基于DELMIA 軟件的Tooling線下預(yù)搭仿真研究

文／儲(chǔ)靜·上汽大眾汽車有限公司寧波分公司

基于DELMIA 軟件制作完成Tooling 的預(yù)搭建數(shù)據(jù)，并制作出一份《標(biāo)準(zhǔn)搭手?jǐn)?shù)據(jù)指南》，可以指導(dǎo)生產(chǎn)線員工利用線下時(shí)間完成Tooling的搭建，成功將搭建Tooling 所需時(shí)間從原來的3 個(gè)完整班次減少為1 個(gè)班次。

每年汽車沖壓車間都會(huì)有新車型需要試模與生產(chǎn)，當(dāng)一種新零件上線生產(chǎn)前都需要將壓機(jī)線和模具進(jìn)行一次適配，通常需要安排3 個(gè)生產(chǎn)班次才能完成全套的適配工作，包括模具封閉高度調(diào)整、拉深墊示教、Tooling 搭建等內(nèi)容。本公司使用的是SCHULER 品牌的壓機(jī)線，工位之間零件的傳輸使用的是機(jī)械手CrossBar-Feeder，簡稱CBF。因?yàn)樾枰罱ê线m的Tooling(圖1)來取放零件，屬于最耗費(fèi)時(shí)間和人工的一項(xiàng)工作，怎么樣才能夠快速精準(zhǔn)的搭建Tooling 就成為了本文研究的重點(diǎn)。

圖1 裝在機(jī)械手上的Tooling

傳統(tǒng)搭建Tooling 流程

搭建步驟

從模具移至生產(chǎn)線開始，一直到最后生產(chǎn)出合格零件，一般需要安排3 個(gè)班次(24 小時(shí))做前期準(zhǔn)備工作，統(tǒng)稱為搭手班次。具體搭建步驟如下。

⑴模具上線后，首先需要校模。公司的SCHULER伺服壓機(jī)線是6 序，共有6 臺(tái)壓機(jī)和7 個(gè)CBF 機(jī)械手，首先需要將每一序模具的數(shù)據(jù)全部輸入系統(tǒng)，包括拉深墊的壓力、拉深墊上死點(diǎn)、拉深墊示教、滑塊封閉高度、模具噸位等數(shù)據(jù)。

⑵校模完成后，需要導(dǎo)入壓機(jī)和機(jī)械手曲線。因?yàn)槭撬欧簷C(jī)線，壓機(jī)和機(jī)械手都需要單獨(dú)的曲線才能實(shí)現(xiàn)整線連續(xù)運(yùn)行。

⑶確認(rèn)曲線的相關(guān)參數(shù)無誤后，便可以開始搭建機(jī)械手Tooling。Tooling包含主桿、支桿、連接頭、吸盤、傳感器、氣管、真空發(fā)生器等幾大部分，這也是整個(gè)搭手班次內(nèi)占用時(shí)間最長、最耗費(fèi)人力、難度最高的工作。

在搭手班次中，每班通常會(huì)安排6 名熟練員工，首先需要將7 臺(tái)CBF 全部行駛至取件點(diǎn)位置(圖2)，現(xiàn)場根據(jù)機(jī)械手取件點(diǎn)位置和零件在模芯內(nèi)的相對位置，初步確定Tooling主桿長度，吸盤數(shù)量和吸盤位置；再將主桿安裝在CBF 上，根據(jù)初步確定的吸盤位置測量出所需使用支桿的長度，再使用切割機(jī)切割出等長度的鋁桿。由于現(xiàn)場測量精度差和吸盤位置經(jīng)常需要調(diào)整等因素，經(jīng)常出現(xiàn)支桿偏長或偏短，需要再次調(diào)整或切割的情況。

圖2 機(jī)械手行駛至取件點(diǎn)位置

問題描述

⑴一個(gè)CBF 包括左、右兩側(cè)Tooling，每一側(cè)至少有4 個(gè)吸盤，一個(gè)CBF 就至少有8 個(gè)吸盤、10 根支桿(加上2 個(gè)傳感器的支桿)。照此計(jì)算，7 個(gè)CBF 就至少需要70 根支桿，現(xiàn)場需要大量的時(shí)間和人力來完成。

⑵連接頭的規(guī)格眾多，在現(xiàn)場搭建Tooling 時(shí)容易出現(xiàn)混用，經(jīng)常一個(gè)Tooling上有3種規(guī)格的連接頭，標(biāo)準(zhǔn)情況下2 種即可完全滿足需求。

