數(shù)字化制造及數(shù)字化仿真技術(shù)和案例仿真

1、數(shù)字化制造及數(shù)字化仿真技術(shù)和案例仿真Contents 數(shù)字化制造技術(shù) 數(shù)字化仿真技術(shù)數(shù)字化案例仿真1.概念 2.發(fā)展趨勢 3.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.簡介 2.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀3. 基本步驟.EDEM離散元仿真技術(shù)Introduction伴隨著信息時代的來臨， 全球進(jìn)入了數(shù)字化時代。數(shù)字化時代是數(shù)字化技術(shù)在生產(chǎn)、 生活、 經(jīng)濟(jì)、 社會、科技、 文化、 教育和國防等各個領(lǐng)域不斷擴(kuò)大應(yīng)用并取得顯著效益的時代。 數(shù)字化制造技術(shù)是一項(xiàng)融合數(shù)字化技術(shù)和制造技術(shù)， 且以制造工程科學(xué)為理論基礎(chǔ)的重大制造技術(shù)革新， 具有廣闊的應(yīng)用前景Introduction產(chǎn)品生命周期縮短交貨期成為主要競爭因素大市場和大競爭用戶需求

2、個性化, 多品種小批量生產(chǎn)比例增大生產(chǎn)周期 交貨期 市場 用戶需求產(chǎn)量現(xiàn)代制造企業(yè)的變化Introduction 制造技術(shù)發(fā)展趨勢服務(wù)化科學(xué)化信息化信息科學(xué)技術(shù)知識經(jīng)濟(jì)以顧客為服務(wù)中心數(shù)字化制造的概念數(shù)字化制造指的是在虛擬現(xiàn)實(shí)、 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、 快速原型、 數(shù)據(jù)庫和多媒體等支撐技術(shù)的支持下，根據(jù)用戶的需求， 迅速收集資源信息， 對產(chǎn)品信息、 工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、 規(guī)劃和重組， 實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和功能的仿真以及原型制造， 進(jìn)而快速生產(chǎn)出達(dá)到用戶要求性能的產(chǎn)品整個制造過程。132The related concepts利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官

3、的模擬，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。快速原型數(shù)據(jù)庫虛擬現(xiàn)實(shí)批量生產(chǎn)前，必須制出樣品以表達(dá)設(shè)計構(gòu)想，快速獲取產(chǎn)品設(shè)計的反饋信息，并對產(chǎn)品設(shè)計的可行性作出評估、論證是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲和管理數(shù)據(jù)的倉庫相關(guān)概念國外發(fā)展現(xiàn)狀數(shù)字化制造發(fā)展現(xiàn)狀在機(jī)械制造領(lǐng)域,國外各大企業(yè)都投入大量人力和物力進(jìn)行計算機(jī)集成制造系統(tǒng)工的研究,己經(jīng)出現(xiàn)了不少成功的應(yīng)用案例,比如美國波音公司應(yīng)用工技術(shù)成功開發(fā)出波音飛機(jī),使開發(fā)周期由過去的一年縮短到年半,成本降低了,實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品的設(shè)計、工藝編排、產(chǎn)品制造、檢測、裝配等整個過程的一體化“無紙加工”,顯著的縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,提高了質(zhì)量,增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力,

4、充分顯示了的優(yōu)越性國外發(fā)展現(xiàn)狀CIMS系統(tǒng)比較龐大,涉及企業(yè)的宏觀決策、資源優(yōu)化、市場運(yùn)作、資金運(yùn)營等方面,國外相當(dāng)部分的企業(yè)也沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的CIMS,但是在產(chǎn)品的設(shè)計到制造過程中成功的應(yīng)用了CAD、CAPP、CAM技術(shù),取得了不錯的效果。CIMS是通過計算機(jī)硬軟件，并綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)的人、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息與物流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的大系統(tǒng)。國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀(1)CAD/CAPP/CAE/CAM的推廣應(yīng)用:從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計生產(chǎn)、制作模式，已經(jīng)成為當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)特征。(2) MRP/E

