CN111274671A - 一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统，针对产品装配过程中的关键工序，对零件装配配合区域进行实测数据采集与处理，将实测数据与理想模型进行深度融合，构建零件数字孪生模型；结合规划好的装配顺序对零件装配定位约束进行求解与更新，以获得产品数字孪生模型；将该产品数字孪生模型用于预装配仿真分析中，根据装配仿真分析结果以及装配碰撞干涉检查情况，计算得到零件需要修配的配合区域位置信息以及最小修配量，并给出合理的零件修配方案，完成装配过程的在线修配与精准控制。本发明可实现复杂产品装配过程的智能闭环控制，对降低装配过程中试装、修配的时间，提高装配精度和效率有着重要的工程意义。

Description

一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运 行系统

技术领域

本发明属于虚拟装配仿真相关技术领域，更具体地，涉及一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统。

背景技术

军工复杂产品具有零部件数量众多、装配填充密度大、装配关系和连接形式复杂、装配质量要求高等特点，其装配协调控制已经成为了军工复杂产品研制过程中的薄弱环节。当前，在航空航天类军工复杂产品的单件小批量生产模式下，为保证关键装配环节的装配精度要求，避免装配过程中零部件之间发生干涉，产品装配协调控制常常采用修配装配法，通过对选定零件的公差项进行调整与修配来保障产品装配精度。然而，传统的修配装配法主要是运用人工方法进行零件的调整操作，耗时耗力且修配过程中充满不确定性，无法准确保证装配精度。因此，在航空航天类复杂产品进行修配装配前，提前预知得到装配过程需要修配的精确值，并提出相对应的修配优化调整方案，是目前亟需解决的实际工程问题。

如今，随着计算机技术、信息网络技术和制造管理科学的交叉融合与快速发展，数字化虚拟化装配技术也应运而生，主要是指借助数字化样机来规划和仿真产品的实际装配过程，并基于产品数字样机开展产品装配工艺设计、可装配性分析、装配协调控制等任务，对产品装配工艺过程的装配顺序、装配路径以及装配精度等进行规划、仿真和优化，从而在产品预装配阶段给出合理可行的装配方案，减少复杂产品实物装配的试装、拆卸返工等次数，提升一次装配成功率，达到有效提高产品装配质量和装配效率的目的。

传统的产品数字化装配仿真方法均是采用理想的CAD模型，该模型可在产品预装配阶段用于生成装配序列、规划装配路径、检测装配过程的碰撞干涉以及装配公差分析等环节。但是，由于理想CAD模型无法对实际零件加工制造误差和缺陷进行表达，并且也不能对产品实际装配过程误差累积进行真实描述，导致现阶段的数字化装配仿真不能完全满足复杂产品现场装配发生的修配或调整等实时装配工艺的变更需求，更无法给出合理准确的修配量与修配方案，同时也致使现有的数字化装配仿真方法与生成的装调方案缺乏对复杂产品实际装配现场的指导意义。

伴随着新一代信息与通信技术和软硬件系统的高速发展，数字孪生技术的出现被认为能对物理产品进行数字化描述，并能有效地管控产品全生命周期的数据信息，进而优化和维护物理产品的运行，其产品数字孪生模型被认为是实现物理世界和虚拟世界深度融合的一种潜在的有效解决方法。因此，本发明正是在此基础上提出了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：当前复杂产品装配过程中虚实映射融合不够，装配现场的装调方法缺乏有效指导，修配方案存在不确定性，提供了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，包括以下步骤：

（1）零件数字孪生模型构建

从计算机辅助设计系统当中获取零件设计CAD模型以及产品装配体设计CAD模型，并基于产品装配过程中的关键装配工序，对零件的装配配合区域进行特征识别与划分，并对物理装配现场的实际零件装配配合表面进行实测数据采集、处理与表达，将具备实测孪生数据的零件装配配合表面与零件设计CAD模型进行配准，生成融合实际测量信息的零件数字孪生模型；

（2）产品装配数字孪生模型生成

从三维装配工艺设计系统当中获取规划好的装配顺序、装配方向以及装配路径，在此基础上，根据产品装配定位约束要求，对零件数字孪生模型进行装配约束关系更新与相对定位求解，实现零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束，直至完成产品的完整装配，从而生成融合零件实际测量信息与产品装配体设计CAD模型的产品装配数字孪生模型；

