一种基于数字孪生的容差分配分析方法与流程

本发明涉及数字化领域的分析方法，特别是涉及一种基于数字孪生的容差分配分析方法。

背景技术：

1、数字孪生是充分利用物理模型、传感器模型、运行历史数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期的过程。孪生体实际上是通过仿真，实时反映真实工装下的样机或模型，具有两个显著特点：一是孪生体与其所要反映的对象在外表（指产品的几何形状和尺寸）、内容（指产品的结构组成及其宏观微观物理特性）和性质（指产品的功能和性能）具有高度相似性；二是能够抽象表达真实装置并可以此为基础进行真实条件或模拟条件下的测试。利用数字孪生技术，达到产品生产周期全过程信息的虚实交互、数据分析、反馈优化，使得数字孪生发挥连接数字空间与物理空间的纽带作用，提高产品生产的质量与效率。

2、在船舶、飞机、汽车等产品建造过程中，为了在早期验证产品设计的适用性，表明产品及其设备的装配、拆卸、维修和使用的匹配性，公差表达模型是指将零件几何特征上公差转化为偏差的一种方法，目的在于获取装配中的源偏差。容差分析是对产品尺寸协调的一种有效分析方法。容差分析是通过将零件的加工精度、装配精度在尺寸链中累加，验算产品的精度是否能满足产品的要去。通过不断的迭代产品的容差值，使得产品在加工之前获得一个比较合理的精度范围，有利于提高装配效率和质量。

技术实现思路

1、为了能够解决现有技术中存在的不足，针对在产品装配过程中减少和控制产品偏差、减少装配返工和不协调性、提高装配成功率的问题，本发明提供了一种基于数字孪生的容差分配分析方法。该方法通过面向装配的数字孪生模型构建、基于装配的数字孪生模型的装配结构预判、数字孪生数据库重用及调用、数字孪生模型构建中的装配误差分析、数字孪生模型的容差分配分析、数字孪生模型的容差迭代调整方法，实现产品零部件的容差分配与分析，解决容差分配分析的技术问题。

2、本发明解决技术问题所采用的方案是：

3、一种基于数字孪生的容差分配分析方法，建立数字孪生模型，通过仿真手段利用概率相关的计算方法，形成实际装配前对装配合格与否的预先判断，摆脱传统设计方法对经验的依赖，提高容差分配的准确性，包括以下步骤：

4、1）面向装配的数字孪生模型构建。

5、在产品装配过程中，按照传统装配方法，装配件繁多，装配过程的质量和速度对后续产品建造速度起到了决定性作用，很多装配过程取决于工人的经验及技术，可通过对装配体进行建模，在功能和性能上建立与真实装配体相似度高度重合的数字孪生模型，结合产品理论模型和已加工零件的实际测量数据，构建数字孪生模型。

6、2）基于装配的数字孪生模型的装配结构预判。

7、通过对已加工零件孪生模型的虚拟装配仿真，利用概率相关的计算方法，形成实际装配前对装配合格与否的预先判断。

8、3）数字孪生数据库重用及调用。

9、在装配体形成的数字孪生体当中，有很多相似或相同的装配模式和装配数据，将这些装配模式及装配数据导入数字孪生数据库中，在进行其他装配及后续容差分配中，可对数字孪生的数据库当中的数据进行重新调用，确保相同的装配模式下的参数化的数据得到有效延伸。

10、4）数字孪生模型构建中的装配误差分析。

11、在相同的装配过程中，存在多种类型的误差，误差分析可以提高装配仿真的精度，在误差分析中包含约束误差和随机误差，但在整个装配中所有误差都会对装配精度产生影响，需要对孪生模型中的装配进行误差分析，从而映射孪生模型的实物体，减少真实装配中的误差分析。

12、5）数字孪生模型的容差分配分析。

13、对数字样机参照物理样机的真实运行情况，对数字样机进行仿真过程描述，过程是设备处理零件时所出现的所有事件的总称，将过程用相应的语言进行描述，过程被关联到数字样机的某个元素，使元素执行这个过程，对数字样机进行准确的仿真分析。

14、6）基于数字孪生模型的容差迭代调整。

15、经过前几个步骤的仿真计算，可以从仿真结果中得到所有封闭环测量的超差率，当超差率在可接受范围内，判断目前已加工零件在现行的装配工艺下可以完成，如果超差率在不可接受范围内，需要基于数字孪生模型进行容差再分配，通过对装配尺寸链的分析，找出影响装配成功率的组成环并分析出修配范围，进行容差迭代调整。

16、积极效果：

17、本发明通过面向装配的数字孪生模型构建、基于装配的数字孪生模型的装配结构预判、数字孪生数据库重用及调用、数字孪生模型构建中的装配误差分析、数字孪生模型的容差分配分析、基于数字孪生模型的容差迭代调整步骤实现产品零部件的容差分配与分析。在产品装配过程中减少和控制产品偏差、减少装配返工和不协调性、提高装配成功率，适宜作为一种基于数字孪生的容差分配分析方法应用。

技术特征：

1.一种基于数字孪生的容差分配分析方法，其特征是：

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的容差分配分析方法，其特征是：

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的容差分配分析方法，其特征是：

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的容差分配分析方法，其特征是：

5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的容差分配分析方法，其特征是：

6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的容差分配分析方法，其特征是：

7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的容差分配分析方法，其特征是：

技术总结
本发明提出的是一种基于数字孪生的容差分配分析方法。建立数字孪生模型，通过仿真手段利用概率相关的计算方法，形成实际装配前对装配合格与否的预先判断，摆脱传统设计方法对经验的依赖，提高容差分配的准确性，包括以下步骤：1）面向装配的数字孪生模型构建。2）基于装配的数字孪生模型的装配结构预判。3）数字孪生数据库重用及调用。4）数字孪生模型构建中的装配误差分析。5）数字孪生模型的容差分配分析。6）基于数字孪生模型的容差迭代调整。本发明在产品装配过程中减少和控制产品偏差、减少装配返工和不协调性、提高装配成功率，适宜作为一种基于数字孪生的容差分配分析方法应用。

技术研发人员：周游,王庆海,毕玉琢,李新秀,张洪亮,白岩,李海波
受保护的技术使用者：中国船舶集团渤海造船有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8