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数字孪生模型在产品构型管理中应用探讨
时间:2017-06-29  作者:鸿运国际  点击:  评论:  字体:T|T
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    基于模型定义MBD(Model Based Definition,MBD)鸿运国际娱乐官网是将产品的所有相关设计定义、T艺描述、属性和管理等信息都附着在产品二三维模型中的先进的数字化定义方法。基于模型定义的鸿运国际娱乐官网自波音787飞机首次引入并向其他行业进行推广已经日趋成熟,其效益已经被国内外知名公司和机构反复验证。目前国外相关研究的重点是实现面向产品生命周期全过程全要素的制造信息集成共享和协同环境,最终建立基于模型的企业MBE(Model Based Enterprise)。在此基础上,美国开展了数字线DT(Digital Thread)鸿运国际娱乐官网研究,进而又提出了数字孪生DT(Digilal Twin)的概念。数字孪生概念的产生和应用是MBD鸿运国际娱乐官网的进一步发展,使数字化设计制造鸿运国际娱乐官网迈向了一个新的台阶,是实现智能制造的基础。目前,我围制造企业已经较好地实现了二维研制模式下的产品构型管理和控制过程,然而,随着MBD鸿运国际娱乐官网的发展和深入应用,如何实现全三维模式下的产品构型管理又成为产品构型管理领域中的新议题,数字孪生相关鸿运国际娱乐官网的产生和应用为全i维研制模式下产品构型管理提供了一个可借鉴的鸿运国际娱乐官网方案。39X鸿运国际     数字线与数字孪生的概念与应用39X鸿运国际     数字线最早是由洛克希德·马丁公司提出的,他们在生产F一35中将MBD数据直接输入计算机数控机床加T成零件。或通过编程系统完成复合材料的敷设,并将这种新的工作模式称之为“数字线”。“数字线”为F一35的3种构型节省了6000套T装,还省去了这些T装的管理和与零件相互配置的时间,以及工装的配送和向机床上装夹所花费的时间。数字线产生的背景建立在“模型为中心”的基础上,这里的模型是具备信息完整丰富、按照统一的开放标准建立的、规范的和语义化的数字化模型,并且可被机器(或系统)稳定无歧义地读取。在此基础上,数字线集成并驱动现代化的产品设汁、制造和保障流程,使各环节的模型都能够及时进行关键数据的双向同步和沟通。其原理如l所示。可以看到,存设计与生产的过程中,仿真分析模型的参数传递给产品定义的全三维几何模型和数字化生产线加工成真实的物理产品,然后通过在线的数字化检测/测量系统反映到产品定义模型中,进而再反馈到仿真分析模型巾,从而实现了一个数据的双向传递过程。数字线的核心就是如何搭建一个涵盖产品研制全过程的协同环境,使统一的模型在产品研制各个阶段实现数据的双向流动、重用和不断丰富的过程。39X鸿运国际     数字孪生也被称为数字镜像、数字双胞胎和数字化映射。数字孪生是MBD鸿运国际娱乐官网的深入发展和应用,其根源在于企业在实施基于模型的系统丁程MBSE(Model Based Svste z11 Engineering)过程中,产生了大量的基于物理的、数学的模型被忽视。由此,最早的数字孪生思想由密歇根人学的Michael Grieves命名为“信息镜像模型”(1nformarion Mirroring Mode1),而后扩展为“数字孪生”的术语。2012年NASA公布的鸿运国际娱乐官网路线图中给出了数字孪生的概念描述。数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据,集成多学科、多尺度的仿真过程,它作为虚拟空间中对实体产品的镜像,反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。39X鸿运国际     随后,美国国防将数字孪生应用于航空航天飞行器的健康维护与保障中。其目的是在数字空间建立真实飞机的模型,并通过传感器实现与飞机真实状态完全同步,这样每次飞行后,根据结构现有情况和过往载荷,及时分析评估是否需要维修,能否承受下次的任务载荷等。随后数字孪生的概念被扩展到制造领域,美同国防采办大学对数字孪生的定义是充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间巾完成映射,从而反映相对应实作产品的全生命周期过程。其中实作产品(As—built Product)模型的内容可包括物理产品构型、材料微观结构、瑕疵、制造异常等。