数字样机技术在产品开发和研究。
摘要：本文介绍了DMU(数字模拟)在产品开发和研究中的现状，描述了产品设计中的建模和关键技术。开发了DMU模型数字设计平台系统的体系结构。在此基础上，提出了一种将骨架设计方法应用于数字设计系统开发的方法。
1.介绍
DMU技术是在整个产品开发过程中应用信息技术而建立起来的一套集成技术。基于数字产品的计算机模型，工程师可以完成从产品设计的第一阶段到工业设计和工艺方案设计。三维数学模型在数字模拟中取代了原来的物理样机，能够检查原始的设计并进行改进。
因此，这通常只会产生一次最终的物理模型，将会保证新产品开发成功。通过数字模拟技术的发展，清晰准确地把握新产品开发的全过程，制造企业将能够快速、灵活地针对客户需求做出改变，并完全符合时间、成本和质量的要求，产品将迅速推向市场。这就商界高度重视技术发展的原因。
2.产品开发过程中的DMU技术。
“生产者”概念产品，其意义在于创造、生产、制造。对于一个特定的目标，产品开发是产品规划、产品设计、产品测试和产品制造形成的一个全过程。
新产品的开发模式如下：
（1）物理样机：传统产品开发平台是基于物理原型的开发。所有的部件的设计制造已经完成，在装配中无法修改，根据物理检查结果确定产品误差，然后返回修改设计，如此循环。过程中设计团队是相互独立的，每个人都完成了他们的工作，然后进行有效性，修改，工作周期时间重复较大，所以整个设计周期更长。
（2）3D建模阶段：随着信息技术的发展和高效率的发展，产品开发阶段越来越依赖于计算机辅助技术。所有部件都可以通过3D设计完成，取代了大型装配体的物理测试，计算机可以进行快速设计误差的确定，然后返回到设计修改。这个阶段的开发模型是一个基本的字符串类型开发模型，整个开发过程不能并行进行。
（3）数字样机：以上两个阶段都有共同的特点，无论是物理或三维建模阶段都是在零件设计中完成的，并且设计过程没有多大的改进，仍然是设计、检查和修改。在本阶段中，数字技术和原型部件是由上到下的介绍，采用一系列综合的检测手段，确保第一个产品的设计是正确的，而不是等到最后一个模块加载。在数字原型技术知识工程应用中，强调知识和规则的收集、包装和应用以及知识驱动的产品开发。同时使用数字原型技术可以有效地使整个开发过程并行化。在开发阶段，产品开发人员面临着一个共同的数字原型开发，这将很大程度上取代实物原型制造，从而降低产品开发周期，降低产品开发成本。
（4）数字工厂：数字工厂以数字原型为基础，利用现代计算机技术实现系统和工厂生产管理自动化。“数字工厂”意味着：所有的数据和信息，无论是生产计划还是产品混合模型，成本数据以二进制数字计算机和网络的形式通过各种知识管理系统进行自由转换，分析，合成和利用；生产流程，包括样机制造，加工，装配，产品测试，生产计划，生产线，在数字计算机中仿真，根据市场和客户需求快速地进行物流管理。在数字化工厂中，更重要的是，产品尚未正式投入运营，企业计算机网络和客户可以参与产品的设计和修改。
目前,大多数摩托车生产企业仍在使用第一类新产品开发模式,主要是二维绘图作为技术交流的基础,虽然有些企业已经引入了计算机辅助二维图纸,但只是用二维计算机图纸来表达,虽然节省了绘制图纸的时间，有很大的变化，但它仍然依赖于物理原型产品开发。虽然一些企业采用了三维建模技术来构建复杂的数字产品模型，以促进模型的自动化分析过程。但这只是一个独立的3D应用程序，可以进行3D设计，建立在摩托车发展阶段。而世界级企业水平的发展已经跨越了三维建模阶段，即数字样机的应用阶段和数字工厂的开发方向。
3.DMU的几何模型
DMU技术是先进的三维数字设计技术，是一种知识驱动的产品设计技术，在整个过程中将自上而下的技术应用于自主开发的产品。产品开发利用几何物理结构和零部件装配来描述关系，进行几何表达。根据不同产品的结构特点，不同的几何表达，例如汽车车身复杂的自由曲面，几何规则通过复杂的物理变化在复合产品的组成。在技术模型的基础上，产品几何表达不仅涉及几何物理分量，而且还涉及几何建模过程和三维数据存储结构，以支持从上到下的产品，并逐步将精心设计的流程与版本管理结合起来，质量控制可以回归自然，支持与设计过程并行。该模型是树层次关系模型的一种基于产品的结构，它描述了整个产品装配信息、功能信息和运动关系信息，以及关系信息。此外,他们表达了产品的设计参数和工程各个部分练习克制,和描述的设计在整个产品生命周期的不同阶段的信息。
