汽車裝配線的可視化仿真研究

葉洪飛

摘 要：當前，由于裝配技術系統仿真對象復雜以及傳統仿真方式無法建立裝配系統方面的仿真模型。使用面向對象的理論，基于汽車裝配線的可視化仿真建立起基本仿真系統。文章闡述了實現這種技術的方式及步驟，其次，根據離散事件系統的特點詳細介紹了裝配仿真系統的仿真策略，最后，以某汽車總裝車間為例，建立了裝配線的可視化仿真系統。借助汽車裝配的可視化仿真技術，運用計算機動態仿真實現車間布局設計與生產，并依次根據仿真結果來確定生產線的技術參數以決定生產。

關鍵詞：混流裝配 物理模型 邏輯模型

Research on Visual Simulation of Automobile Assembly Line

Ye Hongfei

Abstract：At present， due to the complex simulation objects of the assembly technology system and the traditional simulation methods， the simulation model of the assembly system cannot be established. Using object-oriented theory， a basic simulation system is established based on the visual simulation of the automobile assembly line. The article describes the method and steps to realize this technology. Secondly， according to the characteristics of the discrete event system， the simulation strategy of the assembly simulation system is introduced in detail. Finally， a visual simulation system of the assembly line is established by taking an automobile assembly shop as an example. With the help of visual simulation technology of automobile assembly， computer dynamic simulation is used to realize workshop layout design and production， and the technical parameters of the production line are determined according to the simulation results to determine production.

Key words：mixed-flow assembly， physical model， logical model

1 引言

在我國當前的汽車產品的多樣性開發中，其實際的開發時間縮短，汽車裝配線在工業領域的使用也較為寬廣，已經在慢慢取締傳統的、單一的流水線生產模式。在工業制造生產當中，仿真技術的應用，成為工業產品分析與開發的重要工具，汽車裝配生產系統實際過于繁瑣，其仿真過程往往是離散事件仿真，相對而言可視化仿真的形式復雜。在汽車裝配線的可視化仿真中設計調度模型、物流的設施性能、布局、系統的整體運行性能等問題。同樣汽車的裝配線中可視化仿真設計的投料節拍、傳送帶的速度、機床的加工時間等，可以模型化實現。傳統的汽車設計開仿真技術的優化上，其主要表現在算法和數學模型基礎，其功能在于對仿真對象最大簡化，導致對于汽車生產車間的實際復雜情況，在當前的汽車裝配生產車間，運用可視化仿真技術，針對汽車生產的理論實現裝配線的可視化仿真系統建立，確保仿真系統的運行情況。可視化仿真技術在汽車裝配車間的布局設計和生產過程的運用，能夠實現汽車裝配生產的技術參數規劃的優化。

2 汽車裝配線仿真系統

在汽車模擬裝配車間的仿真系統建立中，需要從裝配系統3D布局進行模型設計，同樣在汽車裝配線的仿真模型設計中，其參數設置和模擬流需要進行嚴格控制，確保汽車仿真模驗證和分析。其汽車裝配線仿真結果符合實際情況。汽車裝配線仿真系統流程如圖1所示。同樣在流程系統涉及物理模型建立、仿真模型建立、仿真測試的建立。

3 可視化仿真物理參數模型

在建立汽車裝配線的可視化仿真系統當中需要著重物理參數的建立。可視化仿真模型物理參數建立需要對生產線的各個組成部分的物理參數進行模型建立，根據實際的生產需求完善汽車裝配生產線的仿真物理參數模型庫的構建。從仿真物理參數模型庫中可以調用一個相應的管理模型，以便于形成整個生產線的一個整體管理模型。在可視化仿真模型的參數中，需要定義系統中所需的沒一個物理參數，確保定義物理對象之前定義其自己所屬的對象類，以此建立可視化仿真物理參數模型，實現汽車可視化物理參數與對象模型的銜接，從而確保汽車裝配的物理參數的準確。

可視化仿真物理參數模型中的每個特定的屬性，確保屬性以收集數據獲得，同樣可視化仿真物理參數模型數據需要囊括過去的生產統計信息、停機時間、歷史記錄、生產現場測量數據等。在汽車裝配車間中構建分類機械，需要構建一臺機器的仿真物理參數零件模型識別，通過設置相關的零件模型屬性，如加工所有必需的機械零件、時間、成品等數據。可視化仿真物理參數模型結合汽車裝配的實際工作情況，可視化仿真物理參數模型對仿真技術對進行系統自動仿真模擬建模，將生產裝配線系統仿真中的對象設備類型劃分為三類：其一，生產物理設備。通過建立裝配生產場景的物理設備，其二，生產信息過程控制系統。其中包括管理計劃、管理操作，管理控制，過程控制;其三，服務類別，可視化仿真物理參數模型包括生產計劃統計，圖表等。通過建立物理對象實現可視化仿真物理參數模型的建立。可視化仿真物理參數模型是可視化仿真操作的基礎，是實現可視化仿真的主要需求條件。

