基于数字孪生的塑料桶吹塑成型工艺参数智能优化方法与流程

本技术涉及塑料中空吹塑成型，尤其涉及一种基于数字孪生的塑料桶吹塑成型工艺参数智能优化方法。

背景技术：

1、吹塑成型是生产中空塑料制品的主要方法，具有生产成本低、成型性能好等优点。塑料桶等制品对结构强度和承压能力有明确要求，壁厚均匀性历来是衡量产品质量的重要指标。然而，吹塑制品普遍存在壁厚不均匀的问题，在形状复杂的大型制品中尤为突出。

2、导致该问题的原因主要有：制件不同截面吹胀比差异使型坯变形不一致，型坯挤出后受重力垂伸产生轴向减薄，以及吹胀时间、模具温度、型坯壁厚等工艺参数众多且相互耦合，使得壁厚控制难度极大。

3、针对此问题，已有轴向壁厚控制、型坯温差法及数值模拟等改善手段，在一定程度上提升了壁厚均匀性。但这些方法大多基于操作经验或简化物理模型，未能系统揭示多工艺参数与壁厚分布之间的内在关联。因此，如何建立上述内在关联并据此高效优化工艺参数，是当前需要解决的技术问题。

4、有鉴于此，提出本技术。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提出一种基于数字孪生的塑料桶吹塑成型工艺参数智能优化方法，其目的在于建立内在关联并据此高效优化工艺参数。

2、为了解决上述技术问题，本技术实施例提供一种基于数字孪生的塑料桶吹塑成型工艺参数智能优化方法，采用了如下所述的技术方案，包括：

3、获取塑料桶的吹塑模具型腔几何数据以及吹塑材料参数和塑料桶的目标壁厚分布；

4、基于型腔几何数据以及吹塑材料参数和吹塑工艺参数，构建塑料桶吹塑成型过程的数字孪生模型，并在数字孪生模型中建立吹塑工艺参数与塑料桶壁厚分布之间的内在关联映射；

5、以内在关联映射为前向模型，并根据目标壁厚分布，反演得到使数字孪生模型输出的塑料桶壁厚分布逼近目标壁厚分布的优化吹塑工艺参数；

6、判断数字孪生模型根据优化吹塑工艺参数输出的塑料桶壁厚分布是否满足目标壁厚分布；

7、当满足时，将优化吹塑工艺参数确定为待执行工艺参数，并将待执行工艺参数下发至吹塑设备。

8、进一步的，并在数字孪生模型中建立吹塑工艺参数与塑料桶壁厚分布之间的内在关联映射，包括：

9、获取型坯初始外半径，并基于型腔几何数据得到塑料桶在每一轴向位置与周向角度处的型腔展开半径；

10、将型腔展开半径与型坯初始外半径的比值确定为局域吹胀比；

11、根据吹塑材料参数与吹塑工艺参数，计算型坯在重力作用下的轴向壁厚减薄量；

12、由轴向壁厚减薄量与局域吹胀比得到塑料桶壁厚分布。

13、进一步的，反演得到使数字孪生模型输出的塑料桶壁厚分布逼近目标壁厚分布的优化吹塑工艺参数，包括：

14、以内在关联映射为前向模型，按预设调整步长调整吹塑工艺参数，并调用数字孪生模型输出在当前的吹塑工艺参数下得到的塑料桶壁厚分布，将输出的塑料桶壁厚分布与目标壁厚分布比对，当二者一致时，将当前的吹塑工艺参数确定为优化吹塑工艺参数。

15、进一步的，计算型坯在重力作用下的轴向壁厚减薄量，包括：

16、获取吹塑工艺参数中的挤出速度与熔体温度以及出坯至合模的时间间隔，并基于挤出速度与熔体温度以及时间间隔，由降阶经验关系得到轴向壁厚减薄量。

17、进一步的，并基于型腔几何数据得到塑料桶在每一轴向位置与周向角度处的型腔展开半径，包括：

18、基于型腔几何数据确定塑料桶型腔的内表面轮廓，并沿轴向与周向对内表面轮廓展开，得到型腔展开半径。

19、进一步的，反演得到使数字孪生模型输出的塑料桶壁厚分布逼近目标壁厚分布的优化吹塑工艺参数，包括：

20、调用物理信息代理模型执行前向计算，按预设调整步长调整吹塑工艺参数，并调用物理信息代理模型输出在当前的吹塑工艺参数下得到的塑料桶壁厚分布，将输出的塑料桶壁厚分布与目标壁厚分布比对，当二者一致时，将当前的吹塑工艺参数确定为优化吹塑工艺参数。

