淺析數字化虛擬製造技術助推焊裝工藝規劃體系發展論文

1面臨的問題

當今汽車設計製造技術飛速發展，焊裝工藝技術作為轎車白車身生產的重要技術，其發展同樣面臨升級換代。以往傳統的二維手工進行焊裝工藝規劃的模式已經無法適應數字化時代汽車白車身生產的需求。同時隨着汽車市場競爭的加劇，如何利用構建焊裝工藝規劃體系實現白車身的高質量、高效率、低成本製造，實現效益最大化，都需要我們開拓思路、尋求有效的方法與手段。而數字化虛擬製造技術的發展，為白車身焊裝工藝規劃實現跨越式發展提供了全新的解決方案。

2解決方案

基於行業技術發展方向及公司自身發展需求，某企業依託西門子公司的Process De-signer (簡稱PD) 軟件建立了數字化焊裝工藝規劃平台體系，為白車身焊裝工藝規劃實現數字化、三維化、標準化、協同化的發展提供了整體解決方案，實現了主機廠和供應商協調利用該平台對白車身的製造過程進行規劃設計、模擬仿真，實現信息共享、傳遞與發佈，實現了規劃製造過程的可視化、系統化和智能化。

在焊裝項目運行過程中通過建立逼真的虛擬現場環境，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劃與協同管理，並綜合利用各種管理工具實現焊裝工藝過程的優化。

3實施過程

在焊裝項目啟動前期，主機廠利用Pro-cess Designer軟件平台進行焊裝項目前期的數字化焊裝工藝規劃，這個階段規劃內容主要進行整體工藝方案與線體工位佈局的分析與驗證，確定產品工藝分配、採購設備的數量與種類、焊接工藝、人員、電氣控制形式、工藝佈局等項內容，實現對項目技術方案、設備構成、成本預算等的綜合規劃，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軟件平台進行設備及項目總體報價，整個過程均實現了統一的全數字化的數據交換。

焊裝項目招標完成後，進入焊裝項目的設計製造正式啟動階段。根據主機廠的技術任務要求進行焊裝項目的`詳細工藝規劃，這個階段同樣需利用Process Designer數字化工藝規劃平台系統來開展工作。進行焊裝詳細工藝規劃的工作目標是要結合開發車型的生產綱領、節拍、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、節拍計算、工藝設備佈局、物流等方面進行分析和驗證，同時利用Process Simu-late、 Robcad、 Plant Simulation 等仿真軟件平台對生產線、工裝設備、機器人等進行詳細的模擬仿真、驗證、優化，以滿足焊裝製造工藝的可行性，優化生產線工藝佈局，優化產品物流傳遞，實現焊裝高效率生產及高品質製造。

建立完整的焊裝數字化虛擬製造體系要完成以下內容：

(1)軟件平台架構的建立

主機廠以及配套供應商首先要完成軟件平台架構的建立，按照工藝規劃技術人員比例配置相應的工藝規劃及仿真軟件，組建數字化工藝規劃及仿真團隊，開展相應的軟件技術培訓。

(2) 數值化工藝規劃標準建立

建立企業數字化工藝規劃標準，對數據結構、資源命名規則、圖標表示、數據存放層級管理等進行定製，形成企業標準。

(3)建立焊裝工藝資源數據庫模型

主機廠以及配套供應商根據自身發展的要求，建立了自己的焊裝工裝資源庫和操作資源庫，這是完成下一步數字化焊裝工藝規劃工作的前提和基礎。建立完善的焊裝資源數據庫，才能進行工位與生產線的2D和3D佈局，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)開展數字化工藝規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，對焊裝規劃及仿真人員進行數字化工藝規劃導航培訓，輔助規劃員一步一步掌握焊裝項目工藝規劃的操作過程，真正在實踐中學會利用數字化手段進行工藝規劃的技能。

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佈局、對生產線及操作進行節拍分析，同時配合應用Process Simulate軟件模塊對焊接工藝及佈局進行優化與驗證，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，可以對焊裝工藝規劃方案中的焊接設備的選擇、夾具設計、生產線佈局、是否合理、生產綱領節拍能否滿足要求等進行優化改進。

規劃工作後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，現場調試過程中僅需要微調即可實現機器人的示教，可大大縮短了現場安裝調試時間。

(5)建立虛擬試生產實驗體系

當下汽車企業都面臨着:如何降低新車開發成本、提高整車質量，縮短產品推出週期的挑戰。數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，即可系統的開展柔性生產線數字化工藝規劃、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，實現數字化規劃、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通。實現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，縮短製造調試周期，滿足多品種、多車型智能化、自動化、高柔性生產的需要。

虛擬製造技術正逐步成為汽車焊裝裝備企業的核心技術，對提升焊裝製造技術水平有重大的推動作用。

(6)進行軟件應用二次開發，提高規劃仿真效率

企業建立了數字化虛擬製造技術平台後，要積極重視根據企業自身需求進行客製化的二次開發工作。例如一汽大眾在新捷達招標過程中率先運用了數字化規劃系統，並進行了招投標報價模塊的定製化開發，利用該報價模塊系統生成工裝、工位、生產線投資列表，在工裝設備調整過程中，其成本分析系統自動更新，輸出與其相對應的數據。對於工位中的每一個部件，都會根據以往的投資數據給出一個準確的數值，系統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。由於投資分析的準確性，對於供應商的報價，起到了極好的監控作用。

每個企業以及不同專業，對虛擬製造技術平台的需求是多樣化的，只有配合二次開發才能更好的推進軟件體系的應用效果不斷提升，提高規劃、仿真、報價、評審、輸出等項工作的效率。

4對企業專業技術發展帶來的益處

Process Designer數字化工藝規劃軟件體系是按照虛擬製造的原理開發的系統，它為企業規劃製造的數字化提供了從設計、工藝、製造、裝配、分析等全過程的仿真，是企業實現虛擬製造的強有力的工具。為企業縮短新產品新車型的上市時問、降低開發成本、優化規劃設計方案、提高生產效率和產品質量的提高重要支撐。

數字化虛擬製造技術的推廣應用，克服了以往白車身焊裝生產線工藝規劃沒有統一的規劃平台的弊端，改變了以往依靠人工手段二維規劃為主、工藝規劃人員之問難以協同工作的局面。現在同一焊裝項目所涉及的各條生產線、自動區域，工藝規劃、機械設計、電氣控制、輸送設計、物流規劃、機器人仿真等相關技術人員可以依託統一的技術平台，共享規劃資源進行工藝規劃驗證與佈局優化，極大地便了項目技術交流與研討，對項目規劃質量和效率提升起到極大的推動作用。

5結束語

數字化虛擬製造技術在汽車白車身焊裝生產領域中的推廣應用，促進了焊裝工藝規劃技術的快速提升。在中國製造2025和德國工業4.0規劃藍圖中數字化智能化虛擬製造技術必將成為未來發展的重點。