(高清版)GB∕T 39334.1-2020 機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真 第1部分：通 用要求

J04中華人民共和國國家標準機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會Ⅰ前言 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義、縮略語 5一般要求 6基本流程 7詳細要求 7.1仿真方案制定 7.2仿真模型構建 7.3仿真運行分析 7.4結果評價與優(yōu)化 8數(shù)據(jù)管理要求 GB/T39334《機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真》分為5個部分：—第2部分：生產(chǎn)線規(guī)劃和布局仿真要求；—第3部分：裝配車間物流仿真要求；—第4部分：數(shù)控加工過程仿真要求；—第5部分：典型工藝仿真要求。本部分為GB/T39334的第1部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。本部分由全國技術產(chǎn)品文件標準化技術委員會(SAC/TC146)提出并歸口。本部分起草單位：中國電子科技集團公司第三十八研究所、中機生產(chǎn)力促進中心、中車株洲電力機車有限公司、徐工集團工程機械股份有限公司、上汽通用五菱汽車股份有限公司、南京騏駿軟件有限公司、中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司、上海數(shù)設科技有限公司、深圳市格林晟科技有限公司。汪洪敏。Ⅲ1機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真GB/T39334的本部分規(guī)定了機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真的分類、一般要求、基本流程、詳細要求和數(shù)據(jù)管理要求。本部分適用于與機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真有關的應用、開發(fā)、服務和研究。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T4863—2008機械制造工藝基本術語GB/T16722.1—2008技術產(chǎn)品文件計算機輔助技術信息處理安全性要求GB/T16722.2—2008技術產(chǎn)品文件計算機輔助技術信息處理原始文件GB/T16722.3—2008技術產(chǎn)品文件計算機輔助技術信息處理產(chǎn)品設計過程中的狀態(tài)GB/T16722.4—2008技術產(chǎn)品文件計算機輔助技術信息處理文件管理與檢索系統(tǒng)GB/T機械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)則GB/T機械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)則GB/T機械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)則GB/T26101—2010機械產(chǎn)品虛擬裝配通用技術要求GB/T33582—2017機械產(chǎn)品結構有限元力學分析通用規(guī)則3術語和定義、縮略語GB/T4863—2008界定的以及下列術語和定義適用于本文件。制造過程仿真利用建模技術建立與物理過程或環(huán)境相似的虛擬生產(chǎn)制造過程和（或）環(huán)境，并使用虛擬現(xiàn)實等數(shù)字化手段對該過程和（或）環(huán)境進行仿真分析、評估和優(yōu)化的活動。