淺析數(shù)字化虛擬制造技術助推焊裝工藝規(guī)劃體系發(fā)展論文
1面臨的問題
當今汽車設計制造技術飛速發(fā)展，焊裝工藝技術作為轎車白車身生產的重要技術，其發(fā)展同樣面臨升級換代。以往傳統(tǒng)的二維手工進行焊裝工藝規(guī)劃的模式已經無法適應數(shù)字化時代汽車白車身生產的需求。同時隨著汽車市場競爭的加劇，如何利用構建焊裝工藝規(guī)劃體系實現(xiàn)白車身的高質量、高效率、低成本制造，實現(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)字化虛擬制造技術的發(fā)展，為白車身焊裝工藝規(guī)劃實現(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)劃實現(xiàn)數(shù)字化、三維化、標準化、協(xié)同化的發(fā)展提供了整體解決方案，實現(xiàn)了主機廠和供應商協(xié)調利用該平臺對白車身的制造過程進行規(guī)劃設計、模擬仿真，實現(xiàn)信息共享、傳遞與發(fā)布，實現(xiàn)了規(guī)劃制造過程的可視化、系統(tǒng)化和智能化。
在焊裝項目運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、焊裝生產線和單個生產工位的每個操作、工作內容、工裝設備等進行整體工藝規(guī)劃與協(xié)同管理，并綜合利用各種管理工具實現(xiàn)焊裝工藝過程的優(yōu)化。
3實施過程
在焊裝項目啟動前期，主機廠利用Pro-cess Designer軟件平臺進行焊裝項目前期的數(shù)字化焊裝工藝規(guī)劃，這個階段規(guī)劃內容主要進行整體工藝方案與線體工位布局的分析與驗證，確定產品工藝分配、采購設備的數(shù)量與種類、焊接工藝、人員、電氣控制形式、工藝布局等項內容，實現(xiàn)對項目技術方案、設備構成、成本預算等的綜合規(guī)劃，為項目招標做好技術準備。
主機廠利用PD文件作為招標介質進行焊裝項目的公開招標，供應商同樣要利用PD軟件平臺進行設備及項目總體報價，整個過程均實現(xiàn)了統(tǒng)一的全數(shù)字化的數(shù)據(jù)交換。
焊裝項目招標完成后，進入焊裝項目的設計制造正式啟動階段。根據(jù)主機廠的技術任務要求進行焊裝項目的詳細工藝規(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。進行焊裝詳細工藝規(guī)劃的工作目標是要結合開發(fā)車型的生產綱領、節(jié)拍、自動化程度、投資預算等對白車身的上件工藝順序、焊點分配、節(jié)拍計算、工藝設備布局、物流等方面進行分析和驗證，同時利用Process Simu-late、 Robcad、 Plant Simulation 等仿真軟件平臺對生產線、工裝設備、機器人等進行詳細的模擬仿真、驗證、優(yōu)化，以滿足焊裝制造工藝的可行性，優(yōu)化生產線工藝布局，優(yōu)化產品物流傳遞，實現(xiàn)焊裝高效率生產及高品質制造。
建立完整的焊裝數(shù)字化虛擬制造體系要完成以下內容：
(1)軟件平臺架構的建立
主機廠以及配套供應商首先要完成軟件平臺架構的建立，按照工藝規(guī)劃技術人員比例配置相應的工藝規(guī)劃及仿真軟件，組建數(shù)字化工藝規(guī)劃及仿真團隊，開展相應的軟件技術培訓。
(2) 數(shù)值化工藝規(guī)劃標準建立
建立企業(yè)數(shù)字化工藝規(guī)劃標準，對數(shù)據(jù)結構、資源命名規(guī)則、圖標表示、數(shù)據(jù)存放層級管理等進行定制，形成企業(yè)標準。
(3)建立焊裝工藝資源數(shù)據(jù)庫模型
主機廠以及配套供應商根據(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。建立完善的焊裝資源數(shù)據(jù)庫，才能進行工位與生產線的2D和3D布局，才能進行焊接工藝的模擬與仿真，才能進行焊裝投資成本分析。
(4)開展數(shù)字化工藝規(guī)劃軟件應用導航項目
