一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法及系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及仿真
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著能源需求和氣候變化問(wèn)題得到越來(lái)越多的人們關(guān)注，在人們一致倡導(dǎo)綠色制造，呼吁節(jié)約能源的大背景驅(qū)動(dòng)下，很多高能耗企業(yè)面臨著節(jié)能減排問(wèn)題。盡管我國(guó)建筑陶瓷發(fā)展迅猛，但總體上存在能耗高、資源消耗大、綜合利用率低、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。我國(guó)陶瓷工業(yè)是一個(gè)高能耗行業(yè)，從原料的制備到產(chǎn)品入庫(kù)，燃料、電力等能源成本就占了整個(gè)陶瓷生產(chǎn)成本的23％～40％。其中瓷磚生產(chǎn)是能量密集型且重污染的高耗能過(guò)程，而拋光過(guò)程更是占據(jù)了40％的最終電力成本，拋光的實(shí)質(zhì)就是一種典型的材料去除磨削過(guò)程，瓷磚拋光過(guò)程中伴隨著大量的廢料，據(jù)統(tǒng)計(jì)：每生產(chǎn)1平方米的拋光磚將產(chǎn)生1.5千克的碎屑，同時(shí)由于磨具磨損，混入的碎屑廢料約0.6千克，綜合來(lái)講生產(chǎn)1平方米將產(chǎn)生2.1千克左右的拋光廢渣。按此計(jì)算，我國(guó)2013年拋光磚拋光廢料達(dá)到了2035萬(wàn)噸。因此，降低瓷磚拋光的總體生產(chǎn)能耗、減小廢料的排放量是亟待解決的課題。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者面向陶瓷拋光質(zhì)量與成本做了大量的技術(shù)研究，但忽略了能耗這一目標(biāo)。極少學(xué)者提出通過(guò)這種仿真建模方法可得出不同工況下的瓷磚表面能量消耗強(qiáng)度的空間分布和磨削能的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)然，為達(dá)到拋光過(guò)程的能效優(yōu)化目的，目前有兩套已有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，其一是通過(guò)表頭去采集各耗能部件的最終電能數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出每一組工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)電能消耗的關(guān)系，通過(guò)這種關(guān)系建立線性回歸模型分析磨削能耗。很顯然此方法未結(jié)合陶瓷拋光機(jī)理分析它的動(dòng)態(tài)能流特性，所得試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)際相差太大，可靠性低。其二是通過(guò)設(shè)計(jì)傳感器布局，采用先進(jìn)的能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)去獲取各耗能部件在磨削過(guò)程中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)能耗數(shù)據(jù)，此方案比較新穎且能得到較為精確的能耗數(shù)據(jù)，但它忽略了這種復(fù)雜的磨削機(jī)理所給拋光過(guò)程造成的影響，并不能完全揭示不同工況下瓷磚表面的能量消耗強(qiáng)度的空間分布和磨削能的動(dòng)態(tài)特性與對(duì)應(yīng)工藝參數(shù)的內(nèi)部關(guān)聯(lián)關(guān)系的本質(zhì)影響。因此，如何準(zhǔn)確合理的實(shí)現(xiàn)陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法及系統(tǒng)，均能夠更準(zhǔn)確、可靠的實(shí)現(xiàn)陶瓷拋光機(jī)能耗動(dòng)態(tài)特性的仿真分析，支撐陶瓷拋光機(jī)能效智能分析與優(yōu)化決策。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法，包括：根據(jù)用戶的選擇及知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)確定預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù)；根據(jù)所述預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)對(duì)磨塊進(jìn)行離散化處理形成N個(gè)磨粒，對(duì)瓷磚進(jìn)行離散化處理形成預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)離散單元，并建立坐標(biāo)系確定各所述磨粒及各所述離散單元的坐標(biāo)；分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的預(yù)定時(shí)間間隔及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗、