Aplicación práctica de la compresión del tiempo de ciclo de producción de máquinas de ladrillos: investigación sobre control de movimiento cooperativo multieje y tecnología de superposición de procesos

Aplicación práctica de la compresión del tiempo de ciclo de producción de máquinas de ladrillos: investigación sobre control de movimiento cooperativo multieje y tecnología de superposición de procesos

Resumen La eficiencia de una línea de producción de bloques depende directamente del nivel de optimización del tiempo de ciclo de producción de la máquina de ladrillos. Este artículo aborda los problemas de los largos tiempos de espera entre procesos y la baja utilización de los equipos causados ​​por la operación secuencial de un solo eje de las máquinas de ladrillos tradicionales, y propone un esquema de compresión del tiempo de ciclo basado en el control de movimiento cooperativo multieje y la tecnología de superposición de procesos. Mediante el establecimiento de un modelo matemático síncrono multieje, el diseño de una lógica inteligente de superposición de procesos y el desarrollo de un sistema de programación adaptativo, se lograron resultados significativos, incluyendo una reducción del 20% al 25% en el tiempo de ciclo de producción y una reducción de más del 30% en el tiempo improductivo. Esta investigación proporciona una ruta técnica sistemática y una referencia práctica de ingeniería para la producción eficiente de máquinas de ladrillos.

Palabras clave: tiempo de ciclo de producción de máquinas de ladrillos; control cooperativo multieje; tecnología de superposición de procesos; algoritmo de sincronización de movimiento; compresión del tiempo de ciclo; programación adaptativa; optimización de la eficiencia.

1. Introducción

Con la mejora continua de los requisitos de la industria de la construcción en cuanto a capacidad y calidad de producción de bloques, el cuello de botella en la eficiencia causado por la operación independiente de cada proceso y la deficiente coordinación entre ejes en las máquinas de ladrillos tradicionales se hace cada vez más evidente. Como indicador clave para medir la eficiencia general de los equipos, la reducción del tiempo del ciclo de producción requiere superar las limitaciones del modo de operación monoaxial. Este documento se centra en dos direcciones técnicas principales: la colaboración multiaxial y la superposición de procesos. Mediante una combinación de modelado teórico y verificación de ingeniería, se explora el potencial de optimización y la vía de implementación del tiempo del ciclo de producción de las máquinas de ladrillos, con el objetivo de proporcionar a la industria soluciones cuantificables y replicables para mejorar la eficiencia.

2. Factores que afectan el tiempo del ciclo de producción de las máquinas de ladrillos y las necesidades de optimización

2.1 Análisis de la composición del tiempo del ciclo de producción tradicional
Un ciclo típico de producción de una máquina de ladrillos incluye procesos como alimentación, distribución de material, vibración, compactación y desmoldeo. Estos procesos se ejecutan secuencialmente. Entre ellos:

El tiempo de funcionamiento efectivo representa sólo el 60%-70%, siendo el resto el tiempo de espera y reinicio entre ejes;

Las limitaciones de movimiento de un solo eje provocan retrasos inherentes en las conexiones del proceso;

Los patrones de tiempo de ciclo fijo son difíciles de adaptar a las necesidades de producción de diferentes especificaciones de bloques.

2.2 Cuellos de botella técnicos en la compresión del tiempo de ciclo
El límite de la aceleración del movimiento bajo las restricciones rígidas de la estructura mecánica;

Los conflictos de tiempo y los riesgos de interferencia de las acciones multieje;

El retraso de respuesta de los sistemas hidráulicos y eléctricos.

3. Esquema de tecnología de control de movimiento cooperativo multieje

3.1 Construcción del modelo matemático de sincronización multieje
Basándose en ecuaciones cinemáticas y dinámicas, se establece un modelo cooperativo multieje que incluye el eje de vibración, el eje de alimentación y el eje de empuje:

θ_i(t) = f_i(t) + Σk_ij·[θ_j(t) - θ_j_des(t)]

Donde θ_i es la posición real del eje i-ésimo, f_i es la función de movimiento independiente y k_ij es el coeficiente de acoplamiento entre ejes.

3.2 Diseño de algoritmos de control de sincronización
Estrategia de sincronización maestro-esclavo: El eje de vibración es el eje maestro y los demás ejes son los ejes esclavos. La diferencia de fase se ajusta mediante retroalimentación de posición en tiempo real.

Compensación de acoplamiento cruzado: el control de avance se utiliza para compensar la interferencia dinámica entre ejes.

Ajuste de ganancia adaptativo: los parámetros PID se optimizan en tiempo real según los cambios de carga.

3.3 Implementación y verificación de ingeniería
El módulo de control de sincronización está integrado en el sistema de servoaccionamiento. Los resultados de las pruebas muestran que:

La precisión de sincronización multieje alcanza ±0,1 mm;

El retraso de respuesta entre ejes se reduce a 50 ms.

