淺析數(shù)字化虛擬制造技術(shù)助推焊裝工藝規(guī)劃體系發(fā)展論文
1面臨的問題
當(dāng)今汽車設(shè)計(jì)制造技術(shù)飛速發(fā)展，焊裝工藝技術(shù)作為轎車白車身生產(chǎn)的重要技術(shù)，其發(fā)展同樣面臨升級換代。以往傳統(tǒng)的二維手工進(jìn)行焊裝工藝規(guī)劃的模式已經(jīng)無法適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代汽車白車身生產(chǎn)的需求。同時(shí)隨著汽車市場競爭的加劇，如何利用構(gòu)建焊裝工藝規(guī)劃體系實(shí)現(xiàn)白車身的高質(zhì)量、高效率、低成本制造，實(shí)現(xiàn)效益最大化，都需要我們開拓思路、尋求有效的方法與手段。而數(shù)字化虛擬制造技術(shù)的發(fā)展，為白車身焊裝工藝規(guī)劃實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了全新的解決方案。
2解決方案
基于行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向及公司自身發(fā)展需求，某企業(yè)依托西門子公司的Process De-signer (簡稱PD) 軟件建立了數(shù)字化焊裝工藝規(guī)劃平臺體系，為白車身焊裝工藝規(guī)劃實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、三維化、標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同化的發(fā)展提供了整體解決方案，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)廠和供應(yīng)商協(xié)調(diào)利用該平臺對白車身的制造過程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、模擬仿真，實(shí)現(xiàn)信息共享、傳遞與發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃制造過程的可視化、系統(tǒng)化和智能化。
在焊裝項(xiàng)目運(yùn)行過程中通過建立逼真的虛擬現(xiàn)場環(huán)境，對整個焊裝工廠、焊裝生產(chǎn)線和單個生產(chǎn)工位的每個操作、工作內(nèi)容、工裝設(shè)備等進(jìn)行整體工藝規(guī)劃與協(xié)同管理，并綜合利用各種管理工具實(shí)現(xiàn)焊裝工藝過程的優(yōu)化。
3實(shí)施過程
在焊裝項(xiàng)目啟動前期，主機(jī)廠利用Pro-cess Designer軟件平臺進(jìn)行焊裝項(xiàng)目前期的數(shù)字化焊裝工藝規(guī)劃，這個階段規(guī)劃內(nèi)容主要進(jìn)行整體工藝方案與線體工位布局的分析與驗(yàn)證，確定產(chǎn)品工藝分配、采購設(shè)備的數(shù)量與種類、焊接工藝、人員、電氣控制形式、工藝布局等項(xiàng)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目技術(shù)方案、設(shè)備構(gòu)成、成本預(yù)算等的綜合規(guī)劃，為項(xiàng)目招標(biāo)做好技術(shù)準(zhǔn)備。
主機(jī)廠利用PD文件作為招標(biāo)介質(zhì)進(jìn)行焊裝項(xiàng)目的公開招標(biāo)，供應(yīng)商同樣要利用PD軟件平臺進(jìn)行設(shè)備及項(xiàng)目總體報(bào)價(jià)，整個過程均實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的全數(shù)字化的數(shù)據(jù)交換。
焊裝項(xiàng)目招標(biāo)完成后，進(jìn)入焊裝項(xiàng)目的設(shè)計(jì)制造正式啟動階段。根據(jù)主機(jī)廠的技術(shù)任務(wù)要求進(jìn)行焊裝項(xiàng)目的詳細(xì)工藝規(guī)劃，這個階段同樣需利用Process Designer數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺系統(tǒng)來開展工作。進(jìn)行焊裝詳細(xì)工藝規(guī)劃的工作目標(biāo)是要結(jié)合開發(fā)車型的生產(chǎn)綱領(lǐng)、節(jié)拍、自動化程度、投資預(yù)算等對白車身的上件工藝順序、焊點(diǎn)分配、節(jié)拍計(jì)算、工藝設(shè)備布局、物流等方面進(jìn)行分析和驗(yàn)證，同時(shí)利用Process Simu-late、 Robcad、 Plant Simulation 等仿真軟件平臺對生產(chǎn)線、工裝設(shè)備、機(jī)器人等進(jìn)行詳細(xì)的模擬仿真、驗(yàn)證、優(yōu)化，以滿足焊裝制造工藝的可行性，優(yōu)化生產(chǎn)線工藝布局，優(yōu)化產(chǎn)品物流傳遞，實(shí)現(xiàn)焊裝高效率生產(chǎn)及高品質(zhì)制造。