數(shù)控加工工藝仿真在虛擬環(huán)境下，通過使用虛擬現(xiàn)實等數(shù)字化手段對數(shù)控加工過程進行模擬來驗證NC程序的正確性和合理性、分析和預測加工過程中各物理量（切削力、切削熱、振動等）的變化對加工精度、表面加工質(zhì)量和加工效率的影響的活動。注：數(shù)控加工工藝仿真一般包括數(shù)控加工幾何仿真和數(shù)控加工物理仿真。2數(shù)控加工幾何仿真在虛擬環(huán)境下，通過對工件定位、裝夾，工件加工過程，刀位軌跡，機床、夾具、刀具、工件的綜合運動過程進行模擬，以對加工工藝參數(shù)（切削量、進給量、轉速等）、工序工步設置、工件裝夾的合理性，零件的過切與欠切，刀位軌跡的有效性，加工過程中是否發(fā)生碰撞或干涉、加工精度等進行驗證的活動。數(shù)控加工物理仿真在虛擬環(huán)境下，通過建立數(shù)控加工過程的物理學模型，利用有限元分析等手段來預測加工過程中的切削力、切削溫度、振動、切屑形成、工件表面質(zhì)量、刀具磨損等問題，并通過對切削加工過程的研究和工藝參數(shù)的控制，達到優(yōu)化切削加工過程的活動。裝配過程規(guī)劃對產(chǎn)品中各裝配單元的順序、裝配路徑進行分析和計算，并檢查、分析和處理虛擬裝配過程中出現(xiàn)的干涉、碰撞及人機工效等問題，最終獲得合理的、可指導實際裝配過程的裝配順序和裝配路徑。注：改寫GB/T26101—2010,定義3.8。裝配過程仿真在虛擬環(huán)境下，對產(chǎn)品的裝配過程規(guī)劃進行模擬的過程。注：改寫GB/T26101—2010,定義3.11。布局仿真在虛擬環(huán)境下，對設備、工裝等各類制造資源及操作者在車間內(nèi)的位置進行模擬、評價和優(yōu)化的活動。物流仿真在虛擬環(huán)境下，對物流系統(tǒng)進行建模、規(guī)劃、模擬、評估和優(yōu)化的活動。在虛擬環(huán)境下，對物流系統(tǒng)進行建模、規(guī)劃、模擬、評估和優(yōu)化的活動。工序模型反映車間制造過程所產(chǎn)生的中間在制品模型。注：工序模型通常包括機加工工序模型、裝配工序模型等。環(huán)境模型進行制造過程建模與仿真所需要的相關環(huán)境的模型。注：環(huán)境模型通常包括廠房模型、工作臺模型、貨架模型、AGV小車模型等。設備模型完成制造過程的主要生產(chǎn)裝置模型。注：設備模型通常包括各種機床模型、檢測設備模型。工裝模型完成制造過程所需的各種工具模型。注：工裝模型通常包括刀具模型、夾具模型、量具模型、工位器具模型等。3虛擬操作者模型參與制造過程的人的虛擬人整體或局部模型。注1：虛擬操作者模型通常包括虛擬人模型、虛擬手模型等。注2：改寫GB/T26101—2010,定義3.7。下列縮略語適用于本文件。自動導引小車(工程物料清單(事件驅(qū)動過程鏈(圖形評審技術(集成計算器輔助制造(數(shù)控加工(工藝物料清單(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真一般包括以下兩種：a)工藝仿真工藝仿真一般可按照專業(yè)類型劃分，包括機加工工藝仿真、裝配工藝仿真、焊接工藝仿真、鈑金工藝仿真、鑄造工藝仿真、鍛壓工藝仿真、增材制造工藝仿真等。其中，機加工工藝仿真包括數(shù)控加工工藝仿真和非數(shù)控加工工藝仿真，見圖1a)。b)制造系統(tǒng)仿真制造系統(tǒng)仿真按仿真目的，可分為布局仿真、物流仿真、調(diào)度仿真、人機工程仿真、控制系統(tǒng)仿真等。按仿真對象，可分為工廠規(guī)劃與仿真、車間規(guī)劃與仿真、生產(chǎn)線規(guī)劃與仿真、制造單元規(guī)劃與仿真，見圖1b)。其中，制造單元規(guī)劃與仿真包括數(shù)控車床仿真、數(shù)控銑床仿真、加工中心仿真、機器人仿真、虛擬操作者仿真等。