[发明专利]基于孪生模型的化纤长丝落卷方法、系统及自动落卷设备

说明书

本发明提出一种基于孪生模型的化纤长丝落卷方法，包括：构建该卷绕生产线的数字孪生模型；通过该数字孪生模型获取一未来时刻该卷绕生产线的预测参数；并以该预测参数，通过路径生成算法获取优化落卷路径，并生成落卷方案；当到达该未来时刻时，控制该卷绕生产线以该落卷方案进行落卷操作。本发明还提出一种基于孪生模型的化纤长丝落卷系统，以及一种自动落卷设备。

技术领域

本发明涉及化纤生产技术领域，特别是涉及一种基于孪生模型的化纤长丝落卷系统及方法。

背景技术

化纤长丝卷装落卷作业是典型的劳动密集型作业场景，人员劳动强度大、作业环境恶略，生产24小时连续，原有的人工作业模式已经难以满足企业发展的需求。众多龙头企业都在着手采用自动化设备替代人工，完成这一操作。

目前国内大部分化纤生产龙头企业已经采用了全自动落卷系统替代传统的手工作业方式。

中国发明专利“纱锭自动输送系统及纱锭自动输送方法”（申请号：CN102431849A）中设计了一种用于化纤长丝落卷及输送的方法，目前也在企业中广泛应用。全自动落卷系统的配置包括落卷机器人、暂存设备、装车旋转台及相关信息显示、管理系统。落卷机器人是全自动落卷系统中的核心设备，用于替代人工完成落丝卷作业。目前，企业化纤长丝卷绕机生产线，卷绕机台布置为32台至96台不等，一字排开，每台卷绕机一次可完成12个卷装（一轴）的成型作业。一条卷绕机生产线配置一至两台落卷机器人，每台落卷机器人一次可以落卷1-3轴（根据机器人配置不同）。当一台卷绕机满卷之后，会发出满卷呼叫，落卷机器人根据呼叫指令自动运行至相应位置完成落卷作业，多轴落卷机器人根据卷绕机完成信号呼叫顺序，一次接取多轴丝卷，再将丝卷自动放置到专用的转运丝箱上，以供后期包装生产使用。而落卷机工作的顺序，受PLC系统的限制，完全按照卷绕机呼叫顺序决定。

目前化纤长丝卷装成型，一条生产线上的卷绕机可同时生产不同种类，不同规格的多种产品，他的满卷时间（从开始落卷到落卷完成的时间）和爆管时间(发出满卷信号到出现爆管状况的时间)都不相同，而目前化纤行业落卷作业的控制调度均采用PLC程序控制，采用排队理论，优先呼叫原则，既先呼叫先处理，落卷机器人只能按照呼叫先后去落卷，无法综合考虑落卷的位置、爆管时间等多重因素，经常需要人工参与处理，甚至出现爆管废丝的情况，现有的这种控制调度方式已经不能够满足高质量生产要求。

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。把数字孪生技术应用于化纤长丝卷装成型生产，将具备以下优势：

1、实现现场生产状况的实时可视化监控；

2、实时掌握设备运行状态，工作计划执行情况，对设备维护，排产安排有很好的指导作用；

3、可以在模型中模拟现实生产，判断后续生产状况，提前预判可能的问题，提早干预，减少损失。也可以在改变生产条件时，在模型里预演，有利于发现可能出现的问题；

4、能够通过模型仿真，准确掌握落卷机器人的落卷能力，有利于新线建设时设备的选配；

5、对一车多轴，多车同线情况下的优化调度，可以大幅提高生产效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于孪生模型的化纤长丝落卷方法，包括：构建该卷绕生产线的数字孪生模型；通过该数字孪生模型获取一未来时刻该卷绕生产线的预测参数；并以该预测参数，通过路径生成算法获取优化落卷路径，并生成落卷方案；当到达该未来时刻时，控制该卷绕生产线以该落卷方案进行落卷操作。

进一步的，该卷绕生产线包括多台卷绕机、至少一台落卷机器人和暂存设备，该落卷机器人执行落卷操作，该落卷操作包括对该卷绕机卷绕完毕的卷装进行落卷，并将取下的卷装输送至该暂存设备。