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數字化工藝仿真

一、背景

隨著數字化技術在我國制造業中的應用不斷深入,產品研制已經從三維數字化設計、數字化預裝配向基于模型定義技術(Model Based Definition,MBD)邁進,傳統的基于二維的計算機輔助工藝規劃系統已無法滿足日益復雜的大型裝備的工藝規劃應用需求,很多制造業也已經引入了基于三維模型的數字化工藝設計?;諶P偷氖只ひ丈杓撲淙惶媧舜扯ひ丈杓頻鬧疃嗖蛔闃?,但是在三維模型用于數字化工藝設計過程方面還存在不足之處,主要表現在:

1)工藝性審查能力不足

2)工藝設計錯誤發現能力不足

因此,為了更好的在數字化工藝設計環節對三維模型進行充分利用,通過數字化手段模擬產品制造、裝配、維修過程,需要在數字化工藝設計過程中引入數字化仿真技術,結合工藝設計過程更好的輔助數字化工藝設計。構建更加完備的基于三維模型的數字化工藝設計環境。


二、解決方案框架

基于大部分企業在已經引入產品數據全生命周期管理平臺、基于三維模型的數字化工藝設計與管理平臺,并且構建了設計制造一體化環境。通過數字化工藝仿真與數據管理平臺、工藝設計與管理平臺集成以及結合數字化工藝仿真技術的應用,可以實現產品、資源模型的集成獲取,數字化工藝仿真設計以及仿真結果的輸出與管理。數字化工藝仿真系統功能框架如下圖所示:

在設計制造一體化環境基礎之上,構建數字化工藝仿真環境,并與設計制造一體化環境緊密集成,建設數字化網絡協同平臺。在數字化工藝仿真環境中引入DELMIA仿真工具,利用DELMIA工具的仿真能力加強數字化工藝仿真能力。DELMIADassault Systems(法國達索系統公司)旗下的品牌,DELMIA名稱取自Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application,寓意數字化企業精益制造交互式應用。數字化工藝仿真環境主要建設內容如下:

1)工藝裝配仿真:在基于三維模型的數字化工藝設計與管理系統完成產品裝配工藝詳細設計后,通過與DELMIA集成,將裝配工序/工步的模型數據發送至DELMIA,在DELMIA中利用設計模型完成三維裝配仿真,通過定義機器人、工裝、夾具、機器、自動化設備和工人等資源,并用這些資源創建一個完整的制造場景。

2)人機工程仿真:基于詳細工藝設計輸出的工序/工步模型數據,利用一系列特定的人機工程學工具來提升制造環境,人機工程學工具可以確保工藝設計是考慮到實際建造、維護、安裝和操作的人員的視角。

3)仿真基礎數據庫:用于管理仿真過程中使用的人體、工具、工裝、設備、產線、車間布局、機器人(機械手)等常用規格型號數據庫,同時提供開放的API接口,方便定制開發。

系統/工具集成接口:通過系統/工具集成接口,建立面向大型裝配模型的自動簡化處理。在建立緊密集成關系后,工藝環境的模型樹結構能夠傳遞至DELMIA,工藝環境中的工序過程能夠映射到DELMIAProcess,工藝資源與工序Process可建立關聯。


三、主要能力

1、工藝裝配仿真

DELMIA工藝裝配仿真以提高產品的可裝配性為目的,通過模擬試裝和定量分析,并對裝配過程中涉及的人機因素(如裝配的操作過程、所需時間、裝配操作的舒適程度、安全性等)進行分析,找出零部件結構設計中不適合裝配或裝配性能不好的結構特征,然后進行設計修改。最終保證所設計的產品從技術上來講裝配是合理可行的,從經濟角度來講應盡可能降低產品總成本,同時還可以考慮人機工程和環保等社會因素。

