虚拟装配中基于精确模型的碰撞检测算法

针对目前虚拟装配中由多边形模型引起的碰撞检测准确性低的问题,提出一种考虑公差信息的精确碰撞检测算法.首先进行分层的多边形碰撞检测,获得发生碰撞的多边形;然后基于层次图像数据将发生碰撞的多边形映射到零件相应的几何上;再依据几何的公差信息计算碰撞阈值;最后根据碰撞阈值进行精确碰撞判定.实例验证结果表明,文中算法在保证虚拟装配系统实时性的同时,提高了碰撞检测的准确性.     

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。     

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。     

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。     

基于数字散斑相关法的弯管残余应力测量系统

为了测量圆形管件在弯曲后产生的残余应力的情况,提出了一种新的基于数字散斑相关法(DSCM)的残余应力测量方法并且搭建了对应的测量系统.利用该系统对90.弯管外圆弯曲处的残余应力进行了测量.使用电测法作为参考,验证了基于数字散斑相关法的测量方法能够有效测定弯管内残余应力的值.实验结果表明,该方法在保证一定的测量精度的同时能够大幅度地提高测量效率,为进一步研究残余应力对弯管工艺的影响提供了基础.     

产品装配技术

正装配是产品制造的重要环节,在很大程度上决定了产品最终质量、制造成本和生产周期。由于装配通常占用的劳动量大且属于产品生产工作的后端,采用先进的装配技术对于提高产品生产效率和质量具有更加重要的工程意义。同时,随着当前我国精密/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。《机械工程学科发展战略报告(2011—2020)》指出,"产品整机装配性能的保障正在由最初的设计加工环节逐渐向装配环节转移,相关研究得到了世界各