（3）预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算

将生成的产品装配数字孪生模型导入预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算集成软件模块中，依据步骤（2）中获取的装配顺序、装配方向与装配路径，对产品装配数字孪生模型进行预装配仿真分析，实现零件数字孪生模型在装配过程中的碰撞干涉检查计算，记录零件装配过程中装配配合区域的碰撞干涉检查结果；

（4）装配过程在线修配与精准控制

根据预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算结果，在保证产品装配目标几何尺寸精度的基础上，计算获得零件数字孪生模型碰撞干涉处需要修配的区域位置信息以及最小修配量，并最终生成对应的零件修配方案，该修配方案能够反馈至物理装配现场，实现复杂产品装配过程的在线精准修配与智能闭环控制。

作为本发明的优选方式之一，步骤（1）中，产品装配过程中的关键装配工序为包含有影响装配质量的关键装配特征的装配工序，或包含有装配基准定位、装夹、偏差要求内容的装配工序，其中，关键装配特征为影响本道装配工序装配质量的零件间几何约束关系的配合特征对。

进一步的，所述步骤（1）中零件实测数据采集、处理与表达的步骤包括：

（11）通过数字化测量设备和分析系统对物理装配现场的关键装配工序的实际零件装配配合表面进行实测点云数据采集；

（12）对原始实测点云数据采用多视点云对齐、误差点剔除、点云滤波、数据精简的分析流程对其进行预处理，得到预处理后的实际零件装配配合表面的实测点云数据，从而获取关键装配特征表面的实测点云孪生数据；

（13）经由实测点云孪生数据提取得到实际零件装配配合表面的关键装配特征信息，并将步骤（12）中的实测点云孪生数据配准至零件设计CAD模型上；

（14）采用三角化网格算法构建基于实测点云数据的网格模型，在此基础上重构生成得到实际零件装配配合表面模型，从而实现零件关键装配特征表面的模型表达。

进一步的，步骤（2）中零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束求解步骤包括：

（21）从计算机辅助设计系统当中获取理想产品装配定位约束信息，理想产品装配定位约束信息包括零件对象信息、几何基元信息、装配配合类型信息、装配顺序及方向信息；

（22）依据步骤（21）中的理想产品装配定位约束信息，能够得到零件数字孪生模型的装配配合表面的实测几何基元要素信息，并将理想零件设计CAD模型的装配配合表面的几何基元要素映射更新为实测几何基元要素；

（23）驱动零件数字孪生模型在更新后的实测几何基元定位约束作用下进行相对定位求解，实现在数字化虚拟装配环境下零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束。

进一步的，步骤（3）中，产品预装配仿真分析用于确定虚拟装配环境中装配仿真目标几何尺寸误差的偏离程度，以及获取考虑装配配合关系的产品零件间的碰撞干涉情况，从而提前预知产品的可装配性以及需要重点关注与协调控制的零件，为产品装配过程的在线修配与精准控制提供数据基础。

进一步的，步骤（4）中，零件修配方案内容包括需要修配的零件编号、需要修配的网格索引点编号、索引点对应的空间坐标位置以及修配量数值大小的四元组数据信息。

进一步的，所述步骤（4）中生成零件修配方案的步骤包括：

（41）选取产品数字孪生模型的起始装配基准零件，依据三维装配工艺设计系统中生成的装配顺序、装配方向以及装配路径，对下一个待装配的零件数字孪生模型预先进行零件规范化认证，再进行装配静态与动态干涉判断检查；

（42）零件装配前，预先对零件数字孪生模型进行零件规范化认证，判断基于实测点云数据的网格模型是否符合零件设计规范，如果满足设计规范要求，则转至步骤（43），否则给出需要调整的零件编号、网格索引点编号及其对应的空间坐标位置、最小调整量，以此作为零件初始的修配方案；

（43）零件装配过程中，待装配零件沿着装配方向与装配路径进行装配运动，对其进行装配动态干涉判断检查，事先将更新后的装配特征定位约束位置记录为运动轨迹终止点，并对装配路径运动轨迹进行插值离散化，运动步长根据实际轨迹进行人为设定；

