柔性控制技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用

浙江機(jī)電技術(shù)學(xué)校

汪文忠

柔性控制基本原理

柔性控制系統(tǒng)中最先提出了“柔性”概念，業(yè)內(nèi)學(xué)者對(duì)其理解有所不同，部分學(xué)者認(rèn)為這是機(jī)械設(shè)備與響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系；有人認(rèn)為是系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境變化而產(chǎn)生的反應(yīng)；也有部分學(xué)者認(rèn)為這是處理環(huán)境變化，應(yīng)對(duì)不確定性的能力。本文的柔性控制，指工業(yè)自動(dòng)化控制管理體系中，為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求而進(jìn)行加工制造的作業(yè)能力。

該設(shè)計(jì)理念中，針對(duì)一定范圍內(nèi)的不同產(chǎn)品進(jìn)行功能、性能劃分，根據(jù)產(chǎn)品不同要求進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，進(jìn)而保證該系列要求可充分滿足對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的基本需求，或滿足組合性產(chǎn)品的需求，提高市場(chǎng)調(diào)節(jié)能力，便于及時(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)、制造加工等行為。對(duì)應(yīng)加工設(shè)備、機(jī)械設(shè)施等需要考慮其應(yīng)用領(lǐng)域，具體表現(xiàn)有待統(tǒng)一，其種類、規(guī)格等較為復(fù)雜。從技術(shù)角度出發(fā)，成套設(shè)備之間的共同點(diǎn)可能有限，但是基本要求一般可分為下述幾點(diǎn)：借助自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的基本包裝；借助輔助設(shè)備設(shè)施實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)；借助自動(dòng)控制體系對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行控制。為此，對(duì)應(yīng)新產(chǎn)品的包裝、生產(chǎn)、制備環(huán)節(jié)中，需要充分考慮對(duì)象的特點(diǎn)，根據(jù)功能要求、性能分類等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選取常規(guī)基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，配套接口軟件需要具有適應(yīng)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同功能用戶基本需求的滿足，提高整體包裝系統(tǒng)的合理性。[1]

一般從上述系統(tǒng)性設(shè)計(jì)觀點(diǎn)出發(fā)中，需要充分考慮柔性控制理念的融入，對(duì)機(jī)械、電子、檢測(cè)等技術(shù)合理調(diào)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備總體的線化控制，提高機(jī)械智能化、自動(dòng)化、科學(xué)化的控制目標(biāo)。

柔性控制技術(shù)的內(nèi)容和特點(diǎn)

1 主要內(nèi)容

柔性控制系統(tǒng)的要求一般分為兩大方面：機(jī)械、工藝。機(jī)械柔性是針對(duì)同一作業(yè)系統(tǒng)、工藝流程進(jìn)行不同種類的產(chǎn)品保證，對(duì)應(yīng)機(jī)械可進(jìn)行零部件加工深度的修改，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不同要求的滿足。在包裝狀況下，機(jī)械設(shè)備的自身性能需要更加全面，包裝機(jī)械可根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行選擇，進(jìn)而對(duì)功能差異較大的產(chǎn)品進(jìn)行包裝，提供更加全面的選擇范圍。如德國(guó)包裝機(jī)械的發(fā)展較為良好，其機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)較為豐富，可基于產(chǎn)品特點(diǎn)、功能等進(jìn)行模塊選擇。為此，對(duì)應(yīng)設(shè)備的模塊需要進(jìn)行精細(xì)化劃分，便于產(chǎn)品商家及時(shí)進(jìn)行模塊選擇與更換等，該設(shè)計(jì)方法充分降低了包裝機(jī)械不斷升級(jí)的要求，屬于半智能化設(shè)計(jì)方法，發(fā)展更新要求較低，可借助模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)械柔性的基本要求。[2]

另一方面，工藝柔性控制對(duì)設(shè)備的要求較為不同，該控制特點(diǎn)：生產(chǎn)流程不同、材料變化不同。工藝柔性對(duì)整體設(shè)備的要求相對(duì)更高，工藝柔性不僅需要對(duì)應(yīng)設(shè)備的硬件設(shè)施、性能參數(shù)可進(jìn)行調(diào)整，還需要充分考慮原生產(chǎn)線的優(yōu)化，保證對(duì)應(yīng)工藝產(chǎn)品的要求滿足實(shí)際所需。

