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基于物聯(lián)網(wǎng)的塑料片材擠出機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化

主要技術(shù)內(nèi)容：（1）提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多電平 SVPWM 控制技術(shù)，研發(fā)了基于 FPGA 技術(shù)的多電平 SVPWM 控制器，實(shí)現(xiàn)了塑料片材擠出裝備驅(qū)動(dòng)電源的高效性。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)參考電壓矢量所在區(qū)域判斷及矢量作用時(shí)間計(jì)算，降低了計(jì)算量；將多電平 SVPWM 控制器集成到一片 FPGA 芯片上，為擠出裝備用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制提供高性能的專用 SVPWM 控制器，可以直接與通用變頻器對(duì)接。（2）提出了分離型螺桿結(jié)合 CRD 分散混合器的高速螺桿技術(shù)，提升了擠出效率及效果；研發(fā)了塑料片材擠出螺桿高頻電磁感應(yīng)加熱裝置，有效降低了擠出機(jī)運(yùn)行能耗。將常規(guī)三段式螺桿設(shè)計(jì)成五段式，改變了傳統(tǒng)螺桿直徑對(duì)擠出產(chǎn)量的限制。在螺桿機(jī)筒外壁上纏繞電流線圈，線圈外再包覆隔熱層，線圈兩端連接控制線圈電流的高頻電源模塊；在常規(guī)加熱瓦加熱的基礎(chǔ)上，通過電磁感應(yīng)原理使螺桿產(chǎn)生熱量，使得螺桿及螺桿機(jī)筒同時(shí)加熱，縮短了機(jī)筒內(nèi)聚合物塑化時(shí)間、降低了能耗。（3）提出了面向塑料片材擠出成套裝備運(yùn)行過程的全息生產(chǎn)車間制造物聯(lián)感知技術(shù)，開發(fā)了成套裝備運(yùn)行的全息感知系統(tǒng)。構(gòu)建了 RFID-WSN 數(shù)據(jù)采集集成網(wǎng)絡(luò)，提出了 LZM - WKPSO 優(yōu)化算法，在保證覆蓋率的前提下使干擾最小；借鑒昆蟲協(xié)作機(jī)理，提出了基于昆蟲協(xié)作機(jī)理的源節(jié)點(diǎn)選擇概率算法，最大化降低了網(wǎng)絡(luò)能量消耗。（4）提出了塑料片材擠出成套裝備多目標(biāo)柔性資源優(yōu)化調(diào)度模型，研發(fā)了塑料片材擠出裝備精益管控軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了成套裝備的高效能運(yùn)行。建立了多目標(biāo)柔性資源優(yōu)化調(diào)度模型，采用重力粒子群混合優(yōu)化算法進(jìn)行求解。按照 SOA 思想，設(shè)計(jì)了集成平臺(tái)；開發(fā)了塑料擠出成套裝備運(yùn)行功能模塊，并與底層全息車間無縫集成，形成塑料擠出成套裝備精益管控平臺(tái)。行業(yè)意義：本項(xiàng)目針對(duì)高效能塑料片材擠出裝備的關(guān)鍵技術(shù)取得了創(chuàng)新性成果，解決了我國(guó)塑料片材擠出裝備業(yè)目前普遍存在的高能耗、高污染、低附加值、低勞動(dòng)效率等問題，提升了塑料片材擠出裝備的自動(dòng)化與信息化水平，促進(jìn)了塑料片材擠出裝備的自動(dòng)化、信息化深度融合；完成了塑料擠出裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)上的跨越式發(fā)展，極大地推動(dòng)了塑料擠出裝備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由高消耗向高效率的轉(zhuǎn)變。獲獎(jiǎng)情況：2015 年獲中國(guó)商聯(lián)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。成果的技術(shù)指標(biāo)、創(chuàng)新性與先進(jìn)性: 目前市場(chǎng)上還沒有完全一樣的同類產(chǎn)品出現(xiàn)，國(guó)外主要有德馬克、克虜伯、巴頓菲爾,日本的住友重工等公司在致力于開發(fā)塑膠擠出裝備產(chǎn)品，但是他們開發(fā)的還是將單一系統(tǒng)的簡(jiǎn)單組合，無法從單機(jī)與成套裝備精益化管控兩方面集合提高系統(tǒng)的能效。