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面向智能装配的工艺孪生动态模型及工艺偏差模型构建研究

面向智能装配的工艺孪生动态模型及工艺偏差模型构建研究

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作者：罗富文西安建筑科技大学

学位级别：硕士

装配是产品全生命周期的关键环节,对产品性能影响重大。在大力发展“智能制造”的背景下,完整、准确、实时地记录并管理装配工艺信息,对于实现规范化装配指导和持续化装配工艺改进具有重要意义。针对目前工艺建模过程中物理装配数据集... 详细信息

装配是产品全生命周期的关键环节,对产品性能影响重大。在大力发展“智能制造”的背景下,完整、准确、实时地记录并管理装配工艺信息,对于实现规范化装配指导和持续化装配工艺改进具有重要意义。针对目前工艺建模过程中物理装配数据集成度不高、信息组织分散等问题,本文提出一种装配工艺孪生动态模型及偏差模型构建方法,该方法将装配工艺设计信息与物理装配数据集成建模,并与工艺节点流统一关联,保证模型写实性的同时实现对工艺信息的结构化组织管理,反映装配工艺偏差由输入经中间过程传递到输出的动态过程。主要内容有以下几个部分:（1）研究装配工艺孪生动态模型体系结构,为模型构建提供基础架构。在对智能制造模式下装配工艺信息建模需求深入分析的基础上,明确工作流应用于工艺建模的可行性。给出装配工艺孪生动态模型的整体框架及其中各功能模块的相互关系,明确各子模型功能特点及构建基本流程。总结模型表达的信息组成,为后续工艺模型构建奠定理论基础。（2）研究基于节点流的装配工艺孪生动态模型构建方法,为工艺信息表达与组织管理奠定基础。引入工艺节点流概念,以节点间关联关系及节点流触发条件为引导,生成工艺节点流,其作为信息组织和管理载体实现对装配工艺信息、装配偏差数据等高效集成管理。依据装配工艺设计与执行阶段多源工艺数据,以结构-工艺为框架,构建装配原理模型实现动态指导物理装配。以关键装配特征关联的质量特性参数为核心,通过映射物理装配精度,完成装配状态模型构建。以工艺节点流为主线,通过数据采集与交互和节点信息关联,基于模型构建智能算法实现工艺节点流驱动的装配工艺孪生模型构建。（3）研究装配工艺偏差传递与累积建模方法,实现偏差传递过程分析与累积状态数值计算。对装配过程中的偏差源进行分析,建立偏差源统一表达模型,采用偏差矢量对关键的偏差源位置和方向要素进行描述。将偏差传递分为零件内和零件间传递,分析装配过程偏差传递机理,以偏差有向图表达为载体构建偏差传递有向图模型,清晰表达偏差间的方向关系和理论关系,定性描述偏差传递过程。基于齐次坐标变换原理,采用偏差变动矩阵对装配过程偏差累积进行计算。以活塞连杆组装配过程偏差传递模型为实例验证模型有效性。（4）研究孪生工艺动态模型及偏差模型应用系统开发方法。利用二次开发技术设计开发了孪生装配工艺模型及偏差模型原型系统,该系统支持装配工艺设计信息获取与检索、物理装配工艺状态数据组织与可视化、装配偏差分析计算等功能,通过典型装配体验证了系统各个功能模块的有效性及可行性。该模型系统有效整合了工艺设计数据与物理工艺信息,提高了信息获取和处理效率,促进了数据快速传递及检索追溯,满足了集成、动态、写实的装配工艺建模需求,应用效果良好。

关键词：装配工艺孪生动态模型工艺节点流偏差传递有向图偏差变动矩阵

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