IranPolymer.com
 
 مقاله

کنترل فرایند قالبگیری تزریقی


منبع: POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE, MID-OCTOBER, 1987, Vol. 27, No. 18
برگردان: مینا نصیری
این مقاله، مروری بر استراتژی¬های کنترلی که در فرآیند تزریق اعمال می¬شود دارد. برای فهم بهتر، متغیرهای کنترلی به شاخه¬های مختلف تقسیم¬بندی شده¬اند: کنترل تمام فازی، کنترل وابسته فازی و کنترل چرخه به چرخه. کنترل تمام فازی متغیرهایی را شامل می¬شود که باید در تمامی لحظات، یعنی تمامی فازها، مشاهده و کنترل شوند. کنترل متغیرهایی که در طی فاز خاصی راه¬اندازی می¬شوند تحت کنترل وابسته فازی مورد بحث قرار می¬گیرد. در کنترل چرخه به چرخه داده-های چرخه پیشین به کار می¬روند تا رفتار چرخه بعدی را پیش-بینی کرده و تصحیح¬های مناسب را اعمال کند. طبیعت پویا، چرخه¬ای و غیر پایدار فرایند قالبگیری تزریقی با استفاده از کنترل¬کننده¬های تناسبی-انتگرالی متداول (PI) یا تناسبی-انتگرالی-مشتقی (PID) مورد بررسی قرار می¬گیرد همانطور که توسط کنترل¬کننده¬های پیشرفته¬تری مثل سیستم کنترلی خود تنظیم شونده، کنترل بهینه و کنترل فرآیند ایستا هم مورد بحث قرار خواهد گرفت. پیشنهاداتی شامل طرح¬های خاص کنترل پیشرفته و توصیه¬هایی برای تحقیقات آتی در زمینه کنترل فرایند قالبگیری تزریقی نیز ارائه شده است.
مقدمه
در سال 1985 صنعت پلاستیک آمریکا، که بزرگترین صنعت پلاستیک در جهان است، 6/21 میلیون متریک تن از رزین پلاستیک به ارزش 19 بیلیون دلار تولید کرد (1). در همان سال مصرف حجمی پلاستیک ایالات متحده بیشتر از فولاد، مس، و ترکیبات آلومینیوم بود. علاوه بر این فروش آمریکا تا سال 1977 با نرخ سالانه 7/4 درصد ترقی کرده است. بنابر گفته James Giggey نایب رئیس بخش محصولات پلیمری شرکت دوپنت، "تا انتهای این دهه، پلاستیک¬ها می¬توانند تنها در بخش خدمات به دومین مقام رشد برسند".
پلاستیک¬ها در کاربردهای بسیار متنوعی نظیر: هواپیماها، خانه¬ها، پوشاک، و بدن انسان ظاهر می¬شوند. امروزه بیشتر مفصل¬های مصنوعی و حتی قلب¬های مصنوعی به طور عمده از پلاستیک¬ها ساخته می¬شوند. پلاستیک¬ها کم¬کم جایگزین قوطی¬های فلزی در قفسه¬های سوپر مارکت¬ها و بخش¬های فلزی داخلی و خارجی اتومبیل¬ها می¬شوند. پلاستیکی جدید به نام Lisa جایگزین نئون در بسیاری از تابلو¬های نمایشگر می¬شود.
در نتیجه افزایش کاربرد پلاستیک¬ها، تقاضاهای بیشتر، متوجه خواص ذاتی پلاستیک¬ها و فرآیندهای ساخت آنها است. تولید قسمت¬های پیچیده با دامنه تغییرات و کیفیت نهایی بسیار بالا، ساخت دقیق و با کیفیت و کنترل شرایط لازم فرآیند را تحمیل می¬کند. کنترل فرآیندها به قابلیت پیش¬بینی و کنترل کیفیت قطعه در طول چرخه قالب¬گیری وابسته است (2).
وظیفه کنترل فرآیند را می¬توان به دو سطح مجزا، سطح کار و سطح اجرا تقسیم¬بندی کرد. سطح کار به تعیین علامت¬ها و مسیرهای مرجع مناسب می¬پردازد. سطح اجرا به بکارگیری متغیرهای کنترل به منظور تطابق با علائم فرمان تعیین شده در سطح کار مربوط می¬شود. برخی از مسائل به هر دو سطح کنترل مربوط می¬شوند که شامل:
• کنترل قالبگیری تزریقی مستلزم یک فهم منظم از مهندسی شیمی و مکانیک، و نیز بهینه¬سازی علم کامپیوتر و استاتیک است. تحلیل آن نیازمند دانش انتقال جرم و انرژی، جریان سیال غیرنیوتنی، المان¬های محدود و انتقال حرارت ناپایدار با تولید حرارت داخلی است.
• قالبگیری تزریقی یک فرآیند پویا است. این موضوع از حضور زمان در معادلات حالت بنیادی که با تبدیل یا ساده-سازی گرمای تشکیل، انتقال جرم و معادلات حالت مواد به دست آمده، کاملاً آشکار است. این وابستگی پیچیده¬ی متغیرهای حالت، کنترل تک متغیری غیر مؤثر را ارائه می-دهد بنابراین، برای الگوریتم یا همان محاسبات عددی کنترلِ تناسبی-انتگرالی متداول (PI) یا تناسبی-انتگرالی-مشتقی (PID) جایگزین¬های مورد نیاز می¬باشند. این بیشتر مرکب از اثرات ذاتی است. حالت¬های متداول فرآیند به تاریخچه حالت¬های قبلی در رفتار تجمعی مدت¬دار بستگی دارد.
• فرآیند قالبگیری تزریقی یک فرآیند چرخه¬ای است. این موضوع به همراه ماهیت پویای فرآیند قالبگیری تزریقی، رسیدن به حالت پایدار را دشوار می¬کند. این به علت این خاصیت ذاتی فرآیند قالبگیری تزریقی است که کاربردهای الگوریتم¬های پیشرفته کنترل برای افت و تأخیر قالبگیری تزریقی دارای تأخیر خیلی بیشتری نسبت به فرآیند اکستروژن هستند. مراجع مختلفی برای کاربرد طرح¬های کنترل پیشرفته در اکستروژن وجود دارد (13-4).
کنترل فرآیند را می¬توان با پالایش تجهیزات یا بکارگیری استراتژی¬های بهتر کنترل بهبود داد. توسعه تجهیزات مانند اجزاء هیدرولیک منجر به توسعه قابل توجهی در عملکرد و قابلیت اطمینان ماشین¬های قالبگیری تزریقی شده است (14 و 15). بسیاری از تغییرات که قبلاً باعث کیفیت نامناسب قطعه مانند flashing، تزریق¬های کوتاه (short shots)، سوختگی و پرشدن بیش از حد، شده است، اکنون با کنترل مناسب می¬توانند کاهش یابند (16). پیشرفت¬های قابل توجهی نیز در زمینه سخت¬افزار کامپیوتر صورت گرفته است. ورود ریزپردازنده 16 بیتی، و اخیراً، 32 بیتی قدرت محاسباتی آنها را به شدت افزایش داده است. به دلیل قیمت پایین آنها، پردازش موازی و سیستم¬های کنترلی توزیع شده، در جائیکه ریزپردازنده¬ها برای اهداف اختصاصی استفاده می-شوند، اکنون می¬تواند به اجرا درآید.
