本發(fā)明涉及復雜機電產(chǎn)品的數(shù)字化裝配指導，特別涉及一種數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真系統(tǒng)和方法。

背景技術：

1、目前復雜機電產(chǎn)品例如航空航天產(chǎn)品，具有多品種、小批量、柔性化的生產(chǎn)模式，其內(nèi)部結構，約束關系復雜、裝配操作工藝執(zhí)行方式為手工作業(yè)、操作步驟繁復、作業(yè)質量與操作人員的工藝熟練程度和技藝水平密切關聯(lián)，裝配質量難以得到保證。導致裝配過程的不確定性和管控難度進一步加大，目前復雜機電產(chǎn)品的裝配主要存在以下問題：

2、1、工藝設計任務通過裝配工藝文件進行管理，管理效率低下，不直觀。

3、2、工藝分工以及工序、工步內(nèi)容設計過程中沒有有效地與產(chǎn)品三維模型相結合，未形成連貫的基于模型的裝配工藝設計業(yè)務流程。

4、3、工藝與工裝設計、手動工具、設備、輔耗材等工藝設計資源未形成有效協(xié)同。

5、4、工藝設計工具未與產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行有效集成，無法充分復用前期工藝規(guī)劃與設計成果，造成重復設計。

6、由此可見，提高產(chǎn)品的裝配數(shù)字化水平，降低現(xiàn)場裝配人員的學習成本，提高裝配效率和質量，是本技術領域亟待解決的難題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)基于虛擬裝配環(huán)境的裝配工藝規(guī)劃及仿真，以提高產(chǎn)品的裝配數(shù)字化水平，降低現(xiàn)場裝配人員的學習成本，提高裝配效率和質量。

2、為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

3、一種數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真系統(tǒng)，其特點是，包括：

4、裝配工藝資源庫構建模塊，用于構建含產(chǎn)品、工具、工裝、輔助指示模型的三維模型資源庫；

5、裝配工藝規(guī)劃及仿真模塊，連接于所述裝配工藝資源庫構建模塊，結合三維模型資源庫，分工序、工步并結合具體的工藝內(nèi)容進行規(guī)劃，并在規(guī)劃好之后進行仿真驗證，對于存在干涉、動作冗余進行修改，輸出到數(shù)據(jù)庫模塊或生成裝配工藝數(shù)據(jù)文件；

6、裝配工藝發(fā)布模塊，連接于所述裝配工藝規(guī)劃及仿真模塊，用于讀取裝配工藝數(shù)據(jù)文件，發(fā)布可視化工藝文件，為裝配操作人員提供裝配指導；

7、數(shù)據(jù)交互模塊，連接于所述裝配工藝發(fā)布模塊，使得所述仿真系統(tǒng)以客戶端形式連接，負責所述仿真系統(tǒng)與外部的控制系統(tǒng)和工具系統(tǒng)通信；

8、數(shù)據(jù)庫模塊，連接于裝配工藝規(guī)劃及仿真模塊和裝配工藝發(fā)布模塊，負責數(shù)據(jù)的存儲和管理。

9、進一步地，所述的裝配工藝資源庫構建模塊包括：

10、三維模型導入單元，用于導入包含產(chǎn)品、工具、工裝、輔助指示模型的三維模型資源；

11、三維模型輕量化單元，用于將導入的三維模型資源進行輕量化操作后，導入模型資源庫；

12、裝配工藝信息表配置單元，用于將工藝信息表導入并修改配置，工藝信息表用于保存工藝過程基本信息，所述的工藝過程基本信息包括工序號、工序名稱、工步號、裝配類型、裝配內(nèi)容、裝入件名稱、裝入件類型、裝入件數(shù)量、工具/設備、工裝/輔料、緊固力矩、工藝控制或檢驗內(nèi)容中的一種或幾種。

13、進一步地，所述的裝配工藝規(guī)劃及仿真模塊包括：

14、產(chǎn)品信息配置單元，用于配置并保存產(chǎn)品信息，所述的產(chǎn)品信息包括產(chǎn)品型號、產(chǎn)品批次號或產(chǎn)品編碼；

15、工藝資源匹配單元，按照每一工序下的每一工步進行裝配流程規(guī)劃，根據(jù)裝配工藝信息表中的裝入件名稱、裝入件類型、裝入件數(shù)量、工具/設備自動在三維模型庫中匹配不同資源；

16、裝配活動配置單元，用于對裝配活動進行配置，所述的裝配活動包括裝入件動作、工具動作、輔助資源添加、相機視角變換、柔性線纜繪制；

17、工具數(shù)據(jù)采集配置單元，用于配置工具設備ip及端口號、保存數(shù)據(jù)配置，設定緊固力矩范圍，實時數(shù)值、扭力曲線顯示、反饋信號顯示；

18、裝配動畫隊列編輯單元，用于自由調(diào)整動畫隊列結構樹，合理化裝配動畫；

19、仿真單元，用于單步裝配仿真、連續(xù)裝配仿真、循環(huán)播放、暫停播放、干涉檢查；

20、輸出單元，用于輸出圖片、視頻和json數(shù)據(jù)文件到數(shù)據(jù)庫。

21、進一步地，所述的裝配工藝發(fā)布模塊具體包括：

22、裝配數(shù)據(jù)輸入單元，用于讀取數(shù)據(jù)庫或json數(shù)據(jù)文件并打開；

23、裝配工藝動畫播放單元，用于讀取數(shù)據(jù)后，按工步控制裝配動畫的播放、暫停、循環(huán)；

24、工具數(shù)據(jù)顯示及存儲單元：根據(jù)不同類型工具配置不同數(shù)據(jù)，并針對不同產(chǎn)品編碼后臺生成excel表格或在數(shù)據(jù)庫中全過程記錄力矩數(shù)據(jù)。