工藝仿真圖1機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真分類45一般要求機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真應符合以下要求：a)應對仿真模型和仿真結果的正確性進行驗證，確保真實反映被仿真對象的實際情況；b)仿真過程應由工藝數(shù)據(jù)或生產(chǎn)數(shù)據(jù)驅(qū)動，仿真模型和仿真結果應能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)動態(tài)更新；c)仿真效率應能滿足工程實際需要。6基本流程機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真通常包括仿真方案制定、仿真模型構建、仿真運行分析、結果評價與優(yōu)化4個階段（見圖2),具體如下：a)仿真方案制定。根據(jù)產(chǎn)品的仿真目標、生產(chǎn)綱領、產(chǎn)品及工藝信息，利用制造過程建模與仿真平臺中的過程建模工具，在過程建模方法、過程建模標準規(guī)范、仿真資源庫的支持下，開展制造過程規(guī)劃，形成仿真方案。b)仿真模型構建。根據(jù)仿真方案，在三維建模、虛擬裝配、模型簡化與輕量化標準規(guī)范，以及仿真模型庫的支持下，將環(huán)境模型、設備模型、工裝模型、虛擬操作者模型等引入仿真環(huán)境，構建仿真模型，或者構建仿真的有限元模型。c)仿真運行分析。通過數(shù)據(jù)采集，獲得仿真運行的輸入數(shù)據(jù)，依據(jù)仿真方案，在仿真算法支持下，編制仿真程序，通過輸入數(shù)據(jù)來驅(qū)動仿真模型運行，輸出仿真結果，并根據(jù)仿真結果對仿真方案和仿真模型進行調(diào)整。5d)結果評價與優(yōu)化。根據(jù)仿真目標，制定仿真的評價目標和指標，根據(jù)評價算法，對仿真結果做出定性或定量評價，并根據(jù)評價結果對仿真方案、仿真模型、仿真運行分析進行優(yōu)化。圖2機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真基本流程7詳細要求7.1仿真方案制定機械產(chǎn)品制造過程仿真方案制定通常包括：a)工藝過程規(guī)劃。具體工作內(nèi)容包括：●機加工工藝過程規(guī)劃。制定零件的加工工藝路線，確定每道工序所需要的設備、工裝等制造資源信息?！裱b配工藝過程規(guī)劃。對EBOM結構進行調(diào)整，形成PBOM,制定產(chǎn)品或零部件的裝配工藝路線，確定每道工序所要裝配的零部件，以及每道工序所需要的裝配設備、工具、輔料等信息。通常包括裝配順序規(guī)劃和裝配路徑規(guī)劃以及裝配過程仿真分析，其過程應考慮裝配工藝性、可裝配性、人機工效等，并按照預先定義好的裝配層級分層逐級、自底向上的產(chǎn)品進行裝配過程規(guī)劃分析?！疋k金工藝過程規(guī)劃。制定零件的鈑金工藝路線，確定每道工序所需要的設備、工裝等制造資源信息，以及折彎力、折彎角等工藝參數(shù)信息?！窈附庸に囘^程規(guī)劃。制定產(chǎn)品或零部件的焊接工藝路線，確定每道工序所需要的焊接設備、輔料等制造資源信息，以及焊接電流、焊接電壓、焊接速度等工藝參數(shù)信息。●鑄造工藝過程規(guī)劃。制定零件的鑄造工藝方案，確定仿真內(nèi)容、澆筑材料及砂型選用，以及澆筑溫度、充型時間等工藝參數(shù)。6●鍛壓工藝過程規(guī)劃。制定零件的鍛壓工藝方案，確定鍛壓模具，以及坯料溫度、成形速度、摩擦系數(shù)等工藝參數(shù)?！裨霾闹圃旃に囘^程規(guī)劃。制定增材制造工藝方案，包括前處理、成型、后處理，確定增材制造工藝參數(shù)。b)制造系統(tǒng)規(guī)劃。