基于數(shù)字化工廠技術(shù)在焊裝車間的前期規(guī)劃應(yīng)用

王文成

摘 要：在虛擬環(huán)境中利用Process Designer完成國(guó)內(nèi)A車型的前期工藝規(guī)劃方案制定和三維建模的建模方法，以國(guó)內(nèi)A車型為案例，建立了標(biāo)準(zhǔn)的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)調(diào)取資源提供了技術(shù)保障，通過(guò)前期的三維規(guī)劃建模，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的可視化，平衡了各工位之間的工作量，完善了設(shè)備的利用率，縮短了生產(chǎn)線的布局時(shí)間，降低了在現(xiàn)場(chǎng)布線的成本，加快了新車型的上市周期。

關(guān)鍵詞：虛擬環(huán)境；Process Designer；工藝規(guī)劃；三維建模

中圖分類號(hào)：U468.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0045-02

Abstract： In the virtual environment， Process Designer is used to complete the modeling method of pre-process planning scheme and three-dimensional modeling of domestic A-class vehicle model. Taking domestic A-class vehicle model as a case， a standard process database is established， which provides technical guarantee for subsequent resource allocation. The visualization of the equipment is realized， the workload among the work stations is balanced， the utilization ratio of the equipment is improved， the layout time of the production line is shortened， and the cost of the wiring in the field is reduced through the 3D planning modeling in the early stage， thus speeding up the launch cycle for new models.

Keywords： virtual environment； Process Designer； process planning； 3D modeling

1 概述

21世紀(jì)初國(guó)內(nèi)的汽車制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，汽車企業(yè)為了面對(duì)多變的市場(chǎng)環(huán)境，在汽車焊裝線上投入了大量的技術(shù)。因此，有效縮短汽車的上市周期是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必要手段。以吉利、雷諾、寶馬、大眾為首的各大主機(jī)廠開(kāi)始借鑒德國(guó)的數(shù)字化工廠技術(shù)并引入數(shù)字化工廠解決方案，為企業(yè)在焊裝生產(chǎn)線的規(guī)劃上節(jié)省大量時(shí)間。

數(shù)字化工廠技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)和虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)、裝配、成本管理等功能，可在虛擬環(huán)境中對(duì)汽車焊裝生產(chǎn)線進(jìn)行規(guī)劃、評(píng)估和布局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的轉(zhuǎn)化，從而縮短了產(chǎn)品的上市周期，提高了設(shè)備的利用率。Process Designer是數(shù)字化工廠系統(tǒng)中基礎(chǔ)模塊，該模塊可實(shí)現(xiàn)汽車焊裝生產(chǎn)線的3D布局以及生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文以我國(guó)某主機(jī)廠的A車型主焊線規(guī)劃為例，運(yùn)用Process Designer軟件對(duì)焊裝生產(chǎn)線前期規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。

2 Process Designer軟件概述

西門子公司是PLM領(lǐng)域的全球領(lǐng)先者，它提供的軟件和數(shù)據(jù)平臺(tái)是一套完整的數(shù)字化工廠技術(shù)解決方案，它由零件加工、裝配規(guī)劃、數(shù)據(jù)管理、資源規(guī)劃、工廠設(shè)計(jì)與優(yōu)化、MTM、產(chǎn)品質(zhì)量管理與分析、生產(chǎn)管理等核心模塊構(gòu)成，Process Designer是工藝規(guī)劃的核心模塊，它是以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，包括制造模型，工藝模型和標(biāo)準(zhǔn)工藝庫(kù)在內(nèi)的三層結(jié)構(gòu)[1]，如圖1所示為Process Designer焊裝生產(chǎn)線系統(tǒng)規(guī)劃圖，它將產(chǎn)品的制造模型與工藝模型、標(biāo)準(zhǔn)工藝庫(kù)關(guān)聯(lián)在一起，且貫穿于整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中。

3 焊裝線的前期二維布局

生產(chǎn)線規(guī)劃應(yīng)遵循工藝先進(jìn)、均衡生產(chǎn)、布局緊湊柔性高；盡量減少工位數(shù)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等；根據(jù)A車型焊裝生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先對(duì)生產(chǎn)線的占地面積進(jìn)行總體分析，確定產(chǎn)品的上件順序，根據(jù)焊點(diǎn)數(shù)據(jù)確定工件的焊接順序，進(jìn)而確定工位數(shù)量。焊點(diǎn)及工藝分配在前期規(guī)劃中占有較大的比重，如果前期分配不合理，將會(huì)對(duì)后續(xù)工作造成不利的影響，輕者會(huì)增加后續(xù)工作的時(shí)間，重者會(huì)導(dǎo)致整個(gè)方案的更改。粗規(guī)劃以后需要按照車間的實(shí)際尺寸在CAD中規(guī)劃出二維布局圖，如圖2所示，在將其導(dǎo)入Process Designer中作為參考。

