基于數字化工廠技術在焊裝車間的前期規劃應用

王文成

摘 要：在虛擬環境中利用Process Designer完成國內A車型的前期工藝規劃方案制定和三維建模的建模方法，以國內A車型為案例，建立了標準的工藝數據庫，為后續調取資源提供了技術保障，通過前期的三維規劃建模，實現了設備的可視化，平衡了各工位之間的工作量，完善了設備的利用率，縮短了生產線的布局時間，降低了在現場布線的成本，加快了新車型的上市周期。

關鍵詞：虛擬環境；Process Designer；工藝規劃；三維建模

中圖分類號：U468.2 文獻標志碼：A 文章編號：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世紀初國內的汽車制造產業發展迅猛，市場競爭日益激烈，汽車企業為了面對多變的市場環境，在汽車焊裝線上投入了大量的技術。因此，有效縮短汽車的上市周期是提高企業競爭力的必要手段。以吉利、雷諾、寶馬、大眾為首的各大主機廠開始借鑒德國的數字化工廠技術并引入數字化工廠解決方案，為企業在焊裝生產線的規劃上節省大量時間。

數字化工廠技術是利用計算機和虛擬制造技術實現產品生命周期的設計、裝配、成本管理等功能，可在虛擬環境中對汽車焊裝生產線進行規劃、評估和布局優化，實現產品設計到制造的轉化，從而縮短了產品的上市周期，提高了設備的利用率。Process Designer是數字化工廠系統中基礎模塊，該模塊可實現汽車焊裝生產線的3D布局以及生產設備的優化設計，本文以我國某主機廠的A車型主焊線規劃為例，運用Process Designer軟件對焊裝生產線前期規劃設計進行系統的闡述。

2 Process Designer軟件概述

西門子公司是PLM領域的全球領先者，它提供的軟件和數據平臺是一套完整的數字化工廠技術解決方案，它由零件加工、裝配規劃、數據管理、資源規劃、工廠設計與優化、MTM、產品質量管理與分析、生產管理等核心模塊構成，Process Designer是工藝規劃的核心模塊，它是以Oracle數據庫為基礎的數據平臺，包括制造模型，工藝模型和標準工藝庫在內的三層結構[1]，如圖1所示為Process Designer焊裝生產線系統規劃圖，它將產品的制造模型與工藝模型、標準工藝庫關聯在一起，且貫穿于整個產品生產制造過程中。

3 焊裝線的前期二維布局

生產線規劃應遵循工藝先進、均衡生產、布局緊湊柔性高；盡量減少工位數量、提高勞動生產率等；根據A車型焊裝生產線的結構特點，首先對生產線的占地面積進行總體分析，確定產品的上件順序，根據焊點數據確定工件的焊接順序，進而確定工位數量。焊點及工藝分配在前期規劃中占有較大的比重，如果前期分配不合理，將會對后續工作造成不利的影響，輕者會增加后續工作的時間，重者會導致整個方案的更改。粗規劃以后需要按照車間的實際尺寸在CAD中規劃出二維布局圖，如圖2所示，在將其導入Process Designer中作為參考。

4 在Process Designer中進行項目的三維建模

由于二維的CAD只能在平面進行布局，無法觀察空間的干涉情況，所以運用Process Designer進行三維空間建模。汽車焊裝生產線的三維建模是根據給定的二維布局圖，將生產線的工裝設備、夾具、機器人、輸送裝置、物流設備等按照二維布局圖進行規劃。數字化工廠建模主要包括，制造信息建模、工藝過程建模、工時分析等[2]。

4.1 制造信息建模

制造信息建模是將產品信息、資源數據、工藝操作進行關聯導入和存儲的過程。其中主要包括，資源庫的創建、工藝庫和產品庫建立。資源庫主要包括焊裝生產線用到的工藝資源，如機器人、轉向臺、夾具、上件臺等。工藝庫是焊接產品需要的工藝操作，如夾具打開、轉向臺旋轉、機器人上件、機器人下件等。產品庫主要存放機器人焊接需要的產品數據。如圖3所示為資源庫、工藝庫和產品庫示意圖。所有工藝數據庫文件以cojt格式存放在相應的文件夾目錄下，便于后期進行瀏覽和更改。

4.2 工藝過程建模

工藝過程建模是將產品、資源、操作和制造信息進行有機的結合，并將焊點和對應的產品進行關聯，按照工藝平面布局，將車身零件放到相應的工位里，與此同時，將操作按照需求分配到指定的工位，工藝過程建模主要將零件、焊點、操作和資源分配到工位里，從而生成產品樹、資源樹和操作樹，工藝特征樹對應相應的3D模型，如圖4所示為工藝建模過程示意圖。

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中創建study folder，將雙胞胎結構樹拖到folder下建立快捷方式，完成由2D布局到3D布局的轉化，如圖5所示為A車型的3D資源布局，因為采用二維平面布局，盡管配以文檔說明，但是不夠直觀的體現設備的利用情況，不便于技術的校對和審核，也常常引發設備之間的干涉情況發生。所以3D布局的最大優勢是參與工藝規劃人員所獲得的數據能保持一致性，設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 結束語

焊裝車間的前期規劃是車型生產的一個重要環節，也是汽車焊裝生產線開發的核心技術，在車型開發階段進行3D可視化的資源布局，可提高資源的利用率，避免了工裝設備之間干涉情況的發生，優化了設備的占地面積，減少了焊裝生產線的調試周期。通過利用數字化工廠系統，在Process Designer建立產品樹、資源樹和操作樹，避免了反復多次的查找資源和操作工藝，對以后改造生產線具有指導性意義。

參考文獻：

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

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

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