连载(22)数字孪生制造的关键技术(工艺仿真)

文章来源:APS研究
2020-08-20

1. 工艺仿真

工艺仿真是利用产品的数字样机,对产品的加工和装配流程等建模,在计算 机上实现产品从零件加工到组件装配成产品整个过程的仿真。在建立了产品和资 源数字模型的基础上,可以在设计阶段模拟出产品的实际生产过程而无需实物样 机。工艺仿真使合格的设计模型加速转化为工厂的完美产品。

工艺仿真利用计算机图形学技术及核心算法,涵盖机加、铸造、表面处理、 工装设计、生产布局、装配、检测等多个专业的工艺过程规划及仿真应用场景。

装配工艺仿真是在虚拟环境中依据设计好的装配工艺流程,通过对每个零件、 成品和组件的移动、定位、夹紧和装配过程等进行产品与产品、产品与工装的干 涉检查。当系统发现存在干涉情况时报警,并给出干涉区域和干涉量,以帮助工 艺设计人员查找和分析干涉原因。

机械加工工艺过程仿真是按照产品的加工工艺,在虚拟环境下重现产品的加 工过程。对诸如铸造、锻造、切削、热处理、焊接这样的工艺机理的模拟,通过 材料学、传热、固体力学、流体力学等科学计算来判断这些工艺实施的可行性、 效率和效果。另一种加工工艺仿真是数控加工仿真,是通过图像学原理来对数控 程序进行校正,并不考虑物理机理和工艺实施的可行性。

人机交互工艺仿真是在计算机中建立人、机、环境的数字模型,结合人体生 理特征和姿态动作,模拟人机交互的动态过程,并利用人机工程学的各种评价标 准和算法,对产品开发过程中的人机工程因素进行量化分析和评价。按照工艺流 程进行装配工人可视性、可达性、可操作性、舒适性以及安全性的仿真。

类似CAE技术,在数字孪生体中,工艺仿真技术同样是“先知”的支撑技术。 不仅能克服传统工艺设计带来的缺陷,还能通过在数字孪生体中提前预测和实时 优化,并反馈和控制物理世界的工艺过程,在工艺执行的各个环节避免各种可能 发生的问题。