一种数字化装配工艺规划与仿真系统和方法与流程

本发明涉及复杂机电产品的数字化装配指导，特别涉及一种数字化装配工艺规划与仿真系统和方法。

背景技术：

1、目前复杂机电产品例如航空航天产品，具有多品种、小批量、柔性化的生产模式，其内部结构，约束关系复杂、装配操作工艺执行方式为手工作业、操作步骤繁复、作业质量与操作人员的工艺熟练程度和技艺水平密切关联，装配质量难以得到保证。导致装配过程的不确定性和管控难度进一步加大，目前复杂机电产品的装配主要存在以下问题：

2、1、工艺设计任务通过装配工艺文件进行管理，管理效率低下，不直观。

3、2、工艺分工以及工序、工步内容设计过程中没有有效地与产品三维模型相结合，未形成连贯的基于模型的装配工艺设计业务流程。

4、3、工艺与工装设计、手动工具、设备、辅耗材等工艺设计资源未形成有效协同。

5、4、工艺设计工具未与产品数据进行有效集成，无法充分复用前期工艺规划与设计成果，造成重复设计。

6、由此可见，提高产品的装配数字化水平，降低现场装配人员的学习成本，提高装配效率和质量，是本技术领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种数字化装配工艺规划与仿真系统和方法，实现基于虚拟装配环境的装配工艺规划及仿真，以提高产品的装配数字化水平，降低现场装配人员的学习成本，提高装配效率和质量。

2、为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种数字化装配工艺规划与仿真系统，其特点是，包括：

4、装配工艺资源库构建模块，用于构建含产品、工具、工装、辅助指示模型的三维模型资源库；

5、装配工艺规划及仿真模块，连接于所述装配工艺资源库构建模块，结合三维模型资源库，分工序、工步并结合具体的工艺内容进行规划，并在规划好之后进行仿真验证，对于存在干涉、动作冗余进行修改，输出到数据库模块或生成装配工艺数据文件；

6、装配工艺发布模块，连接于所述装配工艺规划及仿真模块，用于读取装配工艺数据文件，发布可视化工艺文件，为装配操作人员提供装配指导；

7、数据交互模块，连接于所述装配工艺发布模块，使得所述仿真系统以客户端形式连接，负责所述仿真系统与外部的控制系统和工具系统通信；

8、数据库模块，连接于装配工艺规划及仿真模块和装配工艺发布模块，负责数据的存储和管理。

9、进一步地，所述的装配工艺资源库构建模块包括：

10、三维模型导入单元，用于导入包含产品、工具、工装、辅助指示模型的三维模型资源；

11、三维模型轻量化单元，用于将导入的三维模型资源进行轻量化操作后，导入模型资源库；

12、装配工艺信息表配置单元，用于将工艺信息表导入并修改配置，工艺信息表用于保存工艺过程基本信息，所述的工艺过程基本信息包括工序号、工序名称、工步号、装配类型、装配内容、装入件名称、装入件类型、装入件数量、工具/设备、工装/辅料、紧固力矩、工艺控制或检验内容中的一种或几种。

13、进一步地，所述的装配工艺规划及仿真模块包括：

14、产品信息配置单元，用于配置并保存产品信息，所述的产品信息包括产品型号、产品批次号或产品编码；

15、工艺资源匹配单元，按照每一工序下的每一工步进行装配流程规划，根据装配工艺信息表中的装入件名称、装入件类型、装入件数量、工具/设备自动在三维模型库中匹配不同资源；

16、装配活动配置单元，用于对装配活动进行配置，所述的装配活动包括装入件动作、工具动作、辅助资源添加、相机视角变换、柔性线缆绘制；

17、工具数据采集配置单元，用于配置工具设备ip及端口号、保存数据配置，设定紧固力矩范围，实时数值、扭力曲线显示、反馈信号显示；

18、装配动画队列编辑单元，用于自由调整动画队列结构树，合理化装配动画；

19、仿真单元，用于单步装配仿真、连续装配仿真、循环播放、暂停播放、干涉检查；

20、输出单元，用于输出图片、视频和json数据文件到数据库。

21、进一步地，所述的装配工艺发布模块具体包括：

22、装配数据输入单元，用于读取数据库或json数据文件并打开；

23、装配工艺动画播放单元，用于读取数据后，按工步控制装配动画的播放、暂停、循环；

24、工具数据显示及存储单元：根据不同类型工具配置不同数据，并针对不同产品编码后台生成excel表格或在数据库中全过程记录力矩数据。

25、进一步地，所述的数据交互模块具体包括：

26、与控制系统通信单元，其负责数字化装配工艺规划与仿真系统与控制系统的通信，通信连接成功后交由控制系统对数字化装配工艺规划与仿真系统实现全面接管，控制装配工艺数据选择、装配动画的播放、工步切换、软件开关的操作；

