数字模拟制造及仿真技术.ppt

1、,Contents,数字化制造技术,数字化仿真技术,数字化案例仿真,1.概念 2.发展趋势 3.国内外发展现状,1.简介 2.国内外发展现状3. 基本步骤.,EDEM离散元仿真技术,Introduction,伴随着信息时代的来临， 全球进入了数字化时代。,数字化时代是数字化技术在生产、 生活、 经济、 社会、科技、 文化、 教育和国防等各个领域不断扩大应用并取得显著效益的时代。,数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术， 且以制造工程科学为理论基础的重大制造技术革新， 具有广阔的应用前景,产品生命周期缩短,交货期成为主要竞争因素,大市场和大竞争,用户需求个性化, 多品种小批,量生产比例增大

2、,生产周期,交货期,市场,用户需求,产量,Introduction,现代制造企业的变化,Introduction,制造技术发展趋势,服务化,科学化,信息化,信息科学技术,知识经济,以顾客为服务中心,数字化制造,数字化制造的概念,指的是在虚拟现实、 计算机网络、 快速原型、 数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求， 迅速收集资源信息， 对产品信息、 工艺信息和资源信息进行分析、 规划和重组， 实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造， 进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造过程。,1,3,2,The related concepts,利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用

3、者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。,快速原型,数据库,虚拟现实,批量生产前，必须制出样品以表达设计构想，快速获取产品设计的反馈信息，并对产品设计的可行性作出评估、论证,是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库,相关概念,国外发展现状,数字化制造发展现状,在机械制造领域,国外各大企业都投入大量人力和物力进行计算机集成制造系统工的研究,己经出现了不少成功的应用案例,比如美国波音公司应用工技术成功开发出波音飞机,使开发周期由过去的一年缩短到年半,成本降低了,实现了从产品的设计、工艺编排、产品制造、检测、装配等整个过程的一体化“无纸加工”,显著的缩短了产品

4、开发周期,提高了质量,增强了企业的市场竞争力,充分显示了的优越性,国外发展现状,CIMS系统比较庞大,涉及企业的宏观决策、资源优化、市场运作、资金运营等方面,国外相当部分的企业也没有实现真正意义上的CIMS,但是在产品的设计到制造过程中成功的应用了CAD、CAPP、CAM技术,取得了不错的效果。,CIMS是通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。,国内发展现状,(1)CAD/CAPP/CAE/CAM的推广应用:从根本上改变了传统的设计生产、制作模式，

5、已经成为当前制造业发展的重要技术特征。 (2) MRP/ERP的推广应用:随着市场经济体制的完善，在政府、企业和科研院所等多方努力下，越来越多的企业开始重视并实施MRP/ERP,MRP:物资需求计划，以完工时期为时间基准倒排计划，按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后顺序,ERP 是一种主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体化管理的企业信息管理系统,国外发展现状,(3) CIMS的推广应用。从1987年开始实施到今天，己经在我国的机械、电子、航天、航空、轻工、纺织、石油、化工、冶金等十几个主要的制造行业，200多家不同规模、不同类型的企业实施了CIMS工程，对行业和地区的

6、制造企业的信息化、现代化起了重要的牵引导向作用。 (4) Intranet/Extranet建设方面，我国企业Intranet/Extranet应用在近年也表现出了良好的发展势头，许多企业正在对原有信息系统进行基于Internet技术的改造或组建Intranet/Extranet平台，企业间可以实现资源的共享，大大提高了生产,国内发展现状,CIMS主要单项技术(CAD, CAPP, CAM)成功地被应用，而宏观决策、资源优化、市场运作、资金运营等方面的应用却参差不齐，且大多不甚理想,数字化制造的发展趋势,数字化制造的发展趋势,生产产品集成化和管理网络化,智能化,虚拟化,绿色化,柔性化,数字化制

7、造的发展趋势,1） 制造信息的数字化 ， 将实现 CAD/CAPP/CAM/CAE 的一体化， 使产品向无图纸制造方向发展。 2） 通过局域网实现企业内部并行工程， 通过因特网建立跨地区的虚拟企业， 实现资源共享优化配置， 使制造业向互联网辅助制造方向发展 3） 将数字化技术注入传统产品，开发新产品， 在我国利用适用先进制造技术改造传统制造业， 重点应是扩大利用数字化制造技术改造传统制造业， 继续大力开展数字化制造技术的研究开发。,数字化仿真技术,数字化仿真技术的内涵,数字化仿真技术的内涵,计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可

8、多次重复使用的优点, 已经成为对许多复杂系统(工程的、非工程的)进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础, 以计算机和各种物理设施为设备工具, 利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。,数字化仿真技术的分类,仿真模型的不同,物理仿真：对实际存在的模型进行试验，研 究系统的性能 数学仿真：用数学模型代替实际系统进行试验研究 物理-数学仿真,数字化仿真技术的分类,系统状态变化,连续系统：系统状态随时间发生连续变化， 离散系统：只在离散的时间点上发生“事件”时，系统状态才发生变化的系统,应用性质不同,系统研制：用于系统分析、设计、制造、装配、检测及优化

9、 系统应用：用于系统操作及管理人员培训,数字化仿真技术的优势,数字化仿真技术的优势,提高产品质量和生产效率 减少损失 缩短产品开发周期 降低产品开发成本 完成复杂产品的操作和使用训练,仿真在整个产品生命周期中的应用,数字化仿真技术基本步骤,数字化仿真技术基本步骤,建立数据模型,数据模型的程序化,仿真实验,数字化仿真技术基本步骤,建立数据模型主要是通过演绎法、归纳法、综合集成法等分析方法，建立一个特定对象的有限边界的数学模型。 要建立好数学模型，通常要考虑到特定对象仿真研究的预定目标和边界、先验知识(包括己被验证的定理、定律、理论和模型)、观测数据、特定领域专家的经验等因素。,建立数学模型,数字

