典型機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試(西門子)（ 第3版）課件：分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置

分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置

操作任務(wù)分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置1．定義自動(dòng)化設(shè)備中物料的屬性。2．定義平行傳送帶的屬性，實(shí)現(xiàn)虛擬場景中輸送帶速度調(diào)節(jié)。3．定義氣缸等氣動(dòng)執(zhí)行元件的屬性。4．定義距離傳感器的屬性，配置開口角度和測量范圍。5．定義料倉的屬性。6．應(yīng)用仿真序列編輯器。操作指導(dǎo)分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置機(jī)械設(shè)計(jì)工程師在完成數(shù)字化概念模型后，以西門子數(shù)字孿生軟件（NXMCD）為平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字孿生虛擬調(diào)試。在實(shí)現(xiàn)虛擬聯(lián)調(diào)前，需要對(duì)數(shù)字化模型進(jìn)行配置和相關(guān)的定義。前期做虛擬仿真時(shí)主要流程如圖7-1所示，為后期做數(shù)字聯(lián)調(diào)做準(zhǔn)備。本項(xiàng)目需要完成物料屬性的定義、傳送帶屬性的定義、氣缸屬性的定義、分揀站傳感器屬性的定義、分揀站料倉屬性的定義和分揀站虛擬的調(diào)試六個(gè)任務(wù)。圖7-1虛擬仿真準(zhǔn)備工作主要流程1.物料屬性定義分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置1.物料屬性定義模型中物料經(jīng)過屬性定義，在執(zhí)行仿真時(shí)，受到重力作用的影響，物料開始自由下落。按下SB2或觸摸停止按鈕，設(shè)備完成當(dāng)前工作循環(huán)后停止。（1）操作前準(zhǔn)備1）了解真實(shí)（物理）場景中物料的形狀大小。2）安裝Siemens.NX.1872或更高版本軟件。3）如圖7-2所示，準(zhǔn)備分揀站數(shù)字化模型文件7-1.Prt。

4）熟悉NX軟件界面和查看模型的基本操作。5）熟悉機(jī)電概念設(shè)計(jì)環(huán)境主頁下各組件的功能。圖7-2分揀站數(shù)字化模型文件7-1.Prt（2）操作步驟1）啟動(dòng)〔NX〕。如圖7-3所示，在Windows中，選擇【開始菜單】→【SiemensNX】→【NX】，啟動(dòng)NX。也可使用快速啟動(dòng)方式——雙擊桌面NX軟件圖標(biāo)。啟動(dòng)后界面如圖7-4所示。圖7-3NX軟件圖標(biāo)圖7-4NX軟件界面2）在NX軟件界面查看模型。具體操作方法見表7-1。

表7-1查看模型常見的基本操作——鼠標(biāo)操作序號(hào)按鍵作用1鼠標(biāo)左鍵1.單擊：選擇模型（單選）2.按住不放拖動(dòng)鼠標(biāo)進(jìn)行框選（多選）2中鍵（滾輪）1.滾動(dòng)滾輪可以進(jìn)行模型視圖的放大或縮小2.按住中鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)可以旋轉(zhuǎn)模型視圖3.點(diǎn)擊中鍵等同于點(diǎn)擊窗體上的【確定】按鈕3鼠標(biāo)右鍵1.單擊：命令菜單（在不同的區(qū)域單擊會(huì)出現(xiàn)不同的菜單）2.按住不放會(huì)調(diào)出圓盤菜單4鼠標(biāo)（左鍵+中鍵）Ctrl鍵+鼠標(biāo)中鍵可以對(duì)模型視圖進(jìn)行平滑的放大或縮小5鼠標(biāo)（右鍵+中鍵）Shift鍵+鼠標(biāo)中鍵平移視圖6Shift鍵+鼠標(biāo)左鍵取消已選擇的對(duì)象3）在主頁中，查看基本機(jī)電對(duì)象環(huán)境。各組件功能如圖7-5所示。

