(高清版)GB∕T 39334.1-2020 机械产品制造过程数字化仿真 第1部分：通 用要求

J04中华人民共和国国家标准机械产品制造过程数字化仿真国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会Ⅰ前言 2规范性引用文件 3术语和定义、缩略语 5一般要求 6基本流程 7详细要求 7.1仿真方案制定 7.2仿真模型构建 7.3仿真运行分析 7.4结果评价与优化 8数据管理要求 GB/T39334《机械产品制造过程数字化仿真》分为5个部分：—第2部分：生产线规划和布局仿真要求；—第3部分：装配车间物流仿真要求；—第4部分：数控加工过程仿真要求；—第5部分：典型工艺仿真要求。本部分为GB/T39334的第1部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由全国技术产品文件标准化技术委员会(SAC/TC146)提出并归口。本部分起草单位：中国电子科技集团公司第三十八研究所、中机生产力促进中心、中车株洲电力机车有限公司、徐工集团工程机械股份有限公司、上汽通用五菱汽车股份有限公司、南京骐骏软件有限公司、中国航发西安动力控制科技有限公司、上海数设科技有限公司、深圳市格林晟科技有限公司。汪洪敏。Ⅲ1机械产品制造过程数字化仿真GB/T39334的本部分规定了机械产品制造过程数字化仿真的分类、一般要求、基本流程、详细要求和数据管理要求。本部分适用于与机械产品制造过程数字化仿真有关的应用、开发、服务和研究。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T4863—2008机械制造工艺基本术语GB/T16722.1—2008技术产品文件计算机辅助技术信息处理安全性要求GB/T16722.2—2008技术产品文件计算机辅助技术信息处理原始文件GB/T16722.3—2008技术产品文件计算机辅助技术信息处理产品设计过程中的状态GB/T16722.4—2008技术产品文件计算机辅助技术信息处理文件管理与检索系统GB/T机械产品三维建模通用规则GB/T机械产品三维建模通用规则GB/T机械产品三维建模通用规则GB/T26101—2010机械产品虚拟装配通用技术要求GB/T33582—2017机械产品结构有限元力学分析通用规则3术语和定义、缩略语GB/T4863—2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。制造过程仿真利用建模技术建立与物理过程或环境相似的虚拟生产制造过程和（或）环境，并使用虚拟现实等数字化手段对该过程和（或）环境进行仿真分析、评估和优化的活动。数控加工工艺仿真在虚拟环境下，通过使用虚拟现实等数字化手段对数控加工过程进行模拟来验证NC程序的正确性和合理性、分析和预测加工过程中各物理量（切削力、切削热、振动等）的变化对加工精度、表面加工质量和加工效率的影响的活动。注：数控加工工艺仿真一般包括数控加工几何仿真和数控加工物理仿真。2数控加工几何仿真在虚拟环境下，通过对工件定位、装夹，工件加工过程，刀位轨迹，机床、夹具、刀具、工件的综合运动过程进行模拟，以对加工工艺参数（切削量、进给量、转速等）、工序工步设置、工件装夹的合理性，零件的过切与欠切，刀位轨迹的有效性，加工过程中是否发生碰撞或干涉、加工精度等进行验证的活动。数控加工物理仿真在虚拟环境下，通过建立数控加工过程的物理学模型，利用有限元分析等手段来预测加工过程中的切削力、切削温度、振动、切屑形成、工件表面质量、刀具磨损等问题，并通过对切削加工过程的研究和工艺参数的控制，达到优化切削加工过程的活动。装配过程规划对产品中各装配单元的顺序、装配路径进行分析和计算，并检查、分析和处理虚拟装配过程中出现的干涉、碰撞及人机工效等问题，最终获得合理的、可指导实际装配过程的装配顺序和装配路径。