5、RP的推廣應(yīng)用:隨著市場經(jīng)濟(jì)體制的完善，在政府、企業(yè)和科研院所等多方努力下，越來越多的企業(yè)開始重視并實(shí)施MRP/ERPMRP:物資需求計劃，以完工時期為時間基準(zhǔn)倒排計劃，按提前期長短區(qū)別各個物品下達(dá)計劃時間的先后順序ERP 是一種主要面向制造行業(yè)進(jìn)行物質(zhì)資源、資金資源和信息資源集成一體化管理的企業(yè)信息管理系統(tǒng)國外發(fā)展現(xiàn)狀(3) CIMS的推廣應(yīng)用。從1987年開始實(shí)施到今天，己經(jīng)在我國的機(jī)械、電子、航天、航空、輕工、紡織、石油、化工、冶金等十幾個主要的制造行業(yè)，200多家不同規(guī)模、不同類型的企業(yè)實(shí)施了CIMS工程，對行業(yè)和地區(qū)的制造企業(yè)的信息化、現(xiàn)代化起了重要的牽引導(dǎo)向作用。(4) Intra

6、net/Extranet建設(shè)方面，我國企業(yè)Intranet/Extranet應(yīng)用在近年也表現(xiàn)出了良好的發(fā)展勢頭，許多企業(yè)正在對原有信息系統(tǒng)進(jìn)行基于Internet技術(shù)的改造或組建Intranet/Extranet平臺，企業(yè)間可以實(shí)現(xiàn)資源的共享，大大提高了生產(chǎn)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀CIMS主要單項(xiàng)技術(shù)(CAD, CAPP, CAM)成功地被應(yīng)用，而宏觀決策、資源優(yōu)化、市場運(yùn)作、資金運(yùn)營等方面的應(yīng)用卻參差不齊，且大多不甚理想數(shù)字化制造的發(fā)展趨勢數(shù)字化制造的發(fā)展趨勢生產(chǎn)產(chǎn)品集成化和管理網(wǎng)絡(luò)化智能化虛擬化綠色化柔性化數(shù)字化制造的發(fā)展趨勢1） 制造信息的數(shù)字化 ， 將實(shí)現(xiàn) CAD/CAPP/CAM/CAE 的一體

7、化， 使產(chǎn)品向無圖紙制造方向發(fā)展。2） 通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部并行工程， 通過因特網(wǎng)建立跨地區(qū)的虛擬企業(yè)， 實(shí)現(xiàn)資源共享優(yōu)化配置， 使制造業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)輔助制造方向發(fā)展3） 將數(shù)字化技術(shù)注入傳統(tǒng)產(chǎn)品，開發(fā)新產(chǎn)品， 在我國利用適用先進(jìn)制造技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)， 重點(diǎn)應(yīng)是擴(kuò)大利用數(shù)字化制造技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)， 繼續(xù)大力開展數(shù)字化制造技術(shù)的研究開發(fā)。數(shù)字化仿真技術(shù)數(shù)字化仿真技術(shù)的內(nèi)涵數(shù)字化仿真技術(shù)的內(nèi)涵計算機(jī)仿真技術(shù)是一門利用計算機(jī)軟件模擬實(shí)際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。它具有經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、安全、靈活、可多次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn), 已經(jīng)成為對許多復(fù)雜系統(tǒng)(工程的、非工程的)進(jìn)行分析、設(shè)計、試驗(yàn)、評估的必不可少的

8、手段。它是以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ), 以計算機(jī)和各種物理設(shè)施為設(shè)備工具, 利用系統(tǒng)模型對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)仿真研究的一門綜合技術(shù)。數(shù)字化仿真技術(shù)的分類仿真模型的不同物理仿真：對實(shí)際存在的模型進(jìn)行試驗(yàn)，研 究系統(tǒng)的性能數(shù)學(xué)仿真：用數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究物理-數(shù)學(xué)仿真數(shù)字化仿真技術(shù)的分類系統(tǒng)狀態(tài)變化連續(xù)系統(tǒng)：系統(tǒng)狀態(tài)隨時間發(fā)生連續(xù)變化， 離散系統(tǒng)：只在離散的時間點(diǎn)上發(fā)生“事件”時，系統(tǒng)狀態(tài)才發(fā)生變化的系統(tǒng)應(yīng)用性質(zhì)不同 系統(tǒng)研制：用于系統(tǒng)分析、設(shè)計、制造、裝配、檢測及優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用：用于系統(tǒng)操作及管理人員培訓(xùn)數(shù)字化仿真技術(shù)的優(yōu)勢數(shù)字化仿真技術(shù)的優(yōu)勢提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率減少損失縮短產(chǎn)品開發(fā)周