حتی با بهترین تجهیزات و سخت¬افزارهای کامپیوتری، استراترژی¬های کنترل است که تعیین¬کننده چگونگی روند بهبود کارهای فرآیند می¬باشد. بنابراین، برای بهره¬برداری کامل از مزایای ارائه شده توسط تجهیزات توسعه یافته، باید طرح-های کنترل پیشرفته بکار گرفته شود. بااین حال، حتی امروزه بسیاری از ماشین¬آلات قالبگیری تزریقی به کنترل-کننده¬هایی که تنها می¬توانند واکنش دهند، مجهز هستند. این-ها اساساً تک متغیره هستند به این معنی که یک تصحیح، بدون در نظر گرفتن اثر متقابل دیگر تغییراتی که ممکن است قبلاً رخ داده باشد، انجام می¬گیرد. در فرآیندهایی همانند قالبگیری تزریقی که متغیرهای فرآیند به شدت وابسته به یکدیگر هستند، چنین کنترل¬کننده¬هایی می¬توانند کل فرآیند را از تعادل خارج کنند. روش¬های طراحی کنترل که قادر به انجام محاسبات و تصمیم¬گیری¬ها هستند، مورد نیاز می¬باشند. آن¬ها از منطق کنترل مبتنی بر ریزپردازنده¬ها استفاده می-کنند و می¬توانند برای عیب¬یابی خودکار و کالیبراسیون خودبه¬خودی طراحی شوند (17 و 18). مراجع چنین کنترل¬هایی به دهه 1970 برمی¬گردد (26-19). اخیراً، Cincinnati Milacron برنامه ماتریس پویای خود را که قادر است به طور خودکار ماشین قالبگیری تزریقی را به طور دقیقی تنظیم کند، معرفی کرد.
در آینده¬ای نزدیک کنترل¬ها نه تنها قادر به انجام محاسبات و تصمیم¬گیری¬ها خواهند بود، بلکه همچنین استدلال نیز خواهند کرد (27). این امر نیازمند استفاده از تکنیک¬های هوش مصنوعی (AI) و توسعه سیستم¬های ویژه برای فرآیند قالبگیری تزریقی است.
در این مقاله، مسائل فوق¬الذکر، بحث شده است. برای روشن¬تر شدن موضوع، کنترل کلی فرآیند قالبگیری تزریقی به کنترل تمام فازی و کنترل وابسته فازی و کنترل چرخه به چرخه طبقه¬بندی شد. سیستم کنترل تمام فازی سیستمی است که در کل چرخه قالبگیری فعال است. کنترل دمای ذوب به این طبقه مربوط می¬شود و در کنترل تمام فازی بحث می¬شود. طرح کنترل وابسته فازی طرحی است که در طی مرحله خاصی راه¬اندازی می¬شود. کنترل متغیرهایی که در طول مرحله نرم شدن ، پرشدن یا نگهداری فعال می¬شوند در کنترل وابسته فازی بحث می¬شود. کنترل چرخه به چرخه، که عملیات اصلاحی برای چرخه حاضر براساس اطلاعات قبلی فرآیند انجام می¬شود، در یک بخش با همین نام توصیف می¬شود. مقاله شامل پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده نیز می¬باشد.
سیستم کنترلی تمام فازی
استراتژی سیستم کنترلی تمام فازی شامل متغیرهایی است که به طور پیوسته در کل چرخه قالبگیری کنترل می¬شوند و به طور یکسان برای تمام فازها مهم هستند. متغیر اعمال¬شده ممکن است با فاز تغییر پیدا کند، اما متغیر کنترل¬شده نهایی صرفنظر از فاز، ثابت باقی می¬ماند. دمای ذوب که متغیری اصلی در فرآیند قالب¬گیری تزریقی است، نیازمند کنترل پیوسته و ثابت باقی ماندن است. تغییر دمای ذوب، یک سری از متغیرهای دیگر شامل سرعت جریان مذاب، فشار نازل و فشار محفظه را تحت تأثیر قرار می¬دهد (29). بنابراین کنترل دقیق دمای ذوب در همه فازها مطلوب است. در طول مرحله نرم شدن، دمای سیلندر را می¬توان مورد استفاده قرار داد، درحالیکه در طول مرحله پرشدن قالب، ممکن است دمای نازل برای اندازه¬گیری غیر مستقیم دمای ذوب مورد استفاده قرار گیرد. در طول مرحله نگهداری، دمای ذوب به عنوان یک پارامتر بحرانی در رابطه PVT است.
مدل¬هایی برای دمای ذوب پیشنهاد شده¬اند (33-29). Ma (29) رابطه ساده شده زیر را معرفی کرد:
(1)
کهTmb= دمای ذوب سیلندر، N= سرعت چرخش پیچ، Pm= فشار مذاب، Tb= دمای سیلندر، و 1δ= اختلال ایجاد شده توسط اختلاف خواص مواد و/یا اختلاف هندسه پیچ ناشی از سایش می¬باشد.
مدل تصادفی برای حالت ارائه شده در زیر توسط Patterson و همکارانش شناسایی شد (30):
(2)
که y(k)= خروجی نمونه k ام، u(k-d)= ورودی نمونه (k-d) ام، n(k)= اختلال نمونهk ام، q-1= انتقال برگشتی اپراتور دستگاه y(k). q-1=y(k-1)، d= تعداد تأخیرها (زمانی)، و a1، a2، ...، b0، b1، ... پارامترهای مدل بدست آمده از تحلیل داده¬های آزمایشگاهی هستند.
Pete (33) رابطه زیر را پیشنهاد کرد:
(3)
که Tmb= دمای مذاب در سیلندر، Tb= دمای سیلندر، Pb= فشار هیدرولیک برگشتی در طول مرحله نرم شدن، و a، b وm ثابت¬های تعیین شده آزمایشگاهی هستند.
رابطه 1 نشان می¬دهد که دمای مذاب تابعی از سرعت پیچ، فشار مذاب و دمای سیلندر است. اگرچه، شامل فشار هیدرولیک برگشتی ، که در رابطه 3 توسط Border و Suh (34) و Peter نشان داده شد، نیست اما اثر مستقیم بر روی دمای مذاب در طول فرآیند نرم شدن دارد. به منظور کنترل، مدل حالت ارائه شده در رابطه 2 بسیار مناسب است.
تأثیر سرعت چرخش پیچ بر روی دمای مذاب، قابل صرفنظر گزارش شده است. در نتیجه، طرح¬های کنترل مدرن بسیاری بر اساس دمای سیلندر و/یا فشار برگشتی است. برای مثال، Chandra (37)، استراتژی کنترلی را پیشنهاد کرد که هم از دمای سیلندر و هم فشار برگشتی برای کنترل دمای مذاب استفاده می¬کند. طرح کلی قالب در شکل 1 نشان داده شده است. دمای نوک پیچ، بیانگر دمای مذاب است، که با مقدار مرجع بازخورد و مقایسه می¬شود. سپس خطا نیز نسبت به کنترل-کننده¬های دما، که مجموعه نقاط دمای مرجع را برای بخش¬های مختلف تعیین می¬کند، برای تعیین تصحیح فشار برگشتی استفاده می¬شود. کنترل¬کننده¬های دما از نوع راه¬اندازی تناسبی و کنترل¬کننده¬های فشار برگشتی از نوع PID هستند. محاسبه عددی کنترل دمای سیلندر استفاده شده توسط Chandra به صورت زیر است:
(4)

