專利名稱：高性能機械基礎件精密成形智能制造系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制造系統，特別是一種高性能機械基礎件智能制造系統。
背景技術：
新型高性能工程復合材料機械基礎件(軸承、密封件、齒輪、聯軸器、減震器等)的制造技術，是解決我國機械、艦船、車輛、航空、航天、新能源等工程領域重要裝備低能耗、無污染、低噪聲、高精度、高可靠、長壽命等重要問題的關鍵技術瓶頸。傳統的機械零部件制造模式是一個開環系統，即原料一工業生產一產品使用一報廢一棄入環境。它是靠大量消耗資源和破壞環境為代價的工業發展模式，所以設計技術主要考慮產品的功能、質量和成本。現代設計模式是根據產品在整個生命周期中功能和市場競爭(時間、質量、價格) 的需要，考慮生態環境和資源效率，應用科學知識和現代技術，經過設計人員創造性的思維、規劃和決策，制定先進的產品設計方案，并通過CAD等先進方法使方案付諸實施。網絡技術，特別是hternet技術的出現和迅速發展給制造業及制造技術帶來重大影響。在這種背景之下。網絡技術與制造技術相結合而形成的網絡化制造技術應運而生。網絡化制造是基于網絡的制造企業的各種制造活動及其所涉及的制造技術和制造系統的總稱，具有敏捷響應、資源共享、客戶參與、虛擬產品、遠程診斷、遠程控制等特征。近年來，隨著機械工程、電子、自動化、信息、傳感、人工智能等高新技術的不斷交叉融合，產生了智能制造這一新的制造模式，它將制造產業中的各個環節高度柔性集成，通過計算機模擬人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，旨在取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動；并對人類專家的制造智能進行收集、存貯、完善、共享、繼承與發展。智能制造系統在國際標準化和互換性的基礎上，使得制造系統中的經營決策、產品設計、生產規劃、制造裝配和質量保證等各個子系統分別智能化，成為網絡集成的高度自動化制造系統。現有的高性能工程復合材料機械基礎件制造裝備主要有硫化機和工程復合材料精密成形制造裝備。它們均可以實現將金屬與非金屬進行復核，但具有的功能各不相同， 如有的可以自動脫模、有的可以加工大尺寸工件；另外設備的控制系統也不同，有的采用 PLC，有的采用單片機，有的采用微機控制器。這些設備只能分別獨立操作運行，設備中各種參數(如溫度，壓力，位移等)的運行變化曲線無法在線集中監測，更不能根據產品結構、材料、尺寸、工況、負載、應用環境等綜合性能需求和實際生產過程產品質量狀況對這些參數進行智能優化調整，這就造成制造效率低下，大批量產品生產時質量得不到保證，并且不能較快地響應用戶需求。因此發明高性能機械基礎件智能制造設系統，是提高機械基礎件的優質產品合格率和生產效率以及市場響應性的關鍵，不僅可滿足各種高性能機械基礎件產業化的重大需求，而且還能實現高效、節能、綠色和智能制造等。
發明內容
本發明的目的就是提供一種高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，它可以同時在線監測對多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的工藝參數和狀態信息，并結合有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫對數據進行智能優化處理，然后根據優化后的參數對它們進行智能控制，從而可以提高機械基礎件的制造效率和精度以及市場響應性。本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的，它包括有智能測控系統和多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備，
電磁感應模壓硫化精密成形裝備，完成機械基礎件的電磁感應模壓硫化精密成形和自動脫模工作，采集機械基礎件加工過程中的實時壓力數據、溫度數據和位移數據，并將數據反饋回智能測控系統；
智能測控系統，通過有線或無線局域網實時采集多臺電磁感應模壓硫化精密成形設備的壓力數據、溫度數據和位移數據，實時顯示它們的變化曲線，并根據產品結構、材料、尺寸、工況、負載和應用環境的綜合性能需求以及實際生產過程產品質量狀況，結合有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，利用采集到的數據對硫化工藝參數進行智能優化，進而利用優化的硫化工藝參數控制電磁感應模壓硫化精密成形設備進行工作。進一步，所述電磁感應模壓硫化精密成形裝備包括有制造機、溫度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器、通信模塊、分布式A/D采集模塊、分布式D/A輸出模塊和分布式數字量輸入輸出模塊，
制造機，對機械基礎件加工，完成托模、移膜、鎖模、注膠、加溫和加壓硫化、自動脫模成形工序；
溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器，分別采集制造機工作時的溫度數據、壓力數據和位移數據；
通信模塊，接收智能控制系統發送的控制指令，發送采集到的數據至智能控制系統； 分布式A/D采集模塊，將溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器采集到的模擬信號數據轉換為數字信號；
分布式D/A輸出模塊，將接收到的工控機數字信號控制指令轉換為模擬信號控制指
令；
分布式數字量輸入輸出模塊，將工控機發出的控制指令轉換為制造機能執行行動的控制指令。進一步，所述智能控制系統包括有通信模塊、存有有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫的工控機和中央控制器，
