(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210796474.6 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 北京机科国创轻量 化科学研究院有 限公司 地址 100083 北京市海淀区学清路18号1号 楼三层 申请人 北京机科国创轻量 化科学研究院有 限公司烟台分公司 (72)发明人 孙福臻　蔡克乾　贾广斌　张泉达　 (51)Int.Cl. G06F 30/12(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 113/22(2020.01) (54)发明名称 一种热冲压成形模具的虚拟试模系统和构 建方法 (57)摘要 本发明提供一种热冲压成形模具的虚拟试 模系统和构建方法， 所述的虚拟试模系统包括位 于物理层的自动化热冲压成形模 具物理系统， 位 于中间层的网络通信、 数据处理和分析系统以及 位于服务层的三维模具虚拟场景、 直播视频、 增 强现实和运行状态看板展示系统， 其构建方法包 括如下步骤： (1)收集数据； (2)几何造型； (3)人 机界面； (4)场景构建； (5)场景模型； (6)场景优 化。 通过本发明提供的虚拟试模系统， 热冲压成 形模具的设计、 管理者可以仿真、 验证、 分析与评 估生产过程、 优化模具设计， 监控模具的生产运 行状况， 查看实时生产信息和生产统计数据， 并 对模具运行和性能数据进行全面 分析， 从而持续 优化热冲压成形模具设计和生产效能。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115292772 A 2022.11.04 CN 115292772 A 1.一种热冲压成形模具的虚拟试模系统和构建方法， 其特 征在于， 包括： 物理层模块， 是虚拟试模系统 的物理空间中的实体对象， 用于构建灵活的， 适应不同工 艺路线要求的自动化模具运行系统， 可以在更换专门的热冲压成形模具和控制软件后生产 不同类型的工件； 中间层模块， 用于构建物理层模块与服务层模块通信的网络系统， 实现虚拟试模系统 的数据采集、 处 理和存储过程， 快速建立热冲压成形模具运行的实时数据库和专 家知识库； 服务层模块， 是虚拟试模系统的虚拟空间中的仿真对象， 通过三维建模后的模型和数 据信息展示工具与 物理空间中的实体对象相对应， 负责向物理层模块提供特定于应用程序 的服务。 2.根据权利要求1所述的热冲压成形模具的虚拟试模系统和构建方法， 其特征在于： 所 述的热冲压成形模具物理层 模块的实体对象包括材料、 润滑、 模具、 压机和数字图像相关系 统， 及其附属的传感器、 执 行器和控制器等元器件。 3.根据权利要求1所述的热冲压成形模具的虚拟试模系统和构建方法， 其特征在于： 所 述的热冲压成形模具的虚拟试模系统的构建方法包括材料测试、 材料建模、 润滑系统、 模具 建模、 制造模 具、 测试模 具、 模具变形、 优化模 具、 压机变形、 压机 建模、 数据分析和运行监控 共12个功能模块以及这些模块之间的13个步骤流 程。 4.根据权利要求3所述的热冲压成形模具的虚拟试模系统和构建方法， 其特征在于， 包 括如下13个步骤： 步骤1， 所述的材料测试模块采用数字图像相关测量系统获取的硬化曲线HC1、 屈服应 力YSt1等数据， 经 过步骤2传给 材料建模模块； 步骤2， 所述的材料建模模块根据材料测试模块的结果数据， 在有限元仿真软件中参照 屈服标准YSdl建立材 料模型， 并将结果由步骤3传送到模具建模 模块中； 步骤3， 所述的模具建模模块根据材料建模、 润滑系统、 压机建模三个模块提供的模型 数据， 并根据专家的经验考虑一些对负面工艺条件的结构补偿， 进行初期开发阶段 的计算 机辅助设计和有限元仿真， 然后通过步骤5将结果数据发送到制造模具模块； 步骤4， 所述的压机建模模块将压机假定为刚体， 采用有限元仿真软件对压机进行初期 开发阶段的静态过程建模， 输出的压 机模型经由步骤3传送给模具建模 模块； 步骤5， 所述的制造模具模块根据模具建模模块提供的模型数据， 进行铸造、 铣削、 装配 和手动调整等模具制造过程， 然后生成的物理模具经过步骤6进入测试模具模块， 以测试模 具的运行效果； 步骤6， 所述的测试模具模块在物理模具上试验加工工件， 输出的结果分别经由步骤7、 