圖7-5各組件功能簡介4）打開模型文件，并切換至【機(jī)電概念設(shè)計(jì)】環(huán)境，打開后界面如圖7-6所示。圖7-6【機(jī)電概念設(shè)計(jì)】環(huán)境5）對(duì)工作區(qū)域中的模型的物料屬性進(jìn)行定義。①鋼體屬性定義如圖7-7所示的步驟?至?。首先選擇工具欄中【機(jī)械】構(gòu)件中的【剛體】，在彈出的【剛體】窗口的剛體對(duì)象中選擇需要定義的屬性的零部件，在選擇零件時(shí)，鼠標(biāo)放在零件上停留約3秒后，待十字鼠標(biāo)右下角出現(xiàn)三個(gè)小點(diǎn)后再選擇，此時(shí)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，彈出【快速選取】窗口，如圖7-8所示，在下拉列表中選擇所需要的對(duì)象。然后在名稱欄輸入需要定義鋼體的名稱，單擊【確認(rèn)】按鈕。圖7-7鋼體屬性定義圖7-8【快速選取】窗口②碰撞體屬性定義如圖7-9所示的步驟?至?。選擇工具欄中【機(jī)械】組件下的【碰撞體】，彈出的【碰撞體】設(shè)置窗口，在彈出的【碰撞體】窗口的【碰撞體對(duì)象】中選擇需要定義的屬性的零部件，同時(shí)將碰撞形狀設(shè)置為圓柱（碰撞形狀與物料的外形保持一致）；形狀屬性設(shè)置為自動(dòng)。圖7-9碰撞體屬性定6)執(zhí)行仿真操作，觀察運(yùn)行結(jié)果并保存。2.傳送帶屬性定義分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置2.傳送帶屬性定義結(jié)合物料屬性定義，模型中傳送帶經(jīng)過屬性定義后，在執(zhí)行仿真時(shí)，物料會(huì)落到傳送帶上，同時(shí)傳送帶也會(huì)按預(yù)先設(shè)定的速度運(yùn)行。（1）操作前準(zhǔn)備1）準(zhǔn)備數(shù)字化模型文件7-2.Prt；也可以在上一任務(wù)的數(shù)字化模型文件上繼續(xù)操作。2）熟悉傳送帶機(jī)構(gòu)的組成構(gòu)、工作原理、各機(jī)械部件相互配合及機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，同時(shí)還需要考慮傳送裝置使用何種材料、減速電機(jī)傳動(dòng)比、機(jī)械裝配配合、粗糙度和摩擦系數(shù)等因素。（2）操作步驟1）將傳送帶的面定義為【碰撞體】屬性；操作方法見物料屬性定義中的碰撞體屬性定義。傳輸帶面的參數(shù)配置如下：①碰撞形狀設(shè)置為：方塊（碰撞形狀與物料的外形保持一致）；②形狀屬性設(shè)置為：自動(dòng)；③此操作名稱命名：傳送帶。2）如圖7-10所示，選擇【碰撞體】下的倒三角按鈕，并在下拉窗口中選擇【傳輸面】。彈出如圖7-11所示的傳輸面各項(xiàng)配置窗口。圖7-10傳送帶的面定義【碰撞體】屬性3）如圖7-11所示的步驟?至?，在傳輸面各項(xiàng)配置面窗口中，選擇面中選擇皮帶輸送的面；速度和位置中選擇直線；指定的矢量選擇X軸（與傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向保持一致）；設(shè)置輸送帶運(yùn)行的速度設(shè)置為50mm/s；并將此操作命名為傳送皮帶；單擊【確認(rèn)】按鈕，確定傳送帶的配置參數(shù)。