数字模拟制造及仿真技术.ppt

数字模拟制造及仿真技术ContentsContents 数字化制造技术数字化制造技术 数字化仿真技术数字化仿真技术数字化案例仿真数字化案例仿真1.1.概念概念 2.2.发展趋势发展趋势 3.3.国内外发展现状国内外发展现状1.1.简介简介 2.2.国内外发展现状国内外发展现状3.3.基本步骤基本步骤.EDEMEDEM离散元仿真技术离散元仿真技术IntroductionIntroductionv伴随着信息时代的来临，全球进入了数字化时代。数字化时代是数字化技术在生产、生活、经济、社会、科技、文化、教育和国防等各个领域不断扩大应用并取得显著效益的时代。数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术，且以制造工程科学为理论基础的重大制造技术革新，具有广阔的应用前景产品生命周期缩短产品生命周期缩短交货期成为主要竞争因素交货期成为主要竞争因素大市场和大竞争大市场和大竞争用户需求个性化用户需求个性化,多品种小批多品种小批量生产比例增大量生产比例增大IntroductionIntroduction现代制造企业的变化IntroductionIntroduction 制制造造技技术术发发展展趋趋势势服务化服务化科学化科学化信息化信息化信息科学技术知识经济以顾客为服务中心数字化制造数字化制造数字化制造的概念数字化制造的概念数字化制造的概念数字化制造的概念指的是在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造过程。132The related conceptsThe related concepts利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。快速原型数据库虚拟现实批量生产前，必须制出样品以表达设计构想，快速获取产品设计的反馈信息，并对产品设计的可行性作出评估、论证是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库相关概念相关概念国外发展现状国外发展现状数字化制造发展现状数字化制造发展现状在机械制造领域,国外各大企业都投入大量人力和物力进行计算机集成制造系统工的研究,己经出现了不少成功的应用案例,比如美国波音公司应用工技术成功开发出波音飞机,使开发周期由过去的一年缩短到年半,成本降低了,实现了从产品的设计、工艺编排、产品制造、检测、装配等整个过程的一体化“无纸加工”,显著的缩短了产品开发周期,提高了质量,增强了企业的市场竞争力,充分显示了的优越性国外发展现状国外发展现状CIMS系统比较庞大,涉及企业的宏观决策、资源优化、市场运作、资金运营等方面,国外相当部分的企业也没有实现真正意义上的CIMS,但是在产品的设计到制造过程中成功的应用了CAD、CAPP、CAM技术,取得了不错的效果。CIMS是通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。国内发展现状国内发展现状(1)CAD/CAPP/CAE/CAM的推广应用:从根本上改变了传统的设计生产、制作模式，已经成为当前制造业发展的重要技术特征。(2)MRP/ERP的推广应用:随着市场经济体制的完善，在政府、企业和科研院所等多方努力下，越来越多的企业开始重视并实施MRP/ERPMRP:物资需求计划，以完工时期为时间基准倒排计划，按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后顺序ERP 是一种主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体化管理的企业信息管理系统国外发展现状国外发展现状(3)CIMS的推广应用。从1987年开始实施到今天，己经在我国的机械、电子、航天、航空、轻工、纺织、石油、化工、冶金等十几个主要的制造行业，200多家不同规模、不同类型的企业实施了CIMS工程，对行业和地区的制造企业的信息化、现代化起了重要的牵引导向作用。(4)Intranet/Extranet建设方面，我国企业Intranet/Extranet应用在近年也表现出了良好的发展势头，许多企业正在对原有信息系统进行基于Internet技术的改造或组建Intranet/Extranet平台，企业间可以实现资源的共享，大大提高了生产国内发展现状国内发展现状CIMS主要单项技术(CAD,CAPP,CAM)成功地被应用，而宏观决策、资源优化、市场运作、资金运营等方面的应用却参差不齐，且大多不甚理想数字化制造的发展趋势数字化制造的发展趋势数字化制造的发展趋势数字化制造的发展趋势生产产品集成化和管理网络化智能化虚拟化绿色化柔性化数字化制造的发展趋势数字化制造的发展趋势1）制造信息的数字化，将实现 CAD/CAPP/CAM/CAE 的一体化，使产品向无图纸制造方向发展。2）通过局域网实现企业内部并行工程，通过因特网建立跨地区的虚拟企业，实现资源共享优化配置，使制造业向互联网辅助制造方向发展3）将数字化技术注入传统产品，开发新产品，在我国利用适用先进制造技术改造传统制造业，重点应是扩大利用数字化制造技术改造传统制造业，继续大力开展数字化制造技术的研究开发。数字化仿真技术数字化仿真技术的内涵数字化仿真技术的内涵数字化仿真技术的内涵数字化仿真技术的内涵数字化仿真技术的内涵计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点,已经成为对许多复杂系统(工程的、非工程的)进行分析、设计、试验、评估的必不可少的手段。它是以数学理论为基础,以计算机和各种物理设施为设备工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验仿真研究的一门综合技术。