智能裝備數字化虛擬調試仿真——基于NX-MCD

21 世紀以來，信息技術飛速發展，尤其是互聯網技術與制造技術的融合，制造業呈現數字化、智能化趨勢，定制化、分散化生產方式開始興起，使得20 世紀80 年代產生的智能制造的概念逐步得以實現。如今，激烈的競爭和快速變化的市場需求給制造業提出了更多苛刻的要求，而新一代信息技術正有助于提高制造的靈活性，使得制造商能夠以更快的速度和更低成本制造出市場所需的產品，實現這一目標很關鍵的一個技術就是虛擬調試。
NX-MCD（本書使用的是NX2206 版本）是虛擬調試常用的軟件，它是一款特別用來加速產品設計及運動仿真的多學科系統應用軟件，集成上游和下游工程領域，基于系統級產品需求、性能需求等，提供了針對由機械部件、電氣部件和軟件自動化所組成的產品概念模型進行功能設計的途徑。使用NX-MCD 進行虛擬調試，可以在項目早期階段發現故障點，保證生產節拍，從而降低風險成本，提高工程質量。
在本書的編寫過程中，長春理工大學張乂文負責全書的架構和統籌，佛山科學技術學院張心明、長春理工大學宋林森、吉林大學于征磊、一汽模具制造有限公司尚校和劉菁茹、中國第一汽車集團有限公司阮守新、一汽大眾發傳中心李鑫、西門子工業軟件（上海）有限公司費建東以及長春理工大學王紅平、姜彬、孫志超、葉耀旭參加編寫。隨書附贈案例的源文件素材，讀者可下載使用（https：//pan.baidu.com/s/1sFP1-jXePyMUbg7RNSI8XA，提取碼：1218）。
感謝吉林省、長春市重大科技專項：電動汽車電驅系統智能核心裝備開發與應用（20220301029GX）、2023 年吉林省高教重點自籌課題：液壓與氣壓傳動數字化教學資源平臺建設研究（JGJX2023C25）等項目資助。
工藝技術、信息化技術及NX-MCD 軟件產品在不斷發展，本書內容難免存在不足之處，懇請廣大讀者給予批評指正。

編著者

本書從虛擬調試的基本概念出發，通過實際案例，深入淺出地介紹了NX-MCD 與虛擬PLC、虛擬數控系統和虛擬機器人控制器之間的聯合虛擬調試。主要內容包括：數字化虛擬調試仿真、數字樣機建模、單機設備虛擬調試仿真，新能源動力電池的激光清洗設備、涂膠裝配、產線虛擬調試，以及數字鏡影技術與數字孿生技術等。
本書適合制造型企業、智能制造服務型企業數字化產線規劃與仿真人員使用，也可作為高等院校智能制造、工業工程、物流工程等專業工業仿真教材。

第1章 數字化虛擬調試仿真在智能制造中的作用 001
1.1 數字化虛擬調試仿真 001
1.1.1 數字化虛擬調試仿真的概念 001
1.1.2 數字化虛擬調試仿真的應用特點 002
1.1.3 數字化虛擬調試仿真的應用現狀 002
1.2 數字化虛擬調試仿真系統的搭建過程 002
1.2.1 數字化虛擬調試仿真硬件系統 003
1.2.2 數字化虛擬調試仿真軟件系統 003
1.3 數字化虛擬調試仿真的關鍵技術和優勢 006
1.4 智能制造中的數字化虛擬調試仿真應用 006
1.5 數字化虛擬調試仿真的未來 007
本章總結 007

第2章 基于NX-MCD 的數字化虛擬調試仿真 008
2.1 NX-MCD 軟件介紹 008
2.1.1 NX-MCD 機電一體化概念設計介紹 008
2.1.2 NX-MCD 用戶圖形界面 009
2.1.3 草圖 009
2.1.4 建模與設計更改 010
2.2 機電一體化工具使用 011
2.2.1 NX-MCD：剛體 011
2.2.2 NX-MCD：碰撞體 012
2.2.3 NX-MCD：運動副 012
2.2.4 NX-MCD：執行器 014
2.2.5 NX-MCD：傳感器 015
2.2.6 NX-MCD：信號建立、連接 018
2.2.7 NX-MCD：外部信號、信號映射 019
2.2.8 NX-MCD：物料流 019
2.2.9 NX-MCD：仿真序列 020
本章總結 021

第3章 數字樣機建模 022
3.1 NX-MCD：碼垛機械手建模 022
3.1.1 碼垛機械手設計方案 022
3.1.2 碼垛機械手零件建模 023
3.1.3 桁架建模 027
3.1.4 碼垛機械手組裝 031
3.1.5 龍門桁架裝配 039
3.1.6 碼垛機械手數字傳感器定義 047
3.1.7 碼垛機械手運動仿真 057
3.2 NX-MCD：ABB 機器人建模 061
3.2.1 ABB 機器人選型 061
3.2.2 ABB 機器人運動過程分解 062
3.2.3 ABB 機器人數模導入與組裝 063
3.2.4 串聯6 軸工業機器人機構定義 064
3.2.5 ABB 機器人數字傳感器定義 065
3.2.6 ABB 機器人運動仿真 066
3.3 NX-MCD 數控銑床建模 067
3.3.1 數控銑床方案設計 067
3.3.2 數控銑床零件建模 068
3.3.3 數控銑床組裝 076
3.3.4 數控銑床數字傳感器定義 080
3.3.5 數控銑床運動仿真 086
本章總結 086