4 可視化仿真模型的構建

在可視化仿真物理參數模型可以展示靜態的仿真生產數據信息，可視化仿真模型的構建工藝流程中的動態仿真需要建立的仿真物理參數生產和裝配線物理參數，根據不同的汽車裝配工藝的不同要求。可視化仿真模型的構建需要按照汽車裝配實際生產情況的詳細數據，同樣可視化仿真模型的構建對實時仿真物理參數流程實現動態可視化仿真。

可視化仿真模型的構建通過定義對象類關系，并在設備之間建立邏輯關系銜接，可以基于可視化仿真邏輯關系模型的構建。同樣可視化仿真模型的設備邏輯關系，往往能夠構建控制設備的質量行為，可視化仿真模型設備的零件質量流和成品質量。可視化仿真模型通過準確地建立設備的關系模型，實現定義組裝的裝配線的工作流程。從而讓汽車裝配線的可視化仿真形成有機生產系統。

仿真邏輯模型即用物理模型展示隨時間的變化系統的不同狀態。系統的設備狀態包括各控制設備的零件加工狀態運作和維護狀態，與設備零件密切相關的運動事件以及這些零件在控制系統中快速流轉的運動過程，通過模擬系統不同狀態的自動展示來實現控制仿真系統模型的應用行為。生產仿真模型映射是生產仿真系統的約束映射，將實際的生產系統約束抽象為仿真模型約束，這些基本約束必須在邏輯仿真模型中得到充分體現。邏輯模型庫主要用于為工廠中的系統構建生產信息與控制類，從而幫助建立合理的生產過程計劃，運營管理信息控制和生產線中的物流管理。

5 仿真試驗

對仿真系統模型設計驗證進行分析、修改仿真模型設計參數的一個循環優化過程被稱即開發優化，這一開發階段主要內容涉及優化到仿真系統的服務分類。在建立仿真模型時，確定仿真系統的目標變量和決策變量。在制造系統運行了足夠長時間的系統模擬測試之后，您可以生成數據以評估生產線。評估數據以數字文本或系統圖的形式顯示，并且系統評估由系統優化算法或應用程序設計開發人員工具執行。系統評估的結果可以選擇正確的產品生產計劃。

6 仿真策略

仿真策略是仿真模型的控制邏輯和仿真時鐘的驅動機制，它是實現仿真可視化的重要組成部分，反映出了仿真模型的本質，基本確定了仿真模型的結構。在連續系統仿真中，時間的推進采用固定時間增量方法，而裝配系統的仿真是典型的離散事件仿真，事件發生在一些隨機的時刻，仿真時間的推進是基于事件的。在裝配仿真系統中，零件到達某傳送帶上的控制點，機器加工過程結束，ACV的裝載.卸載等等都是一個個事件，事件是最能反映離散事件系統本質的屬性，它的瞬間操作或行為將導致整個系統狀態發生變化。

7 裝配仿真模型

在可視化仿真汽車裝配生產中，根據某汽車總裝廠的實際情況建立的一條典型的混合裝配線的可視化仿真模型，建立汽車裝配線的可視化仿真，以此找出汽車裝配工藝設計的瓶頸，借助根據客戶的需求，合理協調各個汽車裝配設備的生產，實現汽車設備資源的合理運用。同樣可視化仿真面向汽車生產過程中的自動物流仿真和數據分析的三維自動數字工廠開發，實現汽車裝配生產物流仿真分析。同樣可視化自動建模仿真，不僅能夠模擬和分析生產車間的結構布局和生產過程管理外，也能夠用戶提供了一個簡單的協作開發環境。

根據三維模擬物理系統重建，構建模擬物理系統所需的模型庫，建設三維對象數據庫，實現整個生產線的模擬物理過程模型的建設。設備之間的邏輯關系為系統的3D仿真建立了物理模型。車輛組裝線主體采用上下兩層的仿真物理參數結構布??局，并由兩條平行的包裝線組成，并行操作后的車內帶和線（上層），底盤帶和線（下層）可以組裝。平行工作人員可以通過底盤桿和生產線完成車輛的整個車輛組裝，并且在底盤桿和生產線之間還有一個重要的分支。

分解客戶的整個車輛訂單，以創建將零件發送到每個存儲部件的請求，例如發動機型號，特定的顏色車身，座椅選擇，特殊部件（例如冰箱）選擇。可以確定實現汽車生產站點工作的緩沖區域倉庫。實現汽車裝配廠根據客戶訂購的各種型號安排實際的生產。

8 結束語

由此可見，在汽車裝配線生產中，運用可視化仿真來實現裝配車間的布局設計和生產過程的可視化。實現汽車裝配的實施前，對生產線布局、工作流程和工件搬運工作的安全制定總體計劃，從而實現汽車裝配的精準與周期縮短。在生產汽車新產品線中，選擇輔助工藝設計時，利用可視化仿真技術來提高汽車的結構形式，確定汽車生產線的技術參數，在現有生產線上，實現汽車產品改進和新產品設計，為汽車的可持續發展提高保障。

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