具體工作內(nèi)容包括：●布局規(guī)劃。以工位為最小單位進行設施單元的位置擺放，通過充分利用現(xiàn)有的系統(tǒng)資源，盡可能的減少生產(chǎn)過程中的間接成本。布局規(guī)劃按照粒度大小分為工廠布局、車間布局、生產(chǎn)線布局和制造單元布局等。●物流系統(tǒng)規(guī)劃。企業(yè)的原材料采購、進貨運輸與廠內(nèi)配送、物料等在生產(chǎn)節(jié)點之間的流動、在制品的存儲與分銷等業(yè)務活動和涉及的倉庫、車輛等物流基礎設施和設備資源進行整合，對一體化物流系統(tǒng)進行計劃、執(zhí)行和控制等管理活動有效的方法、措施和技術等的集成優(yōu)化。機械產(chǎn)品制造過程仿真規(guī)劃的常用建模方法主要有：a)流程圖，如實體流程圖、GERT圖、角色活動圖等；方法；c)事件驅(qū)動過程鏈(EPC)方法；網(wǎng)及其擴展方法如賦時著色隨機網(wǎng)等e)面向?qū)ο蠓椒ā?.2仿真模型構建機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真模型包括：a)工藝仿真模型●機加工工藝模型，包括機床模型、夾具模型、刀具模型、工件模型和工序模型等；●裝配工藝模型，包括產(chǎn)品或零部件模型、環(huán)境模型、設備模型、工裝模型、虛擬操作者模型等；●鈑金工藝模型，包括數(shù)控折彎機模型、上下模模型、鈑金各狀態(tài)工序模型等；●焊接工藝模型，包括焊接設備模型、工件模型、焊接輔料模型等；●鑄造工藝模型，包括模樣、芯盒和上下砂型、型芯等的三維模型，以及對鑄造工藝進行仿真的有限元模型；●鍛壓工藝模型，包括鍛壓設備模型、鍛壓模具模型、鍛壓件各狀態(tài)工序模型，以及對鍛壓工藝進行仿真的有限元模型；●增材制造工藝模型，包括增材制造設備模型、工件各狀態(tài)工序模型和對增材制造過程進行 仿真的有限元模型。b)制造系統(tǒng)仿真模型●布局仿真模型，包括產(chǎn)品或零部件模型、工序模型、環(huán)境模型、設備模型、工裝模型、虛擬操作者模型等；●物流仿真模型，包括車間布局模型、工藝規(guī)劃模型、邏輯控制模型等。機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真模型的構建應滿足以下要求：7a)制造過程仿真模型應完整、無冗余；b)制造過程數(shù)字化仿真模型的建模環(huán)境設置、模型比例、坐標系的定義與使用、模型的命名應符合GB/T26099.1—2010的規(guī)定；c)零件模型的構建應符合GB/T26099.2—2010的規(guī)定；d)裝配模型的構建應符合GB/T26099.3—2010的規(guī)定；e)為提高仿真效率，在保證仿真精度的前提下，裝配工藝仿真、布局仿真、物流仿真應采用輕量化模型或簡化模型；f)設備模型、工裝模型、虛擬操作者模型應按實際模型構建完整的裝配約束關系，裝配約束的構建應符合GB/T26099.3—2010中第7章的規(guī)定；g)為保證切削加工的仿真精度，機加工工藝仿真宜采用原始CAD模型進行仿真，當采用近似仿真方法時，應確保仿真精度能滿足要求；h)機加工工藝模型應能反映工件的裝夾、定位方式及位置，其工序模型應能正確表達本道工序加工完成后的狀態(tài)；i)裝配工藝模型應能反映零部件的裝配順序，其工序模型應能反映零部件裝配的中間狀態(tài)；j)鈑金工藝模型應能反映鈑金成型各工序的狀態(tài)；k)焊接工藝模型應能反映焊接順序、坡口的形狀和焊縫特征；l)鑄造工藝有限元模型的構建應符合GB/T33582—2017的規(guī)定；m)鍛壓工藝有限元模型的構建應符合GB/T33582—2017的規(guī)定；n)增材制造工藝有限元模型的構建應符合GB/T33582—2017的規(guī)定；o)制造系統(tǒng)仿真中的環(huán)境模型、設備模型、工裝模型應與車間實際物理對象一致，不應存在信息p)生產(chǎn)線布局應綜合考慮待布置區(qū)域形狀、產(chǎn)品的種類和批量、生產(chǎn)效率、成本等因素，常用的生產(chǎn)線布局形式有單行布局、多行布局、U型布局、半圓型布局、環(huán)形布局、網(wǎng)狀布局。