通信模塊，用于接收各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備所采集到的溫度、壓力和位移原始信息，向各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備發出數字控制指令；
工控機，用于實時顯示溫度、壓力變化曲線，監控各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的狀態，存儲有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，向中央控制器提供數據和發出控制指令；
有效硫化工藝體系知識庫，用于管理各種類型和規格的機械基礎件硫化工藝體系的專家知識，并向中央控制器提供必要的硫化工藝信息；歷史優質產品合格數據庫，用于管理各種優質合格機械基礎件尺寸、機械性能和力學性能參數，以及制造過程中所用的工藝參數，并向中央控制器提供必要的產品信息和硫化工藝參數；
中央控制器，對接收到的溫度和壓力信息進行處理，根據環境、結構、工況、不同批次材料性質的變化，通過結合有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，對接收到的溫度和壓力信息進行人工神經網絡和遺傳算法運算，得到優化的硫化工藝參數，并自動發出溫度和壓力調整指令；對位移數據進行比對，發出位置調整或下一步動作指令。進一步，所述工控機包括有在線監測模塊、控制模塊、觸摸屏和電源；
在線監測模塊，記錄工控機和裝備操作信息、報警信息和故障信息，記錄各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的狀態信息，記錄接收到的溫度和壓力原始信息，并生成歷史趨勢曲線。控制模塊，工作人員通過控制模塊向工控機和電磁感應模壓硫化精密成形裝備發出參數更改和控制指令；
觸摸屏，用于人機交互，操作在線監測模塊和控制模塊； 電源，為工控機提供電源。進一步，所述通信模塊是基于PR0FINET工業以太網。進一步，所述通信模塊是基于SCALANCE W無線局域網。進一步，SCALANCE W采用IEEE 802. llb/g和802. 11 a相符合的無線以太網標準。由于采用了上述技術方案，本發明具有如下的優點
通過建立有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，根據產品性能需求和實際生產過程產品質量狀況，利用神經網絡和遺傳算法對多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備進行分布式智能監測和控制，信息互換易于實現信息資源共享，通過遠程監測與控制實現大批量優質合格高性能機械基礎件的制造過程，在遠端通過有線或無線網絡即可對各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備發出相應的信息獲取和動作控制指令，并且支持電磁感應模壓硫化精密成形裝備的擴展。本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。
本發明的
如下。圖1為本發明的結構框圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，所述系統包括有智能測控系統和多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備，
電磁感應模壓硫化精密成形裝備，完成機械基礎件的電磁感應模壓硫化精密成形和自動脫模工作，采集機械基礎件加工過程中的實時壓力數據、溫度數據和位移數據，并將數據反饋回智能測控系統；
智能測控系統，通過有線或無線局域網實時采集多臺電磁感應模壓硫化精密成形設備的壓力數據、溫度數據和位移數據，實時顯示它們的變化曲線，并根據產品結構、材料、尺寸、工況、負載和應用環境的綜合性能需求以及實際生產過程產品質量狀況，結合有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，利用采集到的數據對硫化工藝參數進行智能優化，進而利用優化的硫化工藝參數控制電磁感應模壓硫化精密成形設備進行工作。智能測控系統同時處理多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備反饋的數據，并根據收到的數據進行智能優化，發出調整指令，使各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備工作在優化的溫度和壓力狀態下，提高機械基礎件的制作精度和效率。為達到一套智能測控系統同時監控多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的目的，智能測控系統需要同時與各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備保持通信，實時監測各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的狀態參數，通過指令控制各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的執行動作。所述電磁感應模壓硫化精密成形裝備包括有制造機、溫度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器、通信模塊、分布式A/D采集模塊、分布式D/A輸出模塊和分布式數字量輸入輸出模塊，
制造機，對機械基礎件加工，完成托模、移膜、鎖模、注膠、加溫和加壓硫化、自動脫模成形工序；
溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器，分別采集制造機工作時的溫度數據、壓力數據和位移數據；
通信模塊，接收智能控制系統發送的控制指令，發送采集到的數據至智能控制系統； 分布式A/D采集模塊，將溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器采集到的模擬信號數據轉換為數字信號；
