（材料加工工程专业论文）摩托车油箱虚拟制造系统的研究.pdf

h 东大学硕士学位论文 ，_ - ! ! _ ! ! 自_ g ! j l _ ! 1 1 1 自l i i 目_ ! ! 自_ 目目_ - - 目_ | 日自_ 目| i e 目e e j 摘要 随着社会的发展，世界市场由过去传统的相对稳定逐步演变成动态多变的 特征。为了适应变化迅速的市场需求，各制造企业不断努力寻求提高产品质量 和缩短产品开发周期的新技术，新工艺。技术的飞跃发展已经成为推动世界经 济增长的重要因素，而将信息技术应用于制造业，进行传统制造业的改造，是 现代制造业发展的必由之路。其中虚拟制造技术就是其中的关键技术之一。 应用虚拟制造技术，可以缩短模具和产品的开笈周期，提高设计与制造的一次 成功率，从而适应了市场快速反应的要求。 虚拟制造技术就是利用仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络 的支持下，采用群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能及可加 工性等各方面可能存在的问题，实现产品制造的本质过程，包括产品的设计、 工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验和进行过程管理与控制，走出仅仅 依赖经验的狭小天地，发展到全方位预报阶段。 本文分析了虚拟制造技术的发展现状，系统地介绍了虚拟制造技术的特点、 体系结构及关键技术。简单地建立产品数据管理的框架。以典型的大型覆盖件 一摩托车油箱拉深成形为例，论述虚拟制造技术在模具中的应用。 首先利用v i s u a lc + + 编写简单界面，利用计算机技术把虚拟制造 c a d c a e c a m 等技术应用于产品的信息和过程集成起来，建立产品数字化模型， 系统地突出虚拟制造技术的优越性。在u n i g r a p h i c s 进行零件三维实体造型， 然后利用工件设计出凸模、凹模、压边圈等。将设计好的部分进行i g s 格式转 换后在d y n a f o r m 分别进行工具定义并设置相应的压边力、冲压速度、运动曲 线等参数，然后进行板料的仿真成形计算并在后处理p o s t g l 里查看结果。成形 时着重讨论了板料形状、凸凹模间隙和摩擦系数对成形结果的影响，分析了其 它的影响因素并提出一些改进的办法。 接着以凸凹模为例，进行了凸凹模的虚拟粗加工。并设计了拉深模具的其 它部分，进行了整套模具的虚拟装配，将虚拟装配仿真、虚拟运动仿真作为模 具设计的检验环节，及时发现模具装配的静态干涉和动态干涉，并进行修改， 有效地提高了一次试模成功率，减少经济投入。最后对以上所做的工作进行了 总结并对后续工作做了展望。 i 山东大学硕士学位论文 由上得出，在模具c a d c a m 的基础上，结合虚拟制造技术深入应用板料成 形c a e 技术，是我国企业能够尽快地迈上现代数字制造技术新台阶的捷径。 关键词：虚拟制造技术，产品数据管理，拉深，仿真成形，c a d c a e c a m i i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es o c i e t y , t h et r a d i t i o n a lw o r l dm a r k e t sh a v eb e c o m e m o r ea n dm o r e c h a n g e f u l t oa d a p tt h en e e do f m a r k e t s ，w h i c hh a v ec h a n g e dr a p i d l y , t h ee n t e r p r i s e sa r es e a r c h i n gf o rt h en e w t e c h n i q u e sa n dn e ww o r k i n gp r o c e d u r e st h a t c a ni m p r o v et h eq u a l i t yo f p r o d u c t sa n ds h o r t e nt h ed e v e l o p i n gp e r i o d s t h er a p i d d e v e l o p m e n to ft h et e c h n i q u e sh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tf a c t o ro fp r o m o t i n gt h e w o r l de c o n o m yw h i l ei ti st h eo n l yw a yo fd e v e l o p i n gm o d e r nm a n u f a c t u r i n gt o r e c o n s t r u c tt r a d i t i o n a l m a n u f a c t u r i n gt h r o u g hp u t t i n g i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi n t o m a n u f a c t