2 特點(diǎn)分析

第一，系統(tǒng)自動(dòng)化。包裝機(jī)械中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用較為全面，需要將包裝機(jī)的各個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行前期錄入，根據(jù)作業(yè)流程自動(dòng)跟蹤。但是其中某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)發(fā)生變化，其對(duì)應(yīng)變化將會(huì)反饋到控制平臺(tái)，經(jīng)控制總平臺(tái)的參數(shù)識(shí)別、判斷、修正等行為后，對(duì)應(yīng)包裝機(jī)將會(huì)達(dá)到最佳工作狀態(tài)，該系統(tǒng)的整體控制能力相對(duì)較高，自動(dòng)化程度高達(dá)80%，適應(yīng)范圍一般超過70%。

第二，快速成形技術(shù)分析。包裝機(jī)械中，可根據(jù)零件特點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行建模，根據(jù)工藝參數(shù)、施工特點(diǎn)進(jìn)行三維模型的優(yōu)化，然后需要充分保證該模型滿足對(duì)應(yīng)規(guī)則要求，保證模型為離散、有序的單元，需要加強(qiáng)各個(gè)層片中輪廓信息的要求，及時(shí)進(jìn)行登錄參數(shù)、加工參數(shù)的設(shè)計(jì)，生成控制代碼，最終借助成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接操作，得到對(duì)應(yīng)三維模型實(shí)體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品從三維簡(jiǎn)化為二維結(jié)構(gòu)，便于后期加工操作，提高整體的便利度、作業(yè)效率。

第三，激光切割技術(shù)。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶動(dòng)了產(chǎn)品不斷升級(jí)，現(xiàn)階段，產(chǎn)品包裝與產(chǎn)品性能一樣重要，是社會(huì)大眾的主要考慮因素，為此，提高包裝的合理性和精致效果是主要關(guān)注問題。當(dāng)下高檔產(chǎn)品的包裝中，可能會(huì)涉及較為貴重的材料，如水晶、貴金屬等，對(duì)包裝工藝而言，難度不斷快速增加。傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)中，一般采取人工控制的處理模式，增加了產(chǎn)品耗費(fèi)量，整體作業(yè)效率較低，而借助激光操作可充分實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率的要求。柔性控制技術(shù)在包裝行業(yè)的應(yīng)用中，借助計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、激光操作控制的要求，提高了包裝的精細(xì)度、合理性，同時(shí)具有產(chǎn)量高的優(yōu)勢(shì)，避免工件的浪費(fèi)、材料的耗損等狀況，整體控制流程更加滿足當(dāng)下綠色環(huán)保的要求，同時(shí)整體包裝性能更為優(yōu)良?！?】

第四，包裝機(jī)械的可靠度。傳統(tǒng)包裝過程屬于一個(gè)獨(dú)立的行為，生產(chǎn)控制對(duì)象僅是輸入?yún)?shù)，未進(jìn)行后期生產(chǎn)的反饋、負(fù)反饋等處理，導(dǎo)致機(jī)械故障狀況下，必須即刻停運(yùn)進(jìn)行人工檢修操作，耗時(shí)長(zhǎng)、精度差、錯(cuò)誤率高，即傳統(tǒng)包裝機(jī)械設(shè)備的不穩(wěn)定性十分明顯，故障耽誤時(shí)間過長(zhǎng)。在柔性控制系統(tǒng)引入后，可借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)、控制、檢修處理，引入對(duì)應(yīng)狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，可進(jìn)行故障診斷處理，該系統(tǒng)一般在核心工作位置進(jìn)行應(yīng)變片的粘貼如將機(jī)械信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大后借助相關(guān)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行接收，提高整體設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)合理性的控制。在包裝機(jī)械生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，狀態(tài)檢測(cè)、診斷檢測(cè)需要連續(xù)作業(yè)，對(duì)信號(hào)檢測(cè)、接收的穩(wěn)定性具有積極影響，一旦故障發(fā)生，可及時(shí)進(jìn)行警報(bào)，同時(shí)，該體系的檢測(cè)系統(tǒng)，可便于故障定位操作，便于后期維修、檢修等工作。

第五，簡(jiǎn)化包裝流程。傳統(tǒng)包裝施工方法，主要借助人工進(jìn)行管理，機(jī)械操作的難度較大、技術(shù)含量低，為此，上崗作業(yè)人員需要進(jìn)行前期培訓(xùn)，依靠老師進(jìn)行工作流程的傳授。借助柔性控制技術(shù)，可提高設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系，僅需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)輸入，即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的控制，并在此基礎(chǔ)上降低了人為錯(cuò)誤的發(fā)生幾率。對(duì)于包裝企業(yè)而言，該方法是節(jié)省人力資源、提高員工實(shí)踐能力的關(guān)鍵，為此，柔性控制技術(shù)是提高操作精度、可行性的關(guān)鍵方法。