注：改写GB/T26101—2010,定义3.8。装配过程仿真在虚拟环境下，对产品的装配过程规划进行模拟的过程。注：改写GB/T26101—2010,定义3.11。布局仿真在虚拟环境下，对设备、工装等各类制造资源及操作者在车间内的位置进行模拟、评价和优化的活动。物流仿真在虚拟环境下，对物流系统进行建模、规划、模拟、评估和优化的活动。在虚拟环境下，对物流系统进行建模、规划、模拟、评估和优化的活动。工序模型反映车间制造过程所产生的中间在制品模型。注：工序模型通常包括机加工工序模型、装配工序模型等。环境模型进行制造过程建模与仿真所需要的相关环境的模型。注：环境模型通常包括厂房模型、工作台模型、货架模型、AGV小车模型等。设备模型完成制造过程的主要生产装置模型。注：设备模型通常包括各种机床模型、检测设备模型。工装模型完成制造过程所需的各种工具模型。注：工装模型通常包括刀具模型、夹具模型、量具模型、工位器具模型等。3虚拟操作者模型参与制造过程的人的虚拟人整体或局部模型。注1：虚拟操作者模型通常包括虚拟人模型、虚拟手模型等。注2：改写GB/T26101—2010,定义3.7。下列缩略语适用于本文件。自动导引小车(工程物料清单(事件驱动过程链(图形评审技术(集成计算器辅助制造(数控加工(工艺物料清单(产品数据管理(机械产品制造过程数字化仿真一般包括以下两种：a)工艺仿真工艺仿真一般可按照专业类型划分，包括机加工工艺仿真、装配工艺仿真、焊接工艺仿真、钣金工艺仿真、铸造工艺仿真、锻压工艺仿真、增材制造工艺仿真等。其中，机加工工艺仿真包括数控加工工艺仿真和非数控加工工艺仿真，见图1a)。b)制造系统仿真制造系统仿真按仿真目的，可分为布局仿真、物流仿真、调度仿真、人机工程仿真、控制系统仿真等。按仿真对象，可分为工厂规划与仿真、车间规划与仿真、生产线规划与仿真、制造单元规划与仿真，见图1b)。其中，制造单元规划与仿真包括数控车床仿真、数控铣床仿真、加工中心仿真、机器人仿真、虚拟操作者仿真等。工艺仿真图1机械产品制造过程数字化仿真分类45一般要求机械产品制造过程数字化仿真应符合以下要求：a)应对仿真模型和仿真结果的正确性进行验证，确保真实反映被仿真对象的实际情况；b)仿真过程应由工艺数据或生产数据驱动，仿真模型和仿真结果应能根据输入数据动态更新；c)仿真效率应能满足工程实际需要。6基本流程机械产品制造过程数字化仿真通常包括仿真方案制定、仿真模型构建、仿真运行分析、结果评价与优化4个阶段（见图2),具体如下：a)仿真方案制定。根据产品的仿真目标、生产纲领、产品及工艺信息，利用制造过程建模与仿真平台中的过程建模工具，在过程建模方法、过程建模标准规范、仿真资源库的支持下，开展制造过程规划，形成仿真方案。b)仿真模型构建。根据仿真方案，在三维建模、虚拟装配、模型简化与轻量化标准规范，以及仿真模型库的支持下，将环境模型、设备模型、工装模型、虚拟操作者模型等引入仿真环境，构建仿真模型，或者构建仿真的有限元模型。c)仿真运行分析。通过数据采集，获得仿真运行的输入数据，依据仿真方案，在仿真算法支持下，编制仿真程序，通过输入数据来驱动仿真模型运行，输出仿真结果，并根据仿真结果对仿真方案和仿真模型进行调整。5d)结果评价与优化。根据仿真目标，制定仿真的评价目标和指标，根据评价算法，对仿真结果做出定性或定量评价，并根据评价结果对仿真方案、仿真模型、仿真运行分析进行优化。图2机械产品制造过程数字化仿真基本流程7详细要求7.1仿真方案制定机械产品制造过程仿真方案制定通常包括：a)工艺过程规划。具体工作内容包括：●机加工工艺过程规划。制定零件的加工工艺路线，确定每道工序所需要的设备、工装等制造资源信息。●装配工艺过程规划。