4 在Process Designer中進(jìn)行項(xiàng)目的三維建模

由于二維的CAD只能在平面進(jìn)行布局，無(wú)法觀察空間的干涉情況，所以運(yùn)用Process Designer進(jìn)行三維空間建模。汽車焊裝生產(chǎn)線的三維建模是根據(jù)給定的二維布局圖，將生產(chǎn)線的工裝設(shè)備、夾具、機(jī)器人、輸送裝置、物流設(shè)備等按照二維布局圖進(jìn)行規(guī)劃。數(shù)字化工廠建模主要包括，制造信息建模、工藝過(guò)程建模、工時(shí)分析等[2]。

4.1 制造信息建模

制造信息建模是將產(chǎn)品信息、資源數(shù)據(jù)、工藝操作進(jìn)行關(guān)聯(lián)導(dǎo)入和存儲(chǔ)的過(guò)程。其中主要包括，資源庫(kù)的創(chuàng)建、工藝庫(kù)和產(chǎn)品庫(kù)建立。資源庫(kù)主要包括焊裝生產(chǎn)線用到的工藝資源，如機(jī)器人、轉(zhuǎn)向臺(tái)、夾具、上件臺(tái)等。工藝庫(kù)是焊接產(chǎn)品需要的工藝操作，如夾具打開(kāi)、轉(zhuǎn)向臺(tái)旋轉(zhuǎn)、機(jī)器人上件、機(jī)器人下件等。產(chǎn)品庫(kù)主要存放機(jī)器人焊接需要的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。如圖3所示為資源庫(kù)、工藝庫(kù)和產(chǎn)品庫(kù)示意圖。所有工藝數(shù)據(jù)庫(kù)文件以cojt格式存放在相應(yīng)的文件夾目錄下，便于后期進(jìn)行瀏覽和更改。

4.2 工藝過(guò)程建模

工藝過(guò)程建模是將產(chǎn)品、資源、操作和制造信息進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并將焊點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品進(jìn)行關(guān)聯(lián)，按照工藝平面布局，將車身零件放到相應(yīng)的工位里，與此同時(shí)，將操作按照需求分配到指定的工位，工藝過(guò)程建模主要將零件、焊點(diǎn)、操作和資源分配到工位里，從而生成產(chǎn)品樹(shù)、資源樹(shù)和操作樹(shù)，工藝特征樹(shù)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的3D模型，如圖4所示為工藝建模過(guò)程示意圖。

4.3 3D資源布局

完成制造信息建模和工藝工程建模后，在Process Designer中創(chuàng)建study folder，將雙胞胎結(jié)構(gòu)樹(shù)拖到folder下建立快捷方式，完成由2D布局到3D布局的轉(zhuǎn)化，如圖5所示為A車型的3D資源布局，因?yàn)椴捎枚S平面布局，盡管配以文檔說(shuō)明，但是不夠直觀的體現(xiàn)設(shè)備的利用情況，不便于技術(shù)的校對(duì)和審核，也常常引發(fā)設(shè)備之間的干涉情況發(fā)生。所以3D布局的最大優(yōu)勢(shì)是參與工藝規(guī)劃人員所獲得的數(shù)據(jù)能保持一致性，設(shè)備利用情況更加清晰，為后期的車型改造線的建立提供了方便[3]。

5 結(jié)束語(yǔ)

焊裝車間的前期規(guī)劃是車型生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是汽車焊裝生產(chǎn)線開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)，在車型開(kāi)發(fā)階段進(jìn)行3D可視化的資源布局，可提高資源的利用率，避免了工裝設(shè)備之間干涉情況的發(fā)生，優(yōu)化了設(shè)備的占地面積，減少了焊裝生產(chǎn)線的調(diào)試周期。通過(guò)利用數(shù)字化工廠系統(tǒng)，在Process Designer建立產(chǎn)品樹(shù)、資源樹(shù)和操作樹(shù)，避免了反復(fù)多次的查找資源和操作工藝，對(duì)以后改造生產(chǎn)線具有指導(dǎo)性意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉陽(yáng)杰，朱杰，張紅梅.基于PD/PS的機(jī)器人涂膠工位仿真研究[J].電焊機(jī)，2013（2）：68-71.

[2]張生芳，曾魁，田軒，等.采用Process Designer的白車身焊裝生產(chǎn)線工藝規(guī)劃研究[J].現(xiàn)代制造工程，2012（5）：97-100.

[3]姜海濤.Tecnomatix軟件在重型載貨車焊接工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2011（8）：65-68.