橫向擺動(dòng)的能耗及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能耗，并將各所述磨粒的三種能耗相加得到各所述磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的總能耗；分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)軌跡方程確定在對(duì)應(yīng)的每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔各磨粒對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)，并在所述位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的離散單元中累加對(duì)應(yīng)磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的總能耗，輸出能耗分布。其中，還包括：將用戶輸入的各組預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù)對(duì)應(yīng)的能耗分布，以圖標(biāo)的形式顯示。其中，根據(jù)所述預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)對(duì)磨塊進(jìn)行離散化處理形成N個(gè)磨粒，對(duì)瓷磚進(jìn)行離散化處理形成預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)離散單元，并建立坐標(biāo)系確定各所述磨粒及各所述離散單元的坐標(biāo)，包括：根據(jù)磨塊尺寸將磨塊均勻離散化為N個(gè)磨粒，根據(jù)瓷磚尺寸將瓷磚均勻離散化為H×K個(gè)離散單元；以瓷磚前進(jìn)的方向作為軸，以磨塊中磨頭橫向擺動(dòng)方向?yàn)檩S建立直角坐標(biāo)系；設(shè)置磨頭進(jìn)入瓷磚前的中心點(diǎn)坐標(biāo)為C(x,y)，并根據(jù)計(jì)算出各磨粒P(xi,yi)的坐標(biāo)；其中，r為磨粒到磨頭中心點(diǎn)C的距離，θ為軸與r的夾角；將離散單元用矩陣R表示，設(shè)置左下角的離散單元的坐標(biāo)為(1,1)，根據(jù)離散個(gè)數(shù)H×K及瓷磚尺寸n×n確定各離散單元R(i,j)的坐標(biāo)為其中，預(yù)定時(shí)間間隔的確定方法，包括：利用公式計(jì)算預(yù)定時(shí)間間隔Δt；其中，θ為磨粒與離散單元的旋轉(zhuǎn)角度，ω為轉(zhuǎn)速，R為半徑，a為離散單元的對(duì)角線長(zhǎng)度。其中，計(jì)算各所述磨粒的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗，包括：根據(jù)公式計(jì)算各所述磨粒的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗其中，μ為摩擦系數(shù)，σ為拋光頭壓力，dS為磨粒與瓷磚表面的有效單位接觸面積，V為瓷磚進(jìn)給速度，t是拋光時(shí)間，dEresistance為阻力做功。其中，計(jì)算各所述磨粒的橫向擺動(dòng)的能耗，包括：根據(jù)公式計(jì)算各所述磨粒的橫向擺動(dòng)的阻力做功能耗dEresistance；根據(jù)公式計(jì)算各所述磨粒的橫向擺動(dòng)的合力做功能耗dEresultant；將各所述磨粒橫向擺動(dòng)的阻力做功能耗dEresistance與各所述磨粒橫向擺動(dòng)的合力做功能耗dEresultant相加得到各所述磨粒的橫向擺動(dòng)的能耗其中，為磨粒密度，h為磨粒高度，dS為磨粒與瓷磚表面的有效單位接觸面積，A為擺幅，f為擺動(dòng)頻率，t為拋光時(shí)間，μ為摩擦系數(shù)，σ為拋光頭壓力。其中，計(jì)算各所述磨粒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能耗，包括：根據(jù)公式計(jì)算各所述磨粒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能耗其中，ω為磨粒的角速度；r為磨粒到磨頭中心的距離，dEresistance為阻力做功。其中，計(jì)算各所述磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，包括：根據(jù)公式計(jì)算各所述磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡方程；其中，為磨粒的位移向量，為磨粒進(jìn)給運(yùn)動(dòng)向量，為磨粒繞磨頭中心旋轉(zhuǎn)的方向向量，為磨粒橫向擺動(dòng)的位移向量，t為時(shí)間。