建立完整的焊裝數(shù)字化虛擬制造體系要完成以下內(nèi)容：
(1)軟件平臺架構(gòu)的建立
主機(jī)廠以及配套供應(yīng)商首先要完成軟件平臺架構(gòu)的建立，按照工藝規(guī)劃技術(shù)人員比例配置相應(yīng)的工藝規(guī)劃及仿真軟件，組建數(shù)字化工藝規(guī)劃及仿真團(tuán)隊(duì)，開展相應(yīng)的軟件技術(shù)培訓(xùn)。
(2) 數(shù)值化工藝規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)建立
建立企業(yè)數(shù)字化工藝規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、資源命名規(guī)則、圖標(biāo)表示、數(shù)據(jù)存放層級管理等進(jìn)行定制，形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
(3)建立焊裝工藝資源數(shù)據(jù)庫模型
主機(jī)廠以及配套供應(yīng)商根據(jù)自身發(fā)展的要求，建立了自己的焊裝工裝資源庫和操作資源庫，這是完成下一步數(shù)字化焊裝工藝規(guī)劃工作的前提和基礎(chǔ)。建立完善的焊裝資源數(shù)據(jù)庫，才能進(jìn)行工位與生產(chǎn)線的2D和3D布局，才能進(jìn)行焊接工藝的模擬與仿真，才能進(jìn)行焊裝投資成本分析。
(4)開展數(shù)字化工藝規(guī)劃軟件應(yīng)用導(dǎo)航項(xiàng)目
利用真實(shí)項(xiàng)目進(jìn)行導(dǎo)航式項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐。體系構(gòu)建之初需選擇技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的軟件供應(yīng)商進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)與導(dǎo)航陪伴。利用已完成的焊裝項(xiàng)目或新的焊裝工程項(xiàng)目，對焊裝規(guī)劃及仿真人員進(jìn)行數(shù)字化工藝規(guī)劃導(dǎo)航培訓(xùn)，輔助規(guī)劃員一步一步掌握焊裝項(xiàng)目工藝規(guī)劃的操作過程，真正在實(shí)踐中學(xué)會利用數(shù)字化手段進(jìn)行工藝規(guī)劃的技能。
在導(dǎo)航過程中，利用Process Designer軟件體系進(jìn)行焊裝產(chǎn)品的工藝分配，進(jìn)行焊點(diǎn)的工藝分配、進(jìn)行焊接設(shè)備的選型、進(jìn)行生產(chǎn)線的形式選擇與三維布局、對生產(chǎn)線及操作進(jìn)行節(jié)拍分析，同時(shí)配合應(yīng)用Process Simulate軟件模塊對焊接工藝及布局進(jìn)行優(yōu)化與驗(yàn)證，包括對機(jī)器人可達(dá)性、干涉碰撞的驗(yàn)證。通過以上的仿真檢驗(yàn)，可以對焊裝工藝規(guī)劃方案中的焊接設(shè)備的選擇、夾具設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線布局、是否合理、生產(chǎn)綱領(lǐng)節(jié)拍能否滿足要求等進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。
規(guī)劃工作后期通過輸出機(jī)器人的仿真驗(yàn)證結(jié)果，利用RCS接口生成離線程序，輸入到實(shí)際機(jī)器人控制器中，現(xiàn)場調(diào)試過程中僅需要微調(diào)即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的'示教，可大大縮短了現(xiàn)場安裝調(diào)試時(shí)間。
(5)建立虛擬試生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)體系
當(dāng)下汽車企業(yè)都面臨著:如何降低新車開發(fā)成本、提高整車質(zhì)量，縮短產(chǎn)品推出周期的挑戰(zhàn)。數(shù)字仿真技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際工程項(xiàng)目實(shí)施中扮演了重要的角色。