4）執(zhí)行仿真操作，觀察運(yùn)行結(jié)果并保存。圖7-11傳送面的各項(xiàng)配置3.氣缸屬性定義分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置3.氣缸屬性定義氣缸模型經(jīng)過屬性定義后，在執(zhí)行仿真時(shí)，通過修改“氣缸位置”參數(shù)，氣缸導(dǎo)桿會(huì)受參數(shù)的改變而伸出或縮回。圖7-13剛體屬性定義（1）操作前準(zhǔn)備1）熟悉筆型氣缸的結(jié)構(gòu)、工作原理、型號(hào)解讀、安裝方式、載荷及是否帶有傳感器等內(nèi)容。2）數(shù)字化模型文件7-3.Prt；也可以在上一任務(wù)的數(shù)字化模型文件上繼續(xù)操作。（2）操作步驟1）氣缸剛體屬性定義將氣缸剛體定義為【剛體】屬性；操作方法見物料屬性定義中的剛體屬性定義。具體操作流程如圖7-13所示的步驟?至?。注意在選擇對(duì)象時(shí)選擇（氣缸的活塞桿，螺帽和推料頭）部件，剛體的名稱定義為推料一氣缸。圖7-14滑動(dòng)副定義2）滑動(dòng)副定義如圖7-14所示，在工具欄中單擊【鉸鏈副】下的倒三角按鈕，在其下拉框中選擇【滑動(dòng)副】，彈出滑動(dòng)副對(duì)話框，在該對(duì)話框中進(jìn)行滑動(dòng)副參數(shù)的配置。單擊【選擇連接件】中的圖標(biāo)，在工作區(qū)域選擇需要定義的“推料一氣缸”；【指定軸矢量】的配置中選擇Y軸（與氣缸伸出/縮回的方向保持一致）；同時(shí)勾選【限制】值，將其中的上限值設(shè)置為60mm，下限值設(shè)置為0mm；并在名稱欄中輸入滑動(dòng)副的名稱。單擊【確定】按鈕，完成滑動(dòng)副定義的配置。圖7-15氣缸位置控制屬性定義3）氣缸位置控制屬性定義如圖7-15所示，在工具欄中，選擇【電氣】組件下的【位置控制】，在【位置控制】窗口中進(jìn)行氣缸位置控制相對(duì)應(yīng)參數(shù)的配置。在【選擇對(duì)象】為前一步配置的滑動(dòng)副，選擇軸類型為線性；設(shè)定約束速度為100mm/s；并在名稱欄中輸入氣缸位置控制的名稱；單擊【確定】完成氣缸位置控制屬性定義的配置。圖7-16氣缸仿真調(diào)試4）分別將“推料頭”和“活塞桿尾部的活塞環(huán)”定義為【碰撞體】，并將【碰撞形狀】設(shè)為圓柱。5）如圖7-16所示進(jìn)行氣缸的仿真調(diào)試。打開機(jī)電導(dǎo)航器中的【傳感器和執(zhí)行器】下的“推料一氣缸”，單擊【添加到察看器】，然后在工具欄中單擊按鈕。啟動(dòng)運(yùn)行查看器，即可執(zhí)行“推料一氣缸”的位置控制的仿真操作。在運(yùn)行查看器中，可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)定位值的修改，并觀察運(yùn)行狀態(tài)。6）單擊工具欄中的按鈕，停止仿真并保存項(xiàng)目。4.分揀站傳感器屬性定義分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置4.分揀站傳感器屬性定義物料檢測傳感器經(jīng)過屬性定義后，在執(zhí)行仿真時(shí)，當(dāng)物料在傳感器的檢測范圍內(nèi)，傳感器會(huì)觸發(fā)，同時(shí)輸出檢測點(diǎn)與物料的距離值。（1）操作前準(zhǔn)備1）熟悉傳感器的種類、檢測范圍、測量方式及輸出類型。2）數(shù)字化模型文件7-4.Prt；也可以在上一任務(wù)的數(shù)字化模型文件上繼續(xù)操作。