本發明通過有線或無線通信模塊、分布式A/D采集模塊、分布式D/A輸出模塊和分布式數字量輸入輸出模塊使多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備在同一智能測控系統下進行工作。電磁感應模壓硫化精密成形裝備中的數字模擬量收發模塊運用與智能測控系統通信模塊相對應的通信模式，便于智能測控系統同時各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備
ififn。所述智能控制系統包括有通信模塊、存有有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫的工控機和中央控制器，
通信模塊，用于接收各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備所采集到的溫度、壓力和位移原始信息，向各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備發出數字控制指令；
工控機，用于實時顯示溫度、壓力變化曲線，監控各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的狀態，存儲有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，向中央控制器提供數據和發出控制指令；
有效硫化工藝體系知識庫，用于管理各種類型和規格的機械基礎件硫化工藝體系的專家知識，并向中央控制器提供必要的硫化工藝信息；
歷史優質產品合格數據庫，用于管理各種優質合格機械基礎件尺寸、機械性能和力學性能參數，以及制造過程中所用的工藝參數，并向中央控制器提供必要的產品信息和硫化工藝參數；
中央控制器，對接收到的溫度和壓力信息進行處理，根據環境、結構、工況、不同批次材料性質的變化，通過結合有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，對接收到的溫度和壓力信息進行人工神經網絡和遺傳算法運算，得到優化的硫化工藝參數，并自動發出溫度和壓力調整指令；對位移數據進行比對，發出位置調整或下一步動作指令。所述工控機包括有在線監測模塊、控制模塊、觸摸屏和電源；
在線監測模塊，記錄工控機操作信息、報警信息和故障信息，紀錄各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的狀態信息，記錄接收到的溫度和壓力原始信息，并生成歷史趨勢曲線。控制模塊，工作人員通過控制模塊向工控機和電磁感應模壓硫化精密成形裝備發出參數更改和控制指令；
觸摸屏，用于人機交互，操作在線監測模塊和控制模塊； 電源，為工控機提供電源。通過A/D輸出模塊的轉換，工控機和中央處理器能直接讀取采集到的信息并進行分析。若要新增電磁感應模壓硫化精密成形裝備，工作人員通過控制模塊可以對加入的裝備進行定義，操作簡單，工作靈活。所述通信模塊可以基于PR0FINET工業以太網，也可以基于SCALANCE W無線局域網，兩者可以切換
制造系統以西門子公司生產的控制器S7-315PN/2DP以及PR0FINET工業以太網和 SCALANCE W無線局域網為核心，采用ET200S分布式I/O使多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備通過PR0FINET或IWAN直接集成在S7-315PN/2DP下，使響應在IOms數量級。SCALANCE W采用IEEE 802. llb/g和802. 11 a相符合的無線以太網標準。在 2. 4GHZ和和5GHZ下的數據傳輸速率可以達到54Mbit/s。PR0FINET工業以太網和SCALANCE W無線局域網通訊系統可以采用西門子新一代的S7-315 PN/2DP PLC做為控制系統的控制核心。西門子S7-300 PLC具有高電磁兼容性和強抗振動，沖擊性，有最高的工業環境適應性，S7-315 PN/2DP同時具有PR0FINET工業以太網和PROFIBUS DP總線，采用ET200S分布式I/O采集各傳感器信號，通過PR0FINET或者IWLAN直接集成在S7-315PN/2DP下。S7-315PN/2DP通過SCALANCE-X206交換機構成工業以太網。并且通過工業以太網和工控機通信總線技術大大減少數據連線，增強了系統運行的可靠性。整套系統完成數據采集，工業以太網通訊，IWLAN通訊，人機界面、運動控制、I/O邏輯運算、故障診斷等功能。 PR0FINET 或者 IWLAN 通訊采用的是 Profinet IS0CHR0NE MODE 等時同步模式。IS0CHR0NE MODE是PR0FINET通訊的新技術，它可以使PR0FINET的通訊周期時間保持恒定，從而可以大大提高通訊的穩定性，提高控制系統的穩定性和精度。工控機測控軟件采用西門子WINCC，通過以太網和S7-300通訊。采用一兩臺工控機和兩臺顯示屏可以同時監控工作，進行工藝參數設定/實時參數顯示，顯示操作信息/報警信息/故障診斷。為方便在現場觀察和一些參數設定，在控制臺安裝一臺觸模屏，可以顯示實時參數，顯示操作信息/報警信息/故障診斷，進行一些必要的參數設定。觸模屏通過MPI總線直接和CPU通信，和PR0FINET完全分開。即使是在以太網故障或中斷時，也能進行診斷。 WinCC畫面和高性能機械基礎件制造裝備的實時運行狀態一一對應，操作人員可以輕松掌握。 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，其特征在于所述系統包括有智能測控系統和多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備，電磁感應模壓硫化精密成形裝備，完成機械基礎件的電磁感應模壓硫化精密成形和自動脫模工作，采集機械基礎件加工過程中的實時壓力數據、溫度數據和位移數據，并將數據反饋回智能測控系統；智能測控系統，通過有線或無線局域網實時采集多臺電磁感應模壓硫化精密成形設備的壓力數據、溫度數據和位移數據，實時顯示它們的變化曲線，并根據產品結構、材料、尺寸、工況、負載和應用環境的綜合性能需求以及實際生產過程產品質量狀況，結合有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，利用采集到的數據對硫化工藝參數進行智能優化，進而利用優化的硫化工藝參數控制電磁感應模壓硫化精密成形設備進行工作。