通過建立虛擬試生產(chǎn)技術(shù)智能實(shí)驗(yàn)室，配備相應(yīng)的軟件與硬件設(shè)備，即可系統(tǒng)的開展柔性生產(chǎn)線數(shù)字化工藝規(guī)劃、機(jī)器人模擬仿真與電氣自動化控制編程調(diào)試技術(shù)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化規(guī)劃、三維設(shè)計(jì)、模擬仿真、電氣編程調(diào)試虛擬化全流程的縱向技術(shù)聯(lián)通。實(shí)現(xiàn)工裝生產(chǎn)線產(chǎn)品的虛擬試生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化的時(shí)問，提高產(chǎn)品的可靠性與成功率，縮短制造調(diào)試周期，滿足多品種、多車型智能化、自動化、高柔性生產(chǎn)的需要。
虛擬制造技術(shù)正逐步成為汽車焊裝裝備企業(yè)的核心技術(shù)，對提升焊裝制造技術(shù)水平有重大的推動作用。
(6)進(jìn)行軟件應(yīng)用二次開發(fā)，提高規(guī)劃仿真效率
企業(yè)建立了數(shù)字化虛擬制造技術(shù)平臺后，要積極重視根據(jù)企業(yè)自身需求進(jìn)行客制化的二次開發(fā)工作。例如一汽大眾在新捷達(dá)招標(biāo)過程中率先運(yùn)用了數(shù)字化規(guī)劃系統(tǒng)，并進(jìn)行了招投標(biāo)報(bào)價(jià)模塊的定制化開發(fā)，利用該報(bào)價(jià)模塊系統(tǒng)生成工裝、工位、生產(chǎn)線投資列表，在工裝設(shè)備調(diào)整過程中，其成本分析系統(tǒng)自動更新，輸出與其相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。對于工位中的每一個部件，都會根據(jù)以往的投資數(shù)據(jù)給出一個準(zhǔn)確的數(shù)值，系統(tǒng)會自動生成該工位的所有工裝投資和所在生產(chǎn)線的所有工裝投資。由于投資分析的準(zhǔn)確性，對于供應(yīng)商的報(bào)價(jià)，起到了極好的監(jiān)控作用。
每個企業(yè)以及不同專業(yè)，對虛擬制造技術(shù)平臺的需求是多樣化的，只有配合二次開發(fā)才能更好的推進(jìn)軟件體系的應(yīng)用效果不斷提升，提高規(guī)劃、仿真、報(bào)價(jià)、評審、輸出等項(xiàng)工作的效率。
4對企業(yè)專業(yè)技術(shù)發(fā)展帶來的益處
Process Designer數(shù)字化工藝規(guī)劃軟件體系是按照虛擬制造的原理開發(fā)的系統(tǒng)，它為企業(yè)規(guī)劃制造的數(shù)字化提供了從設(shè)計(jì)、工藝、制造、裝配、分析等全過程的仿真，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)虛擬制造的強(qiáng)有力的工具。為企業(yè)縮短新產(chǎn)品新車型的上市時(shí)問、降低開發(fā)成本、優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)方案、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高重要支撐。
數(shù)字化虛擬制造技術(shù)的推廣應(yīng)用，克服了以往白車身焊裝生產(chǎn)線工藝規(guī)劃沒有統(tǒng)一的規(guī)劃平臺的弊端，改變了以往依靠人工手段二維規(guī)劃為主、工藝規(guī)劃人員之問難以協(xié)同工作的局面。現(xiàn)在同一焊裝項(xiàng)目所涉及的各條生產(chǎn)線、自動區(qū)域，工藝規(guī)劃、機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣控制、輸送設(shè)計(jì)、物流規(guī)劃、機(jī)器人仿真等相關(guān)技術(shù)人員可以依托統(tǒng)一的技術(shù)平臺，共享規(guī)劃資源進(jìn)行工藝規(guī)劃驗(yàn)證與布局優(yōu)化，極大地便了項(xiàng)目技術(shù)交流與研討，對項(xiàng)目規(guī)劃質(zhì)量和效率提升起到極大的推動作用。
5結(jié)束語
數(shù)字化虛擬制造技術(shù)在汽車白車身焊裝生產(chǎn)領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用，促進(jìn)了焊裝工藝規(guī)劃技術(shù)的快速提升。在中國制造2025和德國工業(yè)4.0規(guī)劃藍(lán)圖中數(shù)字化智能化虛擬制造技術(shù)必將成為未來發(fā)展的重點(diǎn)。
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