7.3仿真運行分析機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真內(nèi)容一般包括：a)工藝仿真●機加工工藝仿真，包括工件裝夾仿真、刀位軌跡仿真、切削過程仿真、碰撞干涉檢查、驗證NC代碼正確性；●裝配工藝仿真，包括裝配序列仿真、裝配路徑仿真、人機工程仿真、裝配公差分析等，確保裝配過程無碰撞干涉，同時對裝配工具的可達性和操作空間進行驗證；●鈑金工藝仿真，包括鈑金成型仿真，預測金屬流動規(guī)律（位移場、速度場、應力應變場和溫度場）以及成型缺陷（回彈量、撕裂和起皺等）的產(chǎn)生和演化過程；●焊接工藝仿真，包括焊接溫度場、焊接應力與變形、焊接化學與物理冶金過程、焊接接頭的力學行為和性能等；●鑄造工藝仿真，包括溫度場、流場、應力場、相場仿真等，以預測鑄件成型缺陷（縮孔、縮松、●鍛壓工藝仿真，包括溫度場、位移場、應力場仿真等，以預測不同工藝條件下鍛件組織性能及缺陷；●增材制造工藝仿真，包括溫度場、位移場、應力場仿真等，以預測增材制造零件的力學性能及缺陷。8b)制造系統(tǒng)仿真●布局仿真，包括生產(chǎn)流程、節(jié)拍、產(chǎn)能、瓶頸、人員配比、空間利用率、設備利用率、碰撞干涉等；●物流仿真，包括物料出入庫、分揀、配送，AGV調(diào)度仿真，線邊庫庫存仿真等。機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真分析應滿足以下通用要求：a)機加工工藝仿真應建立數(shù)控機床的運動學模型和數(shù)學模型，并能對NC代碼的正確性、刀位軌跡的有效性、切削加工過程中的碰撞干涉、加工精度等進行幾何仿真驗證；b)裝配工藝仿真應能對裝配順序、工裝的合理性、裝配工具的可達性進行驗證，并采用干涉檢查工具對可能存在碰撞的模型進行干涉檢查分析，同時應采用公差仿真分析工具對裝配模型的誤差累積進行仿真分析，以保證產(chǎn)品或零部件的最終裝配質(zhì)量滿足產(chǎn)品的設計要求；c)鈑金工藝仿真應能對鈑金成型過程進行模擬，并能夠預測回彈量、撕裂和起皺等缺陷；d)焊接工藝仿真應能對焊接順序，焊接工具的可達性和可視性，焊接溫度場，焊接應力和變形等進行仿真分析；e)鑄造工藝仿真應能對鑄造工藝方案進行仿真模擬，以分析或預測鑄件充型、凝固過程中的缺陷（包括缺陷種類、大小、形貌或分布并能對鑄件應力、應變場進行仿真分析；f)鍛壓工藝仿真應能對鍛件的成型過程進行仿真模擬，以預測不同工藝條件下鍛件組織性能及缺陷；g)增材制造工藝仿真應能對增材制造的過程、成形精度、力學性能等進行仿真預測；h)布局仿真應能對物體之間碰撞干涉、安全距離、物流路徑、設備／人員工作空間等進行分析；i)物流仿真應能對物流路徑、物流效率、物流調(diào)度、物流強度、線邊庫庫存等進行仿真分析。7.4結果評價與優(yōu)化機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真結果的評價指標如下：a)工藝仿真●機加工工藝仿真，評價指標主要有碰撞干涉、加工質(zhì)量、加工效率等；●裝配工藝仿真，評價指標包括可裝配性，裝配單元穩(wěn)定性，裝配成本、時間，公差合理性，碰撞干涉等，其中裝配順序評價考慮的因素應符合GB/T26101—2010中6.2.2的規(guī)定；●鈑金工藝仿真，評價指標包括成形質(zhì)量、成形時間和成形成本；●焊接工藝仿真，評價指標包括焊接質(zhì)量、時間、成本和安全性；●鑄造工藝仿真，評價指標包括成形質(zhì)量、成形時間和成形成本；●