GB/T39334.1-2020
机械产品制造过程数字化仿真第1部分：通用要求
Digitalsimulationofmechanicalproductsmanufacturingprocess—Part1:Generalrequirements
- 中国标准分类号（CCS）J04
- 国际标准分类号（ICS）01.100.01
- 实施日期2021-03-01
- 文件格式PDF
- 文本页数12页
- 文件大小1.08M
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机械产品制造过程数字化仿真第1部分：通用要求
国家标准 GB/39334.1一2020 机械产品制造过程数字化仿真 第1部分通用要求 Digitalsimulationofmechaniealproductsmanufaeturingproeess Part1:Generalreguirements 2020-11-19发布 2021-03-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB;/T39334.1一2020 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 3.2缩略语 分类 5 -般要求 基本流程 详细要求 7.1仿真方案制定 7.2仿真模型构建 仿真运行分析 7.3 7.4结果评价与优化 数据管理要求
GB;/T39334.1一2020 前 言 GB/T39334《机械产品制造过程数字化仿真》分为5个部分 第1部分:通用要求; -第2部分:生产线规划和布局仿真要求; 第3部分:装配车间物流仿真要求; 第4部分;数控加工过程仿真要求; 第5部分:典型工艺仿真要求 本部分为GB/T39334的第1部分
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本部分主要起草人;田富君、张红旗、潘康华、陈杰、王守兵,王连坤、周江奇、邵晓东、王宇、牟全臣、 汪洪敏
GB;/T39334.1一2020 机械产品制造过程数字化仿真 第1部分通用要求 范围 GB/T39334的本部分规定了机械产品制造过程数字化仿真的分类、一般要求,基本流程、详细要 求和数据管理要求
本部分适用于与机械产品制造过程数字化仿真有关的应用、开发、服务和研究
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GB/T4863-2008机械制造工艺基本术语 GB/T16722.1一2008技术产品文件计算机辅助技术信息处理安全性要求 GB/T16722 .2 2008技术产品文件计算机辅助技术信息处理原始文件 GB/T16722.3一2008技术产品文件计算机辅助技术信息处理产品设计过程中的状态 6722.4一2008技术产品文件计算机辅助技术信息处理文件管理与检索系统 GB T GB/T26099.1一2010机械产品三维建模通用规则第1部分;通用要求 GB/T26099.2一2010机械产品三维建模通用规则第2部分;零件建模 GB/T26099.3一2010机械产品三维建模通用规则第3部分;装配建模 GB/T261012010机械产品虚拟装配通用技术要求 GB/T33582一2017机械产品结构有限元力学分析通用规则 术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 GB/T4863一2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1.1 制造过程仿真manufaectringproeesssimwlation 利用建模技术建立与物理过程或环境相似的虚拟生产制造过程和(或)环境,并使用虚拟现实等数 字化手段对该过程和(或)环境进行仿真分析、评估和优化的活动