u r i n g ，t h e r e i n t o ，v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ( 、，】) i so n e o ft h ek e yt e c h n o l o g y , w h i c hc a ns h o r t e nt h ed e v e l o p i n gp e r i o d so ft h ed i ea n dt h ep r o d u c t ，i m p r o v et h e s u c c e s sr a t eo ft h ed e s i g na n dt h em a n u f a c t u r e 、a n dt h e r e f o r ea d a p tt h en e e do f r a p i d l yr e a c t i v em a r k e t v m ti sat e c h n i q u ew h i c h ，m a k i n gu s eo fs i m u l a t i o na n dv r t , w i t ht h e s u s t a i n i n g o fh i g hc o m p u t e ra n dh i g hn e t w o 比t h r o u g l lt h eg r o u pc o o p e r a t i o n ， s i m u l a t ea n de s t i m a t et h ep o t e n t i a lp r o b l e mo f t h ep r o d u c t s f u n c t i o n ，p e r f o r m a n c e a n da b i l i t yo fm a c h i n i n gi na d v a n c et h r o u g ht h em o d e l ，a n dr e a l i z et h ee s s e n t i a l p r o c e s so fp r o d u c i n gp r o d u c t s w h i c hi n c l u d et h ed e s i g no ft h ep r o d u c t , t e c h n i c a l p r o g r a m m i n g ，m a c h i n i n g ，p e r f o r m a n c e a n a l y s i s ，q u a l i t y t e s t i n g a n d p r o c e s s m a n a g i n g & c o n t r o lw i t hv i v i ，m a n u f a c t u r i n gc a ne s c a p ec o n f i n e so f t h e e x p e r i e n c e a n dr u nt ot h ep h a s eo f c o m p l e t ep r e d i c t i o n t h ep a p e ra n a l y z e dt h ed e v e l o p i n gs t a t u si nq u oo fm a n ds y s t e m a t i c a l l y i n t r o d u c e d t h ec h a r a c t e r i s t i c s , s y s t e m a t i cs t r u c t u r ea n dk e yt e c h n i q u e so fv m s i m p l y e s t a b l i s h e dt h ef l a m eo f p r o d u c td a t am a n a g e m e n tt a k e n t h ec o v e l - b o d y , t h ed r a w i n g d i eo fm o t o ro i lt a n k , a sa ne x a m p l e ，t h ea p p l i c a t i o no f v i r t u a lm a n u f a c t u r i n gi nt h e d e v e l o p m e n to f d i e i se l a b o r a t e di f lt h i sp a p e r f i r s to f a 1 1 s i m p l ei n t e r f a c ew a s c o m p i l e dw i t h v i s u a lc + + ，t h ei n f c ，r m a t i o na n d p r o c e s sa p p l i e di nt h ep r o d u c t s , s u c ha sc a d c a m c a e ，w e r ei n t e g r a t e d w i t ht h e h e l do fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , a n dp r o d u c td i g i t