由于本項(xiàng)目是從單機(jī)關(guān)鍵設(shè)備能效優(yōu)化設(shè)計(jì)和成套裝備精益化管控能效優(yōu)化設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，開發(fā)料擠出成套裝備，產(chǎn)品具有能耗低、效率高等特點(diǎn)。綜上所述，本項(xiàng)目產(chǎn)品目前擁有先入的一定優(yōu)勢(shì)，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在技術(shù)方面無法與本項(xiàng)目產(chǎn)品直接競(jìng)爭(zhēng)。本項(xiàng)目產(chǎn)品具有如下技術(shù)和性能優(yōu)勢(shì)：（1）螺桿的速度從同行的 100 轉(zhuǎn)/分鐘提高到 200 轉(zhuǎn)/分鐘，擠出量從類技術(shù)的 200kg/h 提升 400kg/h；擠出效率的提升導(dǎo)致能耗降低 10%左右；同類技術(shù)目前直徑 105mm 的螺桿需要配置 115KW 左右的電機(jī)，而本項(xiàng)目技術(shù)只需要配置90KW 左右的電機(jī)，降低了能耗。（2）螺桿高頻感應(yīng)加熱裝置使得加熱系統(tǒng)能耗降低 15%左右；（4）克服了同類技術(shù)在高速混合擠出時(shí)混合效果差導(dǎo)致溫度不均衡、色差大等問題，提高了制品的品質(zhì)；（5）生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)自動(dòng)數(shù)采率 95%以上；（6）生產(chǎn)效率提高 30%左右；優(yōu)等品率提高 20%；產(chǎn)能提高 1.5 倍；（7）填補(bǔ)國(guó)內(nèi)針對(duì)塑料擠出裝備生產(chǎn)過程的精益化生產(chǎn)軟件的空白；（8）本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的閉環(huán)優(yōu)化，現(xiàn)有的 ERP、MES 系統(tǒng)則為開環(huán)控制；（9）本項(xiàng)目的軟件平臺(tái)有效提升了塑料擠出成套裝備的附加值。技術(shù)的成熟度: 相關(guān)技術(shù)已經(jīng)形成產(chǎn)品，在廣東達(dá)誠(chéng)機(jī)械有限公司及其下游企業(yè)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化。項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化造價(jià)：130 萬元；投資預(yù)算：硬件成本（不包含塑料片材擠出機(jī)本體部分）85 萬元；軟件開發(fā)45 萬元。成果應(yīng)用范圍：塑料包裝行業(yè)、包裝機(jī)械行業(yè)。應(yīng)用案例及單位：成果在廣東達(dá)誠(chéng)機(jī)械有限公司等行業(yè)龍頭企業(yè)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化，并在廣東、江浙等地區(qū)的 10 多家塑料企業(yè)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益：項(xiàng)目成果能夠有效降低能耗 25%，提高生產(chǎn)效率 30%左右，使得企業(yè)投資效益大幅度提升。近 3 年來，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，累計(jì)新增產(chǎn)值約 67206 萬元，新增利潤(rùn) 5040 萬元，新增稅收 2872 萬元。項(xiàng)目成果解決了我國(guó)塑料片材擠出裝備業(yè)目前普遍存在的高能耗、高污染、低附加值、低勞動(dòng)效率等問題，提升了塑料片材擠出裝備的自動(dòng)化與信息化水平，促進(jìn)了塑料片材擠出裝備的自動(dòng)化、信息化深度融合；完成了塑料擠出裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)上的跨越式發(fā)展，極大地推動(dòng)了塑料擠出裝備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由高消耗向高效率的轉(zhuǎn)變。

江南大學(xué) 2021-04-13

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