[01181794]微型喷雾泵生产装备自动化与信息化融合技术及产业化

项目背景：微型喷雾泵（阀）是喷雾器核心器件, 广泛应用于日化、医药、食品、卫生保健等行业，2013年国内产量50多亿只，需求量逐年增大。但该产品生产装备手段、精度和处理技术、能耗等一直难以满足高产品质量和节能减排的要求。要破解其低附加值、低劳动效率的增长模式，提高微型喷雾泵生产装备自动化、信息化水平，并促进两化深度融合是必由之路。鉴于此，项目2005年开始，江南大学与无锡圣马科技有限公司（产量亚洲第一，全球第三）合作，对生产装配设备进行创新研制，改善装配手段，提高装配精度。针对微型喷雾泵生产过程信息孤岛、效率低等特点，2006年开始，江南大学和北京市时林电脑公司合作，研制加工过程信息化综合MES应用系统，2011年完成该项目并示范应用。项目主要内容及创新点：该项目从微型喷雾泵生产装备单机自动化、生产过程信息采集网络、生产过程优化调度、集成生产与管理全过程数据的信息平台四个方面展开技术攻关，提出面向微型喷雾泵生产装备的自动化与信息化技术融合与解决方案。创新点包括：1）突破传统喷雾泵生产设备机械结构设计，采用凸轨、凸轮机构，创新性研制了高精度、高效率的喷雾泵电化铝壳抓口机、喷头打喷咀机等系列装配设备，提高了设备的装配精度和效率。提出集成基于等价输入干扰估计器与参数智能辨识的智能驱动控制技术，成功解决了微型喷雾泵现场设备层不确定干扰、电机参数的时变性对装备电机控制性能影响问题，提高了生产装备控制的精度及可靠性。2）集成RFID与WSN，构建微型喷雾泵生产过程信息采集网络，创新性地引入混沌粒子群优化算法，优化采集网络节点部署；动态选择通信节点数目，在获得最大网络覆盖范围的同时，避免节点间的冲突，降低网络能耗，保证了生产过程数据采集与传输的实时性和可靠性。3）创新性提出并实现了微型喷雾泵制造过程多目标资源优化调度技术。建立生产车间多目标资源优化调度模型，提出基于种群年龄模型的动态粒子数微粒群优化算法来求解优化问题，并采用层次分析法进行决策，成功实现了微型喷雾泵生产全流程的精益管控，全面提高了生产质量与资源效率。4）创新性研发了一种面向制造全过程的信息集成平台。将生产过程信息、管理信息等数据高度融合，实现底层物联网到互联网的无缝连接；解决了常规DCS、MES、ERP三层架构存在的数据交换困难、系统庞大、功能定制性差、难以适用于中小型制造业等缺点，为微型喷雾泵制造装备的自动化和信息化融合提供了解决方案。推广应用情况：从2011年开始，针对该项目整体技术展开全面推广，应用于江苏地区的10多家微型喷雾泵制造企业，据不完全统计，该项目为企业新增产值约27600万元人民币，直接经济效益达7560万元，出口创汇1680余万美元。项目共获国家授权发明专利9项，软件著作权7项；发表论文30余篇，其中SCI(E)、EI检索20余篇。项目成果提升了微型喷雾泵加工装备的自动化、信息化水平，符合国家可持续发展战略的绿色制造技术，可带动和促进化妆品、保健品等领域向高档化的高层次技术方向发展。