（44）当待装配的零件数字孪生模型每运动一步，对零件关键装配配合表面的实测点云孪生数据与前序零件数字孪生模型进行碰撞干涉检测与干涉穿透深度值计算，记录干涉零件编号、干涉网格索引点编号、索引点空间坐标位置以及穿透深度数值；

（45）循环步骤（44），对待装配零件继续实施装配运动，针对记录信息进行穿透深度数值判断，如果穿透深度小于上一步检测到的深度，则穿透深度数值不会更新，否则更新为最新的穿透深度数值，直至待装配零件运动至终止点，记录装配运动过程中发生干涉的穿透深度最大时的四元组数据信息，将其作为零件装配动态干涉检查时给出的修配方案；

（46）零件装配结束后，对最终装配位置的零件之间进行装配静态干涉判断检查，如果发生干涉，记录干涉的四元组数据信息，将其作为零件装配静态干涉检查时给出的修配方案；

（47）对当前装配工步下待装配零件在装配前、装配过程中以及装配结束后的修配方案进行综合比较与优选，选取干涉穿透深度最大的修配量对应的修配方案作为当前零件的修配方案。

本发明还公开了一种使用所述的基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法的运行系统，所述运行系统由物理装配层、实测数据感知层、孪生模型融合层、在线修配与控制层组成；

所述物理装配层是物理装配车间现场客观存在的物理实体集合，包括零件/组件/部件实体、装配工装/夹具/工具实体、数字化测量设备、传感器和其他智能采集设备，以及装配车间环境与操作人员；

所述实测数据感知层通过部署在物理装配车间的物理装配层实体集合，利用数字化测量设备、传感器和其他智能采集设备，将物理装配层的零件/组件/部件的关键装配特征表面进行实测数据采集、处理与表达；

所述孪生模型融合层包括零件数字孪生模型和产品装配数字孪生模型，两类模型能够作为物理装配层的零件或产品装配体实物的数字化镜像；

所述在线修配与控制层通过孪生模型进行预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算，根据仿真与碰撞干涉检查结果，生成对应的零件修配方案，并在线实时反馈至物理装配层，实现复杂产品装配过程的在线精准修配与智能闭环控制。

进一步的，所述孪生模型融合层是以物理装配层中实体产品模型为基础，借助实测数据感知层对物理实体产品模型的关键装配特征表面进行在线实时数据采集和动态监控，将物理空间中获取的实测点云孪生数据通过基准配准融合机制在虚拟空间中与零件设计CAD模型进行合并与重构，形成零件数字孪生模型，进而将零件数字孪生模型经由装配特征定位约束后形成产品装配数字孪生模型。

基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法通过建立零件数字孪生模型和产品装配数字孪生模型，利用基于数字孪生模型的预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算，能给出合理准确的零件修配方案，为实现零件装配过程的在线修配与精准控制提供了有效途径，对于实现复杂产品装配过程的智能闭环控制，降低装配过程中试装、修配的时间，提高装配精度和效率有着重要的工程意义。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的方法解决了人工操作修配零件时存在的不确定性、无法量化修配区域与修配量等问题，同时也避免了传统装配尺寸链分析法推算修配量存在的指导性不足的问题，该方法通过实测扫描形成的数字孪生模型可用于产品装配修配过程的虚实深度融合，进而可实现复杂产品装配过程中零件的在线精准修配任务。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是实施例中以圆柱面和平面特征为例的零件数字孪生模型生成流程示意图；

图3是实施例中零件数字孪生模型的平面特征重新拟合形成的定位约束平面；

图4是实施例中零件数字孪生模型的圆柱面特征重新拟合形成的定位约束轴线；

图5是实施例中零件修配方案的生成流程图；

图6是本发明运行系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

如图1~5所示，本实施例提供一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，包括以下步骤：

（1）零件数字孪生模型构建

从计算机辅助设计系统当中获取零件设计CAD模型以及产品装配体设计CAD模型，并基于产品装配过程中的关键装配工序，对零件的装配配合区域进行特征识别与划分，并对物理装配现场的实际零件装配配合表面进行实测数据采集、处理与表达，将具备实测孪生数据的零件装配配合表面与零件设计CAD模型进行配准，生成融合实际测量信息的零件数字孪生模型。

产品装配过程中的关键装配工序为包含有影响装配质量的关键装配特征的装配工序，或包含有装配基准定位、装夹、偏差要求内容的装配工序，其中，关键装配特征为影响本道装配工序装配质量的零件间几何约束关系的配合特征对。