其中，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)軌跡方程確定每個(gè)所述預(yù)定時(shí)間間隔各磨粒對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)，并在所述位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的離散單元中累加對(duì)應(yīng)磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔的總能耗，輸出能耗分布，包括：計(jì)算各所述磨粒結(jié)束仿真的時(shí)間Ti；各所述磨粒依次從初始位置坐標(biāo)開(kāi)始執(zhí)行仿真，根據(jù)磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡方程計(jì)算每隔Δt后該磨粒新的位置坐標(biāo)，并在新的位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的離散單元中加上該磨粒在新的位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔Δt中的總能耗，直到該磨粒到達(dá)時(shí)間Ti，當(dāng)所有磨粒完成仿真后，輸出能耗分布矩陣。本發(fā)明提供一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的系統(tǒng)，包括：仿真參數(shù)處理與設(shè)置引擎模塊，用于根據(jù)用戶的選擇及知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)確定預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù)；磨粒及坐標(biāo)生成引擎模塊，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)對(duì)磨塊進(jìn)行離散化處理形成N個(gè)磨粒，對(duì)瓷磚進(jìn)行離散化處理形成預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)離散單元，并建立坐標(biāo)系確定各所述磨粒及各所述離散單元的坐標(biāo)；仿真時(shí)間設(shè)計(jì)模塊，用于分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的預(yù)定時(shí)間間隔；能耗計(jì)算模塊，用于分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗、橫向擺動(dòng)的能耗及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能耗，并將各所述磨粒的三種能耗相加得到各所述磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的總能耗；能量強(qiáng)度分布實(shí)現(xiàn)模塊，用于分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)軌跡方程確定在對(duì)應(yīng)的每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔各磨粒對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)，并在所述位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的離散單元中累加對(duì)應(yīng)磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的總能耗，輸出能耗分布。本發(fā)明所提供的一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法，該方法綜合考慮了拋光過(guò)程能流特性的分析和三大運(yùn)動(dòng)方向磨削能能量的計(jì)算，能夠準(zhǔn)確可靠的實(shí)現(xiàn)陶瓷拋光機(jī)能耗動(dòng)態(tài)特性的仿真分析，支撐陶瓷拋光機(jī)能效智能分析與優(yōu)化決策；本發(fā)明還提供一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的系統(tǒng)，具有上述有益效果，在此不再贅述。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的磨粒及各離散單元的坐標(biāo)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的預(yù)定時(shí)間間隔計(jì)算原理示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的核心是提供一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法及系統(tǒng)，均能夠更準(zhǔn)確、可靠的實(shí)現(xiàn)陶瓷拋光機(jī)能耗動(dòng)態(tài)特性的仿真分析，支撐陶瓷拋光機(jī)能效智能分析與優(yōu)化決策。為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法的流程圖；該方法可以包括：S100、根據(jù)用戶的選擇及知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)確定預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù)；其中，根據(jù)用戶輸入的工藝參數(shù)(即可以包括預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù))，由知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得相關(guān)參數(shù)，為其他模塊建立拋光能耗仿真模型做準(zhǔn)備。