[发明专利]一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统，针对产品装配过程中的关键工序，对零件装配配合区域进行实测数据采集与处理，将实测数据与理想模型进行深度融合，构建零件数字孪生模型；结合规划好的装配顺序对零件装配定位约束进行求解与更新，以获得产品数字孪生模型；将该产品数字孪生模型用于预装配仿真分析中，根据装配仿真分析结果以及装配碰撞干涉检查情况，计算得到零件需要修配的配合区域位置信息以及最小修配量，并给出合理的零件修配方案，完成装配过程的在线修配与精准控制。本发明可实现复杂产品装配过程的智能闭环控制，对降低装配过程中试装、修配的时间，提高装配精度和效率有着重要的工程意义。

技术领域

本发明属于虚拟装配仿真相关技术领域，更具体地，涉及一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统。

背景技术

军工复杂产品具有零部件数量众多、装配填充密度大、装配关系和连接形式复杂、装配质量要求高等特点，其装配协调控制已经成为了军工复杂产品研制过程中的薄弱环节。当前，在航空航天类军工复杂产品的单件小批量生产模式下，为保证关键装配环节的装配精度要求，避免装配过程中零部件之间发生干涉，产品装配协调控制常常采用修配装配法，通过对选定零件的公差项进行调整与修配来保障产品装配精度。然而，传统的修配装配法主要是运用人工方法进行零件的调整操作，耗时耗力且修配过程中充满不确定性，无法准确保证装配精度。因此，在航空航天类复杂产品进行修配装配前，提前预知得到装配过程需要修配的精确值，并提出相对应的修配优化调整方案，是目前亟需解决的实际工程问题。

如今，随着计算机技术、信息网络技术和制造管理科学的交叉融合与快速发展，数字化虚拟化装配技术也应运而生，主要是指借助数字化样机来规划和仿真产品的实际装配过程，并基于产品数字样机开展产品装配工艺设计、可装配性分析、装配协调控制等任务，对产品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，从而在产品预装配阶段给出合理可行的装配方案，减少复杂产品实物装配的试装、拆卸返工等次数，提升一次装配成功率，达到有效提高产品装配质量和装配效率的目的。

传统的产品数字化装配仿真方法均是采用理想的CAD模型，该模型可在产品预装配阶段用于生成装配序列、规划装配路径、检测装配过程的碰撞干涉以及装配公差分析等环节。但是，由于理想CAD模型无法对实际零件加工制造误差和缺陷进行表达，并且也不能对产品实际装配过程误差累积进行真实描述，导致现阶段的数字化装配仿真不能完全满足复杂产品现场装配发生的修配或调整等实时装配工艺的变更需求，更无法给出合理准确的修配量与修配方案，同时也致使现有的数字化装配仿真方法与生成的装调方案缺乏对复杂产品实际装配现场的指导意义。

伴随着新一代信息与通信技术和软硬件系统的高速发展，数字孪生技术的出现被认为能对物理产品进行数字化描述，并能有效地管控产品全生命周期的数据信息，进而优化和维护物理产品的运行，其产品数字孪生模型被认为是实现物理世界和虚拟世界深度融合的一种潜在的有效解决方法。因此，本发明正是在此基础上提出了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：当前复杂产品装配过程中虚实映射融合不够，装配现场的装调方法缺乏有效指导，修配方案存在不确定性，提供了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，包括以下步骤：

（1）零件数字孪生模型构建

从计算机辅助设计系统当中获取零件设计CAD模型以及产品装配体设计CAD模型，并基于产品装配过程中的关键装配工序，对零件的装配配合区域进行特征识别与划分，并对物理装配现场的实际零件装配配合表面进行实测数据采集、处理与表达，将具备实测孪生数据的零件装配配合表面与零件设计CAD模型进行配准，生成融合实际测量信息的零件数字孪生模型；

（2）产品装配数字孪生模型生成