数字化仿真技术的分类仿真模型的不同物理仿真：对实际存在的模型进行试验，研 究系统的性能数学仿真：用数学模型代替实际系统进行试验研究物理-数学仿真数字化仿真技术的分类系统状态变化连续系统：系统状态随时间发生连续变化，离散系统：只在离散的时间点上发生“事件”时，系统状态才发生变化的系统应用性质不同 系统研制：用于系统分析、设计、制造、装配、检测及优化系统应用：用于系统操作及管理人员培训数字化仿真技术的优势数字化仿真技术的优势数字化仿真技术的优势1.提高产品质量和生产效率2.减少损失3.缩短产品开发周期4.降低产品开发成本5.完成复杂产品的操作和使用训练仿仿真真在在整整个个产产品品生生命命周周期期中中的的应应用用数字化仿真技术基本步骤数字化仿真技术基本步骤建立数据模型数据模型的程序化仿真实验数字化仿真技术基本步骤建立数据模型主要是通过演绎法、归纳法、综合集成法等分析方法，建立一个特定对象的有限边界的数学模型。要建立好数学模型，通常要考虑到特定对象仿真研究的预定目标和边界、先验知识(包括己被验证的定理、定律、理论和模型)、观测数据、特定领域专家的经验等因素。建立数学模型数字化仿真技术基本步骤数学模型的实现包括两个方面的内容，即设计仿真算法及编制仿真程序。数据模型的程序化仿真实验仿真实验(包括分析)是系统仿真另一个十分重要的活动，它主要是按照预先设置的实验方案来运行仿真模型，得到一系列的仿真结果。数字化仿真软件数字化仿真软件SolidWorksSolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品数字化仿真软件主要模块1.零件的建模2.曲面的建模3.钣金设计4.数据转换5.特征识别6.运动仿真7.应力分析8.流体分析9.模态分析数字化仿真软件Pro/ENGINEERPro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件数字化仿真软件主要模块数字化仿真软件UGUG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段数字化仿真软件主要模块UG入口UG实体建模UG特征建模UG自由曲面建模UG用户自定义特征UG工程绘图UG装配建模UG高级装配UG钣金设计UG有限元前后置处理UG有限元解算器UG/ANSYS软件接口UG加工基础UG/Post Builder 加工后置处理UG/Nurbs样条轨迹生成器UG车削UG型芯、型腔铣削UG平面铣削UG定轴铣削UG自动清根UG可变轴铣削UG顺序铣UG线切割UG二次开发UG产品级参数化设计UG产品级参数化设计UG管路设计UG冲压模具工程UG 电气布线数字化仿真软件CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。CATIA数字化仿真软件主要模块零件设计装配设计交互式工程绘图创成式工程绘图 GDR结构设计线架和曲面设计钣金设计 SMD航空钣金设计 ASL钣金加工设计 SHP三维功能公差与标注设计模具设计 阴阳模设计焊接设计 WDG自由风格曲面造型自由风格曲面优化基于截面线的自由风格曲面造型FSP基于草图的自由风格曲面造型FSK创成式外形设计 GSD创成式曲面优化GS汽车白车身接合 ABF数字化外形编辑 DSE汽车A级曲面造型ACA快速曲面重建 QSR创成式零件结构分析 GPS数字化仿真软件有限元软件ANSYSANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN,Alogor,IDEAS,AutoCAD等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。数字化仿真软件机械系统动力学自动分析ADAMS是美国机械动力公司(Mechanical Dynamics Inc.)(现已并入美国MSC 公司)开发的虚拟样机分析软件数学软件Matlab美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分数字化仿真软件电子:proteus、Pspice、Psim、protel dxp单片机的有keil、quarters ii。通用的有simulink流体力学的有fluent、ANSYS、CFD(FLUENT)，CFX、flow-3d、STAR-CD、ADINA虚拟仪器的有labview。操作系统的有虚拟机VM。数字化模拟仿真案例数字化模拟仿真案例基于离散元法的均匀供种装置数值模拟与分析基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析东北农业大学韩豹设计出一种北方粳稻育秧设备定向排种装置，是一种通过利用排种板做“D”轨迹实现稻种定向精量排种，其在试验过程中总结出，种箱供种量的多少以及结构对后续排种器的排种性能有重大影响。为实现该排种器获得最佳性能，现设计出一种旋盘式供种装置，通过改变旋转分流盘的转速、落料斗与旋转分流盘间的距离实现种子的均匀分流及种子流量的控制引言基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析离散元法是将研究对象划分为一个个相互独立的单元，根据单元之间的相互作用和牛顿运动定律，采用动态松弛法或静态松弛法等迭代方法进行循环迭代计算，确定每一个时间步长所有单元的受力及位移引言基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析二维图1.上筒体 2.落料斗 3.间距调节机构 4.下筒体 5.旋转盘 6.挡料板 7.导料管 8.传动机构 9.内椎体 10.分流体 11.