用戶輸入的參數(shù)可以包括設(shè)備參數(shù)即(預(yù)定設(shè)備參數(shù))和操作參數(shù)兩部分。首先由知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)用戶選擇的設(shè)備參數(shù)確定拋光設(shè)備型號(hào)、加工瓷磚的尺寸、磨塊尺寸、擺動(dòng)幅度等。其次，基于設(shè)備型號(hào)確定操作參數(shù)的類型(包括磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，擺動(dòng)頻率，瓷磚進(jìn)給速度等)及其取值范圍。最后由用戶輸入操作參數(shù)值，并將所有的設(shè)備參數(shù)和操作參數(shù)傳輸?shù)狡渌婊蚰K當(dāng)中。用戶可以建立多組工藝參數(shù)進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)多組仿真參數(shù)的仿真獲取能耗分布結(jié)果，通過(guò)對(duì)結(jié)果的對(duì)比可以優(yōu)化工藝參數(shù)，從而達(dá)到降低能耗的目的。S110、根據(jù)所述預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)對(duì)磨塊進(jìn)行離散化處理形成N個(gè)磨粒，對(duì)瓷磚進(jìn)行離散化處理形成預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)離散單元，并建立坐標(biāo)系確定各所述磨粒及各所述離散單元的坐標(biāo)；其中，根據(jù)磨頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將所有磨塊離散成N個(gè)單元，每個(gè)單元代表一個(gè)磨粒，即形成了N個(gè)磨粒，瓷磚進(jìn)行離散化可以根據(jù)瓷磚的尺寸分割成預(yù)定個(gè)數(shù)的區(qū)域，形成各個(gè)離散單元，這些離散單元為了方便后續(xù)計(jì)算可以用矩陣進(jìn)行表示。具體過(guò)程可以是瓷磚表面同時(shí)需要均勻離散化為H×K個(gè)單元，用矩陣R表示；Rij為矩陣R的元素，用于記錄磨粒拋光過(guò)程中的能耗，作為拋光能耗分布矩陣。為確定離散單元的位置坐標(biāo)也可以叫做坐標(biāo)位置，需要建立坐標(biāo)系，這里坐標(biāo)系的選擇可以根據(jù)用戶需求，這里為了方便用戶計(jì)算的方便，這里可以選用直角坐標(biāo)系；如2圖所示建立直角坐標(biāo)系：假設(shè)瓷磚靜止，磨頭做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以瓷磚左下方為原點(diǎn)，瓷磚前進(jìn)的方向作為軸，磨頭橫向擺動(dòng)方向?yàn)檩S建立直角坐標(biāo)系；產(chǎn)生離散單元坐標(biāo)，分為磨塊和瓷磚兩部分：磨塊離散坐標(biāo)：設(shè)置磨頭進(jìn)入瓷磚前的中心點(diǎn)坐標(biāo)為C(x,y)，并根據(jù)計(jì)算出各磨粒P(xi,yi)的坐標(biāo)；其中，r為磨粒到磨頭中心點(diǎn)C的距離，θ為軸與r的夾角；瓷磚的離散單元的坐標(biāo)：瓷磚的離散單元用矩陣R表示，設(shè)置左下角的離散單元的坐標(biāo)為(1,1)，根據(jù)離散個(gè)數(shù)H×K及瓷磚尺寸n×n確定各離散單元R(i,j)的坐標(biāo)為S120、分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的預(yù)定時(shí)間間隔及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗、橫向擺動(dòng)的能耗及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能耗，并將各所述磨粒的三種能耗相加得到各所述磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的總能耗；其中，為便于建立能耗模型，假設(shè)瓷磚靜止，而磨頭產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拋磨。由陶瓷拋光機(jī)的加工機(jī)理可知，磨粒的運(yùn)動(dòng)由進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，橫向擺動(dòng)，自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)三種運(yùn)動(dòng)形式構(gòu)成，三種運(yùn)動(dòng)的能耗組成了磨粒拋光的總能耗：dEtotal=dED→E+dED→OL+dED→R]]>其中，dEtotal為磨粒于時(shí)間t0的所消耗的能量，為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗，為橫向擺動(dòng)的能耗，為磨粒自轉(zhuǎn)的能耗。由動(dòng)力學(xué)可知，運(yùn)動(dòng)物體的執(zhí)行功dE分為阻力做功dEresistance和合力做功dEresultant：因此得到dE＝dEresistance+dEresultant。