21、进一步的，判断数字孪生模型根据优化吹塑工艺参数输出的塑料桶壁厚分布是否满足目标壁厚分布，包括：

22、计算塑料桶壁厚分布与目标壁厚分布之间的偏差，并当偏差处于预设容差范围内时，判定为满足目标壁厚分布。

23、进一步的，并将待执行工艺参数下发至吹塑设备之后，包括：

24、获取吹塑过程的在线传感数据，并基于在线传感数据对数字孪生模型及内在关联映射进行再标定。

25、进一步的，并将待执行工艺参数下发至吹塑设备，包括：

26、将待执行工艺参数转换为吹塑设备的执行指令，并将执行指令发送至吹塑设备中执行待执行工艺参数的执行机构。

27、进一步的，按预设调整步长调整吹塑工艺参数，包括：

28、计算在当前的吹塑工艺参数下成型塑料桶所需的材料用量；

29、将计算得到的材料用量与预设材料用量上限比对；

30、当材料用量未超出预设材料用量上限时，维持当前的吹塑工艺参数继续参与反演；

31、当材料用量超出预设材料用量上限时，在保持塑料桶壁厚分布满足目标壁厚分布的条件下，沿缩减材料用量的方向调整吹塑工艺参数。

32、为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种，采用了如下所述的技术方案：

33、一种基于数字孪生的塑料桶吹塑成型工艺参数智能优化系统，包括：

34、数据获取模块，用于获取塑料桶的吹塑模具型腔几何数据以及吹塑材料参数和塑料桶的目标壁厚分布；

35、模型构建模块，用于基于型腔几何数据以及吹塑材料参数和吹塑工艺参数，构建塑料桶吹塑成型过程的数字孪生模型，并在数字孪生模型中建立吹塑工艺参数与塑料桶壁厚分布之间的内在关联映射；

36、参数反演模块，用于以内在关联映射为前向模型，并根据目标壁厚分布，反演得到使数字孪生模型输出的塑料桶壁厚分布逼近目标壁厚分布的优化吹塑工艺参数；

37、壁厚判断模块，用于判断数字孪生模型根据优化吹塑工艺参数输出的塑料桶壁厚分布是否满足目标壁厚分布；

38、参数下发模块，用于当满足时，将优化吹塑工艺参数确定为待执行工艺参数，并将待执行工艺参数下发至吹塑设备。

39、为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种计算机设备，采用了如下所述的技术方案：

40、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器执行所述计算机可读指令时实现如上所述的基于数字孪生的塑料桶吹塑成型工艺参数智能优化方法的步骤。

41、为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，采用了如下所述的技术方案：

42、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如上所述的基于数字孪生的塑料桶吹塑成型工艺参数智能优化方法的步骤。

43、与现有技术相比，本技术主要有以下有益效果：

44、本技术公开的基于数字孪生的塑料桶吹塑成型工艺参数智能优化方法，通过获取塑料桶的吹塑模具型腔几何数据以及吹塑材料参数和塑料桶的目标壁厚分布；将优化所需的几何、材料与目标约束一次性数字化确定，为后续构建数字孪生模型及建立工艺参数与壁厚分布的关联映射确立了统一输入基准，从源头消除了依赖人工经验试凑工艺参数所导致的壁厚不均、试模周期长与材料浪费等缺陷。

45、基于型腔几何数据以及吹塑材料参数和吹塑工艺参数，构建塑料桶吹塑成型过程的数字孪生模型，并在数字孪生模型中建立吹塑工艺参数与塑料桶壁厚分布之间的内在关联映射；将吹塑过程中工艺参数到壁厚分布的复杂非线性关系固化为可计算的前向模型，使壁厚分布能由工艺参数正向预测，解决了现有技术只能离线监测或事后反馈、无法正向预测壁厚分布因而难以控制壁厚均匀性的缺陷。

46、以内在关联映射为前向模型，并根据目标壁厚分布，反演得到使数字孪生模型输出的塑料桶壁厚分布逼近目标壁厚分布的优化吹塑工艺参数；实现了由目标壁厚正向前馈反演工艺参数的工艺寻优，解决了现有技术缺乏前馈式优化手段、只能被动反馈、试模周期长且材料浪费的缺陷。

47、判断数字孪生模型根据优化吹塑工艺参数输出的塑料桶壁厚分布是否满足目标壁厚分布；在下发前对工艺参数做了一次闭环验证，避免了不合格工艺参数直接下发导致成批废品，解决了现有技术缺乏下发前验证环节、易因参数失当产废的缺陷。

48、当满足时，将优化吹塑工艺参数确定为待执行工艺参数，并将待执行工艺参数下发至吹塑设备；将验证后的优化结果直接转化为设备可执行的工艺指令，实现了模型优化到设备执行的自动闭环，解决了现有技术工艺调试依赖人工、一致性差、效率低的缺陷。