（2）操作步驟1）物料檢測傳感器屬性定義如圖7-17所示在工具欄中，單擊【電氣】組件中的【碰撞傳感】下的倒三按鈕，在下拉菜單中單擊【距離傳感器】，彈出【距離傳感器】窗口，并在【距離傳感器】窗口中進(jìn)行物料檢測傳感器屬性定義的參數(shù)配置。圖7-17物料檢測傳感器屬性定義將形狀選項(xiàng)中的【指定點(diǎn)】選擇為傳感器圓中心，【指定矢量】配置中選擇Z軸（與真實(shí)場景中傳感器的安裝方向保持一致），并將矢量方向修改為即反向按鈕（與真實(shí)場景中傳感器的檢測方向保持一致），將【開口角度】設(shè)置為30度，檢測【范圍】設(shè)置為5mm，并在名稱欄輸入傳感器一，單擊【確定】按鈕后，完成物料檢測傳感器屬性定義的配置。2）磁性傳感器（氣缸縮回檢測傳感器）屬性定義如圖7-18所示，操作方法與物料檢測傳感器屬性的定義相同，在【距離傳感器】窗口中對(duì)磁性傳感器的配置參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。將形狀選項(xiàng)中的【指定點(diǎn)】選擇為傳感器圓中心，【指定矢量】配置中選擇X軸，并將矢量方向修改為即反向按鈕，將【開口角度】設(shè)置為30度，檢測【范圍】設(shè)置為8mm，并在名稱欄輸入氣缸一縮回檢測，單擊【確定】按鈕后，完成磁性傳感器（氣缸縮回檢測傳感器）屬性定義的配置。3）按照同樣的方法進(jìn)行“氣缸一伸出檢測”傳感器的屬性定義。圖7-18磁性傳感器（氣缸縮回檢測傳感器）屬性設(shè)置5.分揀站料倉屬性定義分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置5.分揀站料倉屬性定義分揀站料倉經(jīng)過屬性定義后，在執(zhí)行仿真時(shí)，物料可以成功放入到料槽里，而不被穿透。（1）操作前準(zhǔn)備1）熟悉分揀料倉的工作屬性、安裝方式、底板材料及表面粗糙度等內(nèi)容。2）數(shù)字化模型文件7-5.Prt；也可以在上一任務(wù)的數(shù)字化模型文件上繼續(xù)操作。（2）操作步驟1）推出形材邊碰撞體屬性定義。如圖7-19所示的步驟?至?。選擇工具欄中【機(jī)械】組件下的【碰撞體】，彈出的【碰撞體】設(shè)置窗口，在彈出的【碰撞體】窗口的【碰撞體對(duì)象】中選擇形材面，同時(shí)將【碰撞形狀】設(shè)置為方塊，【形狀屬性】設(shè)置為自動(dòng)。圖7-19磁性傳感器（氣缸縮回檢測傳感器）屬性設(shè)置3）如圖7-20所示為料槽的4個(gè)面，按照同樣的方法分別對(duì)料槽的4個(gè)面進(jìn)行屬性定義。將【碰撞形狀】均設(shè)置為方塊，【形狀屬性】設(shè)置為自動(dòng)，并在【名稱】處分別將4個(gè)面進(jìn)行命名，其它參數(shù)保持默認(rèn)，單擊【確認(rèn)】按鈕，完成分揀站料倉屬性定義。圖7-20料槽的4個(gè)面進(jìn)行屬性定義6.分揀站虛擬調(diào)試分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置6.分揀站虛擬調(diào)試在【序列編輯器】中編輯氣缸的執(zhí)行條件和執(zhí)行順序，仿真出真實(shí)（物理）場景中的動(dòng)作流程。根據(jù)前面的設(shè)置，分揀站的動(dòng)作即：物料對(duì)象每隔5秒產(chǎn)生一個(gè)物料，傳送帶以50mm/秒的速度運(yùn)行，當(dāng)傳感器檢測到物料后，氣缸將以100mm/秒的速度將物料推至料倉，當(dāng)氣缸伸出傳感器檢測到信號(hào)時(shí)，氣缸以相同的速度縮回。