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GTC阀体数字化虚拟仿真

参赛方向: 3D设计与3D打印

参赛赛区: 江苏赛区

参赛组别: 教师组

参赛院校: 常州机电职业技术学院

参赛院系: 机械工程学院

参赛教师: 刘伟,陶波,姜海军,余振华,庞雨花

项目简介

       凯士比阀业(常州)有限公司的铸件产品由由传统二维图纸传达信息,设计师需根据经验运用传统方法制作翻砂模,存在产品内腔过渡不光滑、制造周期长,系列产品更新慢等不利因素。为了提高产品开发速度,提升产品制造工艺水准,KSB阀业联合常州机电职业技术学院运用3D/VR/AR数字化虚拟仿真技术为其多系列产品建立三维产品模型库,便于新产品的管理与开发。为缩短设计研发周期,在产品的设计阶段就采用VR虚拟仿真技术对产品进行相关仿真实验。在样品试制阶段,针对样品采用3D扫描技术获取数据与设计模型进行对比。

项目详情

虚拟样机技术是上世纪80年逐渐兴起、基于计算机技术的一个新概念。

随着21世纪世界经济和科学技术的飞速发展,全球性的市场竞争日益激烈。产品消费结构不断向多元化、个性化方向发展。面对无法预测、持续发展的市场需求,企业为了提高竞争力,必须尽快改变品种,更新设计,缩短新产品的研发周期,提高产品的设计质量,降低产品的研发成本,进行创新性设计,这样才能对快速多变的市场需求做出敏捷响应,从而在市场竞争中获得相当的市场份额和利润。虚拟样机技术就是在这种迫切需要的驱动下产生的。

新产品的研发涉及诸如机械运动学与动力学、人机工程学、美学等多个相关的学科,而传统的设计方法又无法使各学科理论的实现达到最优。一种新设备的研发,按照传统的设计模式通常要经过设计、样机试制、工业性试验、改进定型和批量生产几个步骤。由于这种基于物理样机的设计研发模式的致命缺陷(成本高、周期长),往往使物理样机的反复性试验不够充分,加上设计人员通常不愿为修改局部而给整机带来不可欲知的结果,这就使我国的机械产品造型、结构和功能严重老化,从而在市场上缺乏竞争能力。这种基于样机制造、试验的设计方法增加了新产品的研发周期和成本。产品结构越复杂,这种人力、物力、财力的浪费越严重,从而严重地制约了产品质量的提高。虚拟样机技术的出现和逐渐成熟,为解决这些问题提供了强有力的工具和手段。

1、三维CAD技术在产品开发中的应用是现代制造的基础,目前我们对阀门类产品的结构特点还需要进一步熟悉。

2研究目标及主要内容是完成一个系列产品的三维建模与虚拟装配及全新产品工程图。

3创新特色是改变传统二维图纸传递设计信息制造模具的方法,将CAD/CAM技术一体化技术应用在产品开发上。

4、研究铸件图纸,领悟产品结构特点,与KSB公司技术人员共同对三维模型进行设计上的反复更新与迭代。

54月进厂考察,简单阀体的建模。5-8月指定一个系列产品的模型库建模装配及工程图创建。

难点创新

虚拟样机技术的核心在于虚拟样机与物理样机的各个方面的性能无限接近。本项目研究为虚拟样机技术的发展和在生产中应用提供可靠的技术保障和理论依据。目前主要需解决的关键技术主要在于:

(1) 在不同的虚拟样机设计工具和应用软件之间数据的交换带来信息的丢失;

(2) 虚拟样机技术本身原理上的不够准确;

(3) 产品的形状很复杂,因此构造一个准确的、完整的、理想化的模型是很难的。在这种情况下,如果辅助以适当数目的物理样机,就可以更好地理解虚拟样机,并且还可以增加虚拟样机的可信度。

本课题与应用背景相结合,从各学科交叉的角度,建立GTC阀体虚拟样机。主要特点和创新点:

(1) 可以辅助物理样机进行设计验证和测试;

(2) 可以在相同的时间内“试验”更多的设计方案,这是物理样机无法比拟的;

(3) 可以减少产品开发后期的设计更改,进而使得整个产品的开发周期最小化;

(4) 由于虚拟样机技术支持并行设计,使得设计小组之间的沟通变得便捷。

成果成效

解决的关键技术:

仿真试验技术的核心在于仿真试验的虚拟样机与物理样机的各个方面的性能无限接近。本项目研究为仿真试验虚拟样机技术的发展和在生产实际中应用提供可靠的技术保障和理论依据。目前主要需解决的关键技术主要在于:

(1) 在不同的仿真试验虚拟样机设计工具和应用软件之间数据的交换带来信息的完整性;

(2) 仿真试验虚拟样机与实物物理样机的个方面性能更为接近;

        (3) 实物产品的形状很复杂,因此构造一个准确的、完整的、理想化的模型是很难的。在这种情况下,如果辅助以适当数目的物理样机,就可以更好地构建仿真试验用虚拟样机,并且还可以增加仿真试验虚拟样机的可信度。

社会效益:

        本课题通过虚拟样机模拟实物产品相关性能的仿真试验。虚拟样机技术是以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心,加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术,将分散的零部件设计和分析技术集成在一起,提供一个全新研发机械产品的设计方法。它通过设计中的反馈信息不断地指导设计,保证产品寻优开发过程顺利进行。

    同传统的基于物理样机的设计研发方法相比,虚拟样机设计方法具有以下特点:

     (1) 全新的产品研发模式。传统的产品研发方法从设计到生产是一个串行过程,这种方法存在很多弊端。而虚拟样机技术真正地实现了系统角度的产品优化,它基于并行工程,使产品在概念设计阶段就可以迅速地分析、比较多种设计方案,确定影响性能的敏感参数,并通过可视化技术设计产品、预测产品在真实工况下的特征以及所具有的响应,直至获得最优工作性能。

     (2) 更低的研发成本、更短的研发周期、更高的产品质量。采用虚拟样机设计方法有助于摆脱对物理样机的依赖。通过计算机技术建立产品的数字化模型,可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试验,从而无需制造及试验物理样机就可获得最优方案,因此不但减少了物理样机的数量,而且缩短了研发周期、提高了产品质量。

     (3) 实现动态联盟的重要手段。目前世界范围内广泛地接受了动态联盟的概念,即为了适应快速变化的全球市场,克服单个企业资源的局限性,出现了在一定时间内,通过网络临时缔结成的一种虚拟企业。为实现并行设计和制造,参盟企业之间产品信息的敏捷交流尤显重要,而虚拟样机是一种数字化模型,通过网络输送产品信息,具有传递快速、反馈及时的特点,进而使动态联盟的活动具有高度的并行性。

      本课题将为应用领域中虚拟样机的仿真试验提供实理论上的支撑。本项目的成功将有望产生巨大的经济效益和社会效益。虚拟样机的仿真试验关键技术的突破也为其在各领域提供了更为广阔的应用前景。

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