[發明專利]一種基于數字孿生的裝配精度仿真分析方法與系統

在審

• 申請號: 201811257485.7
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109445305A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 田富君;周紅橋;陳興玉;張紅旗;魏一雄;陳亮希;郭磊;周金文;張燕龍;蘇建軍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發明公開了一種基于數字孿生的裝配精度仿真分析方法與系統，針對復雜產品裝配中的關鍵工序，對物理裝配現場的孿生數據進行采集、處理，并將孿生數據信息進行表達與存儲；從三維裝配工藝設計系統中獲取裝配工序模型，并基于孿生數據，對裝配工序模型進行重構，生成裝配工序孿生模型；將裝配工序孿生模型導入商品化裝配公差分析軟件中進行裝配精度仿真與靈敏度計算；依據裝配工序精度仿真分析結果，進行裝配過程的在線補償與精準控制。本發明實現了裝配現場物理空間和信息空間的深度融合，對于實現復雜產品裝配過程的智能閉環控制，提高裝配質量和效率有著重要的意義。

技術領域

本發明涉及一種智能裝配精度仿真技術，尤其涉及的是一種基于數字孿生的裝配精度仿真分析方法與系統。

背景技術

裝配是產品研制過程的關鍵環節，其將零件按規定的技術要求組裝起來，并經過調試、檢驗使之成為合格產品。據統計，在現代制造中裝配工作量占整個產品研制工作量的20％～70％，平均為45％，裝配時間占整個制造時間的40％～60％。產品的可裝配性和裝配質量不僅直接影響著產品性能，而且裝配通常占用的手工勞動量大、費用高且屬于產品生產工作的后端，提高裝配生產效率和裝配質量具有更加重要的工程意義。隨著航空、航天、汽車、船舶、電子裝備等大型復雜產品向著智能化、精密化和光機電一體化的方向發展，產品零件結構越來越復雜，裝配與調整已經成為復雜產品研制過程中的薄弱環節。這些大型復雜產品具有零部件數量種類繁多、結構尺寸變化大且形狀不規整、單件小批量生產、裝配精度要求高、裝配協調過程復雜等特點，其現場裝配一般被認為是典型的離散型裝配過程，即便是在產品零部件全部合格的情況下，也很難保證產品裝配的一次成功率，往往需要經過多次選擇試裝、修配、調整裝配，甚至拆卸、返工才能裝配出合格產品。

計算機和數字化技術的出現極大地促進了裝配技術的快速發展。數字化裝配是產品裝配技術與計算機技術、網絡技術和管理科學的交叉、融合、發展及應用的結果。數字化技術與傳統裝配技術的結合即數字化裝配技術。數字化裝配是指利用數字化樣機來規劃和仿真產品的實際裝配過程的技術總稱，其主要基于產品數字樣機開展產品協調方案設計及可裝配性分析，并對產品的裝配工藝過程的裝配順序、裝配路徑以及裝配精度等進行規劃、仿真和優化，從而達到有效提高產品裝配質量和效率的目的。隨著基于模型定義(ModelBased Definition，MBD)技術在復雜產品研制過程中的廣泛應用，三維模型作為產品全生命周期的唯一數據源，實現了基于三維模型的設計-工藝-制造-裝配-檢測，使得基于三維模型的裝配工藝設計與裝配現場應用越來越受到關注與重視。三維裝配工藝設計技術利用三維模型，在三維環境下對產品可裝配性、可拆卸性、可維修性進行分析、驗證和優化，以及對產品的裝配工藝過程包括產品的裝配順序、裝配路徑以及裝配精度、裝配性能等進行規劃、仿真和優化，從而減少復雜產品研制過程中的實物試裝次數，提高產品裝配質量、效率和可靠性。

傳統的產品數字化裝配仿真方法大多基于理想數模，該模型可在裝配工藝設計階段用于檢查裝配序列、獲取裝配路徑、裝配干涉檢測、裝配公差分析等環節，雖然在一定程度上減少了裝配過程中存在的問題。然而，對于單件小批量生產的武器裝備現場裝配而言，現階段的數字化裝配仿真仍不能完全滿足現場裝配發生的修配或調整等實時工藝方案的變化，主要是由于在裝配公差分析階段未考慮來自零件制造誤差以及裝配過程誤差等因素造成的。在復雜產品裝配過程中，經常采用修配法或調整法進行現場產品裝配作業，如何對裝配過程誤差累積進行分析，在產品實際裝配之前預測產品裝配精度，如何根據裝配現場采集的實際裝配尺寸實時設計合理可靠的裝調方案，是當前虛擬裝配和數字化裝配的難點之一。當前的虛擬裝配或裝配仿真技術由于沒有考慮零件實際制造精度信息以及實際幾何表面的接觸約束關系等影響因素，導致現有裝配精度預測與優化方法很難運用于實際裝配現場。

隨著新一代信息與通信技術(如物聯網、大數據、工業互聯網、移動互聯等)和軟硬件系統(如信息物理融合系統、無線射頻識別、智能裝備等)的高速發展，數字孿生技術的出現為實現制造過程中物理世界與信息世界的互聯與共融、實現產品全生命周期中多源異構數據的有效融合與管理以及實現產品研制過程中各種活動的優化決策等提供了解決方案。