图2为飞机产品的数字孪生示例。39X鸿运国际     可以看到飞机的数字孪生模型与飞机物理产品建立r一对一的映射,不仪包括传统的几何模型,还包括材料属性、生产、检验、力学分析、空气动力、健康维护以及试飞等物理实现环节所反馈的一系列数据。这些数据通过数据线建立的双向通道向研制的上游和下游不断反馈、解析和利用从而形成可设计制造的智能闭环。也可以说数字孪生是虚拟制造和数字样机鸿运国际娱乐官网的深入和拓展,从定义范同来看,其不仅仅进行了产品的数字化定义,而是扩展了包含产品研制的所有实体装备的数字化定义;从涉及范罔来看.其向后延拓至生产研制的终端—— 实作产品的数字化定义,两者的定义和应用目标如表1所示。39X鸿运国际     由此可以看到,数字孪生的核心问题是如何定义包含产品研制全过程的全要素产品模型,如何为研制全过程提供数据准备或者反馈,从而实现“基于模型驱动”的产品研制模式。39X鸿运国际     139X鸿运国际     全三维研制模式下产品构型管理39X鸿运国际     构型管理是一种面向产品全生命周期的,以产品结构为组织方式,将各阶段产品数据关联起来并对其进行管理和控制,从而保证产品数据一致性和有效性的产品数据管理鸿运国际娱乐官网,有些行业也称之为鸿运国际娱乐官网状态管理和配置管理。构型管理通过5个关键要素,即构型管理计划、构型标识、构型更改控制、构型纪实、构型审核和验证,建立起一套科学的、可靠的产品质量保障体系。总地来说。实施构型管理的主要目的包括以下几点:39X鸿运国际     (1)从宏观上把握大型复杂产品的整体结构,建立产品整体结构,并充分利用已有的设计成果,缩短产品的设计周期;39X鸿运国际     (2)协调更改,建立产品完整的更改历史记录,进行有效的版本管理和控制,维护产品数据的全部有用版本,确保在各个阶段能够获得产品的完整的鸿运国际娱乐官网描述;39X鸿运国际     (3)控制、检查、调整交付状态构型要求与真实生产后的构型偏差.确保产品的性能、功能特性和物理特性与产品的需求、设计和使用信息之间的一致性。39X鸿运国际     目前来看,大多制造企业在实施构型管理过程中,已经改变了原来基于图纸的构型管理模式,逐步建立了基于零件或模块的构型管理模式,即通过产品数据管理系统建立产品结构,并以之为主线建立产品各环节和各组成部分的关联,进行产品的构型管理和控制。但在构型纪实、构型验证和审核验证环节中,其本质和还是沿用了传统模式下的构型管理机制,尤其是在物理构型的审核环节,其分为功能构型审核和物理构型审核,功能构型审核是检查构型项是否实现了需求定义的性能、功能和接口特性要求;物理构型审核是检查物理构型项是否与图纸或模型、鸿运国际娱乐官网规范、鸿运国际娱乐官网数据、质保数据和试验记录等的一致性要求。其最终目的是为了保证最终的物理产品构型与需求、设计、制造和交付整个生命周期的闭环。现有的构型管理方法往往是通过对研制过程中的文件、产品和记录(包括构型清单、规范、二维图样、 维模型、操作检验记录等)的逐项检查,以及对各种程序、流程和操作系统的评估,来检验产品的设计是甭满足性能和功能要求,以及产品的状态是否已被准确地记录在文件之中” 。基于这种丁作模式,虽然有产品数据管理等系统的辅助,鸿运国际娱乐官网人员和构型审核人员也需要花费大量的时间聚焦在产品图纸、产品模型和各种数据报表之间的bLX,t和维护当中,效率极低且容易出错。39X鸿运国际     随着全三维研制模式和智能制造鸿运国际娱乐官网的发展和深入应用,对产品构型管理提出了更高的要求:39X鸿运国际     (1)客户个性化需求增强,产品的设汁构型多变,产品构型管理过程需要动态响应;39X鸿运国际     (2)智能化没备的大量采用,要求产品研制过程中构型数据的快速收集、提取和实时反馈;39X鸿运国际     (3)产品研制的全生命周期过程中,产品构型数据需要进行全面分析和维护。以改善设汁和制造工艺过程,改善产品质量。39X鸿运国际     显然传统的构型管理方法已不能适应当前构型管理的高效的动态响应要求,因此需要一种高效可控的构型数据管理和控制机制,来实现产品研制全生命周期过程中产品构型数据的快速收集、提取和高效追溯。39X鸿运国际
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(编辑:梁嘉琪  来源:互联网)
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