9、期降低產(chǎn)品開發(fā)成本完成復(fù)雜產(chǎn)品的操作和使用訓(xùn)練仿真在整個產(chǎn)品生命周期中的應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)基本步驟數(shù)字化仿真技術(shù)基本步驟建立數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的程序化仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)字化仿真技術(shù)基本步驟建立數(shù)據(jù)模型主要是通過演繹法、歸納法、綜合集成法等分析方法，建立一個特定對象的有限邊界的數(shù)學(xué)模型。要建立好數(shù)學(xué)模型，通常要考慮到特定對象仿真研究的預(yù)定目標(biāo)和邊界、先驗(yàn)知識(包括己被驗(yàn)證的定理、定律、理論和模型)、觀測數(shù)據(jù)、特定領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)等因素。建立數(shù)學(xué)模型數(shù)字化仿真技術(shù)基本步驟數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)包括兩個方面的內(nèi)容，即設(shè)計仿真算法及編制仿真程序。數(shù)據(jù)模型的程序化仿真實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)(包括分析)是系統(tǒng)仿真另一個十分重要的活動，

10、它主要是按照預(yù)先設(shè)置的實(shí)驗(yàn)方案來運(yùn)行仿真模型，得到一系列的仿真結(jié)果。數(shù)字化仿真軟件數(shù)字化仿真軟件SolidWorksSolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品數(shù)字化仿真軟件主要模塊零件的建模曲面的建模鈑金設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換特征識別6.運(yùn)動仿真7.應(yīng)力分析8.流體分析9.模態(tài)分析數(shù)字化仿真軟件Pro/ENGINEERPro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件數(shù)字化仿真軟件主要模塊數(shù)字化仿真軟件UGUG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一個產(chǎn)品工程解

11、決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段數(shù)字化仿真軟件主要模塊UG入口UG實(shí)體建模UG特征建模UG自由曲面建模UG用戶自定義特征UG工程繪圖UG裝配建模UG高級裝配UG鈑金設(shè)計UG有限元前后置處理UG有限元解算器UG/ANSYS軟件接口UG加工基礎(chǔ)UG/Post Builder 加工后置處理UG/Nurbs樣條軌跡生成器UG車削UG型芯、型腔銑削UG平面銑削UG定軸銑削UG自動清根UG可變軸銑削UG順序銑UG線切割UG二次開發(fā)UG產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計UG產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計UG管路設(shè)計UG沖壓模具工程UG 電氣布線數(shù)字化仿真軟件CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為

12、PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程。CATIA數(shù)字化仿真軟件主要模塊零件設(shè)計裝配設(shè)計交互式工程繪圖創(chuàng)成式工程繪圖 GDR結(jié)構(gòu)設(shè)計線架和曲面設(shè)計鈑金設(shè)計 SMD航空鈑金設(shè)計 ASL鈑金加工設(shè)計 SHP三維功能公差與標(biāo)注設(shè)計模具設(shè)計 陰陽模設(shè)計焊接設(shè)計 WDG自由風(fēng)格曲面造型自由風(fēng)格曲面優(yōu)化基于截面線的自由風(fēng)格曲面造型FSP基于草圖的自由風(fēng)格曲面造型FSK創(chuàng)成式外形設(shè)計 GSD創(chuàng)成式曲面優(yōu)化GS汽車白車身接合 ABF數(shù)字化外形編輯 DSE汽車A級曲面造型ACA快速曲面重建 QSR創(chuàng)

13、成式零件結(jié)構(gòu)分析 GPS數(shù)字化仿真軟件有限元軟件ANSYSANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，是世界范圍內(nèi)增長最快的計算機(jī)輔助工程（CAE）軟件，能與多數(shù)計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD，computer Aided design）軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Creo, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等。是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化仿

14、真軟件機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析ADAMS是美國機(jī)械動力公司(Mechanical Dynamics Inc.)(現(xiàn)已并入美國MSC 公司)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件數(shù)學(xué)軟件Matlab美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分?jǐn)?shù)字化仿真軟件電子:proteus、Pspice、Psim、protel dxp單片機(jī)的有keil、quarters ii。通用的有simulink流體力學(xué)的有fluent、ANSYS 、CFD(FLUENT)，CFX、flow-3d、STAR-CD、