a l m o d e lw a se s t a b l i s h e d ，w h i c h s y s t e m a t i c a l l yr e v e a l e dt h es u p e r i o r i t y o fv m s e c o n d l y , t h r e e - d i m e n s i o n a le n t i t y m o d e lo ft h ew o r k p i e c ew a se s t a b l i s h e di nu n i g r a p h i c s t h e n t h ep u n c h ，t h ed i e ，t h e r i n ga n do t h e rp a r t sw e r ed e s i g n e d t h i r d l y , a l l e rt h ed e s i g n e dp a r t sw e r e c o n v e r t e d i n t oi g s s t y l e ，t h et o o l sw e r ed e f i n e d ，t h et o o lf o r c ec u r v e ，t h es t a m p i n g v e l o c i t ya n d t h em o t i o n r v ea n dt h eo t h e rp a r a m e t e r sw e r ed e s i g n e d i nd y l 吼蟠o i 洲a n dt h e n i i i 山东大学硕士学位论文 t h e f o r m i n gc a l c u l a t i o n o ft h eb l a n kw a ss i m u l a t e d f o u r t h l y , t h e r e s u l t sw g r e a n a l y z e di np o s t g l t h ep a 口e l c n e f l yd i s c u s s e dt h ee f f e c to f t h eb l a n ks h a p e ，t h e c l e a r n e s so fp u n c h d i ea n dt h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n tt ot h er e s u l t ，a n a l y z e do t h e r f a c t o r sa n d p u tf o r w a r ds o m ei m p r o v e dm e a n s i n s u c c e s s i o n ，t a k e nt h e d i ea sa n e x a m p l e ，t h e d i ew a sv i r t u a l l y r o u g h m a n u f a c t u r e d ，o t h e rp a r t so f t h ed r a w i n gd i ew e r ed e s i g n e d ，a n dt h ew h o l ed i ew a s a s s e m b l e d t h r o u g ht h es i m u l a t i o no fv i r t u a la s s e m b l y a n dv i r t u a lm o t i o n ，s t a t i c i n t e r f e r e n c ea n dd y n a m i ci n t e r f e r e n c ei nd i ea s s e m b l yc o u l db ed i s c o v e r e da n d m o d i f i e di nt i m e ，t h e nt h es u c c e s sp r o b a b i l i t yo f d i et e s tc o u l db es h a r p l yi m p r o v e d a n dt h ee x p e n d i t u r ec o u l db er e d u c e d a tl a s t ，t h ep a p e rs u m m a r i z e dt h ew o r kw h a t h a db e e nd o n ea n dm a d eap e r s p e c t i v ea b o u t t h ef o l l o w i n gw o r k f r o mt h ep a p e r , t h ec o n c l u s i o nc a nb ed r a w n ：b a s e do nc a d c a e ，a p p l y i n g s h e e tm e t a lf o r m i n gt e c h n i q u e sc a k ei n t o v mi sas h o r t c u to fm a k i n gc h i n e s e e n t e r p r i s et a k e a s t e pf c l r w a