[发明专利]一种基于数字孪生的装配精度仿真分析方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的装配精度仿真分析方法与系统，针对复杂产品装配中的关键工序，对物理装配现场的孪生数据进行采集、处理，并将孪生数据信息进行表达与存储；从三维装配工艺设计系统中获取装配工序模型，并基于孪生数据，对装配工序模型进行重构，生成装配工序孪生模型；将装配工序孪生模型导入商品化装配公差分析软件中进行装配精度仿真与灵敏度计算；依据装配工序精度仿真分析结果，进行装配过程的在线补偿与精准控制。本发明实现了装配现场物理空间和信息空间的深度融合，对于实现复杂产品装配过程的智能闭环控制，提高装配质量和效率有着重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种智能装配精度仿真技术，尤其涉及的是一种基于数字孪生的装配精度仿真分析方法与系统。

背景技术

装配是产品研制过程的关键环节，其将零件按规定的技术要求组装起来，并经过调试、检验使之成为合格产品。据统计，在现代制造中装配工作量占整个产品研制工作量的20％～70％，平均为45％，装配时间占整个制造时间的40％～60％。产品的可装配性和装配质量不仅直接影响着产品性能，而且装配通常占用的手工劳动量大、费用高且属于产品生产工作的后端，提高装配生产效率和装配质量具有更加重要的工程意义。随着航空、航天、汽车、船舶、电子装备等大型复杂产品向着智能化、精密化和光机电一体化的方向发展，产品零件结构越来越复杂，装配与调整已经成为复杂产品研制过程中的薄弱环节。这些大型复杂产品具有零部件数量种类繁多、结构尺寸变化大且形状不规整、单件小批量生产、装配精度要求高、装配协调过程复杂等特点，其现场装配一般被认为是典型的离散型装配过程，即便是在产品零部件全部合格的情况下，也很难保证产品装配的一次成功率，往往需要经过多次选择试装、修配、调整装配，甚至拆卸、返工才能装配出合格产品。

计算机和数字化技术的出现极大地促进了装配技术的快速发展。数字化装配是产品装配技术与计算机技术、网络技术和管理科学的交叉、融合、发展及应用的结果。数字化技术与传统装配技术的结合即数字化装配技术。数字化装配是指利用数字化样机来规划和仿真产品的实际装配过程的技术总称，其主要基于产品数字样机开展产品协调方案设计及可装配性分析，并对产品的装配工艺过程的装配顺序、装配路径以及装配精度等进行规划、仿真和优化，从而达到有效提高产品装配质量和效率的目的。随着基于模型定义(ModelBased Definition，MBD)技术在复杂产品研制过程中的广泛应用，三维模型作为产品全生命周期的唯一数据源，实现了基于三维模型的设计-工艺-制造-装配-检测，使得基于三维模型的装配工艺设计与装配现场应用越来越受到关注与重视。三维装配工艺设计技术利用三维模型，在三维环境下对产品可装配性、可拆卸性、可维修性进行分析、验证和优化，以及对产品的装配工艺过程包括产品的装配顺序、装配路径以及装配精度、装配性能等进行规划、仿真和优化，从而减少复杂产品研制过程中的实物试装次数，提高产品装配质量、效率和可靠性。

传统的产品数字化装配仿真方法大多基于理想数模，该模型可在装配工艺设计阶段用于检查装配序列、获取装配路径、装配干涉检测、装配公差分析等环节，虽然在一定程度上减少了装配过程中存在的问题。然而，对于单件小批量生产的武器装备现场装配而言，现阶段的数字化装配仿真仍不能完全满足现场装配发生的修配或调整等实时工艺方案的变化，主要是由于在装配公差分析阶段未考虑来自零件制造误差以及装配过程误差等因素造成的。在复杂产品装配过程中，经常采用修配法或调整法进行现场产品装配作业，如何对装配过程误差累积进行分析，在产品实际装配之前预测产品装配精度，如何根据装配现场采集的实际装配尺寸实时设计合理可靠的装调方案，是当前虚拟装配和数字化装配的难点之一。当前的虚拟装配或装配仿真技术由于没有考虑零件实际制造精度信息以及实际几何表面的接触约束关系等影响因素，导致现有装配精度预测与优化方法很难运用于实际装配现场。

随着新一代信息与通信技术(如物联网、大数据、工业互联网、移动互联等)和软硬件系统(如信息物理融合系统、无线射频识别、智能装备等)的高速发展，数字孪生技术的出现为实现制造过程中物理世界与信息世界的互联与共融、实现产品全生命周期中多源异构数据的有效融合与管理以及实现产品研制过程中各种活动的优化决策等提供了解决方案。