که Tr = دمای مرجع، Ta=دمای واقعی اندازه¬گیری شده، Tbc= دمای مرجع تصحیح شده سیلندر، Tbo= دمای مرجع سیلندر تنظیم شده توسط اپراتور،∆Tb = تصحیح دمای افزایشی سیلندر، ∆t= زمان نمونه به عنوان تابعی از گسیختگی¬های موقعیت، و K1، K2= ثوابت تعیین شده توسط فرآیند دینامیکی است. محاسبه عددی کنترل فشار استفاده شده توسط Chandra،از طریق رابطه زیر بود:
(5)

که Pbc= فشار برگشتی مرجع تصحیح شده، Pob= فشار برگشتی مرجع تنظیم شده توسط اپراتور،∆Pb = تصحیح فشار برگشتی افزایشی، و K3، K4، K5= ثوابت تعیین شده توسط فرآیند دینامیکی است.
از رابطه 4 واضح است که زمانی که خطا از 556/0 درجه سانتیگراد کوچکتراست تصحیح¬های دمایی گرفته نمی¬شوند. وقتی که خطا کمتر از 334/3 درجه سانتیگراد باشد عملیات تناسبی گرفته می¬شود، و عملیات انتگرالی برای خطاهای بیشتر از 334/3 درجه سانتیگراد گرفته می¬شود. هنگامیکه خطای درجه حرارت در داخل منطقه¬ی سکون است، تصحیح¬های فشار برای بازگرداندن آن به مقدار تنظیم شده توسط اپراتور گرفته می¬شوند. نتایج آزمایشگاهی در مورد پلی¬استایرن نشان داده است که پاسخ کنترل¬کننده به طور متوسط C/minº 778/2 است (37).
از آنجا که دمای مذاب، پاسخ دینامیکی سریعتری نسبت به فشار برگشتی در مقایسه با پاسخ دمای سیلندر دارد، استراتژی کنترل تغییرات کوتاه¬مدت فشار برگشتی را فراهم می¬کند در حالیکه تغییرات دمایی سیلندر به طور همزمان مؤثر خواهد بود. به هر حال، لازم به ذکر است که واحد قالب-گیری تزریقی با زمان تغییر می¬کند، از اینرو، کنترل¬کننده-هایی با پارامترهای ثابت مانند کنترل¬کننده PID مؤثر نخواهند بود. به ویژه با گذشت زمان، دستگاه گرم می¬شود و مشخصه¬های آن تغییر می¬کند، که نیاز به تغییر پارامترهای متناظر کنترل¬کننده PID دارد. این امر می¬تواند به طور مؤثری با خودتنظیمی یا کنترل تطبیقی بکار رود که پارامترهای کنترل به طور پیوسته بر اساس اطلاعات واحد به روز رسانی، به روز می¬شوند.
Ma (38) استراتژی کنترلی را توصیف کرد که در آن دمای سیلندر به تنهایی برای کنترل دمای مذاب استفاده می-شود. او همچنین برای تخمین تغییرات ویسکوزیته از واحد تصحیح دمای سیلندر استفاده می¬کند. نتایج آزمون ثبت شده توسطMa برای مرحله ورودی دمای مذاب نشان داد که پاسخ بعد از حدود 19 دقیقه به Cº556/0± مقدار نهایی حالت پایدار رسید. دمای سیلندر به عنوان نمونه به جای دمای مذاب کنترل می¬شود.

شکل1. نمودار بلوکی طرح کنترل دمای ذوب
رسانايي حرارتي پليمرها نسبت به فلز حدود 100/1 است. بنابراين، كنترل دماي مذاب با كنترل دماي سیلندر كند است و اغلب غير مؤثر (39). Patterson و همكاران (30) پاسخی کند با خطاي حالت پايدار با استفاده از كنترل¬کننده PID و مدل حالت اتفاقي ارائه شده توسط معادله 3 گزارش كرده-اند. پاسخ کند را مي¬توان مربوط به زمان طولانی سکون که وابسته به پاسخ دمای مذاب به قدرت گرمکن می¬باشد نسبت داد. جبران¬کننده زمان سکون، مانند پيش¬بيني¬كننده اسميت (Smith)، موجب بهبود سرعت پاسخگويي می¬شود. راه حل ديگر ممكن است استفاده از الگوريتم¬هاي كنترلي پيش¬گو باشد كه اجازه پيش¬بيني متغيرهاي كنترل شده در حالت پيشرفته با استفاده از یک مقدار مساوی با زمان سکونِ در ارتباط با متغيرهاي كنترل شده را مي¬دهد.
كنترل وابسته فازی
اين بخش، در مورد متغيرهايي كه كنترل آنها در مرحله خاصی مورد توجه است بحث مي¬كند. در حالت كلي، دسته¬بندي متغيرهاي كنترل¬شده كه وابسته به مرحله خاصي هستند سخت است، و به اين علت، زماني كه هر متغيري به يك مرحله وي‍ژه نسبت داده مي شود، تنها چیزی كه غالب است مورد توجه قرار مي¬گيرد. متغيرهاي كنترل¬شده به دسته¬هاي كوچكتري تقسيم¬بندي مي¬شوند كه در ابتدا وابسته به مرحله نرم¬كننده، مرحله تزريق، و يا مرحله نگهدارنده¬ي فرآيند قالبگيري مي¬شوند. متغير اصلی براي كنترل در حين فرآيند نرم¬شدگی، دمای مذاب است. سرعت پیستون، ویسکوزیته و حداکثر فشار حفره در حین پرکردن مهم هستند. گذار از مرحله پر به مرحله نگهداری می-تواند وابسته به زمان، موقعیت، سرعت و فشار باشد که در زیر بحث شده است (گذار کنترلی از مرحله پر به مرحله نگهداری را ببینید). در طول مرحله نگهداری متغیرهای کلیدی برای کنترل عبارتند از: فشار ماند، حجم ویژه، و دمای مذاب. یک طرح کنترل به نام کنترل PVT که معادلات حالتی که وابستگی داخلی فشار، حجم ویژه، و نگهداری دمای مذاب را کمّی می¬کنند را به کار می¬گیرد که در بخش کنترل مرحله نگهداری بحث می¬شوند.
مرحله نرم¬شدگی
در حین مرحله نرم شدگی، پلاستیک در یک مرحله تغییر حالت به سر می¬برد. گرانول¬های پلاستیکِ جامدِ وارد شده در سیلندر از میان یک قیف، درنتیجه فرآیند ترمومکانیکی پیچیده نرم می¬شوند. مهمترین متغیر خروجی برای کنترل شدن دمای مذاب است، که قبلاً ایت کنترل تحت عنوان کنترل تمام فازی بحث شده است و بیش از این مورد بررسی قرار نمی¬گیرد.
کنترل مرحله پرشدن
در حین مرحله پر شدن، مذاب از میان یک نازل به درون قالب تحت فشار رانده می¬شود. سرعتی که مذاب در نازل فشرده می-شود تأثیر بسزایی بر روی مقدار تنش منظم شدن القایی در محصول نهایی دارد. یک قطعه به سرعت پر شده دریچه سریعترمنجمد شده¬ای دارد. به محض اینکه جریان متوقف می-شود، آرایش¬یافتگی متوقف و آسودگی آغاز می¬شود که نتیجه آن کاهش آرایش¬یافتگی است. در عوض، در قطعه به آرامی پر شده، بیشترین میزان سرد شدن در حین جریان اتفاق می¬افتد، "ثابت شدن" در آرایش¬یافتگی. سرعت پر شدن نیز می¬تواند بر روی مشکلات رایج مثل گذر سریع و تزریق یکباره اثر بگذارد. متغیرهای مهم خروجی که در این فاز کنترل می¬شوند عبارتند از: فشار مذاب، سرعت پر شدن، و ویسکوزیته مذاب.
کنترل بر پایه فشار حفره
کنترل فشار حفره گسترده¬ترین روش کنترل فرآیند حلقه بسته بکار رفته است (40). Plant و Maher (41) نشان دادند که فشار حفره نشانگری مستقیم از آن چیزی است که در درون قالب در حال اتفاق افتادن است. فشار قالب به تغییرات فشار تزریق، سرعت تزریق، سرعت پیچ، فشار برگشتی، و ضربه¬گیر حساس است. سرعت تزریق بالاترین حساسیت را دارد و از اینرو بهترین داوطلب برای دستکاری متغیر است.
کنترل کردن فشار حفره نیازمند نصب مبدل فشار، ترجیحاً نصب شده در داخل حفره قالب هستند. با این حال، عملاً، موقعیت-های ویژه در جایی که جابجایی مبدل داخل حفره قالب نا مطلوب و در برخی مواقع غیر ممکن است اتفاق می¬افتد. برخی کاربردها نیازمند پرداخت سطح هستند که بسیار زیاد است که ناپیوستگی تولید شده با مبدل واقع در داخل قالب نمی¬تواند اصلاح شود. این مشکلات در مورد قالب¬های چند حفره¬ای بیشتر حائز اهمیت است. تنها راه حل در چنین مواردی این است که طرح¬های کنترل بر روی اندازه¬گیری¬های غیر مستقیم فشار حفره پایه¬گذاری شوند از قبیل جدایی روی سطح جدا¬کننده¬ی قالب (42)، فشار اعمال شده بر روی پین ضربه¬زننده (43)، یا جریان رو به بالای فشار اندازه¬گیری شده نازل اعمال می¬شود. استفاده از این روش¬های غیر مستقیم نیز غالباً به وسیله¬ی ملاحظات اقتصادی دیکته می¬شود.
Fara و همکاران (44) نشان دادند که فشار نازل، اندازه¬ای از فشار حفره، ارتباط خیلی نزدیکی با فشار هیدرولیک دارد، بنابراین، بهتر است فشار هیدرولیک، که مستقیماً اندازه-گیری می¬شود به عنوان یک متغیر کنترلی در نظر گرفته شود. جزئیات اجرای کنترل¬کننده¬های PI و PID طبق محدودیت¬های ITAE برای کنترل فشار هیدرولیک و فشار نازل در مرجع 44 ذکر شده¬اند. مدل¬های دینامیکی ساده که به طور آزمایشی بدست آمده¬اند بیشتر از مدل¬های تئوری پیچیده¬ی توضیح داده شده در مراجع 44 تا 53 استفاده شده¬اند. مقادیر وابستگی پارامترهای مدل دینامیکی به تغییرات دریچه فرمان¬یار با تغییرات در فشار هیدرولیک و فشار نازل در مراجع 54 و 55 آورده شده¬اند. Kamal و همکاران (56) تأثیرپذیری کنترل-کننده¬های PID و Dahlin را در استفاده از فشار نازل و حفره مقایسه کردند.
شکل 2 توزیع فشار حفره را به عنوان تابعی از زمان نشان می¬دهد. همانطور که از شکل پیداست، توزیع فشار می¬تواند به فشار پر شدن، حداکثر فشار، و فشار نگهدارنده تقسیم شود.