3.1.2 数控加工工艺仿真NCmachiningprcesssimulation 在虚拟环境下,通过使用虚拟现实等数字化手段对数控加工过程进行模拟来验证NC程序的正确 性和合理性、分析和预测加工过程中各物理量切削力、切削热,振动等)的变化对加工精度,表面加工质 量和加工效率的影响的活动
注，数控加工.工艺仿真一般包括数控加工儿何仿真和数控加工物理仿真
GB/T39334.1一2020 3.1.3 数控加工几何仿真NCmachininggeometriesimulation 在虚拟环境下,通过对工件定位,装夹，工件加工过程,刀位轨迹,机床,夹具、刀具、工件的综合运动 过程进行模拟,以对加工工艺参数(切削量,进给量、转速等),工序工步设置、工件装夹的合理性,零件的 过切与欠切,刀位轨迹的有效性,加工过程中是否发生碰撞或干涉,加工精度等进行验证的活动
3.1.4 数控加工物理仿真Ncmachiningphysicalsimulation 在虚拟环境下,通过建立数控加工过程的物理学模型,利用有限元分析等手段来预测加工过程中的 切削力、切削温度、振动、切屑形成、工件表面质量、刀具磨损等问题,并通过对切削加工过程的研究和工 艺参数的控制,达到优化切削加工过程的活动
3.1.5 装配过程规划assemblyproeessplamning 对产品中各装配单元的顺序、装配路径进行分析和计算,并检查、分析和处理虚拟装配过程中出现 的干涉、碰撞及人机工效等问题,最终获得合理的,可指导实际装配过程的装配顺序和装配路径
注:改写GB/T26101一2010,定义3.8
3.1.6 装配过程仿真assemblypreesssimwlation 在虚拟环境下,对产品的装配过程规划进行模拟的过程
注:改写GB/T261012010,定义3.11
3.1.7 布局仿真layoutsimwlation 在虚拟环境下,对设备、工装等各类制造资源及操作者在车间内的位置进行模拟、评价和优化的 活动
3.1.8 物流仿真logistiessimulation 在虚拟环境下,对物流系统进行建模、规划、模拟、评估和优化的活动
3.1.9 工序模型inproeessmodel 反映车间制造过程所产生的中间在制品模型
注:工序模型通常包括机加工工序模型,装配工序模型等
3.1.10 环境模型environmentalmdel 进行制造过程建模与仿真所需要的相关环境的模型
注:环境模型通常包括厂房模型、工作台模型,货架模型、AV小车模型等 3.1.11 设备模型equipmentmodel 完成制造过程的主要生产装置模型
注:设备模型通常包括各种机床模型、检测设备模型
3.1.12 工装模型 oolingmdel 完成制造过程所需的各种工具模型
注:工装模型通常包括刀具模型,夹具模型、量具模型、工位器具模型等
GB;/T39334.1一2020 3.1.13 虚拟操作者模型virtualmanipulatormodel 参与制造过程的人的虚拟人整体或局部模型 注1:虚拟操作者模型通常包括虚拟人模型、虚拟手模型等
注2:改写GB/T26101一2010,定义3.7
3.2缩略语 下列缩略语适用于本文件