8进入压机变形和模具变形模块； 步骤7， 所述的压机变形模块采用数字图像相关测量系统， 记录 并存储宏观变形MaD1相 关的数据， 并经由步骤9将数据传送给优化模具模块； 步骤8， 所述的模具变形模块采用数字图像相关测量系统， 记录 并存储宏观变形MaD1和 微观变形MiD1相关的数据， 并经由步骤10将数据传送给优化模具模块； 步骤9， 所述的优化模具模块从压机变形模块取得压机的实时变形数据MaD1， 并使用拓 扑优化软件对压机进 行逆向建模； 该逆模压机结构用于更新在有限元仿真软件中所包含的 三维工具几何形状， 比如压机台面和柱塞的弯曲TB1、 PB1， 或者用于生 成其变形的二维表 面权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115292772 A 2几何形状， 以用于热冲压自动成形策略； 再经由步骤11， 优化模具模块将逆模压机结构传送 给模具建模 模块； 步骤10， 所述的优化模具模块经由步骤11取得模具建模模块中初期开发阶段的完整三 维模具结构； 结合经由步骤8得到变形的模具二 维表面进行结构分析， 并修改二维表面的形 状； 再经由步骤1 1， 优化模具模块将修改后的模具二维表面数据传送给模具建模 模块； 步骤11， 所述的模具建模模块取得优化模具模块修改后的模具二维表面数据， 以及逆 模压机结构， 并结合初期开发阶段的模具结构数据， 将模具压边闭合时成形表面的最终几 何形状输出到有限元仿真软件中， 来预测实际生产环境下 的模具变形； 从而完成了模具几 何形状补偿和试模过程， 在虚拟仿真环境下实现了连续的生产支持； 再经由步骤12将虚拟 试模过程中的相关数据记录信息传送给中间层进行 数据处理、 存储和分析； 步骤12， 所述的中间层数据挖掘和网络通信系统根据服务层运行监控系统 的特定应用 需求， 以及生产运行时和模具控制指令， 将反馈结果数据经 由步骤13发送给服务层的运行 监控系统； 步骤13， 所述的服务层运行监控系统对模具设计仿真、 运行状态实时分析和优化， 提升 模具开发、 制造、 运行时的柔性化、 智能化能力； 同时对模 具运行过程中关键 设备、 区域进 行 实景视频监控， 并结合增强现实技术应用， 从而实时展现生产过程动态信息、 设备内部状况 和历史动作过程， 及时响应生产现场异常情况， 如模具或者压机变形异常AD1、 保压超时 ToH1、 温度超标TEx1、 设备急停M E1等生产突发状况。 5.根据权利要求1所述的热冲压成形模具的虚拟试模系统和构建方法， 其特征在于： 所 述的热冲压成形模具中间层模块包括网络通信链路， 网络通信系统， 数据 处理系统和数据 分析系统。 6.根据权利要求1所述的一种热冲压成形模具的虚拟试模系统和构建方法， 其特征在 于： 所述的热冲压成形模具 的虚拟试模系统基于模具实际业务流程， 面向热冲压成形生产 过程， 其构建方法包括收集数据， 几何造型， 场景优化， 人机界面， 场景构建和场景模型共6 个功能模块以及这些模块之间的6个步骤过程。 7.根据权利要求6所述的一种热冲压成形模具的虚拟试模系统和构建方法， 其特征在 于， 包括如下6个步骤： 步骤1， 所述的收集数据模块将热冲压成形模具的实体对象和虚拟对象的所有数据信 息汇总后分为非模型驱动数据和模型驱动数据。 非模型驱动数据是静态类型数据， 以表格 形式在物联网平台工具中存储和展示。 模 型驱动数据是动态数据， 使用WebSocket等协 议将 数据发送到物联网平台工具进 行存储， 并以JSON字 符串格式传递给Unreal等三维可视化引 擎进行数据 链接和绑定。 收集数据模块汇总后的数据经过步骤2和步骤3 分别提供给几何造 型和人机界面模块； 步骤2， 所述的几何造型模块根据实体对象的几何尺寸采用Blender等三维建模软件构 建出数字模型， 添加必 要的灯光、 材质、 纹理渲 染模型和特效， 使三 维模型具有真实质感、 更 加逼真。 为了降低硬件的运行压力， 要对模 型进行适当地简化处理， 并导出为.FBX等轻量化 交换格式文件， 在步骤4中将该文件导入到场景构建模块中； 步骤3， 所述的人机界面模块包括人机交互设计、 外部输入事件响应等功能， 旨在实现 在三维虚拟环 境中的场景漫游， 使用户有身临其境的直观体验。 在Blender 等三维建模软件权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115292772 A 3