基于几何模型表达系统的数字产品针对成熟CAX系统的产品开发特点，建立了系统的工具系统，包含了以下主要功能：（1）支持几何建模，工程语义约束，功能定义，设计的变量和参数；也支持材料，过程，设计过程，信息技术管理的整合。（2）描述支持大型组装和装配之间的关系。（3）支持信息集成设计。（4）支持多产品开发与并行，使用电子邮件、HTML、JT、VRML、XML等方法(在2个团队中，在团队之间)实时地交换设计信息。（5）与其他CAE/ DFX/ PDM良好系统接口。（6）模型的建模工具可以支持CAD, CAE, CAPP, CAM的整个数字模型定义。基于上述，DMU几何模型体系结构如图1所示。
4.应用程序示例
下面是一个DMU设计实例的摩托车底盘框架设计方法。通过其产品的设计，将等级系统装配到相关知识摩托车的底盘上，DMU设计工具构建骨架部件，然后建立参考参数(点、线、面、控制变量等)。在采取基本的控制之后，构建一个骨架总成。在细节设计之后，选择只在发布的元素之间避免过多的引用。非链接设计中的关键元素是在父子关系中生成的，没有关系元素在程序集中，导致系统崩溃。同时，通过在设计中使用DMU的功能，对设计中的合理性进行检验，可以通过产品计划充分满足DMU的设计。骨架设计的几何相关性变化如图2所示。
5.结论和未来工作
DMU设计技术是一种有别于传统CAD技术、新产品开发理念和方法的原型。数字样机技术(数字模型——DMU)在传统CAD技术的基础不仅继承了传统CAD技术优势,如相关技术、装配仿真技术、创意设计和技术类型,并按照现代企业宽数字发展和需求,并建立一个新的设计概念,方法和现代工具。它真正的支持产品开发并行，当今发达国家的企业发展摩托车，DMU技术已经被用来代替大量的物理模型(物理模型，PMU)摩托车的发展。
DMU不仅面向独立的技术人员，而且是面向产品开发的复杂系统工程方法，它可以是CAD设计与制造、装配和有机集成，完全符合实际的产品开发理念和要求。因此，目前的大型国外汽车、摩托车制造企业都采用了提高产品开发速度和快速市场反应能力的技术。
发动机生产线自动化物流系统的研究。
摘要：物流系统是发动机生产线的重要组成部分，其自动化程度影响着生产线的效率。本文介绍了一种基于类型识别和跟踪子系统的发动机缸体生产线自动物流系统，以及一个自动变速器和存储子系统。通过集成视觉识别模块与缸体特征，二维码标记模块与扫描仪，实现了三种发动机的混合制造。通过PLC控制的输送车、储物架和转运车，实现了多个站点的缸体传输。系统设计充分考虑了安全性和稳定性。结合友好的交互系统，提高了操作的方便性。在实际应用中，系统提高了发动机生产线的效率并有效的节约了人力资源。
1.介绍
随着大规模自动化生产线的发展，生产自动化变得越来越重要。自动化的优点有占地面积小，节省人力，高可靠性和高稳定性等。自动物流系统已成为生产线的一个组成部分，逐渐取代了传统的手工物流。对于发动机制造业来说，自动化物流系统不仅降低了人员成本，提高了生产效率，而且保证了产品的安全。
自动物流系统的关键是为发动机生产线引入各部件的信息流，特别是在同一生产线上生产各种型号的发动机，它满足了零库存产品供应现代生产模式的需要。二维码是由黑白图形组成的一个固定大小的正方形区域，可以存储足够的信息，统一不同类型部件的标识。二维码满足不同类型零件自动识别、自动存储、自动转线等技术要求。一个基于二维码的自动化物流系统需要很多不同的技术解决方案，零部件识别并打印二维码，控制组件构建信息流，运输设备构成物流平台。
本文介绍了一种新型的发动机缸体运输自动物流系统。物流系统由发动机缸体类型识别模块和二维码打印设备组成，提供物流信息。利用二维码，使用二维码扫描仪为各站和PLC控制系统提供跟踪信息。运输系统由输送线、输送车、储存架和转运车组成。该系统对物流运输环节的识别成功率、安全性和稳定性进行了充分研究，采用工业级硬件，具有友好的人机交互功能。
本研究的其余部分组织如下。第二部分描述了物流系统的框架设计。第三节介绍了主要的技术细节和相关算法。第四节介绍了该系统的软件和应用性能。最后,在第五部分,我们将讨论结论。
2.系统设计
对于自动物流系统的设计，第一项工作是确定产品种类、生产工艺和其他技术参数。发动机生产线有3个缸体，2个装配线同时生产6个型号的发动机。为了保证生产的连续性，气缸块的存储区域应该有一定的裕度，并且转移和储存必须是自动的。整个物流系统结构如图1所示，在输送线入口有一个视觉识别系统和一个标记系统，为后一个过程提供类型参数；缸体是由输送车从输送管道输送到储存区域；并通过一辆转运车转移到不同的装配线上。在整个输送过程中，缸体是在储存架、转运车和装配线之间循环的。在装配线上的缸体的运动是通过镀锌空心圆柱滚动，水平运动是由倍速链传动带动的。
