基于数字化工厂技术在焊装车间的前期规划应用

王文成

摘 要：在虚拟环境中利用Process Designer完成国内A车型的前期工艺规划方案制定和三维建模的建模方法，以国内A车型为案例，建立了标准的工艺数据库，为后续调取资源提供了技术保障，通过前期的三维规划建模，实现了设备的可视化，平衡了各工位之间的工作量，完善了设备的利用率，缩短了生产线的布局时间，降低了在现场布线的成本，加快了新车型的上市周期。

关键词：虚拟环境；Process Designer；工艺规划；三维建模

中图分类号：U468.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0045-02

Abstract： In the virtual environment， Process Designer is used to complete the modeling method of pre-process planning scheme and three-dimensional modeling of domestic A-class vehicle model. Taking domestic A-class vehicle model as a case， a standard process database is established， which provides technical guarantee for subsequent resource allocation. The visualization of the equipment is realized， the workload among the work stations is balanced， the utilization ratio of the equipment is improved， the layout time of the production line is shortened， and the cost of the wiring in the field is reduced through the 3D planning modeling in the early stage， thus speeding up the launch cycle for new models.

Keywords： virtual environment； Process Designer； process planning； 3D modeling

1 概述

21世纪初国内的汽车制造产业发展迅猛，市场竞争日益激烈，汽车企业为了面对多变的市场环境，在汽车焊装线上投入了大量的技术。因此，有效缩短汽车的上市周期是提高企业竞争力的必要手段。以吉利、雷诺、宝马、大众为首的各大主机厂开始借鉴德国的数字化工厂技术并引入数字化工厂解决方案，为企业在焊装生产线的规划上节省大量时间。

数字化工厂技术是利用计算机和虚拟制造技术实现产品生命周期的设计、装配、成本管理等功能，可在虚拟环境中对汽车焊装生产线进行规划、评估和布局优化，实现产品设计到制造的转化，从而缩短了产品的上市周期，提高了设备的利用率。Process Designer是数字化工厂系统中基础模块，该模块可实现汽车焊装生产线的3D布局以及生产设备的优化设计，本文以我国某主机厂的A车型主焊线规划为例，运用Process Designer软件对焊装生产线前期规划设计进行系统的阐述。

2 Process Designer软件概述

西门子公司是PLM领域的全球领先者，它提供的软件和数据平台是一套完整的数字化工厂技术解决方案，它由零件加工、裝配规划、数据管理、资源规划、工厂设计与优化、MTM、产品质量管理与分析、生产管理等核心模块构成，Process Designer是工艺规划的核心模块，它是以Oracle数据库为基础的数据平台，包括制造模型，工艺模型和标准工艺库在内的三层结构[1]，如图1所示为Process Designer焊装生产线系统规划图，它将产品的制造模型与工艺模型、标准工艺库关联在一起，且贯穿于整个产品生产制造过程中。

3 焊装线的前期二维布局

生产线规划应遵循工艺先进、均衡生产、布局紧凑柔性高；尽量减少工位数量、提高劳动生产率等；根据A车型焊装生产线的结构特点，首先对生产线的占地面积进行总体分析，确定产品的上件顺序，根据焊点数据确定工件的焊接顺序，进而确定工位数量。焊点及工艺分配在前期规划中占有较大的比重，如果前期分配不合理，将会对后续工作造成不利的影响，轻者会增加后续工作的时间，重者会导致整个方案的更改。粗规划以后需要按照车间的实际尺寸在CAD中规划出二维布局图，如图2所示，在将其导入Process Designer中作为参考。

4 在Process Designer中进行项目的三维建模

由于二维的CAD只能在平面进行布局，无法观察空间的干涉情况，所以运用Process Designer进行三维空间建模。汽车焊装生产线的三维建模是根据给定的二维布局图，将生产线的工装设备、夹具、机器人、输送装置、物流设备等按照二维布局图进行规划。数字化工厂建模主要包括，制造信息建模、工艺过程建模、工时分析等[2]。

4.1 制造信息建模

制造信息建模是将产品信息、资源数据、工艺操作进行关联导入和存储的过程。其中主要包括，资源库的创建、工艺库和产品库建立。资源库主要包括焊装生产线用到的工艺资源，如机器人、转向台、夹具、上件台等。工艺库是焊接产品需要的工艺操作，如夹具打开、转向台旋转、机器人上件、机器人下件等。产品库主要存放机器人焊接需要的产品数据。如图3所示为资源库、工艺库和产品库示意图。所有工艺数据库文件以cojt格式存放在相应的文件夹目录下，便于后期进行浏览和更改。

4.2 工艺过程建模

工艺过程建模是将产品、资源、操作和制造信息进行有机的结合，并将焊点和对应的产品进行关联，按照工艺平面布局，将车身零件放到相应的工位里，与此同时，将操作按照需求分配到指定的工位，工艺过程建模主要将零件、焊点、操作和资源分配到工位里，从而生成产品树、资源树和操作树，工艺特征树对应相应的3D模型，如图4所示为工艺建模过程示意图。

4.3 3D资源布局

完成制造信息建模和工艺工程建模后，在Process Designer中创建study folder，将双胞胎结构树拖到folder下建立快捷方式，完成由2D布局到3D布局的转化，如图5所示为A车型的3D资源布局，因为采用二维平面布局，尽管配以文档说明，但是不够直观的体现设备的利用情况，不便于技术的校对和审核，也常常引发设备之间的干涉情况发生。所以3D布局的最大优势是参与工艺规划人员所获得的数据能保持一致性，设备利用情况更加清晰，为后期的车型改造线的建立提供了方便[3]。

5 结束语

焊装车间的前期规划是车型生产的一个重要环节，也是汽车焊装生产线开发的核心技术，在车型开发阶段进行3D可视化的资源布局，可提高资源的利用率，避免了工装设备之间干涉情况的发生，优化了设备的占地面积，减少了焊装生产线的调试周期。通过利用数字化工厂系统，在Process Designer建立产品树、资源树和操作树，避免了反复多次的查找资源和操作工艺，对以后改造生产线具有指导性意义。

参考文献：

[1]刘阳杰，朱杰，张红梅.基于PD/PS的机器人涂胶工位仿真研究[J].电焊机，2013（2）：68-71.

[2]张生芳，曾魁，田轩，等.采用Process Designer的白车身焊装生产线工艺规划研究[J].现代制造工程，2012（5）：97-100.

[3]姜海涛.Tecnomatix软件在重型载货车焊接工艺设计中的应用[J].汽车工艺与材料，2011（8）：65-68.