因此，分別計(jì)算三種運(yùn)動(dòng)的阻力做功和合力做功，求得的能耗計(jì)算公式，能耗計(jì)算具體過(guò)程可以如下所示：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗：為保證拋光加工的穩(wěn)定性，瓷磚以恒定速度在傳送帶上傳輸(圖2中方向)，并與磨頭接觸實(shí)現(xiàn)拋光。由于瓷磚勻速進(jìn)給，故合力為零，使得合力所消耗的能耗同樣為零，即dEresultant＝0。因此，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗由阻力所做的功所決定，而拋光阻力變現(xiàn)為磨粒與磚面間的摩擦力；由于拋光運(yùn)動(dòng)的特殊性，磨頭還需完成橫向擺動(dòng)，造成進(jìn)給過(guò)程中磨粒出現(xiàn)與瓷磚存在接觸與不接觸兩種形式，接觸時(shí)存在摩擦力，相反不接觸是摩擦力為零，因此在磨頭壓力作用下單個(gè)磨粒為克服拋光過(guò)程中阻力所做的功如下：dED→E=dEresistance=μ·σ·dS·V·dtifcontact0else]]>其中，μ為摩擦系數(shù)，σ為拋光頭壓力，dS為磨粒與瓷磚表面的有效單位接觸面積，V為瓷磚進(jìn)給速度，t是拋光時(shí)間，dEresistance為阻力做功。橫向擺動(dòng)的能耗：拋光大規(guī)格瓷磚時(shí)，磨頭需要執(zhí)行橫向的來(lái)回?cái)[動(dòng)運(yùn)動(dòng)(圖2中方向)，實(shí)現(xiàn)瓷磚表面拋光均勻。橫向擺動(dòng)的能耗受擺動(dòng)頻率f與擺動(dòng)幅度A影響，磨粒合力做功為：同樣地，磨粒阻力表現(xiàn)為磨粒與磚面間的摩擦力，根據(jù)其與瓷磚的位置分為接觸與不接觸兩種形式，接觸時(shí)存在摩擦力消耗能耗，不接觸是摩擦力為0，能耗亦為零，因此，摩擦阻力做功可用下式表示：dEresistance=μ·σ·dS·A·f·π·cos(2·π·f·t)·dtifcontact0else]]>由于磨粒橫向擺動(dòng)同時(shí)存在合力做功和阻力做功，因此將兩者相加得到橫向擺動(dòng)的能耗為：其中，為磨粒密度，h為磨粒高度，dS為磨粒與瓷磚表面的有效單位接觸面積，A為擺幅，f為擺動(dòng)頻率，t為拋光時(shí)間，μ為摩擦系數(shù)，σ為拋光頭壓力。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能耗：磨粒以恒定角速度旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)影響軸和軸兩個(gè)方向，實(shí)現(xiàn)瓷磚表面材料的去除。因此其勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，合力做功為0，同時(shí)能耗為0，即dEresultant＝0；因此，它在旋轉(zhuǎn)方向的總能量就等于克服摩擦阻力做功的那一部分，同樣地磨粒與磚面存在接觸與不接觸兩種形式，因此旋轉(zhuǎn)方向能耗可使用下式獲得：dED→R=dEresistance=μ·σ·dS·ω·r·dtifcontact0else]]>其中，ω為磨粒的角速度；r為磨粒到磨頭中心的距離，dEresistance為阻力做功。其中，這里的分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的預(yù)定時(shí)間間隔，即每個(gè)磨粒具有自己對(duì)應(yīng)的預(yù)定時(shí)間間隔Δt，每個(gè)磨粒之間的Δt可能相同也可能不同。在仿真過(guò)程中，需要每經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間間隔Δt確定磨粒的位置，并計(jì)算產(chǎn)生的能耗，以此得到整個(gè)拋光過(guò)程的能耗，因此時(shí)間間隔Δt的確定尤為重要。磨頭的中心到每個(gè)磨粒的距離(可看做磨粒到磨頭中心的半徑)是不同的。磨頭旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，磨粒具有相同的角速度ω然而磨粒線速度不盡相同，而是與其半徑成正比的。因此，在相同的時(shí)間間隔，各個(gè)磨粒的軌跡將穿過(guò)不同數(shù)量的瓷磚表面離散單元。如果Δt設(shè)置過(guò)大，磨粒已拋過(guò)多個(gè)磚面的離散單元，造成部分能耗沒(méi)有被記錄。如果Δt設(shè)置過(guò)小，磨粒在下一個(gè)時(shí)間步中仍留在同一個(gè)單元中，造成重復(fù)計(jì)算。因此，仿真模型根據(jù)不同的磨粒采用不同的Δt。具體的仿真時(shí)間間隔可以由圖3所示的方法確定。假設(shè)磨粒的起始位置位于瓷磚某一離散單元的右下方，當(dāng)磨粒繞中心點(diǎn)O到達(dá)單元的左上方并即將進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域單元所需的時(shí)間為Δt，并可由如下公式計(jì)算得到：Δt≈θ/ω=arccosR2-a2R2ω]]>其中，θ為磨粒與離散單元的旋轉(zhuǎn)角度，ω為轉(zhuǎn)速，R為半徑，a為離散單元的對(duì)角線長(zhǎng)度。該步驟主要就是分別計(jì)算每一個(gè)磨粒在該磨粒自己方針的過(guò)程中對(duì)應(yīng)的每一個(gè)Δt內(nèi)的總能耗。