（1）操作前準(zhǔn)備1）熟悉分揀站的工作原理及動(dòng)作流程，制訂運(yùn)行參數(shù)：①電機(jī)轉(zhuǎn)速：傳送帶運(yùn)行速度②物料流：多長時(shí)間放置一個(gè)物料2）數(shù)字化模型文件7-6.Prt；也可以在上一任務(wù)的數(shù)字化模型文件上繼續(xù)操作。（2）操作步驟1）調(diào)整【序列編輯器】位置。如圖7-21所示，在資源條選項(xiàng)中選擇，單擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)【序列編輯器】，選擇【取消停靠選項(xiàng)卡】，最后調(diào)整【序列編輯器】位置。圖7-21調(diào)整【序列編輯器】位置2）添加傳送帶。鼠標(biāo)“右鍵”點(diǎn)擊【序列編輯器】，選擇【添加仿真序列】，此時(shí)彈出如圖7-22所示【仿真序列】窗口，在【仿真序列】窗口添加傳送帶并進(jìn)行傳送速度的設(shè)置。在【仿真序列】窗口的【機(jī)電對(duì)象】的選擇對(duì)象中，選擇需要添加的仿真對(duì)象--傳送帶，操作步驟方法即單擊【機(jī)電對(duì)象】的選擇對(duì)象后，在機(jī)電導(dǎo)航器的傳送帶和執(zhí)行器中選擇“傳送皮帶”。在【運(yùn)行時(shí)參數(shù)】中勾選平行速度并將速度設(shè)置為50mm/s，并在【名稱】處輸入“傳送帶”，單擊【確定】按鈕，完成傳送帶速度的配置。圖7-22配置傳送帶速度3）添加推料氣缸動(dòng)作。如圖7-23所示，【仿真序列】窗口中的【機(jī)電對(duì)象】的【選擇對(duì)象】的方法與前一步相同，【選擇對(duì)象】選擇“推料一氣缸位置”，在【運(yùn)行時(shí)參數(shù)】中勾選【定位】，并將速度設(shè)置為60mm/s，單擊【條件】下拉選項(xiàng)，單擊【選擇條件對(duì)象（1）】，再選擇“傳感器一”，將條件值選擇“true”，并在【名稱】處輸入“氣缸一伸出”，單擊【確定】按鈕，完成推料氣缸的配置。圖7-23添加氣缸動(dòng)作（推料）4）添加縮回氣缸動(dòng)作。如圖7-24所示，添加的步驟與添加伸出氣缸的方法相同，其中【運(yùn)行時(shí)參數(shù)】中的【定位】速度設(shè)置為0mm/s；【條件】選項(xiàng)中的【選擇條件對(duì)象（1）】選擇“氣缸一伸出檢測”，條件值選擇【true】，輸入“氣缸一縮回”，單擊【確定】按鈕，完成縮回氣缸的配置。圖7-24添加氣缸動(dòng)作（縮回）5）物料流配置。如圖7-25所示，在工具欄的【機(jī)械】構(gòu)件中單擊【剛體】下的倒三角按鈕，在下拉框中選擇【對(duì)象源】，彈出對(duì)象源設(shè)置對(duì)話框。在對(duì)象源對(duì)話框中選擇要復(fù)制的對(duì)象——“物料”（可在機(jī)電導(dǎo)航器中的基本機(jī)電對(duì)象中找到）；在復(fù)制事件】中配置觸發(fā)事件，選擇【基于時(shí)間】解發(fā)，其它參數(shù)保持默認(rèn)；在名稱欄輸入“物料流”，單擊【確定】按鈕完成物料流的配置。6）執(zhí)行仿真操作，觀察運(yùn)行情況。7）保存項(xiàng)目。圖7-25物料流配置7.項(xiàng)目驗(yàn)收分揀站數(shù)字孿生環(huán)境配置7.項(xiàng)目驗(yàn)收（1）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)1）使用數(shù)字化模型“7-1.prt”，連續(xù)完成5—8次物料分揀動(dòng)作，觀察完成情況。2）分揀氣缸執(zhí)行時(shí)，需要有對(duì)應(yīng)的位置檢測傳感器，觀察運(yùn)行情況。（2）項(xiàng)目驗(yàn)