零件实测数据采集、处理与表达包括以下步骤：（11）通过数字化测量设备和分析系统对物理装配现场的关键装配工序的实际零件装配配合表面进行实测点云数据采集；（12）对原始实测点云数据采用多视点云对齐、误差点剔除、点云滤波、数据精简的分析流程对其进行预处理，得到预处理后的实际零件装配配合表面的实测点云数据，从而获取关键装配特征表面的实测点云孪生数据；（13）经由实测点云孪生数据提取得到实际零件装配配合表面的关键装配特征信息，并将预处理后的实测点云孪生数据配准至零件设计CAD模型上；（14）采用三角化网格算法构建基于实测点云数据的网格模型，在此基础上重构生成得到实际零件装配配合表面模型，从而实现零件关键装配特征表面的模型表达。

如图2所示为以圆柱面和平面特征为例的零件数字孪生模型生成流程。首先，选取装配现场的实物零件的关键装配配合特征表面，以圆柱面和平面特征为例，运用数字化测量设备和分析系统进行实测数据采集；然后，将经由点云数据预处理得到的实测点云数据与理想设计CAD模型进行基准配准，以配准后的点云数据作为实测点云孪生数据；再运用三角化网格算法对其构建基于实测点云数据的网格模型文件（例如STL文件），从而重构生成得到融合实际测量信息的零件数字孪生模型。

（2）产品装配数字孪生模型生成

从三维装配工艺设计系统当中获取规划好的装配顺序、装配方向以及装配路径，在此基础上，根据产品装配定位约束要求，对零件数字孪生模型进行装配约束关系更新与相对定位求解，实现零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束，直至完成产品的完整装配，从而生成融合零件实际测量信息与产品装配体设计CAD模型的产品装配数字孪生模型。

如图3和4所示为零件数字孪生模型的关键装配配合特征表面重新拟合形成的定位约束元素的示意图，依据不同的拟合规则形成的统一目标函数，可以实现不同装配特征表面对应的拟合表面生成，进而实现装配约束关系的更新与定位求解。其中，各种拟合规则可采用最小二乘、最小区域、单边切比雪夫、最大内切、最小外接目标函数的统一数学模型进行定义。

以图3所示的平面特征为例，某零件数字孪生模型的关键装配配合特征表面为平面，将重构生成的非理想平面采用最小二乘目标函数重新拟合形成定位约束平面（图3（b））；以图4所示的圆柱面（轴）特征为例，某零件数字孪生模型的关键装配配合特征表面为圆柱面（轴），将重构生成的非理想圆柱面通过构造垂直于理想圆柱面轴线的虚拟平面，其虚拟平面数量根据实际情况进行人为设定，提取虚拟平面与非理想圆柱面的交线，采用最大内切圆目标函数拟合出理想圆，将所有拟合理想圆的圆心重新拟合形成定位约束轴线（图4（d））。

零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束求解步骤包括：（21）从计算机辅助设计系统当中获取理想产品装配定位约束信息，例如零件对象信息、几何基元信息、装配配合类型信息、装配顺序及方向信息；（22）依据步骤（21）中的理想产品装配定位约束信息，能够得到零件数字孪生模型的装配配合表面的实测几何基元要素信息，并将理想零件设计CAD模型的装配配合表面的几何基元要素映射更新为实测几何基元要素；（23）驱动零件数字孪生模型在更新后的实测几何基元定位约束作用下进行相对定位求解，实现在数字化虚拟装配环境下零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束。通过以上处理，将零件实际测量信息与产品装配体设计CAD模型进行关联，构建产品装配数字孪生模型，实现虚拟数字产品装配模型与现实物理产品实体模型的深度融合。

（3）预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算

将生成的产品装配数字孪生模型导入预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算集成软件模块中，依据步骤（2）中获取的装配顺序、装配方向与装配路径，对产品装配数字孪生模型进行预装配仿真分析，实现零件数字孪生模型在装配过程中的碰撞干涉检查计算，记录零件装配过程中装配配合区域的碰撞干涉检查结果。

产品预装配仿真分析用于确定虚拟装配环境中装配仿真目标几何尺寸误差的偏离程度，以及获取考虑装配配合关系的产品零件间的碰撞干涉情况，从而提前预知产品的可装配性以及需要重点关注与协调控制的零件，为产品装配过程的在线修配与精准控制提供数据基础。