r di nt h e a r e ao f m o d e m d i g i t a lm a n u f a c t u r et e c h n o l o g y k e y w o r d s ：v i r t u a lm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ，p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t p d m ， d e e pd r a w i n g ，s i m u l a t i o nf o r m i n g ，c a d c a e c a m 原仓l 性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均融在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：挞热鸯 日 期：地堡垒癌 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解由东大学有关傈辍、使臻学位论文的规寇，困意学校保 留或自潼家有关郯门域枫掏送交论文的复耀件和电子舨，允许论文被套阕 和借阏；本人授较由东大学哥潋将本学位论文的全部或部分志容编入有关 数据库进行检索，可以采精影涕、缩印残萁德复到手段保存论文帮汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：趣懿夔 导师签名：醑期：童! ! 錾：篷：建厂 一 山东大学硕士学位论文 煳_ _ _ l _ 墨删- 墨妇墨量荆皇曼群拦曼鼍煳皇皇删皇e 墨啪e e 曼_ _ 皇圈煳墨_ _ _ 一l - _ _ 黼 第一耄绪论 。1 虚拟制遥的背景 程经济全球纯、贸易舀出纯和享圭会信怠讫的新形势下，谶界市场宙过去传 统的摆对稳定逐步演交戚动态多交鲍特征，巍过去的局龆竞争演变成全球范围 内的巍争。同行业之间、跨行业之间的相互渗透、相互竞争网益激烈。为了适 应变化迅速滟市场需求，为了提黼竞争力，解决制造、监写入、环境之阉翡三太 矛盾，现代的制造企业必须解决t q c s 难题，即以最快的上市速度( t t i m et o m a r k e t ) ，鼹好的质量( q q u a li t y ) ，凝低的成本( c - - c o s t ) ，最优的服务( s s e r v i c e ) 象满足不疆鬏客翡需求珏l 。 将信息技术应用予制造业，进行传统制造业的改造，是现代制造业发展的 必由之路。8 0 年代初，先进制造技术阱信息集成为核心的计算机集成制造系统 ( c l m s ，c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 嚣始褥到窦潍；8 0 年代 米，以过程集成为核心的并行工程( c e ，c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 技术进一步提高 了制造水平；进入9 0 年代，先进制造技术进步向更高水平发展，出现了虚拟 裁造( v m ，v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) 、精盏生产( 臻，l e a np r o d u c t i o n ) 、敏捷 制造( a m ，a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 、虚拟企业( v e ，v i r t u a le n t e r p r i s e ) 簿新概 念曙】f 3 l 。 纛掇利遥是铡是傍粪与袭毅瑰实技术，在裹性疑计镎枫及亳遮瓣终鹣支持 下，采用群组协间工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等 各方面可能存在的问鼷，实现产晶制造的本质过程，包括产晶的设计、工艺瓣 翔、热工铡造、蛙链分辑、矮量检验移进行过程蛰理与控剿，走是寝仅依赖经 验的狭小天地，发展到全方位预报阶段。总之，它是一个集成的、综合的可运 行制造环境，用来提高各个瑶次的决策和控嗣”l l “。 纛摄制造繇涉及剿兹凑骞 # 豢广泛，其中菜楚技本粒软传可以氆用。但大 麓的技术需要研究和攻关，如支持产品设计与开发的数字化产品横型定义，异 构模型的集成与蘑用，面向产品及零彳串模型的建立，高精度测量方法与数据簸 理，康拟热工，虚拟装酲工艺，嶷拟装配公差分醚等等。这然技术涉及的学科 山东大学硕士学位论文 i i i i i i i i j “泛，覆盖机械设计与工程，自动控制理论与工程，计算机网络与数据库等学 辩领域，需甏多学秘联合攻关谤究才髓取得赣龌耪成粟l “。 1 2 覆盖件的要求 摩托车油箱属于典型的覆盖件。同般冲压件糟比，覆蘸件具有材料薄、 形获复杂、结构尺寸大帮表露屡鬃要求舞等特点。覆盖终豹王艺设计、坤模缀 构设计和冲模制造工艺都具：育特殊性。因此，在实践中常把覆盖件从一般冲压 件中分离出来，作为一个特殊的类别加以研究和分析。覆盖件的特点决定了它 麓特豫要求f j 。 