⑶如果一次性備足現(xiàn)場所需要的材料，往往會(huì)出現(xiàn)過剩的情況，完成搭手工作后清理現(xiàn)場也需要一些時(shí)間。

⑷現(xiàn)場除了主桿、支桿、吸盤外，還需要完成14 個(gè)Tooling 氣管的排布和捆扎，其工作量也是很大且耗費(fèi)時(shí)間的。

因?yàn)閷τ谡麠l生產(chǎn)線來說，Tooling 全部搭建完成需要3 個(gè)班次(圖3)，工作量大且時(shí)間長，所以必須考慮怎樣才能夠大幅節(jié)省搭建Tooling 的時(shí)間，同時(shí)減輕搭建難度和強(qiáng)度，經(jīng)過研究分析，決定使用DELMIA 軟件幫助進(jìn)行Tooling 的搭建。

圖3 傳統(tǒng)Tooling 搭建流程圖

基于DELMIA 軟件的仿真實(shí)現(xiàn)

基于DELMIA 軟件強(qiáng)大的仿真功能(圖4)，可以大幅節(jié)省線下搭建Tooling 所需要的時(shí)間，減輕搭建難度和強(qiáng)度。在DELMIA 軟件里，所有的模型都與現(xiàn)場生產(chǎn)線相一致，具有很高的參考性和實(shí)用性，通過仿真曲線可以完整模擬現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行的情況，包括CBF 取件點(diǎn)位置坐標(biāo)，曲線怎樣運(yùn)行才不會(huì)與模具發(fā)生干涉，這些都與吸盤位置、Tooling 位置等有關(guān)系。

圖4 DELMIA 軟件仿真功能

由于最初的時(shí)候，只是簡單使用圓柱體來代替Tooling 和吸盤模型，這樣做的好處是調(diào)整起來簡單，弊端是不夠精確，無法100%模擬實(shí)際現(xiàn)場，導(dǎo)致制作好的仿真曲線在現(xiàn)場還需要調(diào)整。因此設(shè)想如果可以準(zhǔn)確的模擬吸盤位置、吸盤大小、傳感器位置，就可以確保曲線的精度，也就可以實(shí)現(xiàn)利用DELMIA 仿真軟件來幫忙完成Tooling 的預(yù)搭建。

經(jīng)過初步研究分析后，為了確保仿真結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際的一致性，嚴(yán)格依照實(shí)物尺寸制作Tooling 上所有部件三維模型，包括左側(cè)Tooling 主桿、右側(cè)Tooling 主桿、不同規(guī)格的吸盤、傳感器、直角連接頭、45°斜角連接頭等(圖5)。

圖5 主要部件三維模型

完成全部模型的導(dǎo)入后，根據(jù)實(shí)際布局逐個(gè)調(diào)整好每個(gè)模型的位置，開始測量每一個(gè)連接頭至吸盤或傳感器的長度。測量出的長度就是實(shí)際支桿長度，無需再利用公式計(jì)算，為了保險(xiǎn)起見可以增加一定的冗余量。把所有工序的數(shù)據(jù)全部測量完成后，就可以輸出一份預(yù)搭數(shù)據(jù)(圖6)，其中包含吸盤數(shù)量、吸盤位置、支桿長度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

圖6 預(yù)搭關(guān)鍵數(shù)據(jù)

利用制作出的這份預(yù)搭數(shù)據(jù)，在模具上線前，生產(chǎn)線員工可以利用線下空余時(shí)間完成主桿的搭建，以及支桿的切割、總組裝，線管的排布捆扎等工作。為了進(jìn)一步提高便利性和精確度，還通過測量和利用原有機(jī)械手備件，制作出了校準(zhǔn)支架(圖7)，當(dāng)在線下完成整套Tooling 搭建工作后，可以先放置在校準(zhǔn)支架上調(diào)整，必要時(shí)可以配合模具使用，提高精度。

圖7 校準(zhǔn)支架

當(dāng)所有線下預(yù)搭工作完成后，開始安排上線，所有機(jī)械手裝好Tooling，并且行駛到取件點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候所有吸盤和零件都應(yīng)該是貼合的，如果位置稍有偏差，可以利用預(yù)留的冗余量做相應(yīng)的調(diào)整。從多套零件的試驗(yàn)結(jié)果來看，已基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的初衷。線下完成機(jī)械手Tooling預(yù)搭建工作后，只需安排1個(gè)班次，上線微調(diào)Tooling 即可完成全部搭建工作。優(yōu)化后的Tooling 搭建流程如圖8 所示。

圖8 優(yōu)化后的Tooling 搭建流程圖

結(jié)論

此套方法實(shí)用性強(qiáng)，可操作性高，原來一個(gè)零件需要安排3 個(gè)班次，每個(gè)班次6 名主力員工，一個(gè)新車型差不多有12 個(gè)零件，共需要3×12 ＝36 個(gè)班次，6×3×12 ＝216 人次，采用此套方法后，可以將搭手班次縮短到1 個(gè)班次，每班安排6 名員工即可，共12 個(gè)班次和72 人次，一個(gè)新車型可以節(jié)約24 個(gè)班次和144 人次。