27、与工具系统通信单元，其负责与工具系统的通信，通信连接成功后实时传输力矩，测量数值、反馈信号。

28、进一步地，所述的数据库模块具体包括：

29、用户信息管理单元，用于存储用户账号数据；

30、装配工艺信息数据单元，用于按不同识别码存储的完整装配工艺信息数据。

31、一种数字化装配工艺规划与仿真方法，其利用上述的数字化装配工艺规划与仿真系统，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

32、步骤s01、构建包含产品、工具、工装、辅助指示模型的三维模型资源库；

33、步骤s02、构建装配工艺信息表，形成可读取可修改工艺信息的装配工艺规划指导文件；

34、步骤s03、构建虚拟装配工艺规划环境，根据三维模型资源库、装配工艺信息表，规划、仿真，并分析装配工程的合理性并及时进行修改，形成符合实际装配场景要求的装配工艺过程；

35、步骤s04、集成装配工艺规划过程的资源、产品属性信息、工艺信息和仿真信息，形成装配工艺数据文件，输出到发布模块辅助装配现场操作人员进行装配指导。

36、进一步地，所述步骤s01具体包括：

37、s11、在三维建模软件中完成产品、工具、工装、辅助指示三维模型的构建；

38、s12、对三维模型在模型轻量化单元中进行轻量化处理，并对三维模型进行mbd标注，形成包含产品、工具、工装、辅助指示的三维模型资源库。

39、进一步地，所述的步骤s02具体包括：在表格编辑软件中完成装配工艺信息配置表的编辑，具体以工序号、工序名称、工步号、装配类型、装配内容、装入件名称、装入件类型、装入件数量、工具/设备、工装/辅料、紧固力矩、工艺控制及检验内容的顺序编辑，并保存为表格文件。

40、进一步地，所述的所述步骤s03具体包括：

41、s31、从装配工艺资源库中导入工艺资源，编辑产品的型号、批次、编码信息；

42、s32、针对不同工序和工步，根据工艺信息表中装入件名称、数量，工具/设备自动分配当前工步装入件类型和数量，所用工具设备；

43、s33、在三维虚拟场景中配置装入件、工具位置；

44、s34、选定装入件、工具配置不同的装配活动，在场景中选定动作对象后：平移、旋转活动为输入坐标、旋转轴、旋转角度参数进行配置；路径活动为抓取动作对象后在虚拟场景记录路径点配置。配置好后进行装配运动仿真，装入件将沿配置路径进行运动，目标位置将高亮闪烁显示，同时进行干涉检查，在出现碰撞时，被碰撞位置将红色高亮显示，用户可以删除再添加路径点来避开干涉位置，或修改配置；

45、s35、对于相同工步下存在的遮挡的装配活动，配置相机视角变换路径来规避遮挡；

46、s36、调整当前工步动画队列结构树；

47、s37、对于复杂的无法准确表述的装配活动，可添加外部图片或视频资源以辅助；

48、s38、对于有工具数据传输要求的工步，配置要求数据值，设置实时数据显示ui形式及数据保存配置；

49、s39、完成流程配置后，选择保存数据到数据库或输出json数据文件。

50、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

51、本发明基于复杂机电产品三维模型，使用基于模型的定义(mbd)技术、虚拟仿真技术、三维可视化技术、网络通信技术。结合装配工艺资源库，搭建装配工艺规划及仿真系统及方法，基于三维可视化场景进行构建，生成的工艺数据能够进行局部修改和复用，针对不同产品可以快速构建不同工艺场景，复用性好，有效提高了装配数字化水平，降低现场装配人员的学习成本，提高装配效率和质量，同时实现了本系统与其他控制系统、工具设备的基于c/s架构的通信，便于自动化项目集成，装配现场数据采集记录，提高了装配过程与数据留存的集成度，为企业数字化转型提供支撑。