智能装备数字化虚拟调试仿真——基于NX-MCD

21 世纪以来，信息技术飞速发展，尤其是互联网技术与制造技术的融合，制造业呈现数字化、智能化趋势，定制化、分散化生产方式开始兴起，使得20 世纪80 年代产生的智能制造的概念逐步得以实现。如今，激烈的竞争和快速变化的市场需求给制造业提出了更多苛刻的要求，而新一代信息技术正有助于提高制造的灵活性，使得制造商能够以更快的速度和更低成本制造出市场所需的产品，实现这一目标很关键的一个技术就是虚拟调试。
NX-MCD（本书使用的是NX2206 版本）是虚拟调试常用的软件，它是一款特别用来加速产品设计及运动仿真的多学科系统应用软件，集成上游和下游工程领域，基于系统级产品需求、性能需求等，提供了针对由机械部件、电气部件和软件自动化所组成的产品概念模型进行功能设计的途径。使用NX-MCD 进行虚拟调试，可以在项目早期阶段发现故障点，保证生产节拍，从而降低风险成本，提高工程质量。
在本书的编写过程中，长春理工大学张乂文负责全书的架构和统筹，佛山科学技术学院张心明、长春理工大学宋林森、吉林大学于征磊、一汽模具制造有限公司尚校和刘菁茹、中国第一汽车集团有限公司阮守新、一汽大众发传中心李鑫、西门子工业软件（上海）有限公司费建东以及长春理工大学王红平、姜彬、孙志超、叶耀旭参加编写。随书附赠案例的源文件素材，读者可下载使用（https：//pan.baidu.com/s/1sFP1-jXePyMUbg7RNSI8XA，提取码：1218）。
感谢吉林省、长春市重大科技专项：电动汽车电驱系统智能核心装备开发与应用（20220301029GX）、2023 年吉林省高教重点自筹课题：液压与气压传动数字化教学资源平台建设研究（JGJX2023C25）等项目资助。
工艺技术、信息化技术及NX-MCD 软件产品在不断发展，本书内容难免存在不足之处，恳请广大读者给予批评指正。

编著者

本书从虚拟调试的基本概念出发，通过实际案例，深入浅出地介绍了NX-MCD 与虚拟PLC、虚拟数控系统和虚拟机器人控制器之间的联合虚拟调试。主要内容包括：数字化虚拟调试仿真、数字样机建模、单机设备虚拟调试仿真，新能源动力电池的激光清洗设备、涂胶装配、产线虚拟调试，以及数字镜影技术与数字孪生技术等。
本书适合制造型企业、智能制造服务型企业数字化产线规划与仿真人员使用，也可作为高等院校智能制造、工业工程、物流工程等专业工业仿真教材。

第1章 数字化虚拟调试仿真在智能制造中的作用 001
1.1 数字化虚拟调试仿真 001
1.1.1 数字化虚拟调试仿真的概念 001
1.1.2 数字化虚拟调试仿真的应用特点 002
1.1.3 数字化虚拟调试仿真的应用现状 002
1.2 数字化虚拟调试仿真系统的搭建过程 002
1.2.1 数字化虚拟调试仿真硬件系统 003
1.2.2 数字化虚拟调试仿真软件系统 003
1.3 数字化虚拟调试仿真的关键技术和优势 006
1.4 智能制造中的数字化虚拟调试仿真应用 006
1.5 数字化虚拟调试仿真的未来 007
本章总结 007

第2章 基于NX-MCD 的数字化虚拟调试仿真 008
2.1 NX-MCD 软件介绍 008
2.1.1 NX-MCD 机电一体化概念设计介绍 008
2.1.2 NX-MCD 用户图形界面 009
2.1.3 草图 009
2.1.4 建模与设计更改 010
2.2 机电一体化工具使用 011
2.2.1 NX-MCD：刚体 011
2.2.2 NX-MCD：碰撞体 012
2.2.3 NX-MCD：运动副 012
2.2.4 NX-MCD：执行器 014
2.2.5 NX-MCD：传感器 015
2.2.6 NX-MCD：信号建立、连接 018
2.2.7 NX-MCD：外部信号、信号映射 019
2.2.8 NX-MCD：物料流 019
2.2.9 NX-MCD：仿真序列 020
本章总结 021

第3章 数字样机建模 022
3.1 NX-MCD：码垛机械手建模 022
3.1.1 码垛机械手设计方案 022
3.1.2 码垛机械手零件建模 023
3.1.3 桁架建模 027
3.1.4 码垛机械手组装 031
3.1.5 龙门桁架装配 039
3.1.6 码垛机械手数字传感器定义 047
3.1.7 码垛机械手运动仿真 057
3.2 NX-MCD：ABB 机器人建模 061
3.2.1 ABB 机器人选型 061
3.2.2 ABB 机器人运动过程分解 062
3.2.3 ABB 机器人数模导入与组装 063
3.2.4 串联6 轴工业机器人机构定义 064
3.2.5 ABB 机器人数字传感器定义 065
3.2.6 ABB 机器人运动仿真 066
3.3 NX-MCD 数控铣床建模 067
3.3.1 数控铣床方案设计 067
3.3.2 数控铣床零件建模 068
3.3.3 数控铣床组装 076
3.3.4 数控铣床数字传感器定义 080
3.3.5 数控铣床运动仿真 086
本章总结 086

