加工中心机床总体布局CAD软件系统

总体布局CAD是实现整机CAD的关键。本文简要介绍立式加工中心机床总体布局CAD软件系统(VMCLCAD)的结构及计算机建模、模块装配和自动标注尺寸功能,并对其进一步开发工作提出规划。

虚拟环境下的活动线缆物理特性建模与运动仿真技术

针对活动线缆的布线工艺可靠性差的问题,提出一种基于弹性细杆力学模型的活动线缆物性建模与运动仿真方法。该方法针对活动线缆的柔性及连续性特性,通过建立固定的惯性坐标系、与活动线缆微元固连的Frenet坐标系和主轴坐标系等三套坐标系,并对活动线缆微元进行平衡状态下的受力分析,得到活动线缆在平衡状态下的Kirchhoff方程,进而建立活动线缆物理特性模型。在此基础上,给出基于该物理特性模型的活动线缆运动仿真方法,同时提出与活动线缆运动仿真方法相适应的数据结构,通过'路径关键点'和'路径'两个层面对线缆运动过程中的位姿在空间及时间两个维度上进行表达和记录。建立相关试验验证系统,通过试验对相关模型和算法进行了有效验证。

管材的回转牵引弯曲试验及回弹分析

为了提高管材精确弯曲质量,在弯曲实验及有限元模拟的基础上,利用理想弹塑性变形模式,分析了管材回转牵引弯曲过程中产生的回弹现象.因弯管各部分变形程度不同,产生了由弹性弯曲和塑性弯曲引起的两种回弹.通过理论分析导出近似计算公式,并利用部分实验结果对公式进行了相应验证.结果表明,理论计算值略小,其原因与试验中所施弯曲力不均匀和没有计入摩擦的影响有关.经过大量实验修正后可望应用于生产实践.

基于改进A*算法的管路自动布局设计与优化方法

针对复杂机电产品中的管路布局效率低且依赖于经验的问题,提出一种基于改进A*算法的管路自动布局设计与优化方法。分析了布局过程中的工程约束,并对布局空间进行了栅格化处理;提出以A*算法作为路径搜索算法,通过构建基于长度、折弯数和方向的启发式函数,并通过改进安全性和安装固定等特定约束实现了管路路径的自动搜索。在得到初始路径后,采用二分思想对路径节点进行筛选,提出面向可制造性约束的路径优化方法,从而使布局设计结果满足可加工性要求。开发了管路自动布局设计与优化系统,并进行了算例测试与实例分析,验证了所提方法的可行性。

复杂产品装配现场动态实时可视化监控系统

为了解决复杂产品装配现场动态数据实时采集和组织复杂、实时监控困难等问题,引入工作流管理和电子看板技术,构建了一个面向复杂产品装配车间现场的动态实时可视化监控系统,建立了系统的运行流程和功能结构,阐述了基于流程和日常事务的动态数据采集模型构建、动态数据实时采集、动态数据组织模型构建、基于工位布局的车间现场可视化监控等关键实现技术。该系统以装配流程和日常事务为核心,实现了复杂产品装配车间现场的动态、实时、可视化监控和精细化管理。目前所开发的系统已在航天某所正式上线运行,应用效果良好。

数字化制造中的建模和仿真技术

论述了面向数字化制造的三类建模和仿真技术,即产品建模和仿真技术、工艺过程建模和仿真技术以及制造系统建模和仿真技术,并结合具体研究项目,重点介绍了面向制造的产品数字化建模、导管数控弯曲过程建模与仿真、虚拟装配与装配过程仿真、生产线建模与仿真技术的应用和发展。指出为提高制造系统的快速响应特性、运行效率及可靠性,应在产品数字化建模研究的基础上,重视对工艺过程,即产品加工过程、装配过程及生产系统规划、重组和仿真等技术的研究,以实现生产资源和加工过程的优化以及从传统制造向可预测制造模式的转变。最后指出了推动数字化建模和仿真技术朝实用化方向发展的几项关键技术。

管路数字化布局设计与制造及检测集成技术

为提高航空航天等复杂产品的质量和可靠性,结合复杂产品中管路研制的工程实践,提出一种管路数字化布局设计、制造与检测集成方法,建立了该方法的技术框架和集成应用业务流程,系统阐述了管路布局设计与自动评价、导管弯曲成形质量预测与检测、导管数字化制造集成技术及工艺数据库建立、基于多目视觉的管路数字化测量四个关键技术。通过在北京卫星制造厂中的应用,验证了所提方法的有效性。随着该技术的进一步发展,可真正实现全数字量传递的科学的管路一体化设计与制造。