شکل 2. توزیع فشار حفره
Ma رابطه زیر را برای فشار پر شدن پیشنهاد کرده است:
(6)
که Pf= فشار پر شدن، V= سرعت تزریق، Tm= دمای مذاب در مجرا، و 2= اختلالات خارجی. معادله 6 نشان می¬دهد که فشار پر شدن را می¬توان با کنترل مناسب سرعت تزریق، تأمین¬کننده-ی دمای ذوب کنترل کرد. با این حال، این امر به وضوح شامل تأثیر فشار هیدرولیک نمی¬شود. در حین مرحله پر شدن وقتیکه حفره هنوز پر نشده است، فشار پر شدن بسیار پائین است و چنان است که مناسب کنترل نیست. این سرعت تزریق است که در طول مراحل پر شدن بسیار مهم است،از این جهت که روی تنش¬ها و سرعت¬های برشی القا شده در پلاستیک اثر گذار است، و روی کیفیت محصول نهایی تأثیر بزرگی می¬گذارد.
فشار حفره به محض پر شدن حفره مهم می¬شود. لحظه¬ای که حفره پر می¬شود، حسگر، حداکثر فشار حفره را ثبت می¬کند. این بیشینه فشار حفره، متغیر کنترلی است که به طور گسترده¬ای استفاده می¬شود، از اینرو دقت جزئی را تعیین کرده و می-تواند برای حل مشکلات رایجی مثل گذر سریع، علائم فرورفتگی، و تزریق یکباره مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، قالبگيري¬هاي یکباره مي¬توانند با افزايش بیشینه فشار حفره اصلاح شوند، و قطعات فلاش شده مي¬توانند با كاهش فشار حفره کاهش یافته یا محدود شوند (57). بيشينه فشار حفره به اندازه كافي بالا نگه داشته مي¬شود تا از پر شدن كامل همه حفرات اطمينان حاصل گردد (58). در فرآيند كنترل آماری فشار حفره، حد فشار بالا در فشاری بالاي فشاری که فلاش شدن اتفاق مي¬افتد ثابت نگه داشته می¬شود و حد کنترل پایینتر در فشاري زیر فشاری که تزریق یکباره نتيجه شود تعیین مي-شود.
Golden و همكاران (43) به طور تجربي نشان دادند كه كنترل بيشينه فشار حفره به حداقل کردن فشردگي بيش از حد قطعات كمك مي¬كند. آنها آزمايش¬هايي را براي يك ماشين پيچ جبران-کننده 100 تني و 50 اُنسي ترتيب دادند. كنترل¬کننده استفاده شده از نوع Dynisco-CPC-l-R2VD بود. بيشينه فشار حفره تقريباً با نيروي پشت پين جهنده تخمين زده شد. آنها نشان دادند كه كنترل بيشينه فشار حفره به قطعاتی با نوسان وزن و طول قطعه كمتر نسبت به قطعات تولید شده در حالت كنترل نشده منجر می¬شود. بهبود استحكام فشردگي نيز گزارش شده است. بهبود كلي محصولاتی كه توسط آنها گزارش شد برابر 3% بود.
حساسيت بيشينه فشار حفره به وزن قطعه قالبگيري شده به طور تجربي توسط Takizava‌ و همكارانش نشان داده شده است (42). آنها جدايي روي سطح جدا شونده¬ي قالب را به عنوان اندازه¬ای غير مستقيم از فشار حفره استفاده كردند. ارتباط بين بيشينه جدايش قالب و وزن قطعه در شكل 3 نشان داده شده است. از شكل مي¬توان فهميد كه همانطور كه بيشينه جدايش قالب افزايش مي¬يابد، وزن محصول نيز زياد مي¬شود. جدايش قالب اغلب نشان دهنده¬ي قطعات فلاش شده و يا بيش از حد فشرده شده است. Sone و همكاران (59) بستر تزريق، یک كنترل¬کننده کاملاًتوافقي، استفاده كردند كه اطلاعات بازخورد مقدار فاصله¬گذاری قالب را استفاده مي¬كند، تا به طور خودكار حجم و الگوي تزريق را در حضور اختلالاتی مثل ويسكوزيته مذاب تنظيم كند. بستر تزريق با Injectrol، يك واحد تزريق برنامه¬ريزي شده، كه جزئيات آنها در مرجع 60 آمده است، كوپل مي¬شود.
يك مدل سري¬های زمانی شكل گرفته با معادله 3 توسط Sanschagrin (61) تشخيص داده شد و در زير ارائه شده است.
(7)
كه Pp(K)= بيشينه فشار حفره در طول K امين چرخه، (Pp(K-1= بيبشينه فشار حفره در طول K-1 امين چرخه، Ph(K)= فشار ماند حين چرخه K ام، Ph(K-1)= فشار ماند حين چرخه K-1 ام، و a1، b1، b2 ضرايب ثابتي هستند که مقادیر آنها در مرجع 61 ذكر شده است. از داده¬هاي چرخه قبلي بيشينه فشار حفره و فشار ماند، بيشينه فشار حفره نيازمند چرخه حاضر است و مي¬تواند به نحوي كه به نقطه مطلوب تنظیم فشار ماند برسد تعيين شود. Haber و Kamal (62) نيز مدل سری¬های زمانی مشابهي را براي بيشينه فشار حفره تعيين كردند.

