數(shù)字化工廠制造過程管理系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用

摘要：數(shù)字化工廠是基于產(chǎn)品整個全生命周期數(shù)據(jù)，在虛擬的計算機環(huán)境中，對整個生命周期的生產(chǎn)過程進行仿真、評估以及進一步的優(yōu)化，并延伸到產(chǎn)品的整個生命周期的新型的生產(chǎn)及組織方式中。數(shù)字化工廠是數(shù)字制造技術(shù)和計算機仿真技術(shù)完美相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)給汽車制造業(yè)注入了新的生命和活力，稱為了溝通產(chǎn)品設(shè)計和制造的紐帶和橋梁。本文介紹了“數(shù)字化工廠”制造過程管理系統(tǒng)，闡述了其特點、應(yīng)用，并列舉成功運用的案例，得出結(jié)論即實施與開發(fā)、系統(tǒng)集成是企業(yè)成功應(yīng)用“數(shù)字化工廠”的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化工廠；裝焊線；白車身

中圖分類號： T14 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）10（b）-0000-00

隨著汽車市場的競爭的日趨激烈，企業(yè)都在不斷地發(fā)展、優(yōu)化、完善自己的產(chǎn)品的開發(fā)和制造系統(tǒng)，每個企業(yè)都在尋找更優(yōu)秀的“數(shù)字化工廠”制造過程管理系統(tǒng)，來對其生產(chǎn)制造進行相應(yīng)的支持和改進[1]。

1數(shù)字化工廠的特點

制造過程應(yīng)用系統(tǒng)使得實際制造在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行“預(yù)覽”，提供多種輔助工具來輸出工藝文件、圖表；這樣既縮短安裝、調(diào)試周期，各工位的工作量又得到了平衡，提高了可靠性、效率和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)線成本，縮短了規(guī)劃的周期[2]。

2技術(shù)性能指標

2.1統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理平臺

工藝規(guī)劃數(shù)據(jù)通過分類管理，方便工藝規(guī)劃數(shù)據(jù)和查找，數(shù)據(jù)檢索和參數(shù)查詢瞬間完成。通過工藝和制造資源數(shù)據(jù)的累積，資源庫和工藝庫都可以在后續(xù)工藝規(guī)劃中再度利用[3]。

2.2工藝規(guī)劃、模擬驗證

三維仿真環(huán)境下來實施工藝規(guī)劃、模擬驗證、工裝夾具與產(chǎn)品之間的干涉、可制造性的驗證。例如：焊接中最合適焊槍的選擇，夾具、機器人產(chǎn)品是否有干涉，優(yōu)化路徑，添加中間點、中間點的優(yōu)化，機器人工位離線調(diào)試和編程，機器人程序輸出[4]。

2.3客戶化輸出

系統(tǒng)可提供若干種輔助工具來進行快速輸出工藝文件和圖表，大大降低了文檔編制和輸出的工作量[5]。

2.4知識庫

數(shù)字化工廠具有標準化的工藝知識庫，可以便于后續(xù)的規(guī)劃項目中進行重復(fù)利用，整個工藝規(guī)劃的周期得到了相應(yīng)的縮短，也加快了新產(chǎn)品上市的過程。

2.5系統(tǒng)集成

具有集成工時分析工具實現(xiàn)了工時分析，平衡了每個工位的工作量，提高了制造資源的合理有效的利用率，達到了提很高的JPH，生產(chǎn)線產(chǎn)能得到了有效提高。

2.6具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺即“數(shù)字化工廠”

其主要通過網(wǎng)絡(luò)來具體實現(xiàn)供應(yīng)商間的并行工程。

3數(shù)字化工廠的應(yīng)用

3.1裝焊線-白車身生產(chǎn)準備規(guī)劃

為了給白車身完整的工程規(guī)劃、設(shè)計、管理、項目跟蹤的團隊協(xié)同環(huán)境，為生產(chǎn)線提供了2D/3D布局圖，減少項目30%的規(guī)劃工作量；綜合焊接管理，焊接信息查詢時間減少了75%；減少丟失焊點80%；提高資源利用率高達85%。

3.2總裝-解決總裝的工藝規(guī)劃

為總裝制造工程提供了相應(yīng)的設(shè)計、規(guī)劃、管理和團隊協(xié)同制造環(huán)境，解決了生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃問題。減少了用于裝配可行性模型的數(shù)量，對復(fù)雜的裝配進行了干涉仿真，進行早期預(yù)測、消除風險工程，規(guī)劃簡單的裝配路徑，優(yōu)化了生產(chǎn)線的物流系統(tǒng)，縮短了生產(chǎn)準備的時間。