（4）装配过程在线修配与精准控制

根据预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算结果，在保证产品装配目标几何尺寸精度的基础上，计算获得零件数字孪生模型碰撞干涉处需要修配的区域位置信息以及最小修配量，并最终生成对应的零件修配方案，该修配方案能够反馈至物理装配现场，实现复杂产品装配过程的在线精准修配与智能闭环控制。

零件修配方案内容<PartRepair_Scheme>由需要修配的零件编号<PartID>、需要修配的网格索引点编号<IndexPointID>、索引点对应的空间坐标位置<IndexPoint_ Position3d>以及修配量数值大小<RepairValue>的四元组数据信息组成，其形式化描述可表达为：<Repair_Scheme>::={<PartID>, <IndexPointID>, <IndexPoint_Position3d>,<RepairValue>}，其中<IndexPoint_Position3d>::={x _i , y _i , z _i }，x _i 、y _i 、z _i 分别代表零件修配表面的网格索引点在空间坐标系下x、y、z轴的数值。

如图5所示，零件修配方案生成步骤包括：（41）选取产品数字孪生模型的起始装配基准零件，依据三维装配工艺设计系统中生成的装配顺序、装配方向以及装配路径，对下一个待装配的零件数字孪生模型预先进行零件规范化认证，再进行装配静态与动态干涉判断检查；（42）零件装配前，预先对零件数字孪生模型进行零件规范化认证，判断基于实测点云数据的网格模型是否符合零件设计规范，如果满足设计规范要求，则转至步骤（43），否则给出需要调整的零件编号、网格索引点编号及其对应的空间坐标位置、最小调整量，以此作为零件初始的修配方案；（43）零件装配过程中，待装配零件沿着装配方向与装配路径进行装配运动，对其进行装配动态干涉判断检查，事先将更新后的装配特征定位约束位置记录为运动轨迹终止点，并对装配路径运动轨迹进行插值离散化，运动步长根据实际轨迹进行人为设定；（44）当待装配的零件数字孪生模型每运动一步，对零件关键装配配合表面的实测点云孪生数据与前序零件数字孪生模型进行碰撞干涉检测与干涉穿透深度值计算，记录干涉零件编号、干涉网格索引点编号、索引点空间坐标位置以及穿透深度数值；（45）循环步骤（44），对待装配零件继续实施装配运动，针对记录信息进行穿透深度数值判断，如果穿透深度小于上一步检测到的深度，则穿透深度数值不会更新，否则更新为最新的穿透深度数值，直至待装配零件运动至终止点，记录装配运动过程中发生干涉的穿透深度最大时的四元组数据信息，将其作为零件装配动态干涉检查时给出的修配方案；（46）零件装配结束后，对最终装配位置的零件之间进行装配静态干涉判断检查，如果发生干涉，记录干涉的四元组数据信息，将其作为零件装配静态干涉检查时给出的修配方案；（47）对当前装配工步下待装配零件在装配前、装配过程中以及装配结束后的修配方案进行综合比较与优选，选取干涉穿透深度最大的修配量对应的修配方案作为当前零件的修配方案。通过以上处理，将生成的零件修配方案结果作为修配指导建议，使零件预装配模拟仿真与实物装配过程进行互联互通，实现零件装配过程的在线修配与精准控制，重点降低装配过程中试装、修配的时间，提高装配精度和装配效率。

如图6所示，本实施例的基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法构成的运行系统，包括物理装配层、实测数据感知层、孪生模型融合层、在线修配与控制层：

物理装配层是物理装配车间现场客观存在的物理实体集合，包括零件/组件/部件实体、装配工装/夹具/工具实体、数字化测量设备、传感器和其他智能采集设备，以及装配车间环境与操作人员。

实测数据感知层通过部署在物理装配车间的物理装配层实体集合，利用数字化测量设备、传感器和其他智能采集设备，将物理装配层的零件/组件/部件的关键装配特征表面进行实测数据采集、处理与表达。

