CAD系统与虚拟装配系统间的信息集成技术研究

针对商品化计算机辅助设计系统与虚拟装配系统间的数据转换问题,提出了一种虚拟装配环境下的零件信息层次表达结构模型,该模型由面片层、几何层、特征层和零件层组成;给出了虚拟装配环境下零件信息模型的重构方法,通过对计算机辅助设计系统中零件信息的提取和虚拟装配环境中零件信息的重构,较好地解决了商品化计算机辅助设计系统与虚拟装配系统之间的数据集成问题;建立了虚拟装配原型系统,验证了研究结果的可行性。     

凸轮轴零件的参数化虚拟磨削加工

虚拟凸轮轴零件是凸轮轴虚拟磨削加工的极重要的信息载体。虚拟零件上承载的与加工工艺相关的信息,其准确性与完备性,将直接决定虚拟磨削加工的结果真实性与实用性。通过对凸轮轴零件的几何结构及其与加工相关的各种属性信息的分析,并结合凸轮轴虚拟磨削加工系统数据处理与分析的内在要求,提出了一种凸轮轴零件虚拟磨削加工参数化处理的方法,并根据该方法开发出了实用的凸轮轴虚拟零件参数化定义模块。     

虚拟环境下产品装配技术的研究与实现

为实现装配过程在虚拟环境中的映射 ,开发了一套虚拟装配系统 ,提出了虚拟装配系统的体系结构 ,对虚拟装配关键技术———虚拟手的建模、手势的定义和切换、虚拟手和零件的运动控制、实时碰撞检测算法、精确定位算法、图形用户界面以及虚拟装配过程的记录、编辑与反演等进行了研究 ,并给出了解决方案。在包围盒和凸包分解相结合碰撞检测算法的基础上 ,提出了基于“近似约束”和“碰撞定位”相结合的零件精确定位算法 ,大大减少了运算时间 ,提高了算法的效率。提出的理论和算法已经在某型号汽车空调器的虚拟装配上获得成功应用     

《中国机械工程学报》2012年第25卷第1期目次、摘要

DOI:10.3901/CJME.2012.01.001虚拟装配中基于面匹配的接触状态识别算法侯伟伟刘检华宁汝新史建成(北京理工大学机械与车辆学院北京100081)摘要:接触问题是虚拟装配研究中最具挑战性的领域之一,接触状态信息能够用于实现零件的顺从运动、分析接触应力、定位零件等。现有的接触     

基于约束的虚拟装配技术研究

为了实现基于约束的虚拟装配操作,给出了虚拟环境中装配约束的统一表达方法,以及约束与自由度的等价关系和运动自由度的归约等,提出了一套虚拟装配中的约束处理算法。首先,利用装配关系自动识别算法,判断两个零件几何约束元素之间的位姿关系是否在给定的误差范围内;其次,使用定位求解算法,使主动体零件在满足已经确认约束的基础上,以最小的位姿调整量满足新约束;最后,提出了基于广义坐标系的运动导航算法,根据装配零件满足的约束对其运动进行引导。这些算法已经应用于集成虚拟装配环境的系统中,实践证明它们能很好地支持集成虚拟装配环境的约束处理,实现了虚拟装配过程与实际装配过程的高度统一。     

BRIEF算法在基于增强现实的产品装配引导中的应用研究

面向增强现实环境下采用零件自然特征的装配引导应用,提出一种基于BRIEF算法的虚实装配场景注册融合方法。利用BRIEF算法进行装配零件图像自然特征的提取,建立零件图像的特征描述符。通过海明距离进行装配引导过程中零件图像特征描述符的匹配,实现虚实装配零件的注册;同时将虚拟装配信息在真实装配场景中叠加,用于引导用户完成装配作业过程。实验结果表明:利用该算法进行虚实注册具有较好的鲁棒性和实时性,能够较好地应用于增强现实环境下的产品装配引导过程中。     

基于约束代理的虚拟手装配研究

虚拟环境中缺少零件约束信息,从CAD系统中提取约束信息并根据虚拟装配系统的需求进行简化,采用添加约束代理实体的方法对约束信息进行表达.根据装配约束和约束代理实体的特点,三个有效的线面约束便可以对任意一个零件定位,对约束进行捕捉并对多个约束作用下零件的运动进行了分析.开发了虚拟手装配操作系统,操作人员能在约束的引导下顺利地完成产品的虚拟装配操作.     