10、化仿真技术基本步骤,数学模型的实现包括两个方面的内容，即设计仿真算法及编制仿真程序。,数据模型的程序化,仿真实验,仿真实验(包括分析)是系统仿真另一个十分重要的活动，它主要是按照预先设置的实验方案来运行仿真模型，得到一系列的仿真结果。,数字化仿真软件,数字化仿真软件,SolidWorks,SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品,数字化仿真软件,主要模块,零件的建模 曲面的建模 钣金设计 数据转换 特征识别,6.运动仿真 7.应力分析 8.流体分析 9.模态分析,数字化仿真软件,Pro/ENGINEER,P

11、ro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件,数字化仿真软件,主要模块,数字化仿真软件,UG,UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段,数字化仿真软件,主要模块,UG入口 UG实体建模 UG特征建模 UG自由曲面建模 UG用户自定义特征 UG工程绘图 UG装配建模 UG高级装配 UG钣金设计 UG有限元前后置处理 UG有限元解算器 UG/ANSYS软件接口 UG加工基础 UG/Post Builder 加工后置处理

12、 UG/Nurbs样条轨迹生成器,UG车削 UG型芯、型腔铣削 UG平面铣削 UG定轴铣削 UG自动清根 UG可变轴铣削 UG顺序铣 UG线切割 UG二次开发 UG产品级参数化设计 UG产品级参数化设计 UG管路设计 UG冲压模具工程 UG 电气布线,数字化仿真软件,CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。,CATIA,数字化仿真软件,主要模块,零件设计 装配设计 交互式工程绘图 创成式工程绘图 GDR 结构设计 线架和曲面设计

13、钣金设计 SMD 航空钣金设计 ASL 钣金加工设计 SHP 三维功能公差与标注设计 模具设计 阴阳模设计,焊接设计 WDG 自由风格曲面造型 自由风格曲面优化 基于截面线的自由风格曲面造型FSP 基于草图的自由风格曲面造型FSK 创成式外形设计 GSD 创成式曲面优化GS 汽车白车身接合 ABF 数字化外形编辑 DSE 汽车A级曲面造型ACA 快速曲面重建 QSR 创成式零件结构分析 GPS,数字化仿真软件,有限元软件ANSYS,ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，com

14、puter Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。,数字化仿真软件,机械系统动力学自动分析ADAMS,是美国机械动力公司(Mechanical Dynamics Inc.)(现已并入美国MSC 公司)开发的虚拟样机分析软件,数学软件Matlab,美国MathWorks公司出品的商

15、业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分,数字化仿真软件,电子:proteus、Pspice、Psim、protel dxp 单片机的有keil、quarters ii。 通用的有simulink 流体力学的有fluent、ANSYS 、CFD(FLUENT)，CFX、flow-3d、STAR-CD、ADINA 虚拟仪器的有labview。 操作系统的有虚拟机VM。,数字化模拟仿真案例,基于离散元法的均匀供种装置数值模拟与分析,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,东北农业大学韩豹设计出一种北方

16、粳稻育秧设备定向排种装置，是一种通过利用排种板做“D”轨迹实现稻种定向精量排种，其在试验过程中总结出，种箱供种量的多少以及结构对后续排种器的排种性能有重大影响。为实现该排种器获得最佳性能，现设计出一种旋盘式供种装置，通过改变旋转分流盘的转速、落料斗与旋转分流盘间的距离实现种子的均匀分流及种子流量的控制,引言,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,离散元法是将研究对象划分为一个个相互独立的单元，根据单元之间的相互作用和牛顿运动定律，采用动态松弛法或静态松弛法等迭代方法进行循环迭代计算，确定每一个时间步长所有单元的受力及位移,引言,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,二维图,1.上筒体

17、2.落料斗 3.间距调节机构 4.下筒体 5.旋转盘 6.挡料板 7.导料管 8.传动机构 9.内椎体 10.分流体 11.高度调节摇把,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,寻求最佳参数 实现排种量范围可控 伤种率低等最佳性能 转盘直径R 转盘转速n 落料间距H,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,颗粒模型的创建,为最大化近似稻种颗粒模型，用EDEM进行多球填充，本文共选取9个球，其半径r分别选取：0.8, 1.1, 1.2, 1.3, 1.3, 1.2, 1.1, 0.8,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,颗粒模型的创建,为最大化近似稻种颗粒模型，用EDEM进行多球填充，

18、本文共选取9个球，其半径r分别选取：0.8, 1.1, 1.2, 1.3, 1.3, 1.2, 1.1, 0.8,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,接触模型的选择,旋转式均匀供种装置的工作过程是通过旋转盘与颗粒之间的接触以及颗粒间相互接触进行能量传递，从而实现颗粒运动最终实现颗粒的分流，因此，颗粒与几何边界、颗粒与颗粒间的接触模型都设置为：弹性阻尼摩擦接触力学模型,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,主要仿真参数,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,仿真过程,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,旋转盘转速对供种性能的影响,设置旋转分流盘直径D=175mm、落料斗与旋转分流盘间的距离h=4mm,将旋转分流盘转速设置为2.5、3.0、3.5r/s，分别对3种参数进行仿真,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,试验结果统计表,试验结果分析表,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,转速不同时颗粒受力变化,基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析,旋转分流盘的直径对供种性能的影响,设置旋转分流盘旋转转速为3.0r/s，落料斗与旋转分流盘间的距离h=4mm,通过