3.3發(fā)動機解決方案

發(fā)動機生產(chǎn)線上的裝配線的設(shè)計、質(zhì)量管理以及優(yōu)化據(jù)此得到了完美的解決。各個部門的協(xié)作，免去了不必要的設(shè)計和更改，有利于利用標準化資源和工藝模板對新產(chǎn)品的工藝規(guī)劃，降低了投資成本。NC刀路仿真，換刀次數(shù)最小化，減少刀具無效運動的時間和距離，刀具和工裝卡具優(yōu)選與和機加工線/裝配先的線平衡，減少機床運動臺面的旋轉(zhuǎn)，降低了相應(yīng)的風險系數(shù)。數(shù)控仿真的進行，生產(chǎn)線物流過程的優(yōu)化，平衡分析和優(yōu)化生產(chǎn)線，都縮短了生產(chǎn)線調(diào)試時間和效率，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量。

3.4沖壓、生產(chǎn)線的仿真、模具的運動校核

通過三維圖形瀏覽，得到了更充足的信息溝通，早期的設(shè)計沖突可通過相應(yīng)的分析得到，并且進行相應(yīng)的運動優(yōu)化，同步進行工藝設(shè)計，減少了調(diào)整時間和沖壓生產(chǎn)線的建立，優(yōu)化了工作循環(huán)的時間。

3.5噴漆模塊

仿真噴漆，優(yōu)化厚度、路徑，優(yōu)選噴漆工具，快速精確的工藝規(guī)劃。

3.6 eM-Plant物流仿真模塊

通過仿真工具，對復(fù)雜的生產(chǎn)制造系統(tǒng)進行仿真并且優(yōu)化，可快速有效的分析驗證，復(fù)雜的制造體系進行快速建模，對產(chǎn)品制造能力的評估、優(yōu)化相應(yīng)的生產(chǎn)線、分析其緩沖的區(qū)域，找出瓶頸點并計算進行優(yōu)化，根據(jù)這些來定出最佳的物流控制方法，對項目進行早期的風險和錯誤驗證，及時進行糾正和改進，在一周時間內(nèi)完成產(chǎn)品生產(chǎn)線的初步規(guī)劃，過去需一個月的生產(chǎn)周期，應(yīng)用此軟件可以大大縮短時間、高效率、精確的對項目進行評估，并且針對典型工藝和數(shù)據(jù)可以重復(fù)利用，減少了重復(fù)勞動，項目流程時間，取代了手工勞動，對工裝卡具的數(shù)據(jù)驗證后可進行設(shè)計制造，各個部門的人員進行信息共享。

3.7 實際成功案例

德國寶馬（BMW）汽車：減少工藝規(guī)劃時間 （22 %），減少項目規(guī)劃時間 （50%），減少規(guī)劃工作量 （10 %），減少規(guī)劃投資 （5%），減少多系列產(chǎn)品規(guī)劃投資 （5 %）

（1）大大縮短了準備期的時間，企業(yè)因此而獲得效益；減少了7天的生產(chǎn)準備時間，可以提前一周時間（5天）正式投產(chǎn)。正式投產(chǎn)時，每天可生產(chǎn)2250量車，投產(chǎn)后，每量車比在準備時減少費用達$2000。準備期間日可生產(chǎn)500量，平均每量車的制造費用達$3000，采用白車身解決方案后節(jié)省了10%，整個生產(chǎn)準備期間節(jié)省的投資計算如下：5（days）*2250（car/day）*$2，000=$22，500，000+

10%*70（days）*500（av.Car/day during

ram-up period）*$3，000=$10，500，000

共為$33，000，000（三千三百萬美圓），提高了項目規(guī)劃效率與能力。

（2）企業(yè)獲得的效益：企業(yè)一共有80位規(guī)劃工程師，每位每年工作費用累計$120，000，采用工藝規(guī)劃模塊，工作效率與質(zhì)量得到提高，每人約20%的費用得到了節(jié)約。效益計算如下：

80（planner）*$120，000（planner cost/year）

*20%（increase productivity）=$1，900，000

（一百九十萬美圓）

（三百五十萬美圓）

（3）企業(yè)獲得的總效益為：生產(chǎn)準備期間：$33，000，000（三千百萬美圓）；規(guī)劃效率與質(zhì)量的提高：$1，900，000（一百九十萬美圓） ；項目投資節(jié)省：$3，500，000（三百五十萬美圓）；總和：$38，400，000（三千八百四十萬美圓）

4結(jié)論

在汽車領(lǐng)域，“數(shù)字化工廠”制造過程管理系統(tǒng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，實現(xiàn)了制造過程管理的信息自動化，時間、質(zhì)量和成本等方面都產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。但相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計的可制造驗證、工藝的規(guī)劃、生產(chǎn)過程中制定的計劃、驗證、夾具設(shè)計以及驗證、生產(chǎn)線以及物流的規(guī)劃、PLC、NC程序的編制等，并不是一般的單個的工具軟件系統(tǒng)，而是ERP、CAD/PDM系統(tǒng)相似的系統(tǒng)。客戶化的開發(fā)與實施、系統(tǒng)集成是關(guān)乎到我們能否成功應(yīng)用“數(shù)字化工廠”的關(guān)鍵。

參考文獻

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