基于动态资源能力服务的分布式协同调度技术

基于云制造技术中面向服务的思想,针对现有异地分布多车间协同生产计划的关联协调问题,提出并建立一种以云制造思想为指导的基于动态制造资源能力服务化的分布式协同生产调度技术。通过分析多车间协作生产下的制造资源动态服务共享和关联协调的问题,建立基于服务性制造资源的协同生产调度技术总体框架;提出服务性资源的地域和能力相结合的筛选规则,形成面向多车间协同生产的空闲占用和插入调整相结合的作业排产技术;提出资源指定占用下的作业排产处理技术,解决了协同生产环境下特定车间基于制造资源能力局部能力占用的调度排产;针对生产过程中频繁发生的突发事件,提出以降低生产扰动影响范围的时间容忍度技术及基于移动处理方式的动态调度方案调整技术,解决了制造资源服务动态变化下的快速响应处理问题。通过应用实例对以上关键技术进行了验证。

小直径管无芯弯曲壁厚变形的试验研究

通过大量小直径管弯曲成形试验,分析了弯管壁厚方向的应变分布状态,指出管壁厚变形主要受材料力学性能和变形几何因素的影响,沿弯曲线呈非均匀分布,最大减薄和增厚量均产生在弯曲内角中部。推导出限制弯管壁厚变化量的许用最小弯曲半径公式,经试验验证具有一定的实用价值。

三维装配尺寸链的自动生成

提出了一种基于CAD模型的三维装配尺寸链自动生成方法。该方法从定义装配性能特征入手,首先对CAD装配模型进行深层次的解析及预处理,以获取隐含在模型内部的公差分析所需信息。然后利用图论理论,通过构建特征-尺寸邻接矩阵、特征-装配约束关系邻接矩阵、装配关系传递图等,将装配体中参与装配的零件和特征以及其之间的装配约束关系、尺寸及形状等信息的传递过程以图的形式进行表达。最后将三维尺寸链分为显式和隐式两类,对于显式尺寸链,由装配关系传递图搜索连通通路可直接获取尺寸链图和方程:对于隐式尺寸链,提出了尺寸方向差异度的概念、封闭环方向优先的搜索策略以及构建过渡尺寸链的方法,最终可获取尺寸链图和方程。该方法已在自主开发的三维装配尺寸链自动生成系统中得到了验证。

虚拟装配环境中的人机交互技术研究

为了解决虚拟装配系统中的人机交互问题,结合虚拟装配环境,给出了数据手套和三维跟踪器的驱动类,阐述了数据手套和三维跟踪器的原始数据获取方法和处理策略.提出了综合使用数据手套和三维跟踪器数据进行手势识别与命令映射的方法;采用非模态的动态透明菜单和对话框作为数据手套和跟踪器的补充方式进行人机交互;讨论了通过虚拟手操作零部件模型的虚拟装配过程.通过开发基于三通道投影的虚拟装配环境,对数据手套、三维跟踪器以及头盔显示器等应用进行了实例验证,验证结果表明上述方法有效可行.

面向虚拟装配的零部件精确定位技术研究

针对基于几何约束自动识别的零部件精确定位技术中存在的识别效率和准确性不高的问题,提出了一种分层的几何约束自动识别方法。该方法通过装配意图获取、约束优先级判断、约束类型匹配、约束参数匹配、约束位置匹配和约束有效性检查等分层判断机制,有效地提高了几何约束自动识别的效率和准确性。相关方法已经在虚拟装配工艺规划系统中进行了验证,并已应用到航天产品的虚拟装配工艺规划中。

基于图论的装配尺寸链自动生成技术

针对装配尺寸链自动生成难题,提出一种基于特征有向图表达的装配尺寸链自动生成方法,该方法首先建立四层结构的装配精度信息模型,并对公差信息的进行规范化处理和约束信息转化,在此基础上获得几何公差特征矩阵和装配特征关联矩阵,然后采用图论建立装配体有向图模型并剔除与装配精度无关的有向图的顶点和边,最后利用最小路径原理实现了装配尺寸链的自动生成。借助ACIS和HOOPS工具,开发了原型系统并进行了实例验证,证明了该算法有效缩小了装配尺寸链的搜索范围,同时保证了装配尺寸链自动生成的准确性。

