科创中国

行业领域

高新技术改造传统产业,电力系统信息化与自动化技术

需求背景

随着市场对智能磁力产品的要求越来越高，对设备技术含量的要求也是与日俱增，在面对应战与转型的关键时期，智能化、高端化成为磁力设备行业发展的未来趋势。开发智能化、具备智能安全管理系统、能够进行单机与机群智能化控制的智能装备，是未来磁力设备行业智能化研究的总体目标。

中国磁力设备产业虽然进入了成熟发展期，但是中国磁力设备产业大而不强，了解到磁力设备行业存在的差距，其一，精确度、稳定性、可靠性等差距较大。其二，磁力设备的复合性能差别较大。其三，数控系统差异。数控系统是数控磁力设备的核心，德国西门子、利勃海尔、意大利泰磁和日本的马扎克、法拉克掌握着数控系统的最高水平，利勃海尔数控系统16个软件包的价格接近母机价格，软件和母机一起卖，不分开出售，软件利润非常高。

我公司生产的产品围绕国家产业政策和发展方向，重点发展高端装备领域的智能磁电产品，是高端装备行业“十四五”期间鼓励发展的产品，符合国家产业政策发展方向，符合国家科技发展战略，是《山东省新旧动能转换重大工程实施规划》十强产业中战略性新兴产业，也是国家“十四五”期间提出的加快壮大新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等产业中的高端装备产业产品。

我公司紧跟时代与国际行业发展步伐，将磁力设备产品智能化和自动化作为公司的发展方向，在这方面公司就急需智能磁电产品的设计与研发以及磁力模拟软件设计与研发方面行业领域的高级专家、教授进行技术开发与合作交流，使我公司生产产品逐步替代进口，扩大出口，提高产品在国际市场上有竞争力。

需解决的主要技术难题

1、智能磁力设备产品视觉定位系统开发与实现

基于机器视觉系统、图像处理技术，研究不同环境下磁力设备产品智能定位技术；研究磁力设备产品的实时追踪识别与定位技术；研究平衡状态下的磁力设备产品具拟合以及磁力设备产品与负载相对距离测量和转换，确定机器视觉监测系统实时监测负载实时偏摆的角度和角速度。

2、智能磁力设备产品动力学特性

基于磁力设备产品结构及其负载特性和拉格朗日法，建立磁力设备产品与负载动力学模型，分析传递函数模型参量在驱动力作用下的动态特性；基于磁力设备产品驱动控制模型、动力学模型以及性能要求，研究磁力设备产品防摇控制前馈及反馈策略。

3、智能磁力设备产品电子防摇摆系统

基于 PID 模糊控制方法，建立不同工作参数下磁力设备产品的摇摆状态及持续时间控制模型，快速、精确求取磁力设备产品双摆状态；基于PID 的模糊控制理论，对相应摇摆数据进行模糊计算及推理，分析求解相应控制信号，设置变频器相关参数；基于最优控制理论和磁力设备产品的动力学方程，建立磁力设备产品摇摆的最优控制模型。

4、智能磁力设备产品路径规划

基于拉格朗日方程建立磁力设备产品与负载摇摆数学模型，利用MATLAB 和 ADAMS 建立磁力设备产品模型，进行智能路径规划；研究防摇摆模块和智能路径规划模块配合关系，利用高斯伪谱法将相关变量、运动约束以及性能指标进行转化，转变成有利于求解的非线性规划模型，确定磁力设备产品的实际可操控安全范围。

期望实现的主要技术目标

一、智能磁力设备产品研发技术指标

1) 满足进行数控无人铣削加工要求。

2) 吸力安全可靠，能够满足加工要求，吸力要有3倍以上的安全系数。

3) 零件工装组合体在同一工作台上的重复定位误差≤±*** mm。

4) 工作台上的磁力设备产品定位夹紧装置具备足够夹持力，满足可交换工作台在水平状态下进行运输、加工的要求。

5) 工作台上的磁力设备产品具有自动吹气清洁功能，保证工装板和磁力设备产品结合面始终为清洁状态，以免有灰尘或者粉末、切屑、冷却液等杂物垫在结合面，对定位夹紧精度的影响，从而对加工精度有影响，造成工件加工精度不合格或者报废等。

6) 为了快速维修更换，磁力设备产品控制电缆与磁吸盘须采用快插方式连接，快插接头由甲方提供，乙方负责接线及与工作台之间的固定安装。

7) 磁力设备产品磁极与磁盘底座连接处及封胶处不允许漏水漏气。

8) 定位夹紧完成后，工装底部定位面与工作台上平面距离等于50 mm，电永磁吸盘上表面即为待加工工件高度方向的定位基准。

9) 工作台面上所有电永磁吸盘引线均汇集到哈丁插头母头，以保证自动对接公头，自动充退磁。

10) 磁力设备产品磁极整流控制器引线要综合在哈丁插头母头，以保证自动对接公头，自动充退磁。

二、智能磁力设备产品达到目标

1) 柔性产线工作台到达装卸站工作台装卸位置上，自动插电、插气装置自动对接完成；

2) 桁架机械手将工装（含待加工零件）抓取并移至工作台上放,当工装板下降到距离磁力设备产品表面约10mm距离时，装卸站PLC控制清洁吹气电磁阀打开，期间工装板继续下降直至工装板底面与磁吸盘表面贴合，并输出到位完成信号给装卸站PLC；

3) 装卸站PLC发出充磁指令，磁力设备产品自动充磁并输出充磁完成信号给装卸站PLC；

4) 装卸站PLC控制自动插电、插气装置缩回，到位后；

桁架机械手退回至安全位置，到此完成一次工装板自动定位夹紧流程。

需求解析

解析单位：“科创中国”科技创新全链条服务生态系统专业科技服务团（北京八月瓜科技有限公司） 解析时间：2022-11-21

郭杰

中国机械科学研究总院

总监

综合评价

项目单位主导产品为磁电产品，包括起重电磁铁、电磁吸盘、永磁吸盘、电永磁吸盘、除铁器、退磁器、永磁起重器等，并可根据用户需求定做专用磁力吸盘产品；高档数控机床-磨床系列产品，主要包括 M73系列卧轴圆台平面磨床、M74 系列立轴圆台平面磨床等，并可根据用户需求定做专用机床产品。 项目单位与大专院校合作，取得了多项科技成果和知识产权。项目单位提出的技术需求（视觉定位系统、PID 防摇摆系统、图像去噪模块程序设计、产品与负载相对距离测量和转换），均可通过多种途径研究解决,例如图像去噪设计属于算法问题，PID 防摇摆系统属于参数动态调整问题等待。

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