对EBOM结构进行调整，形成PBOM,制定产品或零部件的装配工艺路线，确定每道工序所要装配的零部件，以及每道工序所需要的装配设备、工具、辅料等信息。通常包括装配顺序规划和装配路径规划以及装配过程仿真分析，其过程应考虑装配工艺性、可装配性、人机工效等，并按照预先定义好的装配层级分层逐级、自底向上的产品进行装配过程规划分析。●钣金工艺过程规划。制定零件的钣金工艺路线，确定每道工序所需要的设备、工装等制造资源信息，以及折弯力、折弯角等工艺参数信息。●焊接工艺过程规划。制定产品或零部件的焊接工艺路线，确定每道工序所需要的焊接设备、辅料等制造资源信息，以及焊接电流、焊接电压、焊接速度等工艺参数信息。●铸造工艺过程规划。制定零件的铸造工艺方案，确定仿真内容、浇筑材料及砂型选用，以及浇筑温度、充型时间等工艺参数。6●锻压工艺过程规划。制定零件的锻压工艺方案，确定锻压模具，以及坯料温度、成形速度、摩擦系数等工艺参数。●增材制造工艺过程规划。制定增材制造工艺方案，包括前处理、成型、后处理，确定增材制造工艺参数。b)制造系统规划。具体工作内容包括：●布局规划。以工位为最小单位进行设施单元的位置摆放，通过充分利用现有的系统资源，尽可能的减少生产过程中的间接成本。布局规划按照粒度大小分为工厂布局、车间布局、生产线布局和制造单元布局等。●物流系统规划。企业的原材料采购、进货运输与厂内配送、物料等在生产节点之间的流动、在制品的存储与分销等业务活动和涉及的仓库、车辆等物流基础设施和设备资源进行整合，对一体化物流系统进行计划、执行和控制等管理活动有效的方法、措施和技术等的集成优化。机械产品制造过程仿真规划的常用建模方法主要有：a)流程图，如实体流程图、GERT图、角色活动图等；方法；c)事件驱动过程链(EPC)方法；网及其扩展方法如赋时着色随机网等e)面向对象方法。7.2仿真模型构建机械产品制造过程数字化仿真模型包括：a)工艺仿真模型●机加工工艺模型，包括机床模型、夹具模型、刀具模型、工件模型和工序模型等；●装配工艺模型，包括产品或零部件模型、环境模型、设备模型、工装模型、虚拟操作者模型等；●钣金工艺模型，包括数控折弯机模型、上下模模型、钣金各状态工序模型等；●焊接工艺模型，包括焊接设备模型、工件模型、焊接辅料模型等；●铸造工艺模型，包括模样、芯盒和上下砂型、型芯等的三维模型，以及对铸造工艺进行仿真的有限元模型；●锻压工艺模型，包括锻压设备模型、锻压模具模型、锻压件各状态工序模型，以及对锻压工艺进行仿真的有限元模型；●增材制造工艺模型，包括增材制造设备模型、工件各状态工序模型和对增材制造过程进行 仿真的有限元模型。b)制造系统仿真模型●布局仿真模型，包括产品或零部件模型、工序模型、环境模型、设备模型、工装模型、虚拟操作者模型等；●物流仿真模型，包括车间布局模型、工艺规划模型、逻辑控制模型等。机械产品制造过程数字化仿真模型的构建应满足以下要求：7a)制造过程仿真模型应完整、无冗余；b)制造过程数字化仿真模型的建模环境设置、模型比例、坐标系的定义与使用、模型的命名应符合GB/T26099.1—2010的规定；c)零件模型的构建应符合GB/T26099.2—2010的规定；d)装配模型的构建应符合GB/T26099.3—2010的规定；e)为提高仿真效率，在保证仿真精度的前提下，装配工艺仿真、布局仿真、物流仿真应采用轻量化模型或简化模型；f)设备模型、工装模型、虚拟操作者模型应按实际模型构建完整的装配约束关系，装配约束的构建应符合GB/T26099.3—2010中第7章的规定；g)为保证切削加工的仿真精度，机加工工艺仿真宜采用原始CAD模型进行仿真，当采用近似仿真方法时，应确保仿真精度能满足要求；h)机加工工艺模型应能反映工件的装夹、定位方式及位置，其工序模型应能正确表达本道工序加工完成后的状态；i)装配工艺模型应能反映零