基于仿真的调度规则组合决策研究

针对车间调度规则组合的多目标优化问题,提出了一种基于仿真的评估决策模型.通过仿真获得不同调度规则组合下的方案集合,在利用层次分析法获得性能指标权重的基础上,采用灰关联理论计算各结果方案对于单项指标的关联系数,实现了基于灰色关联度的方案评估,并导出了最优的调度规则组合.调度规则组合决策体现了用户对系统性能指标的要求,解决了传统依靠经验进行调度规则选取的问题,优化了制造系统的运行.

复杂产品离散装配过程中的物料动态跟踪与管理技术

针对复杂产品装配中物料动态跟踪困难、物料信息可追溯性差的问题,提出一种基于流程和条码的复杂产品离散装配过程中的物料动态跟踪与管理技术。分析了复杂产品离散装配中的物料组成和物料流动过程,对基于流程和条码技术的复杂产品离散装配中的物料动态跟踪管理的三个关键实现技术进行了详细论述。阐述了实做物料的内涵,给出了实做物料的生成算法,并通过产品计划树实现了对实做物料信息的有效管理。设计并开发了软件系统,该系统在航天某厂试运行,应用效果良好。

壁厚变形对弯管最小相对弯曲半径的影响

通过实验,分析了管材弯曲外侧的切向和管壁厚方向的应力应变状态,建立了相应的平均应变计算公式,进一步推导出由管材延伸率和拉伸强度所约束的最小相对弯曲半径计算公式。指出管型材料的真实力学性能对于管材弯曲成形性和最小相对弯曲半径的近似计算具有重要影响。

基于多目视觉的弯管空间参数测量方法

针对大尺寸复杂弯管空间参数的测量精度难以保障、测量效率低的问题,提出一种基于多目视觉的非接触式弯管空间参数测量方法。该方法根据多目视觉原理,利用基于中心轴线的匹配方法,从不同视点获取弯管空间轴线的三维坐标,并利用边缘线计算弯管外径,最后利用三维建模技术重建被测弯管的三维模型。设计并建立了一个八目相机的弯管空间参数测量系统,测量实验证明该方法和测量系统可以实现弯管空间参数的快速测量,测量时间可控制在1 min内,两端面中心点测量误差为0.25 mm,外径测量误差为0.0721 mm,弯曲角度测量误差为0.278°。

面向复杂产品离散装配过程的电子看板系统实现与应用

为了解决复杂产品装配过程可视化程度低、信息传递效率低下等问题,提出并建立了面向复杂产品离散装配过程的电子看板系统。对复杂产品装配业务流程和组织人员的数据需求进行了分析,在此基础上提出基于流程的多级装配电子看板方法,并重点阐述了该方法中的装配现场日常事务信息综合展示、装配现场实时数据采集和装配过程实时可视化监控三个关键技术的实现方法。基于流程的多级装配电子看板方法的提出,实现了复杂产品离散装配现场的无纸化生产与装配过程的多级可视化监控。设计开发了软件系统,通过实例验证了该系统的应用效果。

薄壁管数控弯曲成形中芯轴参数的确定

在薄壁管数控弯曲成形中,诸多错综复杂且相互耦合的物理因素严重影响弯管成形质量,其中芯轴是一个极为重要的因素,选取芯轴伸出量和球头节个数是实际生产中关键,且是难题所在。基于薄壁管绕弯成形原理,提出芯轴球头节个数和芯轴伸出量的计算公式。建立精确有限元模型对薄壁管数控弯曲成形进行力学仿真,得出芯轴参数对壁厚变化率和椭圆畸变率的影响规律,验证了芯轴伸出量计算公式。

基于装配任务的虚拟装配工艺模型研究

面向过程的虚拟装配工艺规划系统对装配工艺模型提出了新的要求。在对虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据进行分析的基础上,提出了产品层次装配任务链模型,该模型能有效表达虚拟装配工艺规划过程中的工艺数据,同时给出了由产品层次装配任务链模型向虚拟装配工艺模型转化方法,建立了虚拟装配工艺模型。开发了虚拟装配工艺规划系统VAPP,对研究结果进行了验证。