第六，降低能耗。柔性控制技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用是發(fā)展必然趨勢(shì)，其重要表現(xiàn)在于，可充分降低能耗問題，具體分析如下：首先，柔性控制狀況中，電機(jī)一般是變頻控制，而非傳統(tǒng)的異步電機(jī)，可根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷進(jìn)行電機(jī)功率的調(diào)整，充分降低了低負(fù)荷狀況下的功耗問題；其次，智能化生產(chǎn)可提高產(chǎn)品的利用度，一定程度上實(shí)現(xiàn)了控制能耗的目的；最后，柔性控制技術(shù)中，包裝機(jī)械可根據(jù)產(chǎn)品特殊要求進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，整體工藝流程更加滿足產(chǎn)品要求?！?】該技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的必然產(chǎn)物，對(duì)企業(yè)長(zhǎng)期合理發(fā)展具有積極影響。

柔性控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

1 根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)需要充分考慮傳動(dòng)控制的特點(diǎn)，根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)、控制設(shè)計(jì)，提供市場(chǎng)狀況的合理分析，提高針對(duì)性設(shè)計(jì)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用，根據(jù)客戶要求進(jìn)行控制技術(shù)的分析。市場(chǎng)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步是包裝機(jī)械長(zhǎng)期合理化發(fā)展的基礎(chǔ)，結(jié)合客戶需求進(jìn)行分析，同時(shí)還需要注意下述幾點(diǎn)要求：首先，提高保證機(jī)械的效率，企業(yè)是追求經(jīng)濟(jì)利益的團(tuán)體，提高作業(yè)效率是提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的基礎(chǔ)；其次，滿足客戶對(duì)包裝、生產(chǎn)的一體化要求，根據(jù)生產(chǎn)商具體要求，進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)方法的改善，及時(shí)進(jìn)行客戶調(diào)查、反饋對(duì)應(yīng)要求信息?！?】上述兩點(diǎn)要求是柔性控制的體現(xiàn)，屬于重點(diǎn)考慮方面，根據(jù)市場(chǎng)變化及時(shí)進(jìn)行控制系統(tǒng)的調(diào)整，協(xié)調(diào)各個(gè)元器件之間的關(guān)系，提高整體作業(yè)效率，便于功能模塊的具體要求充分實(shí)現(xiàn)。

2 降低污染負(fù)面作用

包裝機(jī)械還需要考慮包裝機(jī)械的發(fā)展方向，當(dāng)代社會(huì)更加看重企業(yè)在節(jié)能減排方面的發(fā)展，因此如何提高包裝機(jī)械的效率、降低污染排放、控制設(shè)備噪聲則成了企業(yè)著重看考慮的方面之一。包裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)屬于自動(dòng)化技術(shù)，為此，提高高新技術(shù)的應(yīng)用，盡量營(yíng)造更加理想的作業(yè)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械行業(yè)長(zhǎng)期合理發(fā)展的關(guān)鍵。

3 增加自動(dòng)識(shí)別功能的研發(fā)

包裝機(jī)械中，需要充分考慮自動(dòng)識(shí)別功能的開發(fā)，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)材料特點(diǎn)、相關(guān)信息及時(shí)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別功效的落實(shí)，可提高包裝施工的精度，借助傳感器、邏輯控制等提高識(shí)別精度，如PLC控制系統(tǒng)，可提高包裝機(jī)械在識(shí)別方面的基本要求，借助自動(dòng)識(shí)別功能的融入，可保證整體作業(yè)流程屬于獨(dú)立的行為個(gè)體，便于生產(chǎn)要求的充分發(fā)揮。

4 提高作業(yè)效率

在包裝行業(yè)的工藝流程中，需要加強(qiáng)各個(gè)工序的有效控制，提高生產(chǎn)合理性，便于后期效率提升的目標(biāo)充分實(shí)現(xiàn)，同時(shí)保證交貨期不會(huì)拖延，對(duì)降低產(chǎn)品包裝成本，提高機(jī)械行業(yè)合理性而言具有積極影響。

結(jié)語(yǔ)

時(shí)代進(jìn)步帶動(dòng)產(chǎn)品包裝行業(yè)快速發(fā)展，為了保證包裝設(shè)備的發(fā)展?jié)M足市場(chǎng)需求，需要充分考慮設(shè)備的柔性控制技術(shù)。國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械的自動(dòng)化水平一般，需要借鑒先進(jìn)國(guó)家的核心技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高智能化、自動(dòng)化概念的融入，保證機(jī)電一體化發(fā)展的充分實(shí)現(xiàn)，帶動(dòng)整體作業(yè)生產(chǎn)朝著更加合理、穩(wěn)定的方向進(jìn)步，對(duì)企業(yè)工藝流程優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)效益提升、作業(yè)流程的調(diào)整等均具有積極影響，對(duì)國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)的調(diào)整而言是必然趨勢(shì)。