构、后双缸注射机构、节能螺杆、低速高扭矩液压马达螺杆驱动机构等)，这方面尚未检索到公开的发明专利。注塑动力驱动系统的节能技术集中在液压驱动系统的改进以及全电动驱动系统的开发、应用与推广。根据1980-2010年公开的美国、欧洲、日本和中国专利，驱动系统节能相关的专利有24个，占注塑机节能相关专利的42%。上述技术成果必须通过注塑机的整体或局部软硬件改造才能实现注塑节能，这对于新一代节能注塑机的研发具有重要价值，但对于已购买低端注塑机并形成一定生产规模的注塑企业来说，要采纳这些技术实现生产节能则需要大量的改造费用。
发明内容
本发明提供了一种注塑机节能优化系统的实现方法，可以避免注塑机的硬件改造，易于嵌入到注塑机的控制系统中，适用于注塑机在大批量生产某单一产品时的最优参数设定，以及小批量生产多规格相似产品时的最优参数设定与生产调度。本发明为解决其技术问题采用如下技术方案一种注塑机节能优化系统的实现方法，在注塑机节能优化系统中设置单产品参数优化子系统和多产品优化调度子系统，所述的单产品参数优化子系统包括性能指标与优化变量选择模块、试验设计模块、质量和生产能耗的系统建模模块、基于遗传算法的质量-能耗双目标优化模块和参数测试模块；
所述的性能指标与优化变量选择模块是通过给定一种注塑加工产品的质量要求，确定待考察质量指标向量
j=Lyls···，) ^，···，)^，其中，}表示第j个质量指标，m为待考察质量指标的个数，生产能耗指标设和待优化过程变量的参数设定值向量^二^^^^”^’其中，；表示第
i个待优化过程变量，或者表示第 个待优化过程变量的参数设定值， 为待优化过程变量的个数；
所述的试验设计模块，采用多变量均匀试验设计方法，将待优化过程变量的参数设定值$，i=i，2，…j作为试验因素，得到#次试验方案，即待优化过程变量参数设
定值向量X的集合1 !1 ,其中左为试验序号，k=l, 2，…，K,集合元素Xjc的表达式为- = 5- ' 'iX2,k 5■ ■"^n,k ];将待考察质量指标I J=I, 2，…,5 和生广能耗指标6作为试验结果，每次试验以七为待优化变量的参数设定值，进行注塑生产试验，得到^次试验方案的质量指标测量值集合(|^,凡=[八^，)^，一，)^]和生产能耗指标测量值集合1 } , k = 1,...,2 "；
所述的质量和生产能耗系统建模模块，基于试验设计的结果——过程参数设定值向量集合I、质量指标测量值集合{jd和生产能耗指标测量值集合f，通过人工神经网络，建立和Z以及e和Z之间的映射关系，该映射关系为非解析形式的非线性模型，y = Imn(i-ι)
^ = f纖;_ B (太)(I -2 )
所述的基于遗传算法的质量-能耗双目标优化模块的操作方法，包括以下步骤
步骤I :写出第一层优化目标和约束条件的数学表达式，其通用形式为
Min ^α) χ)
(2)
St.叫巧5苍
式中X = [X1,...,XfJ为待优化过程变量的参数设定值；
Fm(X)为质量性能指标7的自定义函数，其中J =;
Min Fm(X)表示求F(1)(x)最小值；
Pz3Pu分别为待优化过程变量的参数设定值的上下限；步骤2 :基于步骤I中公式(2)所描述的优化问题，选择遗传算法进行优化，优化结果为满足质量指标要求的过程变量设定值向量的集合{&}，<^=1，···，。，其中Jr表示第c个可行解，C为可行解个数；
步骤3 :基于步骤2得到的第一层优化问题可行解集合= !,-■■,€以及生产能
耗模型€ =，写出第二层优化目标和约束条件的数学表达式，其通用形式为
权利要求
1.一种注塑机节能优化系统的实现方法，其特征在于，在注塑机节能优化系统中设置单产品参数优化子系统和多产品优化调度子系统，所述的单产品参数优化子系统包括性能指标与优化变量选择模块、试验设计模块、质量和生产能耗的系统建模模块、基于遗传算法的质量-能耗双目标优化模块和参数测试模块； 所述的性能指标与优化 变量选择模块是通过给定一种注塑加工产品的质量要求，确定待考察质量指标向量J=[>\5· ··，>>· "5兄 ，其中，I表示第J个质量指标，m为待考察质量指标的个数，生产能耗指标e和待优化过程变量的参数设定值向量i =,其中TC表示第I个待优化过程变量，或者表示第i个待优化过程变量的参数设定值，η为待优化过程变量的个数； 所述的试验设计模块，采用多变量均匀试验设计方法，将待优化过程变量的参数设定值Xi , i=l, 2,…作为试验因素，得到I次试验方案，即待优化过程变量参数设定值向量的集合I，其中左为试验序号，k=l, 2, 集合兀素的表达式为Xk = I工U-*, I ;将待考察质量指行' J=I, 2,…，m和生产能耗指行g作为试验结果，每次试验以巧为待优化变量的参数设定值，进行注塑生产试验，得到^次试验方案的质量指标测量值集A{y,}, …和生产能耗指标测量值集合 1 J Jir —19.. K.； 所述的质量和生产能耗系统建模模块，基于试验设计的结果——过程参数设定值向量集合、质量指标测量值集合和生产能耗指标测量值集合，通过人工神经网络，建立和Z以及e和Z之间的映射关系，该映射关系为非解析形式的非线性模型，y = fMN_Q{x)d-ο e = fMN(1_2) 所述的基于遗传算法的质量-能耗双目标优化模块的操作方法，包括以下步骤 步骤I :写出第一层优化目标和约束条件的数学表达式，其通用形式为 Min Fa3(Jc) r " (2) S丄X啦，龟] 式中JT =Ix1^xjJ为待优化过程变量的参数设定值； Fc1)(jt)为质量性能指标的自定义函数，其中J =; Min Fm(Jt)表示求Fa)(JC)最小值；Pl3Pu分别为待优化过程变量的参数设定值的上下限； 步骤2 :基于步骤I中公式(2)所描述的优化问题，选择遗传算法进行优化，优化结果为满足质量指标要求的过程变量设定值向量的集合
全文摘要
本发明提供了一种注塑机节能优化系统的实现方法，属于橡塑加工领域。该方法通过设置单产品参数优化子系统和多产品优化调度子系统，单产品参数优化子系统包括性能指标与优化变量选择模块，试验设计模块，产品质量和生产能耗的系统建模模块，基于遗传算法的质量-能耗双目标优化模块和参数测试模块；多产品优化调度子系统包括多产品性能指标与优化变量选择模块，多产品切换的试验设计模块，产品质量、生产能耗和产品切换过渡能耗的系统建模模块，基于遗传算法的质量优化模块，基于遗传算法和旅行商算法的节能调度模块和多产品调度参数测试模块。该方法可提高企业生产资源的使用效率，降低生产能耗，增加企业竞争力。
文档编号G05B13/04GK102773981SQ201210243230
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者公桂霞, 刘剑慰, 姜斌, 王晶, 程月华, 陆宁云 申请人:南京航空航天大学