شکل 3. وابستگی وزن قطعه به بیشینه فشار حفره؛ یعنی بیشینه جدایش قالب
كنترل سرعت تزريق
كل مرحله پركننده را مي¬توان بوسيله كنترل سرعت تزريق پيستون تنظيم کرد. پروفایل سرعت را مي¬توان براي دستيابي به سرعت سطح مذاب ثابت، كه بر روي آرايش مولكولي و تنش داخلي حاصله در قطعه اثر گذار می¬باشد، استفاده کرد (63). پروفایل سرعت مناسب نیز كمك مي¬كند تا تنظيم نيروي قفل¬كننده قالب به حداقل مقدار ممکن برسد، از اینرو هیچ هزینه¬ای برای اختلال مقرر نشده است (64). لزوماً، پروفايل به صورت سعي و خطا تنظيم مي¬شود پس هيچ تنظیم فرآيندي موجود نيست. با اين حال، راهنمايي¬هاي زير را به خاطر بسپاريد (58).
1. سرعت جريان سطح بايد ثابت باشد.
2. تزريق بايد به سرعت انجام شود تا از انجماد مذاب حين تزريق پيشگيري شود.
3. پروفايل سرعت تزريق بايد اجازه پر شدن سريع نواحي داراي اهميت كمتر مثل مجراهایی كه در دريچه¬ها كند مي-شوند را بدهد.
4. سرعت پيستون بايد در لحظه پر شدن حفره "شكسته شود" تا از فشردگي بيش از حد حفره، گذر سریع و تنش باقيمانده در قطعه جلوگيري شود.
به محض اينكه پروفايل تعيين شد، در بهترين حالت ممکن نيز مشكلاتي باقي مي¬ماند. با اين حال، قبل از اعمال هر كنترلي، يك مدل خوب مورد نياز است. Wang و همكاران (65) يك مدل درجه چهار وابسته به سیگنال¬های ولتاژ گزارش كرده¬اند كه متناسب با سرعت تزريق پیستون و باز شدن شير هيدروليك است. آنها يك مدل خطي سيستم پيوسته را با پارامترهای محاسبات عددي توسعه دادند تا درجه مؤثر سيستم و مقادیر مورد انتظار پارامترها را تعيين كنند. سپس پارامترهاي واقعي با استفاده از روش تخمين حداقل مربعات پارامتر برگشتی تعيين مي¬شوند. برخلاف مدل درجه چهار Wang و همكاران، Fara (54) در پايان¬نامه خود مدلي با تنها يك پارامتر گزارش كرده است. شكل 4 نمودار بلوكي را براي كنترل سرعت نشان مي¬دهد. نقاط تنظيم سرعت به عنوان تابعي از حركت ضربه تزريق درنظر گرفته مي¬شود. وقتي که حركت تزريق آغاز مي¬شود، اطلاعات پيستون به پروفايلر، كه مقادير سرعت مرجع را تأمين مي¬كند تغذيه مي¬شود. سرعت واقعي بر مي-گردد و در آن لحظه با مقادير مرجع مقايسه مي¬شود. بر پايه مقدار اين انحراف، كنترل¬کننده، سرعت جريان روغن و اصلاح فشار روغن مورد نياز براي بازيابي سرعت صحيح را محاسبه مي¬كند. جزئيات كنترل برنامه¬ريزي شده¬ی سرعت پيستون به عنوان تابعي از موقعيت پيستون در مرجع 66 ارائه شده است.
محققان مختلفي (69-67) استنتاج كردند كه سرعت پيستون تزريق فرمان¬يار بهبود قابل توجهی را در كيفيت محصول نهايي نتيجه مي¬دهد. توجه رو به رشدي در زمینه روش¬هاي بر پايه مشاهدات جابجايي پيستون وجود دارد، كه مي¬تواند به صورت وابستگي حالت فيزيكي مذاب به جابجايي پيستون توضيح داده شود. علاوه بر آن، Hynes‌ و Turner (70) به صورت آزمايشي سرعت تزريق را دنبال كردند و به اين نتيجه رسيدند كه سرعت تزريق بسيار حساس¬تر از فشار حفره به عنوان نمايانگر شرايط تزريق است، و از اينرو، سيگنال مناسب¬تری براي دستيابي به اهداف كنترل برای قالبگيري دقيق¬تر احتیاج است.
در ابتدا مشكل كنترل سرعت اين است كه به پروفايل سرعت بهینه برسيم. از نقطه نظر پر شدن در يك دوره زمانی بسيار كوتاه، لازم است كه كنترل¬کننده، پاسخ بسيار سريعی به تغييرات ایجاد شده در نقطه تنظيم سرعت بدهد. اين امر نيازمند این است که زمان پاسخگويي به واحد هيدروليك بسیار کوتاه باشد. شيرهاي فرمان¬يار الكترومكانيكي موجودند که تا 90% جريان سرعت¬يافته را در ms25 انتقال مي-دهند. بيشتر كنترل¬کننده¬هاي PID‌ که قبلاً استفاده می¬شدند، محدوديت¬هاي بيشماري در تعداد نقاط تنظيم سرعت دارند كه مي¬توانند برنامه¬ريزي شوند. اين مشكل مي¬تواند به وسيله بكارگيري كنترل بهينه اثر که در آن کنترل¬کننده تغییر بعدی را پیش¬بینی و متعاقباً آنرا تنظیم می¬کند رفع شود. محققان زيادي درحال مطالعه اين موضوع می¬باشند.

شکل 4. نمودار بلوکی کنترل سرعت بازخورد
كنترل سرعت
ویسکوزیته، افت فشار در سيلندر را تنظيم مي¬كند. هر تغييري در ویسکوزیته مذاب موجب تغيير متناظری در فشار مورد نيازدر حين پرشدن می¬شود (72). ویسکوزیته مذاب بالاتر، افت فشار بالاتري را در سيلندر به همراه دارد و، از اينرو، فشار بالاتري در حين پركردن مورد نياز است. از طرف ديگر، مقادير بسيار پائين ويسكوزيته، ممكن است موجب مشكلات گذر سریع شود. بنابراین نگهداشتن تغييرات ويسكوزيته در حداقل ميزان خود مورد نياز است.
از آنجا كه اندازه¬گيري مستقيم ويسكوزيته دشوار است، بسياري از طرح¬هاي كنترل بر پايه اندازه¬گيري¬های غير مستقيم ويسكوزيته مانند رفرنس 70 است که سياليت مذاب به عنوان معياري از ويسكوزيته است. محققان، انتقال¬دهنده سرعت نمونه¬گيري (RST) را بكار مي¬گيرند تا سیگنال نسبي سياليت مذاب، كه براي تظيم خودبه¬خودی وضعیت دماي پيستون مورد استفاده قرار می¬گیرد را فراهم کنند تا بيشينه سرعت تزريق را در یک مقدار ثابت نگه دارد.
Ma (38) بر اساس اصل زير فشار نازل را به عنوان نمايانگر ویسکوزیته مورد استفاده قرار داد: سرعت برش متناسب با سرعت تزريق است درحاليكه تنش برشي متناسب با فشار مذاب نازل مي¬باشد. پس ويسكوزيته نسبت فشار نازل به سرعت تزريق است، كه تحت تخمين سرعت ثابت تزريق بوده، متناسب با فشار نازل است. آزمايش¬هاي Ma نشان دادند كه منحنی تغييرات پاسخ پله¬اي در 11 امين تزريق (دقیقه تقریباً 11) به نقطه تنظیم حدود 1% مي¬رسد و دقت آن بیشتر از 5/0% حالت پايا است.
Hutchinson (73) زمان تزريق را به عنوان متغيری کنترلی براي كنترل ویسکوزیته مورد استفاده قرار داد. او از شاخص ویسکوزیته به عنوان يك شاخص اندازه¬گيري غیر مستقیم ویسکوزیته استفاده كرد. گزارش شد که شاخص ویسکوزیته تقريباً به هر تغيير شناخته شده در ويسكوزيته حساس است. به عنوان مثال، Hutchinson نشان داد كه مقدار شاخص ویسکوزیته با تغييرات 778/2 درجه سانتی¬گراد در ناحيه جلويي دماي پيستون از 5/0 به 7/0 تغيير مي¬كند. بنابراین داشتن زمان تزریق اولیه¬ی محدود به زمان¬سنج لازم است. Hutchinson همچنين يك ماشين مجهز به اندازه¬گیر شاخص ويسكوزيته در چند صد ثانيه توسعه داد. تغيير زمان تزريق در همان چرخه با اندازه¬گيري شاخص ويسكوزيته 1/0 یا 2/0 قبل از انتهاي تزريق اوليه دست آورد مورد نظر بود. اين امر نيازمند يك فشار تزريق حساس اوليه است. Hutchinson همچنين به صورت آزمایشگاهی براي پلي¬استايرن ثابت کرد که مواد با ويسكوزيته بالاتر در زمانیکه دیگر شرایط ثابت باقی می-مانند قطعه¬ای با وزن كمتر توليد مي¬كنند.
تمام طرح¬های كنترلي فوق¬الذكر را مي¬توان به وسيله¬ي يك نمودار بلوكي كنترلي بازخوردي ساده ارائه داد بطوریکه در شكل 5 نشان داده شده است. حلقه بازخورد متشکل از يك بلوك محاسبه ويسكوزيته است كه اندازه ويسكوزيته را بر اساس فشار نازل يا دماي مذاب محاسبه مي¬كند. بر پايه خطاي شاخص ويسكوزيته (e) كنترل¬کننده ويسكوزيته سيگنال¬هاي اصلاحي را توليد مي¬كند که ممكن است تنها يك و يا تركيبي از دماي سيلندر، زمان تزريق و فشار ماند باشد.

