Application pratique de la compression du temps de cycle de production des machines à briques : recherche sur la commande coopérative de mouvements multi-axes et la technologie de chevauchement des processus

Application pratique de la compression du temps de cycle de production des machines à briques : recherche sur la commande coopérative de mouvements multi-axes et la technologie de chevauchement des processus

Résumé : L'efficacité d'une ligne de production de blocs dépend directement de l'optimisation du temps de cycle de production de la machine à briques. Cet article traite des problèmes de longs temps d'attente entre les processus et de faible utilisation des équipements, causés par le fonctionnement séquentiel mono-axe des machines à briques traditionnelles. Il propose une méthode de compression du temps de cycle basée sur la commande coopérative de mouvements multi-axes et la technologie de chevauchement des processus. Grâce à l'établissement d'un modèle mathématique synchrone multi-axes, à la conception d'une logique de chevauchement intelligente des processus et au développement d'un système d'ordonnancement adaptatif, des résultats significatifs ont été obtenus : une réduction de 20 à 25 % du temps de cycle de production et une réduction de plus de 30 % du temps improductif. Cette recherche fournit une approche technique systématique et des références pratiques pour l'amélioration de la production de briques.

Mots-clés : Temps de cycle de production des machines à briques ; commande coopérative multi-axes ; technologie de chevauchement des processus ; algorithme de synchronisation des mouvements ; compression du temps de cycle ; ordonnancement adaptatif ; optimisation de l’efficacité

1. Introduction

Face à l'amélioration constante des exigences du secteur de la construction en matière de capacité et de qualité de production de blocs, le goulot d'étranglement de l'efficacité dû au fonctionnement indépendant de chaque processus et à la faible coordination inter-axes des machines à briques traditionnelles devient de plus en plus préoccupant. Indicateur clé de l'efficacité globale des équipements, la réduction du temps de cycle de production nécessite de dépasser les limitations du mode de fonctionnement mono-axe. Cet article se concentre sur deux axes techniques majeurs : la collaboration multi-axes et le chevauchement des processus. Par une approche combinant modélisation théorique et vérification technique, il explore le potentiel d'optimisation et les voies de mise en œuvre du temps de cycle de production des machines à briques, dans le but de fournir au secteur des solutions d'amélioration de l'efficacité quantifiables et reproductibles.

2. Facteurs influençant le temps de cycle de production des machines à briques et besoins d'optimisation

2.1 Analyse de la composition du temps de cycle de production traditionnel
Le cycle de production typique d'une machine à briques comprend des étapes telles que l'alimentation, la distribution des matériaux, la vibration, le compactage et le démoulage. Ces étapes sont exécutées séquentiellement. Parmi ces étapes :

Le temps de fonctionnement effectif ne représente que 60 à 70 %, le reste étant constitué de temps d'attente et de réinitialisation entre les axes ;

Les limitations de mouvement sur un seul axe entraînent des retards inhérents dans les connexions de processus ;

Il est difficile d'adapter les modèles de temps de cycle fixes aux besoins de production des différentes spécifications de blocs.

2.2 Goulots d'étranglement techniques dans la compression du temps de cycle
La limite de l'accélération du mouvement sous les contraintes rigides de la structure mécanique ;

Les conflits de calendrier et les risques d'interférence des actions multiaxiales ;

Le délai de réponse des systèmes hydrauliques et électriques.

3. Schéma technologique de commande de mouvement coopératif multi-axes

3.1 Construction d'un modèle mathématique de synchronisation multi-axes
Sur la base d'équations cinématiques et dynamiques, un modèle coopératif multi-axes comprenant l'axe de vibration, l'axe d'alimentation et l'axe de poussée est établi :

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

Où θ_i est la position réelle du i-ème axe, f_i est la fonction de mouvement indépendante et k_ij est le coefficient de couplage inter-axes.

3.2 Conception de l'algorithme de contrôle de synchronisation
Stratégie de synchronisation maître-esclave : l’axe de vibration est l’axe maître, les autres axes étant les axes esclaves. Le déphasage est ajusté en temps réel grâce à un retour d’information sur la position.

Compensation du couplage croisé : une commande prédictive est utilisée pour compenser les interférences dynamiques entre les axes.

Ajustement adaptatif du gain : les paramètres PID sont optimisés en temps réel en fonction des variations de charge.

3.3 Mise en œuvre et vérification techniques
Le module de commande de synchronisation est intégré au système d'entraînement servo. Les résultats des tests montrent que :

La précision de synchronisation multi-axes atteint ±0,1 mm ;

Le délai de réponse inter-axes est réduit à moins de 50 ms.

4. Mécanisme d'application de la technologie de chevauchement des processus

4.1 Principes de conception de la logique de chevauchement

Vérification de non-conflit : s’assurer que les processus qui se chevauchent n’interfèrent pas spatialement ou temporellement ;

Gestion de la concurrence en matière de ressources : Prioriser les actionneurs partagés (par exemple, les vérins hydrauliques) ;

Contraintes de contrôle qualité : Le processus de chevauchement ne doit pas affecter la densité et l'aspect des blocs.