部件的装配顺序，其工序模型应能反映零部件装配的中间状态；j)钣金工艺模型应能反映钣金成型各工序的状态；k)焊接工艺模型应能反映焊接顺序、坡口的形状和焊缝特征；l)铸造工艺有限元模型的构建应符合GB/T33582—2017的规定；m)锻压工艺有限元模型的构建应符合GB/T33582—2017的规定；n)增材制造工艺有限元模型的构建应符合GB/T33582—2017的规定；o)制造系统仿真中的环境模型、设备模型、工装模型应与车间实际物理对象一致，不应存在信息p)生产线布局应综合考虑待布置区域形状、产品的种类和批量、生产效率、成本等因素，常用的生产线布局形式有单行布局、多行布局、U型布局、半圆型布局、环形布局、网状布局。7.3仿真运行分析机械产品制造过程数字化仿真内容一般包括：a)工艺仿真●机加工工艺仿真，包括工件装夹仿真、刀位轨迹仿真、切削过程仿真、碰撞干涉检查、验证NC代码正确性；●装配工艺仿真，包括装配序列仿真、装配路径仿真、人机工程仿真、装配公差分析等，确保装配过程无碰撞干涉，同时对装配工具的可达性和操作空间进行验证；●钣金工艺仿真，包括钣金成型仿真，预测金属流动规律（位移场、速度场、应力应变场和温度场）以及成型缺陷（回弹量、撕裂和起皱等）的产生和演化过程；●焊接工艺仿真，包括焊接温度场、焊接应力与变形、焊接化学与物理冶金过程、焊接接头的力学行为和性能等；●铸造工艺仿真，包括温度场、流场、应力场、相场仿真等，以预测铸件成型缺陷（缩孔、缩松、●锻压工艺仿真，包括温度场、位移场、应力场仿真等，以预测不同工艺条件下锻件组织性能及缺陷；●增材制造工艺仿真，包括温度场、位移场、应力场仿真等，以预测增材制造零件的力学性能及缺陷。8b)制造系统仿真●布局仿真，包括生产流程、节拍、产能、瓶颈、人员配比、空间利用率、设备利用率、碰撞干涉等；●物流仿真，包括物料出入库、分拣、配送，AGV调度仿真，线边库库存仿真等。机械产品制造过程数字化仿真分析应满足以下通用要求：a)机加工工艺仿真应建立数控机床的运动学模型和数学模型，并能对NC代码的正确性、刀位轨迹的有效性、切削加工过程中的碰撞干涉、加工精度等进行几何仿真验证；b)装配工艺仿真应能对装配顺序、工装的合理性、装配工具的可达性进行验证，并采用干涉检查工具对可能存在碰撞的模型进行干涉检查分析，同时应采用公差仿真分析工具对装配模型的误差累积进行仿真分析，以保证产品或零部件的最终装配质量满足产品的设计要求；c)钣金工艺仿真应能对钣金成型过程进行模拟，并能够预测回弹量、撕裂和起皱等缺陷；d)焊接工艺仿真应能对焊接顺序，焊接工具的可达性和可视性，焊接温度场，焊接应力和变形等进行仿真分析；e)铸造工艺仿真应能对铸造工艺方案进行仿真模拟，以分析或预测铸件充型、凝固过程中的缺陷（包括缺陷种类、大小、形貌或分布并能对铸件应力、应变场进行仿真分析；f)锻压工艺仿真应能对锻件的成型过程进行仿真模拟，以预测不同工艺条件下锻件组织性能及缺陷；g)增材制造工艺仿真应能对增材制造的过程、成形精度、力学性能等进行仿真预测；h)布局仿真应能对物体之间碰撞干涉、安全距离、物流路径、设备／人员工作空间等进行分析；i)物流仿真应能对物流路径、物流效率、物流调度、物流强度、线边库库存等进行仿真分析。7.4结果评价与优化机械产品制造过程数字化仿真结果的评价指标如下：a)工艺仿真●机加工工艺仿真，评价指标主要有碰撞干涉、加工质量、加工效率等；●装配工艺仿真，评价指标包括可装配性，装配单元稳定性，装配成本、时间，公差合理性，碰撞干涉等，其中装配顺序评价考虑的因素应符合GB/T26101—2010中6.2.2的规定；●钣金工艺仿真，评价指标包括成形质量、成形时间和成形成本；●焊接工艺仿真，评价指标包括焊接质量、时间、成本和安全性；●铸造工艺仿真，评价指标包括成形质量、成形时间和成形成本；●