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| 動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 | 2020-02-25 |
| 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,基于數(shù)字控制的動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)在建材、藥物、食品、飼料等加工工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,且動(dòng)態(tài)配料在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中占有舉足輕重的地位。動(dòng)態(tài)配料的目標(biāo)是使生產(chǎn)產(chǎn)品的多種原料能夠按照一定的比例混合,而混合比例的精確度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。但由于動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)是一個(gè)具有強(qiáng)耦合、大滯后和內(nèi)外干擾無法確定的配料系統(tǒng),使得原料的配比的精確控制難以實(shí)現(xiàn),因此對(duì)動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)控制方法的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)上述問題,本文提出采用自抗擾控制技術(shù),研究基于自抗擾控制器的動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)。首先,從動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)工藝流程出發(fā),在深入分析配料系統(tǒng)各部分功能及運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上,提出影響動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)配比精度的關(guān)鍵流程及主要因素。并對(duì)配料系統(tǒng)的功能、指標(biāo)與需求進(jìn)行深入分析,研究動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)的整體架構(gòu)。其次,針對(duì)動(dòng)態(tài)配料過程生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、影響因素難以確定及原料的密度和堆積狀態(tài)的不可預(yù)測(cè)性對(duì)配料系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的問題,提出采用機(jī)理分析的方法,結(jié)合動(dòng)態(tài)配料生產(chǎn)線的實(shí)際工藝建立動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)關(guān)鍵流程的簡(jiǎn)化模型:建立給料機(jī)的給料模型,明確給料驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率與給料流量之間的關(guān)系;建立物料沖擊影響力模型,明確物料下落沖擊力對(duì)皮帶秤稱重傳感器的影響關(guān)系;建立皮帶秤稱重模型,確定動(dòng)態(tài)稱量中瞬時(shí)流量及累積流量的具體實(shí)現(xiàn)算法。從而為后續(xù)動(dòng)態(tài)算法的實(shí)現(xiàn)提供模型與理論基礎(chǔ)。然后,論文在所研究的簡(jiǎn)化模型的基礎(chǔ)上,針對(duì)動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)的不確定性和內(nèi)外干擾等問題,對(duì)傳統(tǒng)PID控制的方式優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析,提出運(yùn)用基于誤差消除誤差的自抗擾控制技術(shù)。在原理分析的基礎(chǔ)上將動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)的不確定因素及內(nèi)外干擾作為整體進(jìn)行處理,分別對(duì)動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)自抗擾控制器的一階跟蹤微分器、二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器及非線性反饋控制律進(jìn)行研究,利用數(shù)字仿真技術(shù)將其與傳統(tǒng)PID控制器進(jìn)行對(duì)比分析,證明自抗擾控制器在動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)配比精確控制過程中所具有的性。最后,在所建立的數(shù)學(xué)模型及控制算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合生產(chǎn)工藝的基本流程及功能、需求及技術(shù)指標(biāo),完成動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),對(duì)動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)的整體方案及軟硬件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的闡述,并對(duì)控制配料系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程及效果進(jìn)行分析,進(jìn)一步證明自抗擾控制器在動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性及有效性,同時(shí)證明自抗擾控制在動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)中應(yīng)用的強(qiáng)魯棒性及強(qiáng)抗干擾性能。 