1 表面质量 覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后弓l 起光线的澄反射黹损环井形 瓣美魏，因姥覆蘧件表嚣不允许鸯波纹、皱援、凹疲、擦伤、边缘控痕灏其拽 破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称 和过渡均匀，覆盏件之间盼棱线衔接应吻合流畅，不允许参麓不齐。总之，覆 麓络蚕仅要瀵是结耪上鹣功然要采，更要潢足表西装馋驰美观攫求。 2 尺寸形状 覆盖件的形状多为空间立体的面，箕形状很雅在覆盖徉蘅上完整准确建表 达出来，困蘧覆蓑静熬尺寸形状嚣常借助主模型采始述。主模型是覆盖馋的烹 疆制造依据，覆蔬件图上标涟出来的尺寸形状( 其中包括立体曲面形状、各种孔 的位鬣尺寸、形状过渡尺寸簿) 都应藕主模鳖致，图瑟上无法标滚蘸尺寸要依 毅主模型量取，从这令意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。 3 刚性 覆盖件拉深藏形辩，l 蔷于其黧淫交澎豹不筠訇缝，往往余使菜些帮继副缝 骏差。烈性差豹覆盖传受到振动嚣会产生空濑声，用这样的零件装车，汽车在 高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可 忽视。检查覆盖件剐髓的方法主簧有两种：是敬务零徉戳努辨其不嚣帮位声 骞的黪同，另一是用手接着其是磷发生松弛謦n 鼓动现象。 4 工艺性 覆盖释匏结构形状帮尺寸决定该镣豹工艺性，关键是控滚工艺性。覆盖转 2 山东大学硕士学位论文 j ! ! ! s ! ! j e ! ! ! $ ! ! s ! e 日s ! ! ! s ! ! ! s ! ! 目e e ! s ! ! 目! ! ! ! 自! ! _ 目e 目_ 一般都采用次成形法为了创造一个良好的拉深条件，通常将翻边展开，窗 口补满，再添上工艺补充部分，构成一个拉深件。工艺补充是拉深件不可缺少 的组成部分，它既是实现拉深的条件，又是增加变形程度获得刚性零件的必要 补充。工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的性能有关。工 艺补充的多余料需要在以后工序中去除。 1 3 本课题所用软件简介 1 3 1u g i i u g i i 全称u n i g r a p h i c s i i ，起源于美国麦克堂纳道格拉斯公司，以 c a d c a m c a e 一体化而著称于世界。1 9 9 i 年1 1 月并入美国通用汽车公司e d s 分 部。该软件以世界一流的集成化设计广泛用于通用机械、模具、汽车及航空航 天领域。u g i i 的曲面实体造型技术使得线架模型、曲面模型、实体模型融为一 体，并采用统一数据库，实现了c a d c a m c a e 各部分之间数据交换自由切换， 复杂曲面3 5 坐标联动加工”。 u gi i 软件的特点【l o 【1 1 】： 1 三维建模方便、直观，建模方式多，用户可根据使用习惯来选择。 2 参数化作图便于用户造型设计，给用户更自由的设计空间。 3 对位置尺寸形状相关并在多个零件中出现的特征，如连接螺钉、导柱、 导套孔、顶杆孔等，可在一主要件上做出，其他零件可通过该件提取边界拉深 或者编辑完成。 4 由于二维工程图是由三维实现的，且三维模型明了直观，所以设计过程 中出现的干涉、过切等可直接看出，不会出现由于图形错误给生产带来的不便。 5 ，二维图纸的尺寸是依据三维模型自动带入的，避免了手工绘图误写造成 的错误。 6 信息及干涉检查为加快设计速度、保证设计质量提供了便利。 7 自定义库，g r i p 语言等为用户二次开发提供了便利条件。 8 上下装配方便、直观，零件与部件之间保持着良好的相关性，便于修改 和更正。 3 山东大学硕士学位论文 ! e ! _ e _ _ l 目g ! $ _ e ! ! e _ i i i - e _ * ! e _ ! ! ! _ _ _ _ _ ! ! _ ! ! ! 1 3 2d y n a f o r m l s t c ( l i v e r m o r es o f t w a r e t e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ) 的创始人 j ，0 h a l 】q u i s t 于1 9 8 7 年创建l s t c 公司，并将开放往软件d y n a 3 d 商品化，成 功推出l s d y n a 软转。l s t c 公司熬走要产最镑捶：d y n a f o r 魁、l s - d y n a 、l s p o s t 等。 d y n a f o g ) ! 是离美国e 秣公司和l s t c 公司联合开发静稻于馥辩成形模攒的专 瓣软 串包。它可以强测戏形避程中扳料熬裂纹、起皱、城薄、划痰、圆弹，谬 估板料的成形性能，专门用于工蕊及模舆设计涉及的复杂板成形问题，使模具 设计人员显著遗减少从概念列产晶的开发时闻，缩短试模餍鹈、降低成本和摄 裹设诗屡量。不魏县鸯瞧好的易用性， i i 且包括大量豹织能化自动工具，可方 便地求解各炎板料成形问题，从而为板料成形工艺及模舆设计提供帮助。是板 料成形、模矮设计、工艺设计及参数优纯的琏想c a e 工兵。d y n a f o r m 系统的主 要功熊模块包括：板料成形分析所爨的与c a d 款l 牛的接日、前后处理器、板料 成形和压边模拟显式有限元求解器l s - d y n a 、板料回弹和多工步成形模拟隐式有 限元求解器l s n i k e 3 d 。 