本项目归属机电一体化技术领域。柔性材料加工涉及航空、汽车、高铁、制鞋、服装等行业,是国民经济支柱产业。由于材料本身柔软特性,现有的刚性材料自动化加工技术无法适用于柔性材料加工,特别是在制鞋、服装行业,为了降低材料变形对产品质量影响,其主要工序仍然依靠大量人力来完成。因此,加工变形智能补偿控制成为柔性材料自动化加工亟待解决的技术难题。近十年来,项目组在国家基金、省基金及产学研等项目支持下,以提高柔性材料加工自动化、智能化、准确度和生产效率为目标,提出了基于粗糙集变形决策知识提取、变形补偿智能预测与多处理器核协同计算的柔性材料加工控制方法,形成了一套面向皮革、服装等柔性材料加工控制的理论、技术体系。包括:(1)研发了基于瑞利-里兹法、粗糙集、信息熵数据挖掘的柔性材料加工变形影响因素提取方法和技术。据此优化柔性材料数控切割机滑动梁、刀头传动机构设计,解决柔性材料切割不断、切割时材料位置移动问题,在大尺寸平板切割机(9000mm×900mm)上首次实现自动输送平板材料,刀头在X、Y向移动的直线度≤0.05(mm/m),X向对Y向移动的垂直度≤0.05mm。(2)研发了一种新型的深度融合自适应模糊聚类与T-S模糊神经网络的加工变形补偿ATS-FNN控制器,可根据加工条件自动调节变形补偿量,有效防止可能发生的过切及机械振动。可加工材料的厚度范围0.5mm~6mm,切割线条重合性及切割尺寸偏差小于0.1mm。(3)对柔性材料振动切割技术进行升级,从传统定频切割模式跃升到先进调频模式,以适应切割时材料厚度、柔软度的差别。研制带动切割刀片微小转动的机械机构及其电控系统,实现切向跟随切割。振动切割频率达到15000次/分以上,切割尺寸偏差≤0.1mm。(4)首次在柔性材料切割数控系统上运用ARM+FPGA的嵌入式系统架构,引入多级流水线设计,开发了采用多个处理器核协同计算的嵌入式运动控制器。可以控制10个及以上运动轴,实现2个独立刀头同步处理任务,实现边排版边切割的实时多任务调度分配。项目授权发明专利5件(其中PCT国际专利1件)、实用新型专利2件、软件著作权1项,SCI收录论文6篇,起草行业标准两项。项目成果受到美国工程院院士Yoram Koren和中国科学院院士王家骐的肯定和推荐。项目解决了柔性材料加工技术难题,为产业发展提供技术支撑。创造了显著经济效益,近三年完成单位广东瑞洲科技有限公司新增销售额11541.67万元,应用单位新增销售额22639万元。瑞洲科技已经成为上市公司星期六股份、百丽鞋业及国家“一带一路”参与建设企业如意集团等企业的智能化切割解决方案提供商。 经中国仪器仪表学会鉴定:项目面向皮革、服装等柔性材料加工,研发加工变形影响因素提取、变形补偿控制技术,取得了显著经济效益与社会效益,整体技术水平处于国际先进水平。