在配料系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，首行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備非常必要，以下簡(jiǎn)單介紹配料系統(tǒng)需要的主要數(shù)據(jù)。 1. 產(chǎn)品BOM 主要分EBOM(設(shè)計(jì))和MBOM(制造)兩種。EBOM體現(xiàn)產(chǎn)品組成結(jié)構(gòu)，可用來生成物料需求計(jì)劃。MBOM體現(xiàn)產(chǎn)品的制造過程，可用來生成作業(yè)計(jì)劃，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)。EBOM來源于PDM的EBOM樹，導(dǎo)入方式可分為緊密集成和非緊密集成兩種。前者PDM直接和對(duì)接，利用集成接口導(dǎo)入所需數(shù)據(jù)，使用簡(jiǎn)便，但開發(fā)量大，兩個(gè)配料系統(tǒng)間互相影響，如果以后配料系統(tǒng)升級(jí)可能會(huì)影響集成。后者由PDM中導(dǎo)出生成中間文件，再導(dǎo)入生成BOM樹，兩個(gè)配料系統(tǒng)間無任何直接的數(shù)據(jù)交換，開發(fā)相對(duì)容易；即使以后配料系統(tǒng)升級(jí)，只要導(dǎo)入導(dǎo)出的數(shù)據(jù)格式不變，對(duì)配料系統(tǒng)運(yùn)行就不會(huì)有影響，因此也為很多企業(yè)所采用。PDM中可以建立單獨(dú)的MBOM樹(有些甚至還有計(jì)劃BOM、采購BOM、工藝BOM等)，和EBOM使用同一套圖紙和工藝文件，只是節(jié)點(diǎn)的組成結(jié)構(gòu)不同，這樣就保證了EBOM和MBOM數(shù)據(jù)源的性。在其他配料系統(tǒng)中建立MBOM要涉及到數(shù)據(jù)的同步維護(hù)問題，耗費(fèi)人力且容易出錯(cuò)。很多企業(yè)沒有專門的MBOM而只有EBOM，在中可考慮采取一種比較簡(jiǎn)便的方式：根據(jù)EBOM，配料系統(tǒng)自動(dòng)讀取工藝文件建立MBOM低成本的實(shí)現(xiàn)方式,BOM由PDM導(dǎo)入時(shí)，一些節(jié)點(diǎn)屬性(如自制、外購、外協(xié))也需要同時(shí)導(dǎo)入。 2. 財(cái)務(wù)數(shù)據(jù) 財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)可導(dǎo)入核算生產(chǎn)成本。從很多企業(yè)實(shí)施信息化項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)看，數(shù)據(jù)對(duì)項(xiàng)目成功與否影響很大，因?yàn)閿?shù)據(jù)問題以致項(xiàng)目運(yùn)行不起來甚至失敗的例子并不鮮見，因此在項(xiàng)目建設(shè)之初就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)劃和準(zhǔn)備十分必要 3. 工藝文件 中工序問的周轉(zhuǎn)配料系統(tǒng)自動(dòng)完成，轉(zhuǎn)序依據(jù)就是工藝流程，這是運(yùn)行的基礎(chǔ)。流程型企業(yè)一般工藝流程比較固定，數(shù)量也少，可在中直接創(chuàng)建。離散制造型企業(yè)，工藝流程很多，配料系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建工作量太大且是重復(fù)勞動(dòng)(工藝文件已有)，可以通過工藝文件導(dǎo)入。 工藝文件中除工藝流程外，還應(yīng)有設(shè)備、工時(shí)等信息。設(shè)備信息可用于派工時(shí)設(shè)備，工時(shí)可用于衡量工作量，也是計(jì)算生產(chǎn)排程的依據(jù)，配料系統(tǒng)自動(dòng)排程對(duì)工時(shí)的準(zhǔn)確性和完整性要求很高，否則排程結(jié)果不準(zhǔn)確。工藝流程中的工序名稱一般要求標(biāo)準(zhǔn)化，這樣配料系統(tǒng)可以按照工序自動(dòng)派工、核算評(píng)估工序產(chǎn)能及對(duì)工序進(jìn)行屬性定義。 工序名稱不統(tǒng)一會(huì)給配料系統(tǒng)運(yùn)行帶來困難，如果全部重新修改工藝文件工作量太大，可以采取一種更為便捷的辦法：在配料系統(tǒng)內(nèi)建立新舊工序名稱的對(duì)照表，由配料系統(tǒng)自動(dòng)解析。 4. 生產(chǎn)計(jì)劃和庫存數(shù)據(jù) 動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)通過集成接口導(dǎo)入ERP，可和物資庫存管理動(dòng)態(tài)系統(tǒng)集成，自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)扣除可用數(shù)量，同時(shí)可指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)配料。 5. 物料齊套清單 物料齊套是裝配型企業(yè)生產(chǎn)管理的難點(diǎn)，在中需要重點(diǎn)考慮。物料清單是齊套的依據(jù)，不僅應(yīng)反映產(chǎn)品組成，還要考慮實(shí)際生產(chǎn)過程，即按生產(chǎn)流程配科，配料可到工序。物料清單可由MBOM自動(dòng)生成、在工藝文件中導(dǎo)入、或以物料清單文件形式導(dǎo)入。 6. 圖紙等技術(shù)文件 出于降低成本以及技術(shù)、工藝的需要，很多企業(yè)希望能夠?qū)崿F(xiàn)無紙化生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中不再使用紙質(zhì)圖紙、工藝等文件，所有文件均在中讀取，此時(shí)需要把文件導(dǎo)入。 7. DNC配料系統(tǒng)數(shù)據(jù) DNC配料系統(tǒng)中的設(shè)備、數(shù)控程序及任務(wù)完成情況等信息可以導(dǎo)入，可把生產(chǎn)任務(wù)信息導(dǎo)入DNC。 8. 訂貨數(shù)據(jù) 訂貨數(shù)據(jù)一般來自于銷售部門，可以由CRM配料系統(tǒng)導(dǎo)入，也可手工輸入。 | |
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