直纹空间曲面零件的虚拟加工系统

文章研究了空间直纹曲面虚拟零件的实现原理、数据模型和实现方法,针对加工实际中出现的各种具体情况,研究了相应的算法,用三维真实感图形实现空间直纹面零件的虚拟动态加工过程,用人工神经元网络实现零件的虚拟加工效果,使整个系统与实际加工过程更接近,用于四轴线切割机床加工前的校验或自动编程系统的仿真.     

应力驱动的2.5D梯度各向异性维诺多孔零件轻量化建模方法

为了提高多孔零件的设计自由度、内部力学性能梯度与实际应力分布的匹配度,提出一种应力驱动的2.5D梯度各向异性维诺多孔零件轻量化设计方法。将零件有限元分析结果分解为应力标量场和应力方向场,通过加权随机采样算法将应力标量场映射为零件设计域内的维诺站点分布,实现零件内部力学性能的梯度分布;将应力方向场映射为二维黎曼流形,提出一种基于胞元择优方向生长策略的各向异性维诺图生成算法,生成胞元沿黎曼流形分布的各向异性维诺图。在此基础上,通过偏置算法、调和距离场和拉伸算法生成光滑的梯度各向异性维诺多孔零件。最后,采用有限元分析、三点弯曲实验等方法将所设计的多孔零件和其他多孔零件进行比较分析。实验结果表明,所提出的梯度各向异性维诺多孔零件建模方法能有效提升零件内部力学性能梯度与实际应力分布的匹配度,降低材料消耗,实现轻量化设计。     

虚拟齿轮测量中心的运动建模研究

介绍了虚拟齿轮测量中心运动建模的体系结构。采用数字积分差补和层次包围体碰撞检测算法,实现了虚拟齿轮测量中心的四轴联动和虚拟测头与零件的碰撞检测。通过运动仿真,证明了虚拟齿轮测量中心可以实现真实测量中心的运动模式。     

大范围工件寻位问题的递阶求解方法

为解决大范围工件寻位这一难题,研究出宏微观相结合的递阶寻位方法。该方法利用先进智能传感技术,以无接触方式快速获取工件宏观位姿信息,并以此引导微观精确测量过程获取工件关键特征的精确信息,最后通过基于现代数学理论的快速算法准确求解出工件的实际状态,实验结果表明,所提出的方法具有良好的应用效果。     

基于UG的车身零件组合检具自动装配方法研究

在UG二次开发平台上,采用模块化设计方法,研究虚拟车身坐标系装配空间确定方法等关键技术,通过定位约束映射和规则推理,给出了在三维模型空间中对检具各组合元件实施坐标变换并进行自动装配的过程,研究实例表明:计算机辅助技术的应用,能有效提高检具自动装配的效率.     

Surface accuracy optimization of mechanical parts with multiple circular holes for additive manufacturing based on triangular fuzzy number

Surface accuracy directly affects the surface quality and performance of mechanical parts. Circular hole, especially spatial non-planar hole set is the typical feature and working surface of mechanical parts. Compared with traditional machining methods, additive manufacturing (AM) technology can decrease the surface accuracy errors of circular holes during fabrication. However, an accuracy error may still exist on the surface of circular holes fabricated by AM due to the influence of staircase effect. This study proposes a surface accuracy optimization approach for mechanical parts with multiple circular holes for AM based on triangular fuzzy number (TFN). First, the feature lines on the manifold mesh are extracted using the dihedral angle method and normal tensor voting to detect the circular holes. Second, the optimal AM part build orientation is determined using the genetic algorithm to optimize the surface accuracy of the circular holes by minimizing the weighted volumetric error of the part. Third, the corresponding weights of the circular holes are calculated with the TFN analytic hierarchy process in accordance with the surface accuracy requirements. Lastly, an improved adaptive slicing algorithm is utilized to reduce the entire build time while maintaining the forming surface accuracy of the circular holes using digital twins via virtual printing. The effectiveness of the proposed approach is experimentally validated using two mechanical models.     

“虚工件”法——提高柔性制造设备生产率和柔性的一种新方法

通常,在一台带有托板输送系统的柔性制造设备(如柔性制造单元)上一次在托板上只装夹一个零件进行加工。“虚工件”法是指在一个托板上装多个相同或不同的零件,将它们视为一个零件投入设备中,用对各零件的NC 程序进行相关处理后得到的 NC 新程序进行加工。应用这种方法可以提高生产率,提高柔性并有利于均衡生产。分析了应用“虚工件”法的一些限制条件及其技术实施中的苦干技术关键.     

