虚拟环境下平面连杆机构运动仿真实现技术研究

在虚拟环境下结合虚拟装配技术实现机构的运动仿真是产品装配仿真的一个重要环节,在虚拟环境下完成产品的装配仿真后对其进行运动仿真可以为机构性能分析提供有效的参考数据,进而分析装配的合理性,提高装配质量.因此结合国内外机构运动仿真发展的现状,首先给出了在虚拟环境下基于虚拟装配技术实现机构运动仿真的基本思想和整体框架,通过具体实例提出利用几何法进行机构的运动仿真分析,及将对机构的运动规律分析转化为对基本单元的运动规律分析.同时提出了运动副的自动生成、运动机构的自动搜索及机构的识别等核心算法,有效地减少在虚拟环境下完成装配仿真后机构运动仿真前处理的工作量,提高了机构运动仿真的智能化程度.最后结合自主开发的原型系统虚拟装配工艺规划软件VAPP对相关算法进行了实现,并进行了实例验证.     

基于数字孪生的航天器装配质量监控与预测技术

鉴于航天器装配过程中不确定因素多,无法准确有效地预测和评估航天器的实际性能,装配过程中因进行大量复杂的性能试验来验证产品性能指标的符合性而极大影响了装配效率,提出一种基于数字孪生的航天器装配质量在线监控与预测方法。分析了航天器装配执行层面总体流程的特点,在此基础上给出面向航天器装配质量的数字孪生建模方法,以及面向数字孪生构建的产品监控与数据管理方法,最后提出一种基于灰度关联的装配过程质量综合预测方法,可用于航天器装配质量预测。以空间站某泵组件产品为实例,验证了所提方法的正确性。     

数字孪生及其应用探索

数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性,具有实时同步、忠实映射、高保真度特性,能够实现物理世界与信息世界交互与融合的技术手段。随着数字孪生车间概念的提出,数字孪生在智能制造中的应用潜力得到越来越多的关注。分析了数字孪生在企业应用和理论研究上的进展,基于前期提出的数字孪生的五维结构模型,提出数字孪生驱动的6条应用准则,探索了数字孪生驱动的14类应用设想与实施过程中所需突破的关键问题与技术,为未来开展数字孪生的进一步落地应用提供理论和方法论参考。     

产品装配技术的研究现状、技术内涵及发展趋势

当前国内外精密/超精密加工技术的快速发展,使得零部件加工精度和一致性得到显著提高,装配环节对产品性能的保障作用正日益凸显,相关研究越来越得到国内外学者的关注。针对目前我国产品装配技术研究相对滞后,缺乏相关研究体系的现状,在总结国内外产品装配技术的研究现状基础上,阐述了其分类和内涵,建立了产品装配技术的研究体系框架,并对其面向装配的设计、装配工艺设计与仿真、装配工艺装备、装配测量与检测、装配车间管理等主要研究方向进行了论述,最后指出了未来产品装配技术的集成化、精密化、微/纳化和智能化的发展趋势。     

虚拟环境中线缆建模及布线的研究与实现

针对虚拟环境中因线缆柔性可变特性而引起的难以表达及操作不便的问题，提出线缆的离散控制点建模方法以及基于离散控制点线缆模型的单控制点局部布线、多控制点局部布线和整体布线方法，达到了在虚拟环境中对线缆进行快速布线的目的；通过实时跟踪和记录线缆控制点的空间位姿，实现了布线过程及结果数据的存储，为后续的布线工艺规划奠定了基础。     

铸铝箱体用螺栓扭矩系数影响因素分析

针对某铸铝箱体螺栓联接中预紧力离散度偏高的现状,在紧固件扭转-拉力试验机上进行了螺栓的拧紧试验,分析了拧紧过程中的螺栓使用次数、拧紧速度等工艺过程可控因素对扭矩系数的影响规律。试验结果表明:在螺栓拧紧过程中扭矩系数随着扭矩的增大而不断减小;拧紧速度较小时扭矩系数也相应较小,但扭矩系数离散程度明显偏高;终拧扭矩系数在首次拧紧时最小,第二次拧紧时迅速增加,之后趋于稳定。     

机械产品多质量要求下的选择装配方法

针对机械产品多质量要求下的选配问题,提出一种基于强弱Pareto和遗传算法的多质量要求下的选择装配方法。对选配问题进行分析,构建了一种面向三维空间多质量要求下的统一选配信息模型,在此基础上考虑装配精度和装配成功率,进而建立了多质量要求下的选配综合优化模型。采用一种以公差项为单元的编码方式,并通过给出质量要求权重系数,提出以强弱Pareto和密集度描述带有主次关系的多目标综合评价规则,在考虑关联约束排序的基础上,利用遗传算法进行多目标的选择装配,实现了带有主次关系的多质量要求下产品的选配优化。设计并开发了原型系统,通过实例验证了该方法的可行性。     

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。     

基于LTL-PRM算法的分支管路自动布局方法

针对非正交分支管路的自动布局问题,提出一种基于局部二次学习概率路径图算法(LTL-PRM)的分支管路自动布局方法,该方法首先采用回溯算法计算出端点之间的最小斯坦纳树,并对其中的斯坦纳点位置进行优化处理,从而获得管路系统的分支点位置,在此基础上通过局部二次学习构建路径图,并利用DIJKSTRA算法搜索出各分支管路的最短路径,最后对搜索出的路径进行优化,从而获得分支管路的最终布局结果。基于此方法,开发了管路自动布局设计软件系统并进行了实例分析,验证了该方法的可行性。     

基于小生境粒子群算法的公差多目标优化设计

为解决产品设计中的公差优化问题,提出一种基于小生境粒子群算法的公差多目标优化方法。以加工成本、质量损失成本和公差敏感性为优化目标,以装配功能要求和加工能力为约束条件,建立了公差多目标优化模型。对标准粒子群算法进行改进,根据小生境数和Pareto优劣性确定孤立粒子,并通过个体历史最优粒子与孤立粒子的变异、选择操作更新粒子的个体历史最优位置;利用Pareto支配数排序更新粒子群的全局最优位置。利用改进的粒子群算法对公差多目标优化模型进行求解,得到分布均匀的Pareto前沿。设计并开发了原型系统,通过实例验证了该方法的有效性。