例如其中一個(gè)磨粒在方針的過(guò)程中經(jīng)濟(jì)了3個(gè)Δt，則計(jì)算出分別與這3個(gè)Δt相對(duì)應(yīng)的3個(gè)總能耗。S130、分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)軌跡方程確定在對(duì)應(yīng)的每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔各磨粒對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)，并在所述位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的離散單元中累加對(duì)應(yīng)磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的總能耗，輸出能耗分布。其中，這里每個(gè)磨粒具有自己的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，在仿真的過(guò)程中，計(jì)算每一個(gè)磨粒在自己對(duì)應(yīng)的每個(gè)Δt時(shí)的新的坐標(biāo)位置，并找到每個(gè)Δt時(shí)的新的坐標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的離散單元，在每個(gè)Δt時(shí)的新的坐標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的離散單元中加上該離散單元對(duì)應(yīng)的Δt內(nèi)的磨粒的總能耗。例如其中一個(gè)磨粒在方針的過(guò)程中經(jīng)濟(jì)了3個(gè)Δt，則計(jì)算出分別與這3個(gè)Δt相對(duì)應(yīng)的3個(gè)總能耗；該磨粒利用其對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程也會(huì)計(jì)算得到分別與這3個(gè)Δt相對(duì)應(yīng)的3個(gè)新的位置坐標(biāo)，這三個(gè)新的位置坐標(biāo)又會(huì)對(duì)應(yīng)3個(gè)離散單元，在每個(gè)離散單元中加上該離散單元對(duì)應(yīng)的Δt內(nèi)的該磨粒的在該Δt內(nèi)的總能耗。每個(gè)磨粒都執(zhí)行這樣的仿真計(jì)算過(guò)程，根據(jù)硬件的處理能力，可以將各磨粒并行計(jì)算也可以是依次計(jì)算。其中，首先需確定磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，再結(jié)合前面的模塊實(shí)現(xiàn)拋光過(guò)程的能量強(qiáng)度分布。拋光過(guò)程中，磨粒由進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，橫向擺動(dòng)和隨磨頭中心自轉(zhuǎn)三種運(yùn)動(dòng)組成，其運(yùn)動(dòng)軌跡由下式所示：D→=D→E+D→R+D→OL]]>其中，為磨粒的位移向量，為磨粒進(jìn)給運(yùn)動(dòng)向量，為磨粒繞磨頭中心旋轉(zhuǎn)的方向向量，為磨粒橫向擺動(dòng)的位移向量，t為時(shí)間。在得到各磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡方程后，根據(jù)磨粒的運(yùn)動(dòng)位置確定能源消耗量，繼而確定瓷磚拋光的能量強(qiáng)度分布過(guò)程如下：計(jì)算各所述磨粒結(jié)束仿真的時(shí)間Ti；各所述磨粒依次從初始位置坐標(biāo)開(kāi)始執(zhí)行仿真，根據(jù)磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡方程計(jì)算每隔Δt后該磨粒新的位置坐標(biāo)，并在新的位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的離散單元中加上該磨粒在新的位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔Δt中的總能耗，直到該磨粒到達(dá)時(shí)間Ti，當(dāng)所有磨粒完成仿真后，輸出能耗分布矩陣。具體的：根據(jù)磨粒的運(yùn)動(dòng)位置確定能源消耗量，繼而確定瓷磚拋光的能量強(qiáng)度分布，具體的實(shí)現(xiàn)方法分為下面6步：步驟1、磨塊由多個(gè)磨粒構(gòu)成，因此從磨粒n＝1開(kāi)始執(zhí)行仿真；步驟2、確定磨粒拋光起始時(shí)間t＝0；由磨粒拋光完畢需在圖2中軸方向傳輸?shù)木嚯xli以及拋光的進(jìn)給速度V確定磨粒仿真的結(jié)束時(shí)間(所需參數(shù)由仿真參數(shù)處理與設(shè)置引擎模塊10獲得)；磨粒由磨粒及坐標(biāo)生成引擎模塊20所確定的初始坐標(biāo)位置開(kāi)始進(jìn)行執(zhí)行仿真；步驟3、經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝t+Δt(Δt由仿真時(shí)間設(shè)計(jì)模塊40確定)，利用式計(jì)算磨粒的新的坐標(biāo)位置；并在瓷磚矩陣R相應(yīng)的坐標(biāo)位置上使用式累加計(jì)算三種運(yùn)動(dòng)所消耗的能量；步驟4、當(dāng)磨粒拋光時(shí)間t≥Ti時(shí)轉(zhuǎn)至第5步，否則返回第3步；步驟5、當(dāng)磨粒n＞N時(shí)，轉(zhuǎn)至第6部，否則n＝n+1(實(shí)現(xiàn)下一個(gè)磨粒的拋光仿真)，并返回第2步；步驟6、當(dāng)所有磨粒拋光完畢時(shí)，仿真結(jié)束，輸出能耗分布矩陣R?