孪生模型融合层包括零件数字孪生模型和产品装配数字孪生模型，两类模型能够作为物理装配层的零件或产品装配体实物的数字化镜像。孪生模型融合层是以物理装配层中实体产品模型为基础，借助实测数据感知层对物理实体产品模型的关键装配特征表面进行在线实时数据采集和动态监控，将物理空间中获取的实测点云孪生数据通过基准配准融合机制在虚拟空间中与零件设计CAD模型进行合并与重构，形成零件数字孪生模型，进而将零件数字孪生模型经由装配特征定位约束后形成产品装配数字孪生模型。

在线修配与控制层通过孪生模型进行预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算，根据仿真与碰撞干涉检查结果，生成对应的零件修配方案，并在线实时反馈至物理装配层，实现复杂产品装配过程的在线精准修配与智能闭环控制。

需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。因此，在上述实施例的基础上所做出的任意组合或等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，其特征在于，所述的复杂产品装配过程精准修配方法包括以下步骤：

（1）零件数字孪生模型构建

从计算机辅助设计系统当中获取零件设计CAD模型以及产品装配体设计CAD模型，并基于产品装配过程中的关键装配工序，对零件的装配配合区域进行特征识别与划分，并对物理装配现场的实际零件装配配合表面进行实测数据采集、处理与表达，将具备实测孪生数据的零件装配配合表面与零件设计CAD模型进行配准，生成融合实际测量信息的零件数字孪生模型；

（2）产品装配数字孪生模型生成

从三维装配工艺设计系统当中获取规划好的装配顺序、装配方向以及装配路径，在此基础上，根据产品装配定位约束要求，对零件数字孪生模型进行装配约束关系更新与相对定位求解，实现零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束，直至完成产品的完整装配，从而生成融合零件实际测量信息与产品装配体设计CAD模型的产品装配数字孪生模型；

（3）预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算

将生成的产品装配数字孪生模型导入预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算集成软件模块中，依据步骤（2）中获取的装配顺序、装配方向与装配路径，对产品装配数字孪生模型进行预装配仿真分析，实现零件数字孪生模型在装配过程中的碰撞干涉检查计算，记录零件装配过程中装配配合区域的碰撞干涉检查结果；

（4）装配过程在线修配与精准控制

根据预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算结果，在保证产品装配目标几何尺寸精度的基础上，计算获得零件数字孪生模型碰撞干涉处需要修配的区域位置信息以及最小修配量，并最终生成对应的零件修配方案，该修配方案能够反馈至物理装配现场，实现复杂产品装配过程的在线精准修配与智能闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，其特征在于，所述步骤（1）中，产品装配过程中的关键装配工序为包含有影响装配质量的关键装配特征的装配工序，或包含有装配基准定位、装夹、偏差要求内容的装配工序，其中，关键装配特征为影响本道装配工序装配质量的零件间几何约束关系的配合特征对。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，其特征在于，所述步骤（1）中，对零件实测数据采集、处理与表达包括以下步骤：

（11）通过数字化测量设备和分析系统对物理装配现场的关键装配工序的实际零件装配配合表面进行实测点云数据采集；

（12）对原始实测点云数据采用多视点云对齐、误差点剔除、点云滤波、数据精简的分析流程对其进行预处理，得到预处理后的实际零件装配配合表面的实测点云数据，从而获取关键装配特征表面的实测点云孪生数据；

（13）经由实测点云孪生数据提取得到实际零件装配配合表面的关键装配特征信息，并将步骤（12）中的实测点云孪生数据配准至零件设计CAD模型上；

（14）采用三角化网格算法构建基于实测点云数据的网格模型，在此基础上重构生成得到实际零件装配配合表面模型，从而实现零件关键装配特征表面的模型表达。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，其特征在于，所述步骤（2）中，对零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束求解包括以下步骤：

（21）从计算机辅助设计系统当中获取理想产品装配定位约束信息，所述理想产品装配定位约束信息包括零件对象信息、几何基元信息、装配配合类型信息、装配顺序及方向信息；

（22）依据步骤（21）中的理想产品装配定位约束信息，能够得到零件数字孪生模型的装配配合表面的实测几何基元要素信息，并将理想零件设计CAD模型的装配配合表面的几何基元要素映射更新为实测几何基元要素；

