3DCS软件分析介绍

[ 观点分析 ] ETA中国 2024-04-26 15:15

伴随着尺寸工程在各行各业的发展，三维尺寸链分析已被越来越多的工程师了解熟知，3DCS作为全球领先的三维尺寸公差分析软件，已经在汽车、航空航天、3C产品、机械重工、科研高校等行业得到广泛的应用。

为了便于初涉三维尺寸链分析的工程师了解3DCS，本文将会对3DCS软件的常用的几种分析方法展开介绍。

1. 蒙特卡洛仿真分析

3DCS软件分析介绍

蒙特卡洛模拟早在几百年前就已存在，比较著名的例子是，1777年，法国Buffon提出用投针实验的方法求圆周率，这被认为是蒙特卡罗方法的起源。后在第二次世界大战中由研制原子弹的“曼哈顿计划”计划的成员S.M.乌拉姆和J.冯·诺伊曼首先提出。

主流的公差分析软件都是采用蒙特卡洛算法，其基本思路是把封闭环的公差问题转化为求解随机变量的统计问题来处理。

模拟现场的装配工艺以及测量目标

虚拟装配过程，并测量装配后尺寸

3DCS软件分析介绍

3DCS中的原理：根据每个尺寸的实际分布，在软件中生成相应的伪随机数，进行虚拟装配，然后计算目标尺寸的值，继而生成目标尺寸的分布。

蒙特卡洛仿真通过对模型进行试验，以获得对产品制造公差分布预先认识的过程；其对零件的公差分布和模型的线性要求较低，仿真精度高，与现实情况的一致性更好。

执行100万次蒙特卡洛的仿真录屏(视频无加速)

过去大家认为蒙特卡洛模拟法样本量大，计算时间长，限制了它的使用。随着计算机技术的发展，计算时间已经不是制约的因素，以上视频是对包含3个零件，86个贡献因子的公差模型，执行100万次的蒙特卡洛分析的过程，仅耗时4分钟（对应电脑型号是i7-6700的笔记本，8核Cpu）。

现实生活中大部分的模型2万次的抽样即可达收敛精度，同时3DCS可以根据对结果误差精度的要求自动推荐抽样次数，避免不必要的多余“精度”的抽样，使计算时间更加合理缩短。

2. 基于公式计算的分析方法(视频无加速)

上面的视频是3DCS采用基于公式计算分析的方法，无需抽样即可一键即时获得计算结果。

基于公式算法进行仿真求解最大的好处是速度快，可以获得贡献因子的贡献大小或者近似贡献趋势。个别软件仅采用基于公式的分析方法，3DCS具有这样的功能，但并不单独推荐！

现实中的产品是纷繁复杂的，对应的公差模型的约束条件也是多种多样的，简单的模型可以用数学公式应对表达，但是复杂的模型采用数学公式就不够准确，这也是现实生活中进行试验统计研究的必要性，因为没有办法用一套标准的公式去预判和准确表达，这是公式法不可避免的缺点。蒙特卡洛算法是一个虚拟的抽样试验的模拟，样本量越大，获得的试验结果越接近可能的实际结果。

3DCS是结合了蒙特卡洛法和公式法两者的优点共同存在的优秀软件。

3. 公差实时优化分析(视频无加速)

视频前30s展示了：公差变更前后基于公式算法分析的实时结果变化。

后半部分视频演示了Tol Optimizer功能，其列出了测量和贡献因子。表格中可以输入各种需要的系数，如权重因子、成本、公差可调上下限、最大合计成本、是否锁定某个公差贡献值不变。然后基于质量函数、成本函数建立条件，进行封闭环的优化求解，实现由测量到公差的反向分配和优化，从而即时获得优化结果。

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