شکل 5. نمودار بلوکی طرح¬های کنترل ویسکوزیته مذاب به همراه دو راهکار برای محاسبه ویسکوزیته
كنترل تغيير از مرحله پر به مرحله نگهدارنده
کنترل دقیق تغییر از مرحله پر به مرحله نگهدارنده برای اطمینان از پایداری وزن قطعه اهمیت دارد. این امر می-تواند وابسته به زمان، موقعیت، فشار و یا سرعت باشد. اگر یک تعییر وابسته به زمان مورد قبول باشد، زمان مرجعی که در تغییر مطلوب است، در زمان¬سنج تنظیم می¬شود. به محض اینکه به زمان مرجع رسید، سیگنالی به شیر رهایش فرستاده می¬شود، که سپس سیال اضافی را به مخزن پس می¬فرستد تا فشار نگهدارنده از پیش تعیین شده را برقرار کند (74). ترتیب-های کنترل مشابه با تغییر وابسته به موقعیت و وابسته فشاری دنبال می¬شوند. تنها تفاوت این است که شیر رهایش در هنگام رسیدن پیستون به موقعیت از پیش تعیین شده یا هنگامیکه یک فشار از پیش معلوم در حفره بدست می¬آید، باز است.
محققان فارل تغییر بر پایه سرعت را ترجیح می¬دهند. آنها این دلیل را می¬آورند که ممکن است با قالب¬های بزرگ، تغییرات فشار حفره برای ردیابی در هنگامیکه قالب در نزدیکی پر شدن بیش از حد است کافی نباشد. Alois و همکارانش (75) توضیح دادند که نمایشگر حوادث فشردگی قالب، ترجیحاً گستره سرعت را نمایش دهند، که انصافاً بیش از فشار تزریق بیشینه در فشار تزریق نگهدارنده بر اساس نرخ تغییر سرغت تغییر می¬کند. شکل 6 نمودار بلوکی برای وابستگیِ تغییر حالت به موقعیت، سرعت و فشار را نشان می¬دهد.

شکل 6. نمودار بلوکی برای کنترل تغییر از حالت پر. y1 سیگنال موقعیت واقعی پیستون که برای تغییر وابسته به موقعیت مورد نیاز است. y2 سیگنال سرعت واقعی پیستون که برای تغییر وابسته به سرعت مورد نیاز است. y3 سیگنال فشار واقعی پیستون که برای تغییر وابسته به فشار مورد نیاز است. 1γ، 2γ و 3γ سیگنال¬های مرجع متناظر می¬باشند.
کنترل مرحله نگهدارنده و سرد کننده
بعد از اینکه تزریق مواد به قالب کامل شد، مرحله فشردگی فوراً اتفاق می¬افتد. این مرحله با پدیده انتقال گرمای کمپلکس کنترل می¬شود. این بزرگترین مرحله است که حدود 80% زمان چرخه کلی را شامل می¬شود. زمان چرخه حین این مرحله وابسته به بیشینه سرعتی است که گرما می¬تواند بدون اینکه در معرض سرمایش ناهموار قرار بگیرد انتقال یابد. سرمایش ناهموار می¬تواند منجر به جمع¬شدگی تفاضلی شود که نتیجه آن محصولی پیچ و تاب¬دار است. باید توجه داشت که این مرحله¬ی نهایی است و بنابراین نزدیکترین مرحله به کیفیت نهایی قطعه است. متغیرهای مهم خروجی برای کنترل شدن عبارتند از: فشار نگهدارنده، حجم مخصوص پلاستیک در حفره و دمای مذاب. حالتی از کنترل PVT که به این متغیرهای اصلی مربوط می¬شود، مورد بحث قرار می¬گیرد.
کنترل فشار نگهدارنده
فشار نگهدارنده تعیین می¬کند که چه مقدار ماده¬ی اضافی بعد از اینکه حفره بوسیله بیشینه فشار حفره پر شده است، به داخل حفره رانده شده است. از اینرو، کنترل آن برای اطمینان از پایداری قطعه اهمیت دارد. وابستگی فشار نگهداری به متغیرهای پلاستیک توسط Ma در زیر ارائه شده است:
(8)
که Ph= فشار نگهدارنده، Phyd= فشار هیدرولیک، Tmc= دمای مذاب در حفره، Tmd= دمای قالب و 3= اختلالات خارجی می¬باشد. این رابطه نشان می¬دهد که کنترل دقیق فشار نگهدارنده نیازمند کنترل زیاد فشار هیدرولیک، دمای مذاب، و دمای قالب است. این امر می¬تواند تنها با طرح کنترل چند متغیره تشخیص داده شود.
دقت ابعادی قطعه قالبگیری شده را نیز می¬توان با کنترل دقیق فشار نگهدارنه بهبود داد زیرا فشار نگهدارنده مقدار جمع¬شدگی که ماده تحت سرمایش متحمل می¬شود را تعیین می¬کند. Mann (76) به طور آزمایشی تأثیر فشار حفره بر روی جمع¬شدگی را برای سه ماده تعیین کرد و نتایج در شکل 7 نشان داده شده¬اند. به این صورت می¬توان استنتاج کرد که قطعاتی که از نظر ابعادی زیر اندازه مورد نظر می¬باشند می¬توانند با افزایش فشار ماند اصلاح شوند درحالی که قطعات با اندازه بزرگتر از آنچه مورد نظر است، با کاهش فشار نگهدارنده می-توانند بهبود یابند. یک دستگاه برای اعمال فشار یکنواخت نگهدارنده در حفره قالب برای اطمینان از یکنواختی و تکرارپذیری خیلی زیاد در قطعه توسط Ma و Ailman مورد بررسی قرار گرفته است (77). اهداف استراتژی کنترلی آنها این است که انتگرال فشار نگهدارنده در مقدار مرجع داده شده ثابت باقی بماند.

