工业数字孪生项目6任务1 传输模块的建模与信号配置

项目6智能分拣单元

工业数字孪生实战任务1传输模块的建模与信号配置目录01项目引入02任务说明03知识准备04任务实施05任务评价与拓展项目引入1项目引入

DLDS-532实训平台的智能制造产线系统智能分拣单元（二站）主要由操作台、传输模块、钢珠灌装模块、电气控制模块和气源模块等组成。该单元可完成扫码识别（核验）、料盒传输、不同规格的钢珠（彩珠）灌装等功能。对基于NXMCD仿真的工业数字孪生实战而言，对仿真模型中智能分拣单元的建模与调试主要涉及对传输模块、钢珠灌装模块机电对象的建模与设置。在完成对上述各模块建模与设置的基础上，本项目还将引导学生进行智能分拣单元模块间虚拟联调，并介绍实战环境中全单元调试综合实战的虚实联调流程和技巧。项目引入素养目标培养学生探索创新、唯实求真的科学精神。培养学生爱岗敬业、艰苦奋斗的劳动精神。培养学生执着专注、精益求精、科技强国的工匠精神。培养学生的标准意识、规范意识、安全意识、质量意识。培养学生严谨细致、团队协作、表达沟通的职业素质。培养学生安全用电、文明生产的职业基本素养。能力目标具备对传输模块进行建模、信号配置与调试的能力。具备对钢珠灌装模块进行建模、信号配置与调试的能力。具备对智能分拣单元（二站）各工序流程（如物料输送、小钢珠灌装、大钢珠灌装等）进行仿真与虚拟调试的能力。知识目标了解DLDS-532实训平台智能分拣单元（二站）的组成、用途与主要工序流程。掌握DLDS-532实训平台智能分拣单元（二站）各模块的组成、用途与主要工作任务说明2任务说明

本任务以DLDS-532实训平台智能分拣单元（二站）中的传输模块为例，介绍在工业数字孪生实战中对上述模块进行建模与信号配置的全流程。根据复杂程度与难度层次的要求，随着任务的逐步推进，还将对相应的建模与模型控制操作选项加以讨论和剖析。

通过完成本任务，学生将掌握在NXMCD仿真环境中，对DLDS-532实训平台智能分拣单元（二站）中的传输模块进行一体化概念设计与调试的方法和全流程，以及在此过程中提高操作效率、避免各类错误与问题的技巧，从而为后续完成智能分拣单元模块间虚拟联调，以及平台全流程虚拟调试和虚实联调实战做好准备。知识准备3知识准备

如图6-1所示，位于DLDS-532实训平台智能分拣单元（二站）中的传输模块主要由扫码器、传输带（变频电动机驱动）、挡停气缸和检测传感器等组成。1）变频电动机驱动的传输带（通称为“二站传输带"）用于运输放置于其上的物料。2）两个挡停气缸（对应大、小两种半径钢珠的落料灌装，分别通称为“大钢珠挡停气缸”“小钢珠挡停气缸”）用于挡停传输带上的物料。3）扫码器用于读取并识别条形码信息。4）检测传感器用于检测物料的位置。图6-1知识准备

一般而言，传输模块的主要工作模式有如下步骤：1）二站传输带正转，将从一站输送而来的物料向挡停气缸方向输送。2）小钢珠挡停气缸前的检测传感器检测到物料通过，小钢珠挡停气缸伸出（转至挡料位），挡住物料。3）待小钢珠落料灌装工序完成后，小钢珠挡停气缸复位，放物料通过。4）大钢珠挡停气缸前的检测传感器检测到物料通过，大钢珠挡停气缸伸出（转至挡料位），挡住物料。5）待大钢珠落料灌装工序完成后，大钢珠挡停气缸复位，放物料通过。6）二站传输带保持正转，将物料向智能仓储单元（三站）方向输送。任务实施4任务实施一、传输模块的建模

（1）传输模块的静态建模1）在NXMCD仿真环境中打开“总图_step.prt”文件。注意，为了便于建模，在此模型中，世界坐标系中Y轴的参考正方向与智能仓储单元（三站）中三维线性搬运机构的Y轴参考正方向相反。2）为智能分拣单元中的料盒及传输模块中的小钢珠挡停气缸、大钢珠挡停气缸创建刚体，并为料盒刚体创建对象源。注意，在已打开“刚体”对话框时，可在装配导航器中按照装配目录选中需要建立刚体的模型部件，这样一来，所建立的刚体即可自动引用模型部件的名称，便于后续查找、索引。在这一子任务中，目标是为传输模块与其在工业数字孪生实战中需要产生交互的其他各个对象进行MCD建模，包括为涉及上述交互的可动部分（料盒、两个挡停气缸）建立和设置刚体、对象源（以便在需要时模拟放置料盒的工序）运动副、传感器与执行器，并为交互中所有涉及碰撞的可动或不可动部分（料盒、二站传输带上表面、传输带两侧挡板、两个挡停气缸外表面）建立碰撞体。任务实施3）为智能分拣单元中的料盒创建碰撞体，其中包括从底部承载料盒瓶体的方块类型的碰撞体、包含外侧和内侧表面的多个凸多面体类型的碰撞体、包含内侧拐角曲面和料盒瓶体上边缘的网格类型的碰撞体。而在时间有限的实战操作中，可依实际情况，只为会与挡停气缸产生交互的料盒一角建立碰撞体，并省略料盒瓶体上边缘的网格类型的碰撞体，如图6-2~图6-4所示。在这其中，对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。图6-1图6-2图6-3任务实施4）为传输模块中的传输带两侧挡板、两个挡停气缸外表面创建碰撞体。此处可全部使用多个凸多面体类型的碰撞体。二站传输带上表面对应的碰撞体可在创建传输面时一同创建。而在时间有限的实战操作中，可依实际情况，只为会与物料产生交互的挡停气缸一侧建立碰撞体，如图6-5、图6-6所示。在这其中，对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。图6-5图6-6