AGV:自动导引小车(AutomaticGuidedVehicle) eeringBillofMaterial EBOM:工程物料清单(Enginm EPC;事件驱动过程链(Event-drivenProcessChain) GERT;图形评审技术(GraphicalEvaluationandReviewTechnique) Ma IDEF;集成计算器辅助制造(Integrated AanufacturingDefinition lComputeraided NC;数控加工(NummericalControl PBOM:工艺物料清单(ProcessBillofMaterial PDM:产品数据管理(ProductDataManagement 分类 机械产品制造过程数字化仿真一般包括以下两种: 工艺仿真 a 工艺仿真一般可按照专业类型划分包括机加工工艺仿真、装配工艺仿真、焊接工艺仿真、钣金 工艺仿真、铸造工艺仿真、锻压工艺仿真、增材制造工艺仿真等
其中,机加工工艺仿真包括数 控加工工艺仿真和非数控加工工艺仿真,见图la)
b 制造系统仿真 制造系统仿真按仿真目的,可分为布局仿真、物流仿真、调度仿真、人机工程仿真、控制系统仿 真等
按仿真对象,可分为工厂规划与仿真、车间规划与仿真、生产线规划与仿真,制造单元规 划与仿真,见图lb)
其中,制造单元规划与仿真包括数控车床仿真、数控床仿真,加工中心 仿真、机器人仿真、虚拟操作者仿真等
非数控加工工艺仿真 机加工工艺仿真 数控加工工艺仿真 装配工艺仿真 饭会工艺仿真 焊接工艺仿真 铸造工艺仿真 锻压工艺仿真 增材制造工艺仿真 工艺仿真 机械产品制造过程数字化仿真分类
GB/T39334.1一2020 布局仿真 工厂规划与仿真 物流仿真 车间规划与仿真 调度仿真 生产线规划与仿真 人机工程仿真 制造单元规划与仿真 控制系统仿真 b)制造系统仿真 图1(续 一般要求 S 机械产品制造过程数字化仿真应符合以下要求 应对仿真模型和仿真结果的正确性进行验证,确保真实反映被仿真对象的实际情况 a b 仿真过程应由工艺数据或生产数据驱动,仿真模型和仿真结果应能根据输人数据动态更新; 仿真效率应能满足工程实际需要
c 基本流程 机械产品制造过程数字化仿真通常包括仿真方案制定、仿真模型构建、仿真运行分析、结果评价与 优化4个阶段(见图2),具体如下 仿真方案制定
根据产品的仿真目标、生产纲领,产品及工艺信息,利用制造过程建模与仿真 a 平台中的过程建模工具,在过程建模方法、过程建模标准规范、仿真资源库的支持下,开展制造 过程规划,形成仿真方案
仿真模型构建
根据仿真方案,在三维建模,虚拟装配、模型简化与轻量化标准规范,以及仿真 b 模型库的支持下,将环境模型、设备模型、工装模型,虚拟操作者模型等引人仿真环境,构建仿 真模型,或者构建仿真的有限元模型
仿真运行分析
通过数据采集,获得仿真运行的输人数据,依据仿真方案,在仿真算法支持下， 编制仿真程序,通过输人数据来驱动仿真模型运行,输出仿真结果,并根据仿真结果对仿真方 案和仿真模型进行调整
GB;/T39334.1一2020 d)结果评价与优化
根据仿真目标,制定仿真的评价目标和指标,根据评价算法,对仿真结果做 出定性或定量评价,并根据评价结果对仿真方案、仿真模型、仿真运行分析进行优化. 虚 三 模型 过程|过 评 仿 评 建模建桃 拟 筒化 价 建 算 目 指 方法标准 装与轻 标 法 模 配 仿真目标、 规范 量化 标 标 |标准 生产纲领、 仿真方案 准 产品及工艺信息 仿真方案 准 规范 制定 规 规 范 范 仿 仿真模型 仿真模型 真 构建 库 输入 仿真 仿真运行 仿真结果 模型 数据 分析 库 仿真结果反惯 仿真 结果评价 评价结果 算法 与优化 库 评价结果反愤 制边过程做直人" 制造过程建模与仿真平台 图2机械产品制造过程数字化仿真基本流程 详细要求 7.1仿真方案制定 7.1.1工作内容 机械产品制造过程仿真方案制定通常包括 a 工艺过程规划
具体工作内容包括 机加工工艺过程规划
制定零件的加工工艺路线,确定每道工序所需要的设备、工装等制 造资源信息 装配工艺过程规划
对EBOM结构进行调整,形成PBOM,制定产品或零部件的装配工 艺路线,确定每道工序所要装配的零部件,以及每道工序所需要的装配设备、工具、辅料等 信息