15、ADINA虛擬儀器的有l(wèi)abview。操作系統(tǒng)的有虛擬機(jī)VM。數(shù)字化模擬仿真案例基于離散元法的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析東北農(nóng)業(yè)大學(xué)韓豹設(shè)計出一種北方粳稻育秧設(shè)備定向排種裝置，是一種通過利用排種板做“D”軌跡實(shí)現(xiàn)稻種定向精量排種，其在試驗(yàn)過程中總結(jié)出，種箱供種量的多少以及結(jié)構(gòu)對后續(xù)排種器的排種性能有重大影響。為實(shí)現(xiàn)該排種器獲得最佳性能，現(xiàn)設(shè)計出一種旋盤式供種裝置，通過改變旋轉(zhuǎn)分流盤的轉(zhuǎn)速、落料斗與旋轉(zhuǎn)分流盤間的距離實(shí)現(xiàn)種子的均勻分流及種子流量的控制引言基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析離散元法是將研究對象劃分為一個個相互獨(dú)立的單元，根據(jù)單元之間的相

16、互作用和牛頓運(yùn)動定律，采用動態(tài)松弛法或靜態(tài)松弛法等迭代方法進(jìn)行循環(huán)迭代計算，確定每一個時間步長所有單元的受力及位移引言基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析二維圖1.上筒體 2.落料斗 3.間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 4.下筒體 5.旋轉(zhuǎn)盤 6.擋料板 7.導(dǎo)料管 8.傳動機(jī)構(gòu) 9.內(nèi)椎體 10.分流體 11.高度調(diào)節(jié)搖把基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析尋求最佳參數(shù)實(shí)現(xiàn)排種量范圍可控傷種率低等最佳性能轉(zhuǎn)盤直徑R轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速n落料間距H基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析顆粒模型的創(chuàng)建為最大化近似稻種顆粒模型，用EDEM進(jìn)行多球填充，本文共選取9個球，其半徑r分別選?。夯贓DEM的均勻供種裝置數(shù)值

17、模擬與分析顆粒模型的創(chuàng)建為最大化近似稻種顆粒模型，用EDEM進(jìn)行多球填充，本文共選取9個球，其半徑r分別選?。夯贓DEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析接觸模型的選擇旋轉(zhuǎn)式均勻供種裝置的工作過程是通過旋轉(zhuǎn)盤與顆粒之間的接觸以及顆粒間相互接觸進(jìn)行能量傳遞，從而實(shí)現(xiàn)顆粒運(yùn)動最終實(shí)現(xiàn)顆粒的分流，因此，顆粒與幾何邊界、顆粒與顆粒間的接觸模型都設(shè)置為：彈性阻尼摩擦接觸力學(xué)模型基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析主要仿真參數(shù)基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析仿真過程基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速對供種性能的影響設(shè)置旋轉(zhuǎn)分流盤直徑D=175mm、落料斗與旋轉(zhuǎn)分流盤間的距離h=4m

18、m,將旋轉(zhuǎn)分流盤轉(zhuǎn)速設(shè)置為、，分別對3種參數(shù)進(jìn)行仿真基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計表試驗(yàn)結(jié)果分析表基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析轉(zhuǎn)速不同時顆粒受力變化基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析旋轉(zhuǎn)分流盤的直徑對供種性能的影響設(shè)置旋轉(zhuǎn)分流盤旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為，落料斗與旋轉(zhuǎn)分流盤間的距離h=4mm,通過改變分流盤的直徑探究其直徑變化對排種性能有怎樣的影響。取其直徑D分別為165mm、175mm、185mm，分別對3中參數(shù)進(jìn)行仿真基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計表試驗(yàn)結(jié)果分析表基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析直徑不同時顆粒受力變化基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析落料斗與旋轉(zhuǎn)分流盤間的距離對排種性能的影響設(shè)置旋轉(zhuǎn)分流盤旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)盤直徑固定為175mm,設(shè)置落料斗與旋轉(zhuǎn)分流盤間的距離h分別為3mm、4mm、5mm，分別對3中參數(shù)進(jìn)行仿真基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計表試驗(yàn)結(jié)果分析表基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析間距不同時顆粒受力變化