任务实施

（2）传输模块的动态建模1）为传输模块中的小钢珠挡停气缸、大钢珠挡停气缸建立铰链副，如图6-7、图6-8所示。在建模时，为确保在运动仿真的细节上与实际设备保持一致，应选择ZC轴而非-ZC轴作为铰链副的指定轴矢量。在设置“指定锚点”时，在“自动判断点”模式下选择机构位于旋转轴上的任一点即可，为了节省时间，一般选择其上表面中心点。图6-7图6-8任务实施2）为前述步骤中建立的铰链副建立位置控制（可将默认速度设置为一大于零的值）。3）为传输模块中的传输带建立传输面，如图6-9所示。可将传输面的指定矢量设置为YC轴，并同步为传输面创建碰撞体。图6-9任务实施4）按照设备实际布局，在小钢珠挡停气缸与大钢珠挡停气缸的前方创建碰撞传感器，如图6-10、图6-11所示，以检测物料是否已运动到挡料位置前。5）学生可根据自身需要，将料盒从初始位置（二站传输带的起点处）移动至其他位置。图6-10图6-11任务实施一、传输模块的信号配置

在这一子任务中，目标是为MCD模型中的传输模块及其运行相关的其他部件配置必要的信号、信号适配器，并使用运行时表达式、信号适配器公式或仿真序列对上述信号以及机电对象参数实施控制、输入和输出。创建信号适配器，根据实际运动控制与状态显示需要，在其中添加对应传输模块的各个机电对象参数，创建控制小钢珠挡停气缸伸出/复位、大钢珠挡停气缸伸出/复位、二站传输带正/反转、各机构复位的控制信号，以及用于实时显示小钢珠挡停气缸原位/到位状态、大钢珠挡停气缸原位/到位状态、小钢珠挡停气缸前传感器触发状态、大钢珠挡停气缸前传感器触发状态、二站传输带正/反转状态与实时速度的各个信号。接着，创建公式以实现如上所述的各功能，如图6-12所示。图6-12

任务实施

确认完成传输模块的信号配置后，单击NXMCD仿真环境“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。仿真开始后，在机电导航器中选择对应的对象源，以在初始位置（二站传输带的起点处）上方生成1个料盒瓶体，待其落至传输带上表面。在运行时察看器中，为小钢珠挡停气缸、大钢珠挡停气缸、二站传输带对应的执行器（位置控制、传输面）的各参数赋值，观察并验证模块是否能顺利完成传输带正/反转输送物料与大/小钢珠挡停气缸伸出挡料、复位放料的工序流程。然后，按照同样工序，不直接为各机电对象参数赋值，而是通过激活各控制信号并为其赋值，验证是否能同样顺利完成上述流程，且可随时复位。

在以上验证过程中，观察并确认用于显示小钢珠挡停气缸原位/到位状态、大钢珠挡停气缸原位/到位状态、小钢珠挡停气缸前传感器触发状态、大钢珠挡停气缸前传感器触发状态、二站传输带正/反转状态、二站传输带实时速度的各个信号取值是否正确。任务评价与拓展5任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1传输模块的建模能在二站传输带上方生成料盒瓶体，且料盒瓶体是否能与传输带上表面碰撞体正确交互60能在运行时察看器中，控制二站传输带正/反转输送物料否能在运行时察看器中，控制小钢珠挡停气缸伸出挡料、复位放料能在运行时察看器中，控制大钢珠挡停气缸伸出挡料、复位放料任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分2传输模块的信号配置大/小钢珠挡停气缸挡料位置前的两处传感器能正确检测出物料接近大/小钢珠挡料位置处40能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示大/小钢珠挡停气缸原位/到位状态能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示二站传输带正/反转状态与实时速度任务评价与拓展1.物料所处工序流程状态实时显示的仿真实现

思考如何分别用信号适配器公式（或运行时表达式）和仿真序列实现实时显示传输模块处