通常包括装配顺序规划和装配路径规划以及装配过程仿真分析,其过程应考虑装 配工艺性、可装配性、人机工效等,并按照预先定义好的装配层级分层逐级、自底向上的产 品进行装配过程规划分析
钣金工艺过程规划
制定零件的钣金工艺路线,确定每道工序所需要的设备、工装等制造 资源信息,以及折弯力、折弯角等工艺参数信息
焊接工艺过程规划
制定产品或零部件的焊接工艺路线,确定每道工序所需要的焊接设 备、辅料等制造资源信息,以及焊接电流、焊接电压、焊接速度等工艺参数信息
铸造工艺过程规划
制定零件的铸造工艺方案,确定仿真内容浇筑材料及砂型选用以 及浇筑温度,充型时间等工艺参数
GB/T39334.1一2020 锻压工艺过程规划
制定零件的锻压工艺方案,确定锻压模具,以及坯料温度、成形速度、 摩擦系数等工艺参数
增材制造工艺过程规划
制定增材制造工艺方案,包括前处理、成型、后处理,确定增材制 造工艺参数
b 制造系统规划
具体工作内容包括 布局规划
以工位为最小单位进行设施单元的位置摆放,通过充分利用现有的系统资源 尽可能的减少生产过程中的间接成本
布局规划按照粒度大小分为工厂布局、车间布局、 生产线布局和制造单元布局等
物流系统规划
企业的原材料采购、进货运输与厂内配送、物料等在生产节点之间的流 动、在制品的存储与分销等业务活动和涉及的仓库、车辆等物流基础设施和设备资源进行 整合,对一体化物流系统进行计划、执行和控制等管理活动有效的方法、措施和技术等的 集成优化
7.1.2建模方法 机械产品制造过程仿真规划的常用建模方法主要有: 流程图,如实体流程图、GERT图、角色活动图等 a b) DEF方法; 事件驱动过程链(EPC)方法 c d) Petri网及其扩展方法,如赋时Petri网,着色Petri网、随机Petr网等 e 面向对象方法
7.2仿真模型构建 7.2.1模型组成 机械产品制造过程数字化仿真模型包括 工艺仿真模型 a 机加工工艺模型,包括机床模型,夹具模型、,刀具恢型、工件模型和工序模型等 装配工艺模型,包括产品或零部件模型、环境模型、设备模型,工装模型、虚拟操作者模 型等; 钣金工艺模型,包括数控折弯机模型、上下模模型、钣金各状态工序模型等; 焊接工艺模型,包括焊接设备模型、工件模型、焊接辅料模型等; 铸造工艺模型,包括模样、芯盒和上下砂型、型芯等的三维模型,以及对铸造工艺进行仿真 的有限元模型 锻压工艺模型,包括锻压设备模型、锻压模具模型、锻压件各状态工序模型,以及对锻压工 艺进行仿真的有限元模型; 增材制造工艺模型,包括增材制造设备模型、工件各状态工序模型和对增材制造过程进行 仿真的有限元模型
制造系统仿真模型 b 布局仿真模型,包括产品或零部件模型、工序模型,环境模型、设备模型、工装模型,虚拟操 作者模型等 物流仿真模型,包括车间布局模型、工艺规划模型、逻辑控制模型等
7.2.2建模要求 机械产品制造过程数字化仿真模型的构建应满足以下要求
GB;/T39334.1一2020 制造过程仿真模型应完整、无冗余; a b 制造过程数字化仿真模型的建模环境设置、模型比例、坐标系的定义与使用、模型的命名应符 合GB/T26099.1一2010的规定 零件模型的构建应符合GB/T26099.2一2010的规定; d 装配模型的构建应符合GB/T26099.3一2010的规定; 为提高仿真效率,在保证仿真精度的前提下,装配工艺仿真,布局仿真、物流仿真应采用轻量化 模型或简化模型; 设备模型、工装模型、虚拟操作者模型应按实际模型构建完整的装配约束关系,装配约束的构 建应符合GB/T26099.3一2010中第7章的规定; 为保证切削加工的仿真精度,机加工工艺仿真宜采用原始CAD模型进行仿真,当采用近似仿 真方法时,应确保仿真精度能满足要求; 机加工工艺模型应能反映工件的装夹、定位方式及位置,其工序模型应能正确表达本道工序加 