數(shù)字模擬制造及仿真技術(shù)

數(shù)字模擬制造及仿真技術(shù)第1頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月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)第2頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月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)用前景第3頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月產(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Introduction現(xiàn)代制造企業(yè)的變化第4頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月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)中心第5頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化制造數(shù)字化制造的概念指的是在虛擬現(xiàn)實、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。132第6頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月Therelatedconcepts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、觸覺等感官的模擬，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物?？焖僭蛿?shù)據(jù)庫虛擬現(xiàn)實批量生產(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)概念第7頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月國外發(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,充分顯示了的優(yōu)越性第8頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月國外發(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、市場運作、資金運營等方面,國外相當(dāng)部分的企業(yè)也沒有實現(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)化運行的復(fù)雜的大系統(tǒng)。第9頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月國內(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/ERP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)第10頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月國外發(fā)展現(xiàn)狀(3)CIMS的推廣應(yīng)用。從1987年開始實施到今天，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)Intranet/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)間可以實現(xiàn)資源的共享，大大提高了生產(chǎn)第11頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀CIMS主要單項技術(shù)(CAD,CAPP,CAM)成功地被應(yīng)用，而宏觀決策、資源優(yōu)化、市場運作、資金運營等方面的應(yīng)用卻參差不齊，且大多不甚理想第12頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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第13頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化制造的發(fā)展趨勢1）制造信息的數(shù)字化，將實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM/CAE的一體化，使產(chǎn)品向無圖紙制造方向發(fā)展。2）通過局域網(wǎng)實現(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)。第14頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真技術(shù)第15頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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)軟件模擬實際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)實驗的技術(shù)。它具有經(jīng)濟(jì)、可靠、實用、安全、靈活、可多次重復(fù)使用的優(yōu)點,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、評估的必不可少的手段。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)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗仿真研究的一門綜合技術(shù)。第16頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真技術(shù)的分類仿真模型的不同物理仿真：對實際存在的模型進(jìn)行試驗，研究系統(tǒng)的性能數(shù)學(xué)仿真：用數(shù)學(xué)模型代替實際系統(tǒng)進(jìn)行試驗研究物理-數(shù)學(xué)仿真第17頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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)第18頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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)練第19頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月仿真在整個產(chǎn)品生命周期中的應(yīng)用第20頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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驗第21頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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、先驗知識(包括己被驗證的定理、定律、理論和模型)、觀測數(shù)據(jù)、特定領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗等因素。建立數(shù)學(xué)模型第22頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真技術(shù)基本步驟數(shù)學(xué)模型的實現(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驗仿真實驗(包括分析)是系統(tǒng)仿真另一個十分重要的活動，它主要是按照預(yù)先設(shè)置的實驗方案來運行仿真模型，得到一系列的仿真結(jié)果。第23頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真軟件數(shù)字化仿真軟件SolidWorksSolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（DassaultSystemesS.A）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)品第24頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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.運動仿真7.應(yīng)力分析8.流體分析9.模態(tài)分析第25頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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一體化的三維軟件第26頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真軟件主要模塊第27頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真軟件UGUG（UnigraphicsNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段第28頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真軟件主要模塊UG入口UG實體建模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/PostBuilder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電氣布線第29頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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第30頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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)成式零件結(jié)構(gòu)分析GPS第31頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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，computerAideddesign）軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Creo,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,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。第32頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真軟件機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析ADAMS是美國機(jī)械動力公司(MechanicalDynamicsInc.)(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兩大部分第33頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化仿真軟件電子:proteus、Pspice、Psim、proteldxp單片機(jī)的有keil、quartersii。通用的有simulink流體力學(xué)的有fluent、ANSYS、CFD(FLUENT)，CFX、flow-3d、STAR-CD、ADINA虛擬儀器的有l(wèi)abview。。。。。操作系統(tǒng)的有虛擬機(jī)VM。。。。。第34頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化模擬仿真案例基于離散元法的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析第35頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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”軌跡實現(xiàn)稻種定向精量排種，其在試驗過程中總結(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)分流盤間的距離實現(xiàn)種子的均勻分流及種子流量的控制引言第36頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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立的單元，根據(jù)單元之間的相互作用和牛頓運動定律，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第37頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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)搖把第38頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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第39頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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?。?.8,1.1,1.2,1.3,1.3,1.2,1.1,0.8第40頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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?。?.8,1.1,1.2,1.3,1.3,1.2,1.1,0.8第41頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于EDEM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，從而實現(xiàn)顆粒運動最終實現(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)模型第42頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析主要仿真參數(shù)第43頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析仿真過程第44頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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=4mm,將旋轉(zhuǎn)分流盤轉(zhuǎn)速設(shè)置為2.5、3.0、3.5r/s，分別對3種參數(shù)進(jìn)行仿真第45頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于EDEM的均勻供種裝置數(shù)值模擬與分析試驗結(jié)果統(tǒng)計表試驗結(jié)果分析表第46頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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第47頁，課件共55頁，創(chuàng)作于2023年2月基于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3.0r/s，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