4.2 Stratégie de chevauchement intelligent

Chevauchement vibration-alimentation : Démarrer le cycle d’alimentation suivant dans les dernières phases de vibration ;

Chevauchement démoulage-pose : Exécuter simultanément l'action de préparation de la pose pendant la phase de retour du mécanisme de démoulage ;

Fenêtre de chevauchement adaptative : Ajustement dynamique du temps de chevauchement (0,5-1,2 s) en fonction de la taille du bloc.

4.3 Mesures de contrôle des risques
Mettre en place des zones tampons de sécurité pour prévenir les collisions mécaniques ;

Passage automatique en mode séquentiel en cas d'échec du chevauchement ;

Surveillez la charge du système en temps réel afin d'éviter toute surcharge.

5. Développement d'un système de planification adaptative

5.1 Conception de l'architecture de planification

Le système adopte une structure à trois couches :

Couche de décision : Génère le schéma de temps de cycle optimal en fonction des spécifications des blocs et de la bibliothèque de processus ;

Couche de coordination : analyse la séquence de processus et attribue les commandes de mouvement des axes ;

Couche d'exécution : Pilote le système servo et l'unité hydraulique pour réaliser les actions.

5.2 Implémentation de l'algorithme principal

Optimisation par programmation dynamique : résout la séquence de processus avec le temps de cycle minimal comme fonction objectif ;

Correction de trajectoire en temps réel : ajuste la courbe de mouvement en fonction des informations fournies par les capteurs ;

Module d'équilibrage de la consommation d'énergie : assure un équilibre entre efficacité et puissance de pointe.

5.3 Interface homme-machine
Offre des fonctions telles que la surveillance visuelle du temps de cycle, le réglage des paramètres en un clic et des invites de diagnostic des pannes afin de réduire la complexité opérationnelle.

6. Vérification expérimentale et analyse des effets

Une mise à niveau technique a été mise en œuvre sur un certain type de ligne de production de blocs. Les données comparatives sont les suivantes :

Indicateur | Avant la mise à niveau | Après la mise à niveau | Amélioration

Durée d'un cycle (s) | 12,5 | 9,8 | -21,6 %
Capacité de production journalière (blocs) | 28 000 | 35 200 | +25,7 %
Pourcentage de temps d'attente inter-axes | 31 % | 18 % | -41,9 %
Consommation énergétique unitaire (kWh/milliers de blocs) | 42,3 | 36,1 | -14,7 %
Taux d'usure du moule (g/10 000 cycles) | 115 | 92 | -20,0 %

6.2 Résultats des tests de stabilité

Après 72 heures de fonctionnement continu, le taux de fluctuation du temps de cycle était <2%;

Le temps d'adaptation pour passer d'une spécification de bloc à une autre était ≤3 cycles ;

Le taux de défaillance du système a diminué de 40 %.

7. Valeur d'application et de promotion en ingénierie

7.1 Analyse des scénarios applicables

Construction d'une nouvelle ligne de production de blocs haut de gamme ;

Améliorations des équipements existants visant à économiser l'énergie et à accroître l'efficacité ;

Besoins de production flexibles pour de multiples variétés et de petits lots.

7.2 Évaluation des avantages économiques
Prenons comme exemple une chaîne de production ayant une capacité de production annuelle de 10 millions de blocs :

L'augmentation annuelle de la production de blocs est d'environ 1,8 million de blocs, ce qui génère des revenus supplémentaires d'environ 1,5 million de yuans ;

Les économies d'énergie et les réductions de consommation sont estimées à environ 250 000 yuans par an ;

Le délai de retour sur investissement est d'environ 8 à 12 mois.

7.3 Voie de promotion de l'industrie
Élaborer la norme de groupe « Spécifications techniques pour la collaboration multi-axes dans les machines à briques » ;

Développer des kits de mise à niveau modulaires pour abaisser le seuil de transformation ;

Constituer une bibliothèque de cas d'application typiques afin de fournir une référence technique.

8. Conclusion et perspectives
Cette étude confirme que, grâce à l'application systématique du contrôle collaboratif multi-axes et de la technologie de superposition des processus, le temps de cycle de production des machines à briques peut être réduit de plus de 20 %, tout en améliorant l'efficacité énergétique et la stabilité des équipements. Les pistes de recherche futures incluent :

Optimisation par intelligence artificielle : introduction de l’apprentissage profond pour prédire la fenêtre de chevauchement optimale ;

Intégration du jumeau numérique : vérification préalable du schéma de temps de cycle par débogage virtuel ;

Extension de la normalisation : Promouvoir l’adaptation technologique aux différentes marques et modèles de machines à briques.

Cette réalisation apporte un soutien technique pratique et réalisable à la transformation efficace et intelligente de la production de blocs