高度调节摇把基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析寻求最佳参数实现排种量范围可控伤种率低等最佳性能转盘直径R转盘转速n落料间距H基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析颗粒模型的创建为最大化近似稻种颗粒模型，用EDEM进行多球填充，本文共选取9个球，其半径r分别选取：0.8,1.1,1.2,1.3,1.3,1.2,1.1,0.8基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析颗粒模型的创建为最大化近似稻种颗粒模型，用EDEM进行多球填充，本文共选取9个球，其半径r分别选取：0.8,1.1,1.2,1.3,1.3,1.2,1.1,0.8基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析接触模型的选择旋转式均匀供种装置的工作过程是通过旋转盘与颗粒之间的接触以及颗粒间相互接触进行能量传递，从而实现颗粒运动最终实现颗粒的分流，因此，颗粒与几何边界、颗粒与颗粒间的接触模型都设置为：弹性阻尼摩擦接触力学模型基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析主要仿真参数基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析仿真过程基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析旋转盘转速对供种性能的影响设置旋转分流盘直径D=175mm、落料斗与旋转分流盘间的距离h=4mm,将旋转分流盘转速设置为2.5、3.0、3.5r/s，分别对3种参数进行仿真基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析试验结果统计表试验结果分析表基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析转速不同时颗粒受力变化基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析旋转分流盘的直径对供种性能的影响设置旋转分流盘旋转转速为3.0r/s，落料斗与旋转分流盘间的距离h=4mm,通过改变分流盘的直径探究其直径变化对排种性能有怎样的影响。取其直径D分别为165mm、175mm、185mm，分别对3中参数进行仿真基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析试验结果统计表试验结果分析表基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析直径不同时颗粒受力变化基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析落料斗与旋转分流盘间的距离对排种性能的影响设置旋转分流盘旋转转速为3.0r/s，转盘直径固定为175mm,设置落料斗与旋转分流盘间的距离h分别为3mm、4mm、5mm，分别对3中参数进行仿真基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析试验结果统计表试验结果分析表基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析间距不同时颗粒受力变化基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析1.在均匀供种器落料间距和转盘直径一定的条件下，旋转盘的转速越高，对应的排出颗粒的总数也越多，但颗粒的离散度也会增大；而对于颗粒受力情况，当转速大于3r/s时，随着转速越高颗粒受到力也越大，但当速度过小时稻种也会由于受到转盘过大的剪切力。结论基于EDEM的均匀供种装置数值模拟与分析2.在均匀供种器的旋转盘转速及落料间距一定时，旋转盘对颗粒的排出总数有一定的影响，但不明显，对颗粒的离散度有一定的影响，转盘的直径越大，离散度越高；受力变化也不明显。3.对于其他条件一定，改变落料间距时，随着间距增大，供种量会增加，同时与颗粒的离散度成正相关结论参考文献1张训杰，童伟国，陈林静，胡金泽.先进制造技术与数字化制造fJl.装 各制造技术，2007,11.2罗垂敏.数字化制造技术J.电f工艺技术，2007,1.3黄德中，魏宏玲.数字化技术在轮胎模具设计制造中的应用J.模 具技术，2002,3.4周祖德，余文勇，陈幼平.数字制造的概念与科学问题J.中国机械 工程，2001,1.5郑力，刘大成，李志忠.数字化加工过程、概念、结构及其应用J.中 国机械工程,1999,l0.6 Law A M,Kelton w D.Simulation modeling and analysisMJ.McGraw Hiu,Inc,19917 Drago Matko.Simulation and Modeling of Continuous System协旧.Prentice Ha11.19928土正中系统仿真技术网北京:科学出版社，19869黄柯棣，等系统仿真技术网长沙国防科技大学出版社，199810 DWK简介asp.2007-10-10.参考文献11胡平.车身部件快速仿真设计与数字化模具几锻造与冲)+.,2005,7.12 张兰民,杨立英,陈书强,等.寒地优质超级稻龙粳21的高产栽培技术J.作物杂志,2012(3):153-15413 陈书强,杨丽敏,赵海新,薛菁芳,潘国君.寒地优质超级稻龙粳21配套高产栽培技术研究.黑龙江农业科学,2014(2):23-28.14徐洪岩;蒋恩臣;梁丽娜;孟繁超;葛玉晓;韩豹;.北方粳稻“植生带”育秧设备定向排种装置的研制 J.农机化研究,2015.0615 胡国明等.颗粒系统的离散元素分析仿真-离散元法的工业应用与EDEM软件简介M 武汉理工大学出版社16李洪昌，李耀明.基于EDEM的振动筛分数值模拟与分析J.农业工程学报，2011,27（5）：117-12217李洪昌，高芬.水稻籽粒物理特性测定J.农机化研究，2014(3):23-2718赵湛，李耀明.水稻籽粒碰撞力学特性研究J农业机械学报，2013,44(6):88-92.