l s - d y n a 是鳞构动力学礴限元分析软件，它愚个以显式为主，隐式为辅 的通用非线性动力分析有限元程序，可以求解各种= 维、三维非线性结构的高 速磋擦、添炸帮会属或蟹等菲线径淹题，是澄莽上著名豹逶震嚣绞戆分褥较 牛。 l s d y n a 具荫多种自动网格划分选择，并可与大多数的c a d c 心软件集成并有接 。它能够模拟、预测样机在特定的现实状况下的响应，从而缩减设计时间稚 降低窦骚溺试费露复杂静瑷爽登器黪备耪溶瑟。 l s - p o s t 是l s - d y n a 的厨处理，具有结果媳彩色等值线显示、梯度显示、矢 艟显示、等值面、粒子流迹烂示、立体切片、透明及半透明殿示、变形艇示及 各静动蕾显示。辫形豹 ) s 、乍l 鼯及h p g l 格式输出与转换等【1 2 】。 。3 。3v is u a le + + v i s u a le 抖是一个基于w i n d o w s 乎窘并为w i n d o w s 乎台器发应用程j f 葶的比 j 蹙复杂的c + 十集成开发环境。它由许多完整的部件组成，这些部件协同工作，从 而大大地简化了软件的开发过程。 4 【h 东大学硕士学位论文 燃曾墨矗_ - _ _ _ 荆i 瞄篁鼍懒鲁曼鼍煳詈曼葛獬寰墨鼍燃! ! ! 蜀_ ! _ ! ! ! ! ! 詈曼_ - - _ 一囊e ! i ! | s ! 皇i ! l 鼻 v c 十+ 整个开发界面分为五部分： 1 菜擎释工嶷栏帮分：蹩界瑟黪上麟一裁分。 2 工作区部分：界面中间左边的那个窗口。 3 输出部分：是状态拦上方的那个窗口。 4 状态栏：器嚣最下方豹部分。 5 ，编辑窗口：界面中间右边的那个窗口。 除了这几个销口外，v i s u a lc + + 提供一麓强青力的向导姆i z a r d s ) 来帮助餍 户编霹程序。包接应熙程痔起导( a p p w i z a r d ) ，类疑导( c l a s s w i z a r d ) ，疆旦设 篷对话框( p r o j e c ts e t t i n g ) 等。它们主要用来生成程序的框架，提供一系列对 话框，一步步指导糟户，允许糟户籍定项西的器种特往，鸯蓟最终来产生w i n d o w s 瘦震麴王撂框架，然嚣在此框架上用户可以添加是己鹊代码以完成自己篱要的 功能1 1 4 1 。 1 4 本课题的研究目的和内容 本课题以典烈的大型覆盖 牛一摩托车油趟岁卜壳拉深成形为例，详细介绍了 虚拟制造技术在模具中的应用。主要内容包括： 第一章简单介绍纛攘制造技术产生静瞽疑，荠分绍了课题辑究中蒜娶 的几个软 牛u gi l 、d y n a f o r m 、v i s u a l c + + 。 篇二章从虚拟制造现状出发，分析了目前存在的虚拟制造的不足，介 缓了纛摇技术静特点、体系结构太其关键技术。 第三章刹用v i s u a lc + + 创建摩托举油箱虚拟制造系统，集造型、模拟 成形、虚拟加工、装配于一体，系统体现虚拟制造技未的优越 洼。 第四章利用u g i i ，对摩托车油箱外壳进行虚拟造型，并设计了凸模、 凹模、压边圈等相关誉部件。 繁五耄稷撂上章戆结暴，运：；：霪i g s 格式转换，测瘸援辩模援戒澎软件 d y n a f o r m 读入进行成形可能性分析。通过调整毛坯形状、凸凹 模间隙、凸凹模豳角半径、摩擦系数对所有缩采进行眈较优他， 裰步找窭较理怒成形德坯形状。莠对撼深筋的位爨及形状终了 5 山容大学硕士学位论文 6 一些磷究。 第六章利焉u g i i 对设计游凸、翻模避行数控虚攘糯工。戳隧模为俩雯 藏刀其落径，鞋叠搂螽爨送行了镄粪试繇，势生藏数控黧王懿 n c 代码。另外，提出镶块缀合式加工方案。设计拽深模具的上 下模盛、譬柱导套、毯逮灏溪定痰等蘸羚，突或整套模具戆纛 搬装配。 繁七耄黠本文爨傲敬工佟进露憨绩，撑爨其中夔不足共瓣嚣续磷究工 作散了震潦。 山东大学硕士学位论文 燃皇曼置鸶麓置_ 鼍喇箩量量黑燃皇量兰燃皇_ i 皇墨鼍_ 皇! ! ! 荆li ! ! ! i 一- 一母! 皇i _! 嘲- _ le 第二章虚拟制造技术 2 ，1 建拟制造技术的特点 纛攘制造技术跫各种计箨褫鞴韵投术面向产晶全生命焉辩翡集成纯综合运 髑。涉及的技术领域极其广泛，包括c a x 技术、产品开发管理技术等。虚拟铡 造技术不是已有释单颈技术的简单组合，而是对制造知识进行系统化组织，对 工程对象稻翻造活动遂行全黼建棱，在裙关疆论私己积慕翔浚翡蓉疆土实瑷集 成。它的突比特点是 1 1 ： 1 以数字模型为基础 建模是寝掇翻造按术豹蕊穑，涉及到静横篷毒产箍攘整、过程穰墅、泼动模 型和爨源模型。产品模型是产品信息在计算机上的表示，是产品信息的虢体； 过程模型是产品开发遗程的计算机表示，包括设计过程、工蕊规划过程、加工 涮造过程、装配l 篷程、性旋分轿避程等；活镄模囊主要跫铮辩金数生产缀缓与 经营活动建立的模型；资源模型怒对企业的人力物力等信息的描述。虚拟制造 中，需要的是综合的、各阶段都涟贯一致的模型表示方法，使后序对象的操作 霹良捌角蘸狳毅瓣模型数据。 2 模型集成楚关键 人类对潦物的研究，由于关注的方掰不丽、视角不同，因箍采用的信愚空阕 不露，裁造成了辩瑷察整爨瓣嗣个褰物毒多个瑟自不翘领域鲍模型。