h 工完成后的状态; 装配工艺模型应能反映零部件的装配顺序,其工序模型应能反映零部件装配的中间状态; j 皈金工艺模型应能反映钣金成型各工序的状态; k)焊接工艺模型应能反映焊接顺序、坡口的形状和焊缝特征; 铸造工艺有限元模型的构建应符合GB/T33582一2017的规定 锻压工艺有限元模型的构建应符合GB/T335822017的规定 m n 增材制造工艺有限元模型的构建应符合GB/T33582一2017的规定 制造系统仿真中的环境模型、设备模型、工装模型应与车间实际物理对象一致,不应存在信息 o 缺失、冗余; 生产线布局应综合考虑待布置区域形状,产品的种类和批量、生产效率、成本等因素,常用的生 p 产线布局形式有单行布局、多行布局、U型布局、半圆型布局、环形布局、网状布局
7.3仿真运行分析 7.3.1工作内容 机械产品制造过程数字化仿真内容一般包括: 工艺仿真 a 机加工工艺仿真,包括工件装夹仿真、刀位轨迹仿真,切削过程仿真、碰撞干涉检查、验证 NC代码正确性; 装配工艺仿真,包括装配序列仿真、装配路径仿真、人机工程仿真、装配公差分析等,确保 装配过程无碰撞干涉,同时对装配工具的可达性和操作空间进行验证 钣金工艺仿真,包括钣金成型仿真,预测金属流动规律(位移场、速度场、应力应变场和温 度场)以及成型缺陷(回弹量、撕裂和起皱等)的产生和演化过程; 焊接工艺仿真,包括焊接温度场、焊接应力与变形、焊接化学与物理冶金过程,焊接接头的 力学行为和性能等 铸造工艺仿直,包括温度场,流场应力场,相场仿真等,以预测铸件成型缺陷(缩孔.、缩松 裂纹、变形等); 锻压工艺仿真,包括温度场、位移场、应力场仿真等,以预测不同工艺条件下锻件组织性能 及缺陷; 增材制造工艺仿真,包括温度场、位移场、应力场仿真等,以预测增材制造零件的力学性能 及缺陷
GB/T39334.1一2020 b 制造系统仿真 布局仿真,包括生产流程、节拍、产能、瓶颈、人员配比、空间利用率,设备利用率,碰撞干 涉等; 物流仿真,包括物料出人库,分拣、配送,AGV调度仿真,线边库库存仿真等
7.3.2仿真要求 机械产品制造过程数字化仿真分析应满足以下通用要求 机加工工艺仿真应建立数控机床的运动学模型和数学模型,并能对NC代码的正确性、刀位轨 a 迹的有效性、切削加工过程中的碰撞干涉、加工精度等进行几何仿真验证; b 装配工艺仿真应能对装配顺序、工装的合理性、装配工具的可达性进行验证,并采用干涉检查 工具对可能存在碰撞的模型进行干涉检查分析,同时应采用公差仿真分析工具对装配模型的 误差累积进行仿真分析,以保证产品或零部件的最终装配质量满足产品的设计要求 钣金工艺仿真应能对钣金成型过程进行模拟,并能够预测回弹鼠、,撕裂和起皱等缺陷 c d 焊接工艺仿真应能对焊接顺序,焊接工具的可达性和可视性,接温度场,焊接应力和变形等 进行仿真分析 铸造工艺仿真应能对铸造工艺方案进行仿真模拟,以分析或预测铸件充型、凝固过程中的缺陷 包括缺陷种类、大小、形貌或分布),并能对铸件应力、应变场进行仿真分析; 锻压工艺仿真应能对锻件的成型过程进行仿真模拟,以预测不同工艺条件下锻件组织性能及 缺陷 增材制造工艺仿真应能对增材制造的过程,成形精度,力学性能等进行仿真预测 8 h)布局仿真应能对物体之间碰撞干涉、安全距离、物流路径、设备人员工作空间等进行分析 物流仿真应能对物流路径、物流效率、物流调度、物流强度、线边库库存等进行仿真分析