第4章 单机设备虚拟调试仿真 087
4.1 PLC 与NX-MCD 数字样机码垛机械手虚拟调试 087
4.1.1 码垛机械手PLC 程序编写 087
4.1.2 码垛机械手输入信号与输出信号建立 090
4.1.3 TIA 博途软件与PLCSIM Advanced 通信建立 093
4.1.4 码垛机械手虚拟调试仿真 094
4.2 ABB 虚拟机器人控制系统与NX-MCD ABB 数字样机机器人虚拟调试 097
4.2.1 ABB 机器人程序编写 097
4.2.2 ABB 机器人输入信号与输出信号建立 098
4.2.3 ABB 机器人与虚拟机器人控制器RobotStudio 通信建立 099
4.2.4 ABB 机器人虚拟调试仿真 102
4.3 840DSL 虚拟数控系统与NX-MCD 数字样机数控铣床虚拟调试 103
4.3.1 840DSL 虚拟数控系统程序编写 103
4.3.2 数控铣床输入信号与输出信号建立 106
4.3.3 数控铣床与840DSL 虚拟数控系统通信建立 108
4.3.4 数控铣床虚拟调试仿真 112
本章总结 114

第5章 新能源动力电池激光清洗设备虚拟调试 115
5.1 NX-MCD：激光清洗设备建模 115
5.1.1 激光清洗工艺分解 115
5.1.2 激光清洗设备零件建模 116
5.1.3 激光清洗设备装配 121
5.1.4 激光清洗设备刚体配置 125
5.1.5 激光清洗设备运动副和约束配置 131
5.1.6 激光清洗设备传感器和执行器设置 138
5.1.7 激光清洗设备NX-MCD 仿真 141
5.2 TIA 博途与NX-MCD 数字样机激光清洗设备虚拟调试 153
5.2.1 激光清洗设备PLC 程序编写 153
5.2.2 激光清洗设备NX-MCD 内部信号配置 158
5.2.3 NX-MCD 与TIA 博图软件通信建立 163
5.2.4 激光清洗设备虚拟调试仿真 165
5.3 码垛机械手与激光清洗设备流程加工虚拟调试 167
5.3.1 码垛机械手与激光清洗设备模型调试 167
5.3.2 码垛机械手与激光清洗设备PLC 程序调试 172
5.3.3 码垛机械手与激光清洗设备加工流程仿真 174
本章总结 174

第6章 新能源动力电池涂胶装配虚拟调试 175
6.1 NX-MCD：涂胶机器人建模 175
6.1.1 涂胶机器人选型 175
6.1.2 涂胶机器人数模导入与组装 175
6.1.3 涂胶机器人六轴定义 176
6.1.4 涂胶机器人运动仿真 177
6.2 涂胶机器人虚拟控制系统与NX-MCD ABB 数字样机机器人虚拟调试 178
6.2.1 涂胶机器人程序编写 178
6.2.2 涂胶机器人流程加工虚拟调试 179
本章总结 180

第7章 新能源动力电池产线虚拟调试 181
7.1 新能源动力电池车间规划 181
7.1.1 新能源动力电池车间平面布局建立 182
7.1.2 车间工艺分析 182
7.1.3 车间设备选型 183
7.1.4 三维布局建立 184
7.2 新能源动力电池线体虚拟调试平台搭建 184
7.2.1 码垛机械手电子样机构建 184
7.2.2 涂胶装配机器人电子样机构建 185
7.2.3 数控机床电子样机构建 185
7.2.4 机械手虚拟PLC 系统构建 185
7.2.5 机器人虚拟控制系统构建 186
7.2.6 虚拟数控系统构建 186
7.3 新能源动力电池线体虚拟调试 187
7.3.1 虚拟控制系统编程 187
7.3.2 线体与虚拟控制系统通信 197
7.3.3 整线虚拟调试 198
本章总结 200

第8章 数字镜影技术与数字孪生技术 201
8.1 数字镜影技术 201
8.1.1 数字镜影技术的定义 201
8.1.2 数字镜影在工业数字化中的应用 202
8.1.3 基于数字镜影的NX-MCD 构建方法 202
8.2 数字孪生技术 203
8.2.1 数字孪生技术的定义 203
8.2.2 数字孪生在工业数字化中的应用 204
8.2.3 基于数字孪生的NX-MCD 构建方法 204
8.3 工厂车间、生产线、设备三层级数字镜影技术简介 205
8.3.1 工厂车间数字镜影 205
8.3.2 生产线数字镜影 206
8.3.3 设备数字镜影 206
本章总结 207

参考文献 208