25、進一步地，所述的數(shù)據(jù)交互模塊具體包括：

26、與控制系統(tǒng)通信單元，其負責數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的通信，通信連接成功后交由控制系統(tǒng)對數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真系統(tǒng)實現(xiàn)全面接管，控制裝配工藝數(shù)據(jù)選擇、裝配動畫的播放、工步切換、軟件開關的操作；

27、與工具系統(tǒng)通信單元，其負責與工具系統(tǒng)的通信，通信連接成功后實時傳輸力矩，測量數(shù)值、反饋信號。

28、進一步地，所述的數(shù)據(jù)庫模塊具體包括：

29、用戶信息管理單元，用于存儲用戶賬號數(shù)據(jù)；

30、裝配工藝信息數(shù)據(jù)單元，用于按不同識別碼存儲的完整裝配工藝信息數(shù)據(jù)。

31、一種數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真方法，其利用上述的數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的方法包括以下步驟：

32、步驟s01、構建包含產(chǎn)品、工具、工裝、輔助指示模型的三維模型資源庫；

33、步驟s02、構建裝配工藝信息表，形成可讀取可修改工藝信息的裝配工藝規(guī)劃指導文件；

34、步驟s03、構建虛擬裝配工藝規(guī)劃環(huán)境，根據(jù)三維模型資源庫、裝配工藝信息表，規(guī)劃、仿真，并分析裝配工程的合理性并及時進行修改，形成符合實際裝配場景要求的裝配工藝過程；

35、步驟s04、集成裝配工藝規(guī)劃過程的資源、產(chǎn)品屬性信息、工藝信息和仿真信息，形成裝配工藝數(shù)據(jù)文件，輸出到發(fā)布模塊輔助裝配現(xiàn)場操作人員進行裝配指導。

36、進一步地，所述步驟s01具體包括：

37、s11、在三維建模軟件中完成產(chǎn)品、工具、工裝、輔助指示三維模型的構建；

38、s12、對三維模型在模型輕量化單元中進行輕量化處理，并對三維模型進行mbd標注，形成包含產(chǎn)品、工具、工裝、輔助指示的三維模型資源庫。

39、進一步地，所述的步驟s02具體包括：在表格編輯軟件中完成裝配工藝信息配置表的編輯，具體以工序號、工序名稱、工步號、裝配類型、裝配內(nèi)容、裝入件名稱、裝入件類型、裝入件數(shù)量、工具/設備、工裝/輔料、緊固力矩、工藝控制及檢驗內(nèi)容的順序編輯，并保存為表格文件。

40、進一步地，所述的所述步驟s03具體包括：

41、s31、從裝配工藝資源庫中導入工藝資源，編輯產(chǎn)品的型號、批次、編碼信息；

42、s32、針對不同工序和工步，根據(jù)工藝信息表中裝入件名稱、數(shù)量，工具/設備自動分配當前工步裝入件類型和數(shù)量，所用工具設備；

43、s33、在三維虛擬場景中配置裝入件、工具位置；

44、s34、選定裝入件、工具配置不同的裝配活動，在場景中選定動作對象后：平移、旋轉活動為輸入坐標、旋轉軸、旋轉角度參數(shù)進行配置；路徑活動為抓取動作對象后在虛擬場景記錄路徑點配置。配置好后進行裝配運動仿真，裝入件將沿配置路徑進行運動，目標位置將高亮閃爍顯示，同時進行干涉檢查，在出現(xiàn)碰撞時，被碰撞位置將紅色高亮顯示，用戶可以刪除再添加路徑點來避開干涉位置，或修改配置；

45、s35、對于相同工步下存在的遮擋的裝配活動，配置相機視角變換路徑來規(guī)避遮擋；

46、s36、調(diào)整當前工步動畫隊列結構樹；

47、s37、對于復雜的無法準確表述的裝配活動，可添加外部圖片或視頻資源以輔助；

48、s38、對于有工具數(shù)據(jù)傳輸要求的工步，配置要求數(shù)據(jù)值，設置實時數(shù)據(jù)顯示ui形式及數(shù)據(jù)保存配置；

49、s39、完成流程配置后，選擇保存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫或輸出json數(shù)據(jù)文件。

50、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

51、本發(fā)明基于復雜機電產(chǎn)品三維模型，使用基于模型的定義(mbd)技術、虛擬仿真技術、三維可視化技術、網(wǎng)絡通信技術。結合裝配工藝資源庫，搭建裝配工藝規(guī)劃及仿真系統(tǒng)及方法，基于三維可視化場景進行構建，生成的工藝數(shù)據(jù)能夠進行局部修改和復用，針對不同產(chǎn)品可以快速構建不同工藝場景，復用性好，有效提高了裝配數(shù)字化水平，降低現(xiàn)場裝配人員的學習成本，提高裝配效率和質量，同時實現(xiàn)了本系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)、工具設備的基于c/s架構的通信，便于自動化項目集成，裝配現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集記錄，提高了裝配過程與數(shù)據(jù)留存的集成度，為企業(yè)數(shù)字化轉型提供支撐。