基于浆料胶凝特性的陶瓷制品快速制造技术

结合快速原型制造技术原理和陶瓷浆料的胶凝特性提出了一种快速制造陶瓷制品的新技术。其工艺流程是先用形状沉积制模法快速制造牺牲模,然后将浆料注入牺牲模中,基于陶瓷浆料的胶凝特性原位固化成型。去除牺牲模后得陶瓷生坯,经烧结处理得到陶瓷制品。研究表明：该技术是一种高可靠性的陶瓷制品快速制造技术,对小批量、复杂结构陶瓷制品的制造具有重要意义。     

激光选区熔化自由制造异质材料零件技术研究

为解决当前激光选区熔化成型过程难以按需在零件任意位置自由布置不同材料的难题,基于多漏斗供粉+柔性清扫回收粉末原理,对异质材料零件激光选区熔化增材制造技术展开了研究,详细探讨了成型机理、粉尘污染防范机制及异质材料数据处理方法。采用CuSn10、4340两种不同的合金材料进了工艺实验验证。实验表明该方法可以较有效解决激光选区熔化成型过程异质材料布置难题,实现异质材料零件成型：（1）能自由地在不同层间或同层内不同区域按需布置不同的材料;（2）所得块状异质材料零件的铜合金材料区域Fe元素平均质量百分含量可控制在2%以下,钢材料区域Cu元素平均质量百分含量可控制在1%以下;（3）成功成型了一个具有复杂外形及微细材料区域特征的异质材料齿轮零件,零件异质材料区域不受零件复杂外形限制,可自由按需布置材料,0.5mm宽的层内异质材料区域也能被较好地表达出来,尺寸误差不超过±0.1mm。     

面向对象模型量化评价方法

虚拟制造系统建模主要采用面向对象分析与设计方法,其模型是十分复杂的,在虚拟制造系统面向对象模型设计的基础上,引入一种面向对象模型量化评价方法,以便更科学地评估虚拟制造系统面向对象模型的复杂度。     

考虑机床闲置和工件绕路的可重构制造系统工件族构建相似性算法

针对可重构制造系统(Reconfigurable manufacturing system,RMS)需要兼顾柔性和效率问题,提出考虑机床闲置和工件绕路因素的RMS工件族构建方法。该方法首先提取不同工件工艺路线之间的最长公共子序列,然后以最长公共子序列为基础,考虑机床闲置和工件绕路因素将非最长公共子序列的工序合并到最长公共子序列中,形成最短混合工艺路线,通过分析最长公共子序列、最短混合工艺路线与工件相似性之间的线性关系,建立工件相似性系数求解算法,以此作为工件聚类成族的基础。最后,将该方法与已有方法进行对比分析,验证了该方法的准确性和实用性。     

基于双链遗传算法的网络化制造资源优化配置

网络制造环境下合作伙伴的选择采用的主要方法是对被选企业的一些宏观信息进行评价,该方法无法保证在形成动态联盟后制造系统的运行效率,并且要求预先确定任务的分配,无法保证各个企业之间任务分配的合理性.针对这样的问题,从更底层的制造资源优化配置入手,研究制造资源如何在网络制造环境下优化配置,从而确定合作伙伴和各合作伙伴所需要承担的生产任务.任务分配涉及企业-资源-任务三者之间的匹配,使得原本就是NP难题的调度问题更加复杂,借鉴传统遗传算法和生物学进化原理,提出一种双链遗传算法来解决这样的规划问题,相对于传统遗传算法这样算法的效率更高,编码解码更容易,可以解决网络制造资源优化配置问题.     

Heuristics for the FMS-loading and part-type-selection problems

In this article, we study the FMS-loading and part-type-selection problems, in which each part is processed by a series of operations. Two heuristic methods are presented for the objectives of balancing workloads and meeting due dates. These heuristics perform a specific evaluation of the objective function at each iteration. The goal of Heuristic#1 is to achieve workload balance. The additional goal of Heuristic#2 is to reduce the number of late part types. The loading and part-type selection must satisfy a tooling constraint. Computational results are encouraging and indicate significant improvement over the existing methods.