7.4结果评价与优化 7.4.1评价指标 机械产品制造过程数字化仿真结果的评价指标如下 工艺仿真 a 机加工工艺仿真,评价指标主要有碰撞干涉、加工质量、加工效率等 装配工艺仿真,评价指标包括可装配性,装配单元稳定性,装配成本,时间,公差合理性,碰 撞干涉等,其中装配顺序评价考虑的因素应符合GB/T261012010中6.2.2的规定 钣金工艺仿真,评价指标包括成形质量、成形时间和成形成本; 焊接工艺仿真,评价指标包括焊接质量、时间,成本和安全性; 铸造工艺仿真,评价指标包括成形质量,成形时间和成形成本; 锻压工艺仿真,评价指标包括成形质量(变形均匀应力集中小,锻件力学性能优良,成形 时间和成形成本; 增材制造工艺仿真,评价指标包括成形质量(成形精度,力学性能,成形时间和成形成本 制造系统仿真 b 布局仿真,评价指标包括物流成本、物流距离、设备利用率,设备间距,生产效率,在制品数 量、在制品停留时间、产能等; 物流仿真,评价指标包括平均物流路径、峰值物流强度、平均物流强度、等待时间、资源利 用率等
GB;/T39334.1一2020 7.4.2评价与优化要求 机械产品制造过程数字化仿真的结果评价与优化应满足以下要求 可制造性评价应对产品结构合理性和工艺设计合理性进行评价,具体包括结构工艺性,加工工 a 艺合理性、装配工艺合理性等; b 可装配性评价包括装配序列评价,装配路径规划与仿真验证,能实现静态干涉检查和动态干涉 检查,确保装配路径的有效性; 生产线规划和布局仿真评价的目标是在给定生产纲领的前提下,合理地选择生产系统的设备 优化系统的参数(工位数、缓冲区容量等),把加工或装配任务分配给各工位或设备,使其负荷 平衡,并且降低生产成本和周期 d 布局仿真评价的目标是合理的安排设备在平面或车间的位置,使物料运输成本、设备成本、工 时最小; 物流仿真评价应在满足生产纲领的前提下,确保生产效率的提高和物流成本的降低
数据管理要求 机械产品制造过程数字化仿真数据管理应按GB/T16722.1一2008.GB/T16722.22008 GB/T16722.3-2008,GB/T16722.4-2008中的规定,在产品的全生命周期中都能提供必要的信息， 以保证对仿真数据的管理和跟踪 机械产品制造过程数字化仿真数据管理还应考虑以下内容 宜将仿真数据放在产品数据管理系统(PDM)中进行管理， aa 应定期对仿真数据的安全性,完整性、有效性进行检查; b 应建立有效的仿真数据安全权限管理机制,并定期对仿真数据进行备份
C
机械产品制造过程数字化仿真第1部分：通用要求GB/T39334.1-2020
随着数字技术的发展，数字化仿真在机械产品制造领域中起到了越来越重要的作用。通过数字化仿真技术，可以提前预测产品制造过程中可能出现的问题，并且优化设计方案，降低产品制造成本，提高产品质量。因此，制定一套适用于机械产品制造过程数字化仿真的通用要求也变得尤为必要。 GB/T39334.1-2020是我国机械工业标准化技术委员会发布的《机械产品制造过程数字化仿真 第1部分：通用要求》，它规定了机械产品制造过程数字化仿真的基本概念、原则、方法和流程等方面的内容。具体而言，该标准主要包括以下几个方面的要求： 1.数字化仿真的基本概念和术语：该标准定义了机械产品制造过程数字化仿真的基本概念和术语，为标准实施提供了明确的基础。 2.数字化仿真的原则：该标准要求在数字化仿真过程中，应当遵循客观性、科学性、适用性、可靠性和经济性等原则，充分利用数字化仿真技术优势，保证仿真结果的真实性和可信度。 3.数字化仿真的方法和流程：该标准阐述了机械产品制造过程数字化仿真的一般方法和流程，包括了仿真前的准备工作、仿真模型的建立、仿真数据的获取和处理、仿真结果的评估和验证等内容。 4.数字化仿真的评价指标和标准：该标准规定了机械产品制造过程数字化仿真的评价指标和标准，便于对仿真结果进行科学客观的评价和比较。 总之，GB/T39334.1-2020为机械产品制造过程数字化仿真提供了一套完整的通用要求，对于推动数字化仿真技术的应用和发展具有非常重要的意义。我们相信随着技术的不断进步，数字化仿真将会在机械产品制造领域中扮演越来越重要的角色。