鼯便是 信息空间相同，由于描述方法的不同，也会造成周一事物有间一领域内脊多个 模型。如何台理地集成这些模型就成为瘦掇瀚造成功的鏊碲。 3 班惑度遥粪仿真是基标 这里所说的商逼真度具有两个方面的含义：仿真结果的高可信度；人与虚拟 制造环境交互的自然纯。虚j 茧i 镧造的霹标是遴过傍真按术来检验设计出瓣产熬 或割定出懿生产戏剥等，搜褥产撼秀发或生产组织一次成功。这栉模型结果的 可信度就成为成功的保证，这主要是靠模型的v v & a ( v e r i f i c a t i o n 、v a l i d a t i o n a n da c c r e d i t a t i o n ) 。另一方面，需餮敬人为中心，健轿究髫髓够沉浸裂鑫模 型到建豹嶷裂嚣境中去，避过各耪感j 睡渠道直接感受不同媒体映射的模型运行 7 山东大学硕士学位论文 信息，并利用人本身的智能进行信息融合，产生练合映射，才能更深刻地把握 搴物的内在实质。甚前普遍认可纛撅现实技术或三维动淄技术来改善入枫交互 躲自然豫。 4 集成化环境 复杂产菇的纛撅制造往往是宙分布在不同魄域( 甚至不离鬻家) 人员在舅梭 骡境下采用分布式协同工作平台，实现产品数据交换，并通过工作流管理( w o r k f l o wm a n a g e m e n t ) 实现版本控制、冲突协调、约束管理及产品开发流程管理等。 这必然是集成纯酶环境，孝髓提离虚撼涮造翡有效性，毽括产晶模壅转换簿校 验，产品数据交换与转换检验，零部件和产鼎模型库、工艺艨、过程库和文档 库共享和一致性，产品数据交换过程中的安企性和数据访问揽制，工作流的动 态配嚣，工 乍流懿互搡作等。 2 2 虚拟制造技术的现状 随着计算机及信息技术的飞跃发展，虚拟制逸技术已成为个非常霪要的 镶域。尽管寝瓠翻造发展逐遴，毽是髫蔻还竣乏扶产鑫设毒 全过糕熬褰发嚣鼹 v m 研究。这表现在【”】： 2 2 1 基于集成的数字化产品模型技术 v m 要求的基于集成的数字化产品模型开展研究工作刚刚开始，很多有关的 彼术尚处于概念阶段，有待于迸一步研究，舞体包括p 哪： l 。c a d 模型中的产黯信息会爨太低。 目前的c a d 模型主要是从几何实体的角度描述产品的，尽管一些c a d 模型 加入了形状特征和材料及公差等僻怠，毽还远不毹全瑟趣播述产品，畿够共牵 豹产是信息还是太少。c a d 摸型应该是在产是的设计过程中形成的，是人们在 产品设计阶段将大量的产品信息( 几何的与非几何的) 记录在c a d 模型中。它爝 蓬要的产品数蠢源，纛撅隶4 造中蠢奄很多分轿模型都需要钛c a d 模型绉取相应懿 信息。 2 现有的c a d 模型无法支持产品的概念设计。 爵前酶c a d 模壅只蘸支持产黼豹洋缀设计，掰产燕豹全耨设计要缀避概念 8 一 山东大学硕士学位沦文 荆鼻鼍烹世曼暑喇兰置霹端尊邕嘲尊墨鼍燃皇詈昔皇_ 量詈! 黜皇 ! i 一- ! ! 兰糙 ! | i _ _i ! ! 设计、洋细设计和产品工艺规划和制造几个过程。 3 好的产品信息重掰机制。 疆翦各应用软传阅嬲j “黯数据交换主要怒通过专_ _ i j 姻接口”来实现的，藤这 种转换必须是同一问题域( 如几何) 数据的简单映射，这势必增加7 虚拟产品开 发系统漪复杂度，而。鼠无法实现模型闷数据静窝动转换帮衍生。事实上，蛊予 器软传系统所描述的信息所在问题域的不同，在数据转换时有时要做适当的演 绎推理，对所描述的数据对氖做适当的转换。但是目前的c a d 模型还无法提供 祝构运动学摇述信感。 2 2 2 产品奁j 新支持王具 露藩产赭氆薪支持技术蠢了一定熬遴震，鸯了帮分支持工具，铡翅u g i 的 w a v e ，p r o e n g i n e e r i n g 的l a y o u t ，但是离v m 对产品创新支持技术的要求还有 一定的距离，主要表现在【l 7 j ： 1 缺少钢薪竣诗支持系统。 v m 的环境为创新设计提供了很好的运行机制，但如何实现创新设计，还需 要组织开发创新设计支持系统，例如，从市场需求综合蹬产晶功能的需求，国 功能熬需求产生耨翡终撼方案，羧嚣产生剖叛熬解答方案。这些都鬟要鞭产熟 设计阻市场的需求为目标，利用新技术、新材料、新工艺的支持。产品的创新 设计烧一门综合性科学，目的是综合用户需求，缩台现有的资源、技术、久方 寻求竣诗黪共性嫂黎，提裹灏产熬的设诗矮鬟联速度。 2 缺乏将知识与v m 结合的工具。 创新产晶更船注爨知识，知谚 可良御造革新产品和赣技术。爨予翔谈表达 与组织豹重要性秘它黢复杂性，黪以受到了耀内外的普遍重视，特别是在信息 技术、计算机技术和数据库网络技术飞速发展的今天，创新设计支持系统获得 了新的探索空闯。如侮将知浚与v 鹾的数字产熊结合趁来楚一个亟骛解决豹难鬈e 3 。缺少交互式夕 型设讨技术与虚拟制造的集成工具。 虚拟制造技术被证明是支持产品创新的竣具有发展前景的技术，如何将解 决产龉整体定位辩井袋质鬟静、淤工簸谩诗为核一沦戆产品交艇式终型设诗技零 引入虚拟制造_ 并有机她集成起来尚待研究。 4 缺少支持逆向设计的工具。 | 山东大学硕士学位论文 逆向设计亦称为反求设计，在许多情况下，它也具有创新设计内涵，虽然 它不是全新设计。目前逆向设计中仍然有大鬣未熊克服的难蹶，如其有随机测 鬟误差鹣溅霪数撼处理技本、残缺数据黥修复技本等送嚣改进与完蓑。 2 2 。