4. Mecanismo de aplicación de la tecnología de superposición de procesos

4.1 Principios de diseño de lógica de superposición

Verificación de no conflicto: garantizar que los procesos superpuestos no interfieran entre sí ni espacial ni temporalmente;

Gestión de la competencia de recursos: priorizar los actuadores compartidos (por ejemplo, cilindros hidráulicos);

Restricciones de control de calidad: El proceso de superposición no debe afectar la densidad y la apariencia de los bloques.

4.2 Estrategia de superposición inteligente

Superposición de vibración y alimentación: comience el siguiente ciclo de alimentación en las últimas etapas de vibración;

Superposición de desmoldeo-colocación: Ejecutar simultáneamente la acción de preparación de la colocación durante la fase de retorno del mecanismo de desmoldeo;

Ventana de superposición adaptativa: ajusta dinámicamente el tiempo de superposición (0,5-1,2 s) según el tamaño del bloque.

4.3 Medidas de control de riesgos
Establecer zonas de seguridad para evitar colisiones mecánicas;

Cambiar automáticamente al modo secuencial cuando falla la superposición;

Monitorear la carga del sistema en tiempo real para evitar la sobrecarga.

5. Desarrollo de sistemas de programación adaptativa

5.1 Diseño de la arquitectura de programación

El sistema adopta una estructura de tres capas:

Capa de decisión: genera el esquema de tiempo de ciclo óptimo basado en las especificaciones de bloque y la biblioteca de procesos;

Capa de coordinación: analiza la secuencia del proceso y asigna comandos de movimiento de ejes;

Capa de ejecución: impulsa el sistema servo y la unidad hidráulica para completar las acciones.

5.2 Implementación del algoritmo central

Optimización de programación dinámica: resuelve la secuencia del proceso con el tiempo de ciclo mínimo como función objetivo;

Corrección de trayectoria en tiempo real: ajusta la curva de movimiento según la retroalimentación del sensor;

Módulo de Equilibrio de Consumo Energético: Logra un equilibrio entre eficiencia y potencia pico.

5.3 Interfaz hombre-máquina
Proporciona funciones como monitoreo del tiempo de ciclo visualizado, ajuste de parámetros con un solo clic y avisos de diagnóstico de fallas para reducir la complejidad operativa.

6. Verificación experimental y análisis de efectos

Se implementó una actualización técnica en un determinado tipo de línea de producción de bloques. Los datos comparativos son los siguientes:

Indicador | Antes de la actualización | Después de la actualización | Mejora

Tiempo de ciclo único (s) | 12,5 | 9,8 | -21,6 %
Capacidad de producción diaria (bloques) | 28.000 | 35.200 | +25,7%
Porcentaje de tiempo de espera entre ejes | 31% | 18% | -41,9%
Consumo energético unitario (kWh/mil bloques) | 42,3 | 36,1 | -14,7%
Tasa de desgaste del molde (g/10 000 ciclos) | 115 | 92 | -20,0 %

6.2 Resultados de la prueba de estabilidad

Después de 72 horas de funcionamiento continuo, la tasa de fluctuación del tiempo de ciclo fue <2%;

El tiempo de adaptación para cambiar entre diferentes especificaciones de bloque fue ≤3 ciclos;

La tasa de fallos del sistema se redujo en un 40%.

7. Aplicación de la ingeniería y valor de promoción

7.1 Análisis de escenarios aplicables

Construcción de nueva línea de producción de bloques de alta gama;

Actualizaciones de equipos existentes que permitan ahorrar energía y mejorar la eficiencia;

Necesidades de producción flexibles para múltiples variedades y lotes pequeños.

7.2 Evaluación de beneficios económicos
Tomemos como ejemplo una línea de producción con una producción anual de 10 millones de bloques:

El aumento anual en la producción de bloques es de aproximadamente 1,8 millones de bloques, lo que genera unos ingresos adicionales de aproximadamente 1,5 millones de yuanes;

Los beneficios de ahorro y reducción del consumo de energía son de aproximadamente 250.000 yuanes/año;

El período de recuperación de la inversión es de aproximadamente 8 a 12 meses.

7.3 Ruta de promoción de la industria
Formular la norma de grupo “Especificación técnica para colaboración multieje en máquinas de ladrillos”;

Desarrollar kits de actualización modulares para reducir el umbral de transformación;

Establecer una biblioteca de casos de aplicación típicos para proporcionar referencia técnica.

8. Conclusión y perspectivas
Este estudio confirma que, mediante la aplicación sistemática del control de movimiento colaborativo multieje y la tecnología de superposición de procesos, se puede reducir la duración del ciclo de producción de las máquinas de ladrillos en más de un 20 %, a la vez que se mejora la eficiencia energética y la estabilidad del equipo. Las futuras líneas de investigación incluyen:

Optimización de inteligencia artificial: introducción del aprendizaje profundo para predecir la ventana de superposición óptima;

Integración de gemelos digitales: verificación del esquema de tiempo de ciclo de antemano a través de depuración virtual;

Ampliación de la Estandarización: Promover la adaptación de la tecnología a diferentes marcas y modelos de máquinas ladrilleras.

Este logro proporciona un soporte técnico práctico y factible para la transformación eficiente e inteligente de la producción de bloques.