2.如權利要求1所述的高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，其特征在于所述電磁感應模壓硫化精密成形裝備包括有制造機、溫度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器、通信模塊、分布式A/D采集模塊、分布式D/A輸出模塊和分布式數字量輸入輸出模塊，制造機，對機械基礎件加工，完成托模、移膜、鎖模、注膠、加溫和加壓硫化、自動脫模成形工序；溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器，分別采集制造機工作時的溫度數據、壓力數據和位移數據；通信模塊，接收智能控制系統發送的控制指令，發送采集到的數據至智能控制系統；分布式A/D采集模塊，將溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器采集到的模擬信號數據轉換為數字信號；分布式D/A輸出模塊，將接收到的工控機數字信號控制指令轉換為模擬信號控制指令；分布式數字量輸入輸出模塊，將工控機發出的控制指令轉換為制造機能執行行動的控制指令。
3.如權利要求1、2所述的高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，其特征在于所述智能控制系統包括有通信模塊、存有有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫的工控機和中央控制器，通信模塊，用于接收各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備所采集到的溫度、壓力和位移原始信息，向各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備發出數字控制指令；工控機，用于實時顯示溫度、壓力變化曲線，監控各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的狀態，存儲有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，向中央控制器提供數據和發出控制指令；有效硫化工藝體系知識庫，用于管理各種類型和規格的機械基礎件硫化工藝體系的專家知識，并向中央控制器提供必要的硫化工藝信息；歷史優質產品合格數據庫，用于管理各種優質合格機械基礎件尺寸、機械性能和力學性能參數，以及制造過程中所用的工藝參數，并向中央控制器提供必要的產品信息和硫化工藝參數；中央控制器，對接收到的溫度和壓力信息進行處理，根據環境、結構、工況、不同批次材料性質的變化，通過結合有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，對接收到的溫度和壓力信息進行人工神經網絡和遺傳算法運算，得到優化的硫化工藝參數，并自動發出溫度和壓力調整指令；對位移數據進行比對，發出位置調整或下一步動作指令。
4.如權利要求3所述的高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，其特征在于所述工控機包括有在線監測模塊、控制模塊、觸摸屏和電源；在線監測模塊，記錄工控機和裝備操作信息、報警信息和故障信息，記錄各臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備的狀態信息，記錄接收到的溫度和壓力原始信息，并生成歷史趨勢曲線。
5.控制模塊，工作人員通過控制模塊向工控機和電磁感應模壓硫化精密成形裝備發出參數更改和控制指令；觸摸屏，用于人機交互，操作在線監測模塊和控制模塊；電源，為工控機提供電源。
6.如權利要求3所述的高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，其特征在于所述通信模塊是基于PR0FINET工業以太網。
7.如權利要求3所述的高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，其特征在于所述通信模塊是基于SCALANCE W無線局域網。
8.如權利要求6所述的高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，其特征在于 SCALANCE W采用IEEE 802. llb/g和802. 11 a相符合的無線以太網標準。
全文摘要
高性能機械基礎件精密成形智能制造系統，包括有多臺電磁感應模壓硫化精密成形裝備和智能測控系統等，對機械基礎件進行模壓硫化精密成形和自動脫模，以及對各臺裝備溫度、壓力、時間、位移等工藝參數和狀態信息進行分布式在線監測、顯示、智能優化控制。根據產品結構、材料、尺寸、工況、負載、應用環境等綜合性能需求，以及生產過程產品質量狀況，利用神經網絡和遺傳算法并結合有效硫化工藝體系知識庫和歷史優質產品合格數據庫，通過有線和無線通信模塊，對多臺模壓硫化精密成形裝備進行分布式智能監測和控制，從而提高優質產品合格率和生產效率，不僅可滿足各種高性能機械基礎件產業化的重大需求，而且還能實現高效、節能、綠色和智能制造等。
文檔編號G05B19/418GK102495606SQ20111042043
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者崔洪斌, 王家序, 秦毅, 韓彥峰 申請人:重慶大學