第4章 單機設備虛擬調試仿真 087
4.1 PLC 與NX-MCD 數字樣機碼垛機械手虛擬調試 087
4.1.1 碼垛機械手PLC 程序編寫 087
4.1.2 碼垛機械手輸入信號與輸出信號建立 090
4.1.3 TIA 博途軟件與PLCSIM Advanced 通信建立 093
4.1.4 碼垛機械手虛擬調試仿真 094
4.2 ABB 虛擬機器人控制系統與NX-MCD ABB 數字樣機機器人虛擬調試 097
4.2.1 ABB 機器人程序編寫 097
4.2.2 ABB 機器人輸入信號與輸出信號建立 098
4.2.3 ABB 機器人與虛擬機器人控制器RobotStudio 通信建立 099
4.2.4 ABB 機器人虛擬調試仿真 102
4.3 840DSL 虛擬數控系統與NX-MCD 數字樣機數控銑床虛擬調試 103
4.3.1 840DSL 虛擬數控系統程序編寫 103
4.3.2 數控銑床輸入信號與輸出信號建立 106
4.3.3 數控銑床與840DSL 虛擬數控系統通信建立 108
4.3.4 數控銑床虛擬調試仿真 112
本章總結 114

第5章 新能源動力電池激光清洗設備虛擬調試 115
5.1 NX-MCD：激光清洗設備建模 115
5.1.1 激光清洗工藝分解 115
5.1.2 激光清洗設備零件建模 116
5.1.3 激光清洗設備裝配 121
5.1.4 激光清洗設備剛體配置 125
5.1.5 激光清洗設備運動副和約束配置 131
5.1.6 激光清洗設備傳感器和執行器設置 138
5.1.7 激光清洗設備NX-MCD 仿真 141
5.2 TIA 博途與NX-MCD 數字樣機激光清洗設備虛擬調試 153
5.2.1 激光清洗設備PLC 程序編寫 153
5.2.2 激光清洗設備NX-MCD 內部信號配置 158
5.2.3 NX-MCD 與TIA 博圖軟件通信建立 163
5.2.4 激光清洗設備虛擬調試仿真 165
5.3 碼垛機械手與激光清洗設備流程加工虛擬調試 167
5.3.1 碼垛機械手與激光清洗設備模型調試 167
5.3.2 碼垛機械手與激光清洗設備PLC 程序調試 172
5.3.3 碼垛機械手與激光清洗設備加工流程仿真 174
本章總結 174

第6章 新能源動力電池涂膠裝配虛擬調試 175
6.1 NX-MCD：涂膠機器人建模 175
6.1.1 涂膠機器人選型 175
6.1.2 涂膠機器人數模導入與組裝 175
6.1.3 涂膠機器人六軸定義 176
6.1.4 涂膠機器人運動仿真 177
6.2 涂膠機器人虛擬控制系統與NX-MCD ABB 數字樣機機器人虛擬調試 178
6.2.1 涂膠機器人程序編寫 178
6.2.2 涂膠機器人流程加工虛擬調試 179
本章總結 180

第7章 新能源動力電池產線虛擬調試 181
7.1 新能源動力電池車間規劃 181
7.1.1 新能源動力電池車間平面布局建立 182
7.1.2 車間工藝分析 182
7.1.3 車間設備選型 183
7.1.4 三維布局建立 184
7.2 新能源動力電池線體虛擬調試平臺搭建 184
7.2.1 碼垛機械手電子樣機構建 184
7.2.2 涂膠裝配機器人電子樣機構建 185
7.2.3 數控機床電子樣機構建 185
7.2.4 機械手虛擬PLC 系統構建 185
7.2.5 機器人虛擬控制系統構建 186
7.2.6 虛擬數控系統構建 186
7.3 新能源動力電池線體虛擬調試 187
7.3.1 虛擬控制系統編程 187
7.3.2 線體與虛擬控制系統通信 197
7.3.3 整線虛擬調試 198
本章總結 200

第8章 數字鏡影技術與數字孿生技術 201
8.1 數字鏡影技術 201
8.1.1 數字鏡影技術的定義 201
8.1.2 數字鏡影在工業數字化中的應用 202
8.1.3 基于數字鏡影的NX-MCD 構建方法 202
8.2 數字孿生技術 203
8.2.1 數字孿生技術的定義 203
8.2.2 數字孿生在工業數字化中的應用 204
8.2.3 基于數字孿生的NX-MCD 構建方法 204
8.3 工廠車間、生產線、設備三層級數字鏡影技術簡介 205
8.3.1 工廠車間數字鏡影 205
8.3.2 生產線數字鏡影 206
8.3.3 設備數字鏡影 206
本章總結 207

參考文獻 208