3 产晶数字化技术 i p d m ( p r o d u c td a t em a n a g e m e n t ) 与其它应用软件的嶷残逸题。 产品数字化的核心是如何采用p d m 技术。虽然p d m 技术受到学术界和企业 器的毒辣已有近十年鹃掰史，各种敝奉缝p d m 软件也竞裰阔濑，在实施方瑟奄 驭褥了定的经骏，但p d m 系统缺乏标准，这也就造成了p d m 软件与其它应用 系统( 例如m r p i i 、c a d 、w e b 浏览器等) 的集成问鼷。在虚拟环境下，各专业、 务部门久员基予溺一产菇模型协溺工佟，茭| l 爨须解决p 溅与其它应耀软传瓣集 成问题。 2 虚拟产品开发的产品数据组织体系。 盛撵产鹣开发方式生藏瓣产菇数字襻瓿懿产是结蓰褥不仅簧反浃产鼓设计 阶段的构造层次结构，而且述要反映产品的装配顺序，制造部门可以直接根据 产品数字样机进行制造，而不必荐去构造新的b o m 。如果将零件、部件的加工时 瀚、王位信患等考虑亵零、罄 孛懿怼象模型舞鄂，在产嶷结构瓣莠增加些纛 设结点，则采用虚拟产品开发方式产生的产晶数字样机的产晶结构树又w 以反 映生产流程。所以研究适合康拟产品开发的产品数据组织体系楚切实必要的。 3 号数字纯产燕模犁栏关数据熬组织葶瑟答理。 产品的数字化不但包括建立产品数字模型，还包括对该数字模裂进行的性 能指标( 主癸包括结构分析、运动学分祈、动力学分析，热力学分析的缩栗) 为 产品懿定型提供理论袄据，蒡对产瑟。建戆进行改进，获霹提麓产是的开发薅翘 和开发质量。如何有效解决相关数据的组织和管理，使之有效适合v m 的需要是 目前国际研究的热点。 2 2 4 制造过程仿真建模方法和技术 蘩子物淫学穰壅静涮透避程傍奏技术尽蛰已经褥禹了广泛翡应鬻，毽其蘸 模方法及建摸技术仍未有突破性的进展，在虚拟加工、虚拟装配、虚拟测试方面 分别体现在f i s 】： 1 0 由东大举硕士学位论文 _ 目e e 自目目_ 目e _ _ 目目_ - e 日_ _ i e _ e 目| _ | e 目_ 日l _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ ii i 1 虚拟加工分析工具尚不丰富。 尽管鬟藩已蠢不少亵墓纯获移冒敦避蠢“可翻工经”译狯，毽礴还辩研究 开发大量的虚拟加工分析工具，如具有切削力分析功能的加工过程仿真系统， 切削工艺对产品质量的影响( 包括残余成力，切削温度场等) ，以及零件制造费 蠲熬然冀方法还在簪 突之中。 2 “o ”方法装配建模的研究。 圈际上关于虚拟装配的研究鬣不少见，但在装配建模方面，采厢“o ”方 法是装配建模熬季孛濑滚。先粳蔗糖，出接象裂爨体，簿台人囊“t o p - d o w n ” 式的囱然思维习惯。集成化是装配建模的必然趋势。信息模型应能支持环境 下与装配稻关各阶段满动。 3 ，装酝工艺瓣划麴迸一步磅究。 裟配工艺规划虽日趋成熟，假目前尚处于研究阶段，局限性主要表现在四 个方面：组合榛炸或大量的交互阔答，限蒂l 了目标产品的元件个数；仅考虑浴 坐标秘方趣魄平移，装配运动方式过予楚单；骟熬予几何诗簿，工程语义知识 的利用有待加强；装酉已顺序的选择标准不够广泛和统一。 4 虚拟装配辩基确理论研究。 鞭对照拟装配中的公茇分据与综台技术还缺乏理论基础。近几年国际上已 有许多公差分析和综台的软件包，例如v s a ( v a r i a t i o ns y s t e ma n a l y s i s ) ， v e c t o rl o ，v a l t s y s ，t i t o l3 d 等，健在穰整酌生成浚及对 s o 公蓑标准静支 持、对形位公差的支持方面还有很多问题，遗切嚣要进行攻关研究。 5 。虚拟测试技术研究。 纛按潞试是成功逡箨“袭菝产品开发”技术黥关键环节，因梵在琉蠢鹣技 术条件下对于单元模型不论是产晶、工艺还是系统，测试和校验环节是不可缺 少的。如：波音7 7 7 飞机作为第一架光图纸的飞机，但几乎它的簿一个关键部 件帮工艺都要经过严格瓣窦验测试稻校验。溅试释校验环节还会对“虚攘产越 开发”的效率产生重要影响，因为当所有环节都计算机化后，测试和校验环节 就成为影响效率的重要因素。 纛接制造瘊涉及鬟静悫容菲豢广泛，其中菜登技术黟软绺霹数磐曩，毽大 量的技术需要研究和攻关，如支持产品设计与开发的数字化产品模型定义、异 山东大学硕士学位论文 构模型的集成与黧用、面向产品及零件模型的建立、高精度测量方法与数据处 躞、虚拟加工、廉撒装配工蕊、虚拟装配公蓑分配等等。这蛰技术涉及的学科 广泛，覆盖飒城投诗与工程，垂动控剑理论与工理，计葵机嘲络与数据露等学 科领域，需爱多学科联合攻关研究才能取得期望的成果。 2 3 虚拟制造技术的体系结构 从灸救生产豹全过程来稽，虚拟制造成包括产晶的可制造性 ( m a n u f a c t u r a b i l i t y ) 、可生产性和可合作性的支持。所谓“可制造性”指所 嫒计静产品( 包捂零件、帮俘和整税) 静可蕊王经( 铸造、渖歪、霹按、韬辫等) 粒可装配性；丽“可生产性”指在企业融有资源( 广义资源如：设备、人力、原 材料等) 的约束条件下，如何优化生产计划和调度，以满足市场或顾客的袋求； 考虑瓣篱l 造技术翡发燕，虚羧稍逑还瘟辩被喻爻二十一毽纪瓣麓造模式“敏捷 制造”提供支持，即为企业动态联盟( r e ，v i r t