Практическое применение методов сокращения времени производственного цикла кирпичных станков: исследование многоосевого кооперативного управления движением и технологии перекрытия технологических процессов.

Практическое применение методов сокращения времени производственного цикла кирпичных станков: исследование многоосевого кооперативного управления движением и технологии перекрытия технологических процессов.

Аннотация. Эффективность линии по производству блоков напрямую зависит от уровня оптимизации времени производственного цикла кирпичного станка. В данной работе рассматриваются проблемы длительных задержек между процессами и низкой загрузки оборудования, вызванные одноосевой последовательной работой традиционных кирпичных станков, и предлагается схема сокращения времени цикла на основе многоосевого кооперативного управления движением и технологии перекрытия процессов. Путем создания многоосевой синхронной математической модели, разработки интеллектуальной логики перекрытия процессов и создания адаптивной системы планирования были достигнуты значительные результаты, включая сокращение времени производственного цикла на 20–25% и сокращение непроизводительного времени более чем на 30%. Данное исследование предоставляет систематизированный технический путь и практические рекомендации для эффективного производства кирпичных станков.

Ключевые слова: время производственного цикла кирпичного станка; многоосевое кооперативное управление; технология перекрытия процессов; алгоритм синхронизации движений; сокращение времени цикла; адаптивное планирование; оптимизация эффективности.

1. Введение

В условиях постоянного повышения требований строительной отрасли к производительности и качеству производства кирпича, все более актуальной становится проблема узкого места в эффективности, вызванная независимой работой каждого процесса и плохой координацией между осями в традиционных кирпичных машинах. Сокращение времени производственного цикла, являющееся ключевым показателем общей эффективности оборудования, требует преодоления ограничений одноосевого режима работы. В данной работе рассматриваются два основных технических направления: многоосевое взаимодействие и перекрытие процессов. С помощью сочетания теоретического моделирования и инженерной проверки исследуется потенциал оптимизации и пути внедрения решений по сокращению времени производственного цикла кирпичных машин, с целью предоставления отрасли количественно измеримых и воспроизводимых решений по повышению эффективности.

2. Факторы, влияющие на время производственного цикла кирпичеделательной машины и потребности в оптимизации.

2.1 Анализ структуры традиционного производственного цикла
Типичный производственный цикл кирпичного производства включает в себя такие процессы, как подача материала, распределение материала, вибрация, уплотнение и извлечение из формы. Эти процессы выполняются последовательно. Среди этих процессов:

Эффективное время работы составляет лишь 60-70%, остальное время приходится на ожидание и перенастройку между осями;

Ограничения, связанные с перемещением по одной оси, приводят к неизбежным задержкам в технологических соединениях;

Модели с фиксированным временем цикла сложно адаптировать к производственным потребностям различных спецификаций блоков.

2.2 Технические узкие места в сокращении времени цикла
Предел ускорения движения при жестких ограничениях механической конструкции;

Конфликты во времени и риски помех при многоосевых действиях;

Задержка отклика гидравлических и электрических систем.

3. Схема технологии многоосевого кооперативного управления движением

3.1 Построение математической модели многоосевой синхронизации
На основе кинематических и динамических уравнений создана многоосевая кооперативная модель, включающая ось вибрации, ось подачи и ось толкания:

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

Где θ_i — фактическое положение i-й оси, f_i — функция независимого движения, а k_ij — коэффициент межосевой связи.

3.2 Разработка алгоритма управления синхронизацией
Стратегия синхронизации «ведущий-ведомый»: ось вибрации является ведущей, а остальные оси — ведомыми. Разность фаз корректируется посредством обратной связи по положению в реальном времени.

Компенсация перекрестной связи: для компенсации динамического взаимодействия между осями используется управление с опережающей связью.

Адаптивная регулировка коэффициента усиления: параметры ПИД-регулятора оптимизируются в режиме реального времени в соответствии с изменениями нагрузки.

3.3 Внедрение и проверка в инженерной сфере
Модуль управления синхронизацией встроен в систему сервопривода. Результаты испытаний показывают, что:

Точность многоосевой синхронизации достигает ±0,1 мм;

Задержка отклика между осями снижена до 50 мс.

4. Механизм применения технологии пересечения процессов

4.1 Принципы проектирования логики с перекрытием

Проверка на отсутствие конфликтов: необходимо обеспечить, чтобы пересекающиеся процессы не мешали друг другу в пространственном или временном отношении;

Управление конкуренцией за ресурсы: Приоритизация совместно используемых исполнительных механизмов (например, гидравлических цилиндров);

Ограничения по контролю качества: процесс наложения блоков не должен влиять на их плотность и внешний вид.