利用真實項目進行導航式項目應用實踐。體系構建之初需選擇技術實力較強的軟件供應商進行技術培訓與導航陪伴。利用已完成的焊裝項目或新的焊裝工程項目，對焊裝規(guī)劃及仿真人員進行數(shù)字化工藝規(guī)劃導航培訓，輔助規(guī)劃員一步一步掌握焊裝項目工藝規(guī)劃的操作過程，真正在實踐中學會利用數(shù)字化手段進行工藝規(guī)劃的技能。
在導航過程中，利用Process Designer軟件體系進行焊裝產品的工藝分配，進行焊點的工藝分配、進行焊接設備的選型、進行生產線的形式選擇與三維布局、對生產線及操作進行節(jié)拍分析，同時配合應用Process Simulate軟件模塊對焊接工藝及布局進行優(yōu)化與驗證，包括對機器人可達性、干涉碰撞的驗證。通過以上的仿真檢驗，可以對焊裝工藝規(guī)劃方案中的焊接設備的選擇、夾具設計、生產線布局、是否合理、生產綱領節(jié)拍能否滿足要求等進行優(yōu)化改進。
規(guī)劃工作后期通過輸出機器人的仿真驗證結果，利用RCS接口生成離線程序，輸入到實際機器人控制器中，現(xiàn)場調試過程中僅需要微調即可實現(xiàn)機器人的'示教，可大大縮短了現(xiàn)場安裝調試時間。
(5)建立虛擬試生產實驗體系
當下汽車企業(yè)都面臨著:如何降低新車開發(fā)成本、提高整車質量，縮短產品推出周期的挑戰(zhàn)。數(shù)字仿真技術已經在實際工程項目實施中扮演了重要的角色。
通過建立虛擬試生產技術智能實驗室，配備相應的軟件與硬件設備，即可系統(tǒng)的開展柔性生產線數(shù)字化工藝規(guī)劃、機器人模擬仿真與電氣自動化控制編程調試技術的集成應用，實現(xiàn)數(shù)字化規(guī)劃、三維設計、模擬仿真、電氣編程調試虛擬化全流程的縱向技術聯(lián)通。實現(xiàn)工裝生產線產品的虛擬試生產技術應用，縮短產品設計到生產的轉化的時問，提高產品的可靠性與成功率，縮短制造調試周期，滿足多品種、多車型智能化、自動化、高柔性生產的需要。
虛擬制造技術正逐步成為汽車焊裝裝備企業(yè)的核心技術，對提升焊裝制造技術水平有重大的推動作用。
(6)進行軟件應用二次開發(fā)，提高規(guī)劃仿真效率
企業(yè)建立了數(shù)字化虛擬制造技術平臺后，要積極重視根據(jù)企業(yè)自身需求進行客制化的二次開發(fā)工作。例如一汽大眾在新捷達招標過程中率先運用了數(shù)字化規(guī)劃系統(tǒng)，并進行了招投標報價模塊的定制化開發(fā)，利用該報價模塊系統(tǒng)生成工裝、工位、生產線投資列表，在工裝設備調整過程中，其成本分析系統(tǒng)自動更新，輸出與其相對應的數(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線的所有工裝投資。由于投資分析的準確性，對于供應商的報價，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)才能更好的推進軟件體系的應用效果不斷提升，提高規(guī)劃、仿真、報價、評審、輸出等項工作的效率。
4對企業(yè)專業(yè)技術發(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)字化提供了從設計、工藝、制造、裝配、分析等全過程的仿真，是企業(yè)實現(xiàn)虛擬制造的強有力的工具。為企業(yè)縮短新產品新車型的上市時問、降低開發(fā)成本、優(yōu)化規(guī)劃設計方案、提高生產效率和產品質量的提高重要支撐。
數(shù)字化虛擬制造技術的推廣應用，克服了以往白車身焊裝生產線工藝規(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)在同一焊裝項目所涉及的各條生產線、自動區(qū)域，工藝規(guī)劃、機械設計、電氣控制、輸送設計、物流規(guī)劃、機器人仿真等相關技術人員可以依托統(tǒng)一的技術平臺，共享規(guī)劃資源進行工藝規(guī)劃驗證與布局優(yōu)化，極大地便了項目技術交流與研討，對項目規(guī)劃質量和效率提升起到極大的推動作用。
5結束語
數(shù)字化虛擬制造技術在汽車白車身焊裝生產領域中的推廣應用，促進了焊裝工藝規(guī)劃技術的快速提升。在中國制造2025和德國工業(yè)4.0規(guī)劃藍圖中數(shù)字化智能化虛擬制造技術必將成為未來發(fā)展的重點。
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