（23）驱动零件数字孪生模型在更新后的实测几何基元定位约束作用下进行相对定位求解，实现在数字化虚拟装配环境下零件数字孪生模型之间的装配特征定位约束。

5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，其特征在于，所述步骤（3）中，产品预装配仿真分析用于确定虚拟装配环境中装配仿真目标几何尺寸误差的偏离程度，以及获取考虑装配配合关系的产品零件间的碰撞干涉情况，从而提前预知产品的可装配性以及需要重点关注与协调控制的零件，为产品装配过程的在线修配与精准控制提供数据基础。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，其特征在于，所述步骤（4）中，零件修配方案内容包括需要修配的零件编号、需要修配的网格索引点编号、索引点对应的空间坐标位置以及修配量数值大小的四元组数据信息。

7.根据权利要求1和6所述的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法，其特征在于，所述步骤（4）中，零件修配方案的生成包括以下步骤：

（41）选取产品数字孪生模型的起始装配基准零件，依据三维装配工艺设计系统中生成的装配顺序、装配方向以及装配路径，对下一个待装配的零件数字孪生模型预先进行零件规范化认证，再进行装配静态与动态干涉判断检查；

（42）零件装配前，预先对零件数字孪生模型进行零件规范化认证，判断基于实测点云数据的网格模型是否符合零件设计规范，如果满足设计规范要求，则转至步骤（43），否则给出需要调整的零件编号、网格索引点编号及其对应的空间坐标位置、最小调整量，以此作为零件初始的修配方案；

（43）零件装配过程中，待装配零件沿着装配方向与装配路径进行装配运动，对其进行装配动态干涉判断检查，事先将更新后的装配特征定位约束位置记录为运动轨迹终止点，并对装配路径运动轨迹进行插值离散化，运动步长根据实际轨迹进行人为设定；

（44）当待装配的零件数字孪生模型每运动一步，对零件关键装配配合表面的实测点云孪生数据与前序零件数字孪生模型进行碰撞干涉检测与干涉穿透深度值计算，记录干涉零件编号、干涉网格索引点编号、索引点空间坐标位置以及穿透深度数值；

（45）循环步骤（44），对待装配零件继续实施装配运动，针对记录信息进行穿透深度数值判断，如果穿透深度小于上一步检测到的深度，则穿透深度数值不会更新，否则更新为最新的穿透深度数值，直至待装配零件运动至终止点，记录装配运动过程中发生干涉的穿透深度最大时的四元组数据信息，将其作为零件装配动态干涉检查时给出的修配方案；

（46）零件装配结束后，对最终装配位置的零件之间进行装配静态干涉判断检查，如果发生干涉，记录干涉的四元组数据信息，将其作为零件装配静态干涉检查时给出的修配方案；

（47）对当前装配工步下待装配零件在装配前、装配过程中以及装配结束后的修配方案进行综合比较与优选，选取干涉穿透深度最大的修配量对应的修配方案作为当前零件的修配方案。

8.一种使用如权利要求1~7任一项所述的基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法构成的运行系统，其特征在于，所述运行系统包括物理装配层、实测数据感知层、孪生模型融合层、在线修配与控制层；

所述物理装配层是物理装配车间现场客观存在的物理实体集合，包括零件/组件/部件实体、装配工装/夹具/工具实体、数字化测量设备、传感器和其他智能采集设备，以及装配车间环境与操作人员；

所述实测数据感知层通过部署在物理装配车间的物理装配层实体集合，利用数字化测量设备、传感器和其他智能采集设备，将物理装配层的零件/组件/部件的关键装配特征表面进行实测数据采集、处理与表达；

所述孪生模型融合层包括零件数字孪生模型和产品装配数字孪生模型，两类模型能够作为物理装配层的零件或产品装配体实物的数字化镜像；

所述在线修配与控制层通过孪生模型进行预装配仿真分析与碰撞干涉检查计算，根据仿真与碰撞干涉检查结果，生成对应的零件修配方案，并在线实时反馈至物理装配层，实现复杂产品装配过程的在线精准修配与智能闭环控制。

9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法构成的运行系统，其特征在于，所述孪生模型融合层是以物理装配层中实体产品模型为基础，借助实测数据感知层对物理实体产品模型的关键装配特征表面进行在线实时数据采集和动态监控，将物理空间中获取的实测点云孪生数据通过基准配准融合机制在虚拟空间中与零件设计CAD模型进行合并与重构，形成零件数字孪生模型，进而将零件数字孪生模型经由装配特征定位约束后形成产品装配数字孪生模型。

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