[发明专利]基于数字孪生驱动的工艺模型的建模与使用方法

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生驱动的工艺模型的建模与使用方法，适用于面向机械加工的智能化设计领域，该方法包括四个步骤：获取机加过程中的实时动态数据；对工件、设备、环境在机加过程中的应力应变、温度、加工参数、变形和生产流程利用仿真软件进行仿真优化，获取仿真结果数据；整合多源异构数据，通过数据映射技术生成机加数字孪生数据并利用工艺模型建模方法建模；建立数字孪生框架体系，构建数字孪生驱动的工艺模型，通过制定的工艺模型的使用方法来指导下游的加工制造，指导工艺模板的生成。利用该方法可便捷快速的获取加工过程中的实时数据以及对加工结果的预测数据，提升了工艺的可执行度，大大缩短了产品生产周期。

技术领域

本发明属于机械加工设计领域，具体涉及一种建模方法与使用方法，特别涉及一种面向机加数字孪生工艺模型的快速建模方法及其使用策略。

背景技术

数字孪生技术作为智能制造的一大关键趋势，在工艺生产过程中的应用越来越广泛。在数字孪生技术指导下，传统的工艺设计逐渐演变为智能化、数字化的三维工艺设计，以工艺模型为制造依据的新型制造模式应运而生。数字孪生技术为产品全生命周期的管理、物理空间与虚拟空间信息传递、数据共享、加工过程指导预测提供了技术支持，推动了智能制造的进步。

传统的工艺模型以MBD工艺模型为主，现阶段能够指导实际生产的MBD工艺模型只能够提供静态的加工工艺模板，针对复杂制造环境下、实时动态的加工问题还不能给出相应的解决方案，工艺模型所提供的信息存在单一性、局限性和封闭性。如何构建一种能够实时监测并反映机加过程各对象实时状态、加工参数、现场数据，能够指导下游加工制造的工艺模型成为全新的挑战。同时，添加对现场设备、环境、工件的动态仿真，追求对加工过程的预测指导也将大幅提升工艺的可执行性。

工艺规划过程中，实时数据与仿真数据所能带来的实际意义并没有被充分发挥，离散的多源异构信息与模型尚未被整合，机加的效率提升存在着较大的空间。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于数字孪生驱动的工艺模型的建模与使用方法，从而实现数字孪生工艺模型的建模及其对于工艺规划的辅助作用。

技术方案：基于数字孪生驱动的工艺模型的建模与使用方法，包括以下步骤：

(1)对机加过程中包括加工设备、工件、加工环境在内的影响加工质量的因素进行现场实时数据的采集；

(2)对工件、设备、环境在机加过程中的应力应变、温度、加工参数、变形和生产流程利用仿真软件进行仿真优化，获取仿真结果数据；

(3)整合包括实时数据、仿真数据、历史数据、工艺设计数据、工艺规则数据在内的多源异构数据，通过物理空间与虚拟空间数据映射技术生成机加数字孪生数据并利用工艺模型建模方法建模；

(4)建立数字孪生框架体系，构建数字孪生驱动的工艺模型，通过制定的工艺模型的使用方法来指导下游的加工制造，指导工艺模板的生成。

所述步骤(3)中工艺模型建模方法的具体步骤如下：

1)构建数字孪生模型的模型方程式，确定包含内容；

2)构建机加孪生数据方程式，确定组成结构；

3)依据方程式和数据采集系统、仿真系统、工艺知识库等确定具体数据；

4)数据的层次化梳理以及映射完成孪生数据的生成；

5)建立子系统之间的数据传输机制；

6)生成的孪生数据融入MBD模型；

7)实现模型的更新和可操作性。

所述步骤(4)中工艺模型的使用方法具体包括如下步骤：

1)依据毛坯模型、工序间模型、工序感知模型、工序仿真模型和孪生数据创建数字孪生工艺模型；