1)多CAD格式支持:通過集成接口,可支持Creo、CATIA、UG、 IGES、STEP等三維模型自動轉化為DELMIA格式數據。

2)強大的仿真能力:可以對零件,裝配,設備和機器人進行仿真,能夠定義零部件裝配路徑并進行裝配順序仿真。并將裝配仿真分析的動畫輸出,作為相關裝配的演示視頻,指導現場工人實際裝配過程。

3)便捷的分析:利用高級干涉檢查和分析,高級截面分析,測量,距離分析,三維幾何比較工具提供最優的校驗手段。干涉檢查既可以交互完成也可以采用批處理模式,動態裝配干涉檢查在發生干涉時能夠自動報警。

2、人機工程仿真

DELMIA提供了工業上第一個和虛擬環境完全集成的商用人體工程模型;DELMIA人機可以在虛擬環境中快速建立人體運動原型,并對設計的作業進行人體工程分析;能夠進行全過程的人機過程仿真,分析現場工人在虛擬環境下的視野區域、操作過程、姿態舒適性、勞動安全性等。

Human Builder(人體模型創建):可提供具有精確測量數據的人體模型。

Human Measurements Editor(人體測量尺寸編輯):支持在圖形交互界面中輸入數據創建符合目標人群特征的人體模型。

Human Posture Analysis(人體姿態分析):允許用戶定性與定量相結合的方式分析人體姿態的各項特征。

Human Activity Analysis(人體行為分析):幫助用戶分析人與活動空間或工具的交互行為。

Human Task Simulation(任務模擬):用來動態分析、驗證以及模擬人的任務執行情況。

3、仿真基礎數據庫

DELMIA標準的庫功能支持人機庫、工藝資源庫(工具、工裝、設備等),并且支持自定義分類建庫,支持擴展,或者導入已有的庫。

DELMIA提供了開放的API接口,方便定制開發,可以根據用戶需求對仿真過程中的各項功能進行定制開發,或者將仿真過程中的各項數據進行輸出等

4、系統/工具集成接口

集成接口主要是建立設計制造一體化環境與數字化工藝仿真環境之間的集成,集成內容主要包括三維模型傳遞、MBOM集成傳遞、詳細工序/工步傳遞以及仿真結果傳遞。


四、收益及價值

1)建立與設計制造一體化環境的緊密集成,可充分利用設計輸出的三維模型開展數字化工藝仿真,提升數字化設計的應用能力,全面提高產品研發的智能化水平。

2)在產品實際(實物)裝配之前,通過數字化工藝仿真可及時地發現產品設計、工藝設計等方面存在的問題,有效地減少產品缺陷和故障率,降低因干涉等問題而進行的重新設計和工程更改,有效保證了產品質量;

3)數字化工藝仿真過程產生的圖片、視頻錄像直觀地演示產品制造過程,使現場工人更容易理解制造工藝,減少了裝配過程反復,減少了人為差錯;

4)數字化工藝仿真過程產生的圖片、視頻錄像可用于對維修人員的培訓,提高維修人員的技術能力;

5)對新產品的開發,通過三維數字化工藝仿真,可有效減少技術決策風險,降低技術協調成本;

6)通過數字化工藝仿真環境進行工時分析、三維工藝布局、資源規劃和評估,有利于提高生產計劃的準確度;

7)可提高企業在產品開發研制方面的快速應變能力,以適應激烈的市場競爭和不同的用戶需求;

8)提高企業的技術創新能力;

9)利用三維數字化模型達到裝配過程協調以及數字量傳遞,簡化和減少了實物工裝,并且使用數字測量技術保證了產品質量;


五、典型客戶

中國電子科技集團有限公司第十四研究所

沈陽飛機設計研究所

中航工業成都飛機設計研究所

中航工業陜西飛機工業(集團)有限公司

航空工業西安飛機工業(集團)有限責任公司

成都飛機工業(集團)有限責任公司

上海飛機制造有限公司

中國中車株洲電力機車研究所有限公司

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