شکل 7. اثر فشار حفره بر روی جمع¬شدگی نمونه¬های پلی¬استایرن (PS)، پلی¬پروپیلن (PP)، و پلی¬اتیلن با دانسیته بالا (HDPE)
کنترل PVT
هدف از کنترل PVT این است که پایداری دانسیته در قطعه وجود داشته باشد. کنترل PVT استفاده از معادله حالت Spencer و Gilmore (معادله 9) که مربوط به دمای ماده، حجم مخصوص آن در قالب، و فشار اعمالی بر روی آن است را ایجاد می¬کند، تا یک قطعه¬ای با دانسیته پایدار تولید شود. بنابراین، این کنترل متشکل از اطلاعاتی راجع به دمای مذاب چرخه برای تعیین مقادیر بهینه فشار مذاب است تا حجم مخصوص در مقدار از پیش تعیین شده باقی بماند. در این وضعیت، وابستگی داخلی سه متغیر اصلی پلاستیک در حین مرحله نگهداری در نظر گرفته می¬شوند. بنابراین، می¬توان آنرا از بسیاری از طرح-های کنترلی دیگر که ممکن است به طور همزمان بدون محاسبه سایر عوامل اتفاق افتند متمایز کرد.
(9)
که Pmc= فشار مذاب در حفره، = حجم مخصوص مذاب، Tmc= دمای مذاب پلاستیک در حفره، و a، b و R ثوابت هستند.
نمونه¬ای از نمودار PVT در شکل 8 نشان داده شده است. هدف این است که حجم مخصوص ثابت نگه داشته شود یعنی فرآیند خط مستقیم BC بدست آید. این امر نیازمند تغییرات مناسب در فشار مذاب برای جبران تغییر در دمای مذاب است. برای حجم مخصوص ثابت، معادله 9 به صورت زیر اصلاح می¬شود:
(10)
و
که x و y ثابت هستند.
یک نقشه جاری از الگوریتم کنترل فرایند PVT در شکل 9 نشان داده شده است. دمای مذاب متوسط به طور مستقیم اندازه¬گیری شده و یا در لحظات زمانی مجزا تخمین زده می¬شود، و نقاط تنظیم فشار برای آن لحظات با استفاده از معادله 10 تعیین می¬شود، تا حجم ویژه ثابت باقی بماند. اگر حداکثر بازه اطمینان تغییرات فشار خیلی زیاد باشد، نقطه جدید تنظیم دانسیته تعیین شده است. اجرای الگوریتم کنترل PVT نمایش داده شده در بالا نیازمند ابزار اضافی به شکل حسگرهای دمای مذاب، و فشار است. به عنوان مثال، سیستم Sandretto، هم نیازمند یک حسگر فشار حفره و هم یک حسگر دمای قالب است، در حالیکه، سیستم Battenfeld تنها نیازمند یک حسگر دمایی بر روی هر نیمه قالب است و از نمایش¬دهنده¬های حسگر فشار هیدرولیک برای تخمین فشار قالب استفاده می¬شود. با این حال، عمل اصلی هر دو سیستم در اصلاح فشار تزریق برای جبران تغییرات دمای مذاب مشابه است. آزمون¬های آزمایشگاهی با هر دو تولیدکننده کاهش مؤثری در تغییرات وزن میانگین قطعات تولیدی در حین یک سری تولید کامل را نشان داده¬اند.

شکل 8. نمودار PVT
کنترل چرخه به چرخه
کنترل چرخه به چرخه به صورت استراتژی¬های کنترلی تعریف می-شود که فعالیت¬های اصلاح¬کننده در چرخه بعدی بر پایه اطلاعات حاصل از چرخه¬های پیشی است. قالبگیری تزریقی یک فرایند چرخه¬ای بدون یک شرایط پایای واقعی است، که در مورد اکستروژن داریم، و از اینرو کنترل آن بسیار پیچیده¬تر است. کنترل آن نیازمند سری¬های زمانی مدل¬های ARMA نمونه داده شده در رابطه 7 است که ما را قادر می¬سازد که فشار نگهدارنده/حفره مربوط به مقادیر داده شده¬ی چرخه قبلی آنها را در چرخه¬های پیشین و نقطه تنظیم فشار حفره/نگهدارنده را برای چرخه¬ی حاضر پیش¬بینی کنیم. کنترل اندازه تزریق و کنترل فرایند آماری در این دسته¬بندی قرار می¬گیرد.

شکل 9. نمودار طرح کنترلی PVT
کنترل اندازه تزریق
هدف اصلی از کنترل اندازه تزریق، ثابت نگهداشتن وزن قطعه می¬باشد. برای رسیدن به این هدف، معادله حالت اسپنسر و گیلمور با معادله 9 و معادله 11 ارائه شده در زیر استفاده می شوند:
(11)
که W= وزن محصول نهایی، ρ= دانسیته قطعه و V= حجم تزریق است.
معادله 9 نشان می¬دهد که هنگامی که درجه حرارت مذاب تغییر می¬کند، دانسیته قطعه نیز برای یک فشار مذاب داده شده تغییر می¬کند. با این حال، معادله 11 نشان می¬دهد که برای حفظ وزن در یک مقدار ثابت، باید حجم تزریق با تغییر دانسیته تغییر کند.
قاعده کلی، کنترل اندازه تزریق بعدی، به منظور تعیین مقدار مرجع ضربه¬گیر است که محصولی با وزن ثابت در زمانی که در آن مقدار (وزن) باقی می¬ماند، بدست می¬آید (66). Hunkar (78) سیگنال فشار حفره را به عنوان نماینده¬ای از دانسیته قطعه بکار می¬برد. او فشار را در زمانیکه پیستون به پایین¬ترین نقطه می¬رسد اندازه¬گیری می¬کند و آنرا با فشار از پیش تعیین شده مقایسه می¬کند. سپس سیگنال خطا برای تعیین نقطه تنظیم جدید برای چرخه بعدی استفاده می-شود که فشار حفره مورد نظر را در زمانیکه پیستون در مرحله بعدی به پایین¬ترین نقطه می¬رسد برگرداند.
منطق کنترل با کمک شکل 10 توضیح داده شده است. ضربه¬گیر از طریق اختلال موقعیت پیستون در انتهای مرحله بسته¬بندی سنجیده شده و با مقدار مرجع آن مقایسه می¬شود. خطاهای ضربه¬گیر و اندازه تزریق به کنترل¬کننده منتقل شده، که سپس مرجع جدیدی برای اندازه تزریق چرخه بعدی ایجاد می-کند. حلقه کنترل Barber Colman (79) شامل ویژگی¬هایی نظیر افزایش تصحیح و توابع محدود است. افزایش تصحیح اجازه می-دهد تا اصلاحات به عنوان درصدی از خطای ضربه¬گیر با محدودیتی بر روی میزان تصحیح اعمال شده توسط تابع محدود بکار گرفته شود.