具体来说，从输送线到装配线的整个缸体的完整工作流程如下：a）3种型发动机缸体进入输送线，通过视觉识别系统进行识别;b) 根据识别的类型，标记系统在特殊的标记区域打印一个二维码，包含下线相同，转换，以及柱体块的类型信息，二维码在后续步骤中用于信息确认；c) 当圆筒体转到输送小车时，首先通过扫描仪得到二维码。然后，该块被输送到基于块类型的存储货架条目;d)缸体从入口进入储物架再到出口滑移的位置；e)在转运车与储存架对接后，缸体通过重力滑入转运车辆，并将其输送到装配存储线;f）在进入装配线前，通过二维码扫描器确认缸体类型，最终完成整个组装。
以上物流系统有一套基于plc的自动控制系统实现所有功能。友好的人机界面，手动控制面板等辅助模块，保证了系统的稳定可靠运行。
3.主要技术和算法
该物流系统的控制模块由西门子S7系列PLC和配套外设组成。主站使用CPU315-2PN/DP，主要用于控制识别摄像机、传输线和开关量。同时，将IPC、人机交互触摸屏、视觉系统、二维码扫描器等硬件设备连接到PLC上。主站使用CPU224，主要是控制起止位置的送车。系统的硬件连接方案如图2所示。
整个系统由MPI和以太网现场总线网络连接,主站CPU315-2PN / DP和从属站CPU224连接通过MPI,其他则通过以太网连接。CPU224安装在送车上，MPI通信电缆使用滑动触线来扩展缸体的存储区域。下面将详细描述类型识别、自动存储和传输，特别是控制策略。
A.圆柱孔的图像识别
类型识别是基于气缸内孔的特征差异。圆柱型块，在同一条线上生产，基于相同的粗糙，和不同点在于气缸的直径孔(102毫米,107毫米和109毫米)。视觉测量程序如图3所示。一个视觉系统直接安装在气缸孔上方。当圆筒体在目视系统下运输时，由气动机构提升，定位销精确定位，以保证测量精度。
视觉系统的安装可以保证图像中两个圆柱体的稳定。为了实现识别过程的可靠性、鲁棒性和100%的准确性，解决方案采用了特征的手段来判别柱体的类型。上述算法的详细流程可以在图4中表示。首先，利用精确的边缘算子提取图像边缘，搜索区域连通区域，然后放弃较小的连通区域。将边缘像素的剩余连通区域设置为椭圆，然后根据最小剩余度和接近度原则选择两个最佳拟合椭圆，并利用该方法在很大程度上克服了噪声和光干扰。其次，计算两个椭圆的面积。随着连接两个椭圆中心的线，圆柱孔壁厚的特征是两个像素间距。在调试阶段，确定了缸体类型为人工，并通过上述方法计算了宏观和小轴、面积和壁厚。两个柱体的簇中心被保存到系统数据库中，由聚类技术决定。在操作阶段，通过对两种类型的聚类中心的欧几里得空间的计算，提取和判断每个气缸的特性。
在缸体类型识别后，PLC控制打标机在右上角打印二维码和普通码，其中包含圆筒体的生产信息。打标机是济南一横的BJ-GAZX系列。打标头的运动是通过气动机构实现的。系统的实际布局如图5所示。
B.气缸的自动储存
由于存储区域为3个类型的缸体，每个类型的存储容量根据生产计划动态调整。运输车需要确定每条线的类型和剩余。每行的存储类型设置在人机界面上。缸体自动储存的过程如图6所示。当气缸盖移动到输送线的末端时，它将等待运送车就位。缸体的运动是通过一个气动气缸来阻止过位，防止定位不准确。然后，气缸盖通过位置传感器平稳地移动到运输车的顶部。第一个工作是扫描二维码，获取位置后的缸体的类型信息。然后协控PLC控制输送车准确移动到目标存储架和码头。
C.气缸缸体转移
通过主控PLC实现缸体在存储区域内连续存储。对于一个高效的自动物流系统来说，仅仅简单的存储控制是不够的，需要将气缸从货架转移到装配线上。特别是一种转运车用于在两个存储线之间传输气缸块。为了保证足够的存储容量，每个存储架的容量要比传输器大得多。为了实现自动转换，缸体是分段存储的。具体方案如图7所示。为了防止在托盘上的缸体之间发生碰撞，每条存储线都有3个段，而一个剪叉升降机构阻止了缸体的运动，防止气缸盖滑到架子末端的转运车上。用相同的方法将气缸块传送到装配线。
在燃气或断电的情况下，升降机会降低，气缸块会滑倒在地上，造成事故，因此，选择制动锁装置的气缸，并在气体回路中使用单向阀。
4.软件和系统应用
软件结构如图9所示。系统软件分位4部分：标记服务器程序，触摸屏程序，主站PLC和从PLC程序。标记服务器程序包含类型识别的摄像头和标记控；触摸屏实现了友好的交互功能；
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