；谏鲜黾夹g(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例提供的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法，在保證拋光質(zhì)量的前提下，優(yōu)化控制工藝參數(shù)(即預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù))是企業(yè)降低能耗的重要手段；該方法通過(guò)建立一個(gè)可以可靠反映工藝參數(shù)與能耗的映射關(guān)系的能耗優(yōu)化決策支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以工藝參數(shù)為輸入變量，基于工藝運(yùn)行機(jī)理建立一種陶瓷拋光機(jī)磨削能耗分布仿真實(shí)現(xiàn)方法，支撐企業(yè)陶瓷拋光機(jī)能效優(yōu)化?；谏鲜黾夹g(shù)方案，該方法還包括：將用戶輸入的各組預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù)對(duì)應(yīng)的能耗分布，以圖標(biāo)的形式顯示。其中，該方法不僅可以以圖示的形式輸入包含各種工藝參數(shù)下的能耗分布圖，還可以可視化的使用戶輸入工藝參數(shù)；例如基于MATLAB軟件開(kāi)發(fā)GUI圖形界面，采用可視化的方式顯示不同參數(shù)組合下的能耗曲線。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下所示：步驟1、輸入拋光機(jī)設(shè)備參數(shù)，包括拋光機(jī)型號(hào)，磨頭尺寸，橫向擺動(dòng)幅度，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒抡鎱?shù)處理與設(shè)置引擎模塊10處理；步驟2、輸入多組拋光參數(shù)的組合包括瓷磚進(jìn)給速度，擺動(dòng)頻率，擺動(dòng)幅度，磨頭轉(zhuǎn)速，磨頭壓力，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥チ＜白鴺?biāo)生成引擎模塊20、能耗計(jì)算模塊30、仿真時(shí)間設(shè)計(jì)模塊40、能量強(qiáng)度分布實(shí)現(xiàn)模塊50處理；步驟3、不同組合的參數(shù)輸出不同的矩陣R，以一組矩陣R為例，將矩陣R的元素相加，輸出相應(yīng)的總能耗E，并于圖像界面顯示，便于對(duì)比分析，支撐陶瓷拋光機(jī)能效智能分析與優(yōu)化決策?；谏鲜黾夹g(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例提供的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法，相比現(xiàn)有技術(shù)誤差更小，可靠性更強(qiáng)，綜合考慮了多個(gè)能耗影響因素，更全面更詳細(xì)也更具體，即該方法綜合考慮了拋光過(guò)程能流特性的分析和三大運(yùn)動(dòng)方向磨削能能量的計(jì)算，能夠準(zhǔn)確可靠的實(shí)現(xiàn)陶瓷拋光機(jī)能耗動(dòng)態(tài)特性的仿真分析，支撐陶瓷拋光機(jī)能效智能分析與優(yōu)化決策。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的系統(tǒng)進(jìn)行介紹，下文描述的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的系統(tǒng)與上文描述的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法可相互對(duì)應(yīng)參照。請(qǐng)參考圖4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；該系統(tǒng)可以包括：仿真參數(shù)處理與設(shè)置引擎模塊10，用于根據(jù)用戶的選擇及知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)確定預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù)；其中，通過(guò)輸入設(shè)備參數(shù)和操作參數(shù)，由知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，包括磨頭尺寸，磨頭擺動(dòng)橫向擺動(dòng)幅度范圍，磨塊及瓷磚尺寸等，并傳輸?shù)狡渌?模塊進(jìn)行處理。