虛擬調試技術在汽車焊接生產線上的應用研究

劉艷菊 丘柳東

摘 要 虛擬調試技術可以縮短汽車生產準備周期，減少現場程序調試的工作量，其通過利用實際的PLC控制器與虛擬的仿真平臺Tecnomatix PS互聯，在焊接生產線進行安裝調試前，對PLC程序進行調試，減少實際現場調試的時間，提高效率。

關鍵詞 虛擬調試;焊接生產線;PLC程序

緒論

隨著人們生活水平的提高，消費者對汽車的需求，由傳統的性能、舒適度等向個性化、時尚轉變。不同汽車廠商之間的競爭越來越激烈，為了迅速搶占市場，汽車廠商不得不最大限度地壓縮新產品的生產準備周期，以期迅速搶占市場。

在新產品的生產準備周期中，生產線的調試，是產品能否保質保量的出廠的決定性因素。減少實際生產線的調試時間，就起到了關鍵性的作用。虛擬調試技術就是在此背景下應運而生。

1虛擬調試技術簡介

1.1 虛擬調試技術的概念

虛擬調試技術是在真實工廠調試之前，在軟件環境里模擬機器人、變頻器、NC等現場硬件系統的性能，驗證PLC控制邏輯及機器人離線程序，進行故障性實驗，及早發現問題和差錯，以縮短生產線準備時間，實現虛擬世界到真實世界的無縫轉化。

1.2 虛擬調試的原理

虛擬調試技術提供了一個集成環境來評估機械和電氣的系統的行為，用真實的PLC控制器與虛擬的焊接數字化生產線互聯，通過虛實結合的方式，在生產線正式安裝調試前，完成PLC的程序的調試，對生產進行提前部署，從而規避現場調試帶來的風險，降低調試風險，提高現場調試效率，節約調試時間。

整個虛擬調試過程是一項非常復雜的系統性技術，需要工藝、仿真、機器人、控制等多領域技術人員的相互配合才能完成。虛擬調試人員需求情況見表1。

（1）工藝仿真。通過導入的3D數據進行工藝布局，建立定位器，輥床等組件，對機器人工具進行安裝，建立并測試焊接路徑，建立換槍路徑，保證mount及unmount位置，建立TCP，Tech機器人姿態，工藝仿真是進行整個虛擬調試的重要前提。

（2）CEE。CEE是Cyclic Event Evaluator的縮寫，是基于事件的仿真。它和工藝仿真的最大的區別就在于，工藝仿真是基于時間的仿真，所有動作的開始或結束是由所設定的時間來控制的;而CEE是基于事件的仿真，所有的事件是外部PLC的邏輯控制信號，所有動作的執行與否取決于是否收到相應的控制信號[1]。

1）創建物料流

物料流Material Flow：表示生產過程中物料的流向，根據實際工藝需求，指定物料流動方向。如圖2所示，表示OP1所產生的物料流向OP2，供OP2使用，OP2產生的物料流向OP3，供OP3使用。

2）創建傳感器

根據生產線實際需要的傳感器類型（光電傳感器、接近傳感器、屬性傳感器）分別創建相應的傳感器的3D實體，賦予此傳感器監測對象、范圍等，相應的參數，并激活此傳感器。

3）創建LB

Logic Block：邏輯塊，簡稱LB;創建LB，通過添加輸入、輸出、運算公式等，給LB賦予邏輯;在仿真時，LB會根據公式的參數值計算出結果，并將結果輸出。

（3）VKRC 機器人相關設置。通過對機器人程序的導入、信號的導入、控制器的設置、macro宏程序的編譯和修改、干涉區信號的控制及測試、OLP命令的添加等，完成對機器人程序的基礎測試，實現機器人在線程序循環運行。

（4）VC虛擬調試。通過Simulation PC上的PS平臺、PLC控制器、PLC程序及HMI建立的通信，通過實際的PLC控制器及PLC程序，調試Simulation PC上的虛擬的3D生產線的生產邏輯，對PLC程序進行單臺設備調試、機器人互鎖調試、工位聯動調試、故障調試等。

2虛擬調試的作用

虛擬調試在生產線建線或生產線改造過程中，都有很重要的作用;從時間成本上來說，虛擬調試通過并行工程，減少調試時間，縮短生產準備時間，減少了規劃時間20%。

從成本上來說，虛擬調試最大限度減少工程變更量，減少了人工操作量，減少了調試車身的使用，共計成本降低5%。

從效率上說，虛擬調試減少了生產線中一些不必要的重復性工作，建立了典型的工藝庫，經驗庫，使程序和工藝板塊實現快速拷貝，實現信息的共享。

參考文獻

[1] 高利波，趙水，吳世芳. Tecnomatix仿真在汽車焊接工作中的應用研究[J]. 現代制造技術與裝備，2019（12）：117-119.