4.2 Интеллектуальная стратегия перекрытия

Перекрытие вибрационной подачи: начните следующий цикл подачи на более поздних стадиях вибрации;

Перекрытие этапов извлечения из формы и укладки: Одновременное выполнение подготовительных работ по укладке во время обратной фазы механизма извлечения из формы;

Адаптивное окно перекрытия: динамическая регулировка времени перекрытия (0,5–1,2 с) в зависимости от размера блока.

4.3 Меры по контролю рисков
Создайте защитные буферные зоны для предотвращения механических столкновений;

Автоматическое переключение в последовательный режим при сбое перекрытия;

Отслеживайте загрузку системы в режиме реального времени, чтобы избежать перегрузки.

5. Разработка адаптивной системы планирования

5.1 Проектирование архитектуры планирования

Система имеет трехслойную структуру:

Уровень принятия решений: генерирует оптимальную схему времени цикла на основе спецификаций блоков и библиотеки процессов;

Уровень координации: анализирует последовательность процессов и назначает команды перемещения осей;

Исполнительный уровень: управляет сервосистемой и гидравлическим блоком для выполнения действий.

5.2 Реализация основного алгоритма

Оптимизация с помощью динамического программирования: решает задачу оптимизации последовательности технологических процессов с целью минимизации времени цикла в качестве целевой функции;

Коррекция траектории в реальном времени: корректирует кривую движения на основе данных с датчиков;

Модуль балансировки энергопотребления: обеспечивает баланс между эффективностью и пиковой мощностью.

5.3 Человеко-машинный интерфейс
Предоставляет такие функции, как визуализированный мониторинг времени цикла, регулировка параметров одним щелчком мыши и подсказки по диагностике неисправностей, что снижает сложность эксплуатации.

6. Экспериментальная проверка и анализ эффекта

На линии по производству блоков определенного типа была проведена техническая модернизация. Сравнительные данные приведены ниже:

Индикатор | До обновления | После обновления | Улучшение

Время одного цикла (с) | 12,5 | 9,8 | -21,6%
Суточная производственная мощность (блоки) | 28 000 | 35 200 | +25,7%
Процент времени ожидания между осями | 31% | 18% | -41,9%
Потребление энергии на единицу (кВт·ч/тысяча блоков) | 42,3 | 36,1 | -14,7%
Скорость износа пресс-формы (г/10 000 циклов) | 115 | 92 | -20,0%

6.2 Результаты испытаний на стабильность

После 72 часов непрерывной работы коэффициент колебаний времени цикла составил <2%;

Время адаптации при переключении между различными спецификациями блоков составляло ≤3 цикла;

Уровень отказов системы снизился на 40%.

7. Применение в инженерии и рекламная ценность.

7.1 Анализ применимых сценариев

Строительство новой линии по производству высококачественных блоков;

Энергосберегающая и повышающая эффективность модернизация существующего оборудования;

Гибкие производственные потребности для выпуска различных сортов продукции и небольших партий.

7.2 Оценка экономической выгоды
Рассмотрим в качестве примера производственную линию с годовой производительностью 10 миллионов блоков:

Ежегодный прирост производства блоков составляет приблизительно 1,8 миллиона блоков, что приносит дополнительный доход в размере около 1,5 миллиона юаней;

Выгода от экономии энергии и сокращения потребления составляет приблизительно 250 000 юаней в год;

Срок окупаемости инвестиций составляет приблизительно 8-12 месяцев.

7.3 Путь развития отрасли
Разработать групповой стандарт «Технические характеристики многоосевого взаимодействия в кирпичных станках»;

Разработать модульные комплекты для модернизации, чтобы снизить порог для перехода на новую систему;

Создайте библиотеку типичных примеров применения для предоставления технической справочной информации.

8. Заключение и перспективы
Данное исследование подтверждает, что благодаря систематическому применению многоосевого совместного управления движением и технологии перекрытия процессов время производственного цикла кирпичных машин может быть сокращено более чем на 20%, одновременно повышая энергоэффективность и стабильность работы оборудования. Направления будущих исследований включают:

Оптимизация с помощью искусственного интеллекта: внедрение глубокого обучения для прогнозирования оптимального окна перекрытия;

Интеграция цифрового двойника: предварительная проверка схемы времени цикла с помощью виртуальной отладки;

Расширение стандартизации: содействие адаптации технологий к различным маркам и моделям кирпичных машин.

Это достижение обеспечивает практическую и осуществимую техническую поддержку для эффективной и интеллектуальной трансформации производства блоков.