磨粒及坐標(biāo)生成引擎模塊20，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)對(duì)磨塊進(jìn)行離散化處理形成N個(gè)磨粒，對(duì)瓷磚進(jìn)行離散化處理形成預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)離散單元，并建立坐標(biāo)系確定各所述磨粒及各所述離散單元的坐標(biāo)；其中，主要是根據(jù)磨頭結(jié)構(gòu)和瓷磚的大小，將磨塊和瓷磚都均勻離散化，其中每個(gè)離散的磨塊單元代表單個(gè)磨粒，每個(gè)離散的瓷磚單元代表瓷磚的一個(gè)區(qū)域；然后通過(guò)建立坐標(biāo)系(例如直角坐標(biāo)系)確定磨粒和瓷磚區(qū)域單元的坐標(biāo)位置，為建立磨粒運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和能耗模型做準(zhǔn)備。能耗計(jì)算模塊30，用于分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的能耗、橫向擺動(dòng)的能耗及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能耗，并將各所述磨粒的三種能耗相加得到各所述磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的總能耗；其中，主要是對(duì)磨粒拋光運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，并計(jì)算出拋光過(guò)程中三種運(yùn)動(dòng)的能源消耗量。針對(duì)三種不同運(yùn)動(dòng)分別求出其合力做功及克服阻力所做的功，兩者之和即為各種運(yùn)動(dòng)的總能耗。仿真時(shí)間設(shè)計(jì)模塊40，用于分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的預(yù)定時(shí)間間隔；其中，目的是計(jì)算出磨粒仿真過(guò)程的時(shí)間間隔Δt。仿真過(guò)程中每隔Δt，相關(guān)模塊需要做出響應(yīng)，直到拋光時(shí)間結(jié)束，因此為提高仿真的精度與穩(wěn)定性，時(shí)間間隔Δt的計(jì)算尤為重要。能量強(qiáng)度分布實(shí)現(xiàn)模塊50，用于分別計(jì)算各所述磨粒對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)軌跡方程確定在對(duì)應(yīng)的每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔各磨粒對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)，并在所述位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的離散單元中累加對(duì)應(yīng)磨粒在對(duì)應(yīng)預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)的總能耗，輸出能耗分布。其中，主要是獲得拋光結(jié)束后磚面拋光的能量分布。基于磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，每隔Δt追蹤磨粒的坐標(biāo)位置并在對(duì)應(yīng)的瓷磚離散區(qū)域單元位置上累加磨粒拋光的能耗，直到拋光時(shí)間結(jié)束。當(dāng)所有磨粒拋光完畢后，磚面離散區(qū)域單元上累加出的磨耗值就為輸出的能量強(qiáng)度分布。請(qǐng)參考圖5，基于上述技術(shù)方案，該系統(tǒng)還可以包括：能耗動(dòng)態(tài)特性可視化實(shí)現(xiàn)模塊60，用于將用戶輸入的各組預(yù)設(shè)設(shè)備參數(shù)及操作參數(shù)對(duì)應(yīng)的能耗分布，以圖標(biāo)的形式顯示。其中，該模塊不僅可以以圖示的形式輸入包含各種工藝參數(shù)下的能耗分布圖，還可以可視化的使用戶輸入工藝參數(shù)；例如可以基于MATLAB軟件開(kāi)發(fā)人機(jī)交互界面，用戶可選擇輸入多組工藝參數(shù)，然后執(zhí)行上面的模塊進(jìn)行仿真，動(dòng)態(tài)輸出各組參數(shù)拋光的總能耗，并以圖表的方式顯示，為能效智能分析與優(yōu)化決策提供科學(xué)的依據(jù)。基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例提供的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的系統(tǒng)，準(zhǔn)確可靠的實(shí)現(xiàn)陶瓷拋光機(jī)能耗動(dòng)態(tài)特性的仿真分析，可視化工藝輸入對(duì)能耗性能影響，支撐陶瓷拋光機(jī)能效智能分析與優(yōu)化決策。說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說(shuō)明硬件和軟件的可互換性，在上述說(shuō)明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來(lái)執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)、CD-ROM、或
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。以上對(duì)本發(fā)明所提供的陶瓷拋光機(jī)能耗分布狀態(tài)仿真的方法及系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3