شکل 10. نمودار بلوکی طرح کنترل اندازه تزریق
کنترل آماری فرآیند
کنترل آماری فرآیند را می¬توان به عنوان یک سری از الگوریتم¬ها و روش¬ها به منظور ایجاد پایداری در فرآیند، تکرارپذیری، و قابلیت پیش¬بینی دید. مراجعی (84-80) در مورد استفاده از کنترل آماری فرآیند در قالبگیری تزریقی در دسترس هستند.
استفاده از کنترل آماری فرآیند در فرآیند قالبگیری تزریقی نیازمند درک عمقی از درستی همبستگی بین پارامترهای بحرانی در طول چرخه قالبگیری است. اگر تغییرپذیری و اصلاح درونی خیلی زیادی وجود داشته باشد، مانند چیزی که در مورد قالبگیری تزریقی داریم، کنترل آماری فرآیند حاکی از آن است که تغییرات باید تنها زمانی که کاملاً ضروری است انجام شوند. با استفاده از نمودارهای آماری، اقدامات اصلاحی تنها زمانی انجام می¬شود که پارامتر اندازه¬گیری شده خارج از حدود مشخصه باشد. صفحه مشکل اصلی در اینجا ایجاد محدودیت¬ها است. این مشکل را می¬توان تا حدودی با بکارگیری مدل¬های فراگیر حل کرد. باید تعریفی از قطعه خوب در مدل ارائه شده باشد. سپس مدل، هنگامیکه ویژگی¬های قطعه در محدوده هستند و ماشین بوسیله نقاط تنظیم مختلفی کار می¬کند پارامترهای مختلف را گزارش می-کند.
به منظور درک مفاهیم کنترل آماری فرآیند، ما به شکل 2مراجعه کرده دو نقطه تنظیم که با نمودارهای کنترل آماری فرآیند مشخص شده¬اند را تعریف می¬کنیم:
نقطه تنظیم 1: tfill (زمان لازم برای پر کردن حفره)
نقطه تنظیم 2: PP (بیشینه فشار حفره)
این نمودارها شکل، گسترش، و توزیع متوسط متغیر کنترل شده را معیّن می¬کنند و به این طریق اطلاعات تشخیصی در مورد فرآیند را تهیه می¬کنند. برای مثال، اگر نقطه تنظیم 1 (یعنی، tfill) خارج از محدوده باشد، ممکن است مشکلاتی با سرعت تزریق یا فشار تزریق و/یا دمای مذاب وجود داشته باشد. تغییرات در نقطه تنظیم 2 (یعنی PP) می¬تواند به فشار تزریق و/یا تغییر در تعویض از مرحله پر به مرحله نگهدارنده وابسته باشد. کنترل آماری فرآیند از زمان را پر شدن موجب کاهش تنش¬ها و جهت¬گیری مولکولی در قطعه می¬شود، درحالیکه کنترل آماری فرآیند بیشینه فشار حفره به غلبه بر مشکلات معمول مانند فلش شدن و تزریق یکباره کمک می¬کند. کنترل آماری فرآیند را می¬توان به اکثر متغیرهای بحرانی تعمیم داد.
توصیه¬هایی برای کارهای بعدی
شماری از استراتژی¬های کنترل، مزایای آنها، و معایبشان مطرح شده¬اند. با این هدف، توصیه¬های زیر برای تحقیقات آینده شناسایی شده¬اند:
• تحقیقات نیازمند حدودی از روش¬های شناسایی و کنترل تصادفی است. توابع انتقال، ترکیب¬هایی از پارامترهای فرآیندی که باید شناخته شوند را به هم مربوط می¬سازند و ماتریسِ عمومیِ "کوواریانس" حالت نشان داده شده در شکل 11 باید ایجاد شود.
• هنگامیکه برهم¬کنش همه متغیرهای مهار شده تعیین می¬شود، طرح¬های کنترلی چند متغیره را می¬توان برای تعیین کنترل بهینه¬ی دستگاه قالبگیری تزریقی به عنوان یک سیستم بکار برد.
• در مرحله عمل، بسیاری از تنظیمات با آزمون و خطا انجام می¬شوند. این امر موجب اتلاف قابل توجه زمان در طول تنظیم کردن اولیه دستگاه می¬شود. الگوریتم¬هایی باید توسعه داده شوند تا در تعیین نقاط تنظیم و پروفایل¬هایی برای متغیرهای کنترل شده¬ی گوناگون کمک کنند.
• کنترل باید هوشمندانه انجام شود. این کار نیازمند استفاده از تکنیک¬های AI و سیستم¬های خبره و ویژه در فرآیند قالبگیری تزریقی است. وابستگی پیچیده¬ای از متغیرها را می¬توان به شکلی از قوانینی که یک پایگاه دانش شامل ویژگی¬های ماده در سراسر طیف پردازش را شکل خواهند داد، ارائه کرد. ظهور تراشه¬های ریزپردازنده با هزینه کم، در مقیاس بسیار بزرگ، مجتمع (VLSI)، قادر به ذخیره¬سازی برنامه¬های پیچیده¬ی مورد نیاز برای فرآیند داوری است،که درهایی را برای استفاده از تکنیک¬های AI در کنترل¬کننده¬های قالبگیری تزریقی باز کرده است. توسعه حسگرها باید تقویت شود. بسیاری از برنامه¬های کنترل به دلیل در دسترس نبودن حسگرهای ارزان و و توانمند دچار مشکل شده¬اند. این امر فقط اندازه¬گیری غیر مستقیم بسیاری از متغیرهای پلاستیک¬های اصلی را امکان¬پذیر می¬کند و، از اینرو، موجب کنترل کمتر از حد مطلوب می¬شود. به عنوان مثال، از درجه حرارت سیلندر به عنوان معیاری از اندازه¬گیری غیر مستقیم دمای مذاب استفاده می¬شود، در حالیکه جدایش قالب و نیروی پشت پین مورد به منظور برآورد غیر مستقیم فشار حفره مورد استفاده قرار می-گیرند. اصلاح حسگرها در کاهش اندازه¬گیری¬های همراه با نویز نیز کمک می¬کند و، از اینرو، باید مسیر جدیدی را برای استفاده از الگوریتم¬های کنترل پیشرفته مانند کنترل بهینه ارائه کرد.
• باید استفاده از متغیرهای پلاستیک به عنوان پارامترهای کنترل افزایش یابد. متغیرهای پلاستیک شاخص¬های واقعی از وضعیت پلاستیک در داخل قالب، در تضاد با متغیرهای ماشین است که نشان¬دهنده وضعیت دستگاه است. در حال حاضر اندازه¬گیری مستقیم این متغیرهای پلاستیک سخت است و این به این دلیل است که حسگرها در داخل قالب قرار دارند.
در دهه اخیر، پیشرفت¬های بسیاری در زمینه کنترل¬کننده¬های خودکار ماشین¬های قالبگیری تزریقی به ویژه در زمینه افزایش ظرفیت محاسباتی انجام شده است. در دسترس بودن کامپیوترهای قدرتمند و ارزان در سطح فروشگاه¬ها فرصت بزرگی در جهت نیل به هدف تولید با عیوب صفر را ارائه می¬دهد. چیزیکه در حال حاضر بحرانی است، توسعه روش¬های مناسب برای امکان استفاده از کارایی رو به افزایش سخت-افزار است. دانش گسترده¬ای در زمینه کنترل¬ها وجود دارد (85-87) که برای اعمال در قالبگیری تزریقی حفظ شده¬اند. بزرگترین وعده همراه شدن تکنیک¬های هوش مصنوعی است که استدلال قابل انعطاف را با کنترل چند متغیره¬ی پیشرفته استفاده می¬کند.

شکل 11. ماتریس همبستگی. X1، X2، X3، ... پارامترهای فرآیند قالبگیری تزریقی هستند و Py ثابت همبستگیِ i امین پارامتر با j امین پارامتر می¬باشد.
تشکر
حمایت مالی این مطالعه از طریق اعطای گرانت از NSF به شماره CDR 8500108، مرکز تحقیقات سیستم¬ها توسط دانشگاه مریلند انجام شده است. نویسندگان از تمام اعضای CIMOT (مجتمع ساخت کامپیوتر از گرمانرم¬ها) گروهی که با راهنمایی خود امکان تهیه این اثر را فراهم نمودند تشکر می¬نمایند.

 
اشتراک اخبار اطلاعات درج آگهی ‪Copyright © 2014 Iran Polymer. All rights reserved.‌