【正文】 行了系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)，多數(shù)單元技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和完善的階段。 福特 (Ford)和克萊斯勒 (Chrysler)公司與 IBM合作開(kāi)發(fā)的數(shù)字工廠環(huán)境用于其新型車(chē)的研制。日本在 60一 70年代的經(jīng)濟(jì)崛起受益于先進(jìn)制造與管理技術(shù)的采用，對(duì)數(shù)字化制造技術(shù)的研究也秉承其傳統(tǒng)的特點(diǎn)一重視應(yīng)用，主要進(jìn)行虛擬制造系統(tǒng)的建模和仿真技術(shù)以及虛擬工廠的構(gòu)造環(huán)境研究。 1. 制造過(guò)程的建模與仿真 制造過(guò)程的建模與仿真是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上用解析或數(shù)值的方法表達(dá)或建模制造過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域應(yīng)包括：敏捷信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，敏捷產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，敏捷工藝設(shè)計(jì)技術(shù)。建模通常基于制造工藝本身的物理和化學(xué)知識(shí)，并為實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證?；诰W(wǎng)絡(luò)的研究開(kāi)發(fā)，敏捷生產(chǎn)技術(shù) [7]。 CAID 的一般過(guò)程有市場(chǎng)調(diào)查、產(chǎn)品概念草圖設(shè)計(jì)、彩色效果圖設(shè)計(jì)、三維效果圖設(shè)計(jì)、三維造型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品零件圖和技術(shù)要求說(shuō)明等。 CAD／ CAM主要是指采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟硬件手段進(jìn)行產(chǎn)品三維造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配仿真、加工仿真、數(shù)控加工編程等，其中產(chǎn)品的三維造型是基礎(chǔ)，從 CAD三維模型到數(shù)控加工程序的生成通常不需人工干預(yù)，可由 CAM軟件自動(dòng)產(chǎn)生。 4. 計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程（ CAPP） CAPP（ Computer Aided Process Planning）是指借助于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和 推理等的功能來(lái)制定零件機(jī)械加工工藝過(guò)程。 5. 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ PDM） PDM（ Product Data Management）是一門(mén)用來(lái)管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息 (包括零件信息、配置、文檔、 CAD 文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等 )和所有與產(chǎn)品相關(guān)過(guò)程 (包括過(guò)程定義和管理 )的技術(shù)。 PDM 系統(tǒng)除了要管理上述數(shù)據(jù)外，還要對(duì)相關(guān)的市場(chǎng)需求、分析、設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的全部更改歷程、用戶使用說(shuō)明及售后服務(wù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一有效的管理。 7. 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)化制造是，將網(wǎng)絡(luò)為代表的信息技術(shù)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理、供銷等產(chǎn)品全生命周期中的各個(gè)活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)全生命周期中的信息、過(guò)程、業(yè)務(wù)集成與資源共享，達(dá)到快速響應(yīng)市場(chǎng)目的所涉及的一系列制造活動(dòng)。互聯(lián)網(wǎng)貫穿了整個(gè)產(chǎn)品的生命周期，成為各個(gè)企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，不斷推出新的產(chǎn)品來(lái)滿足用戶的要求，贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和自身不斷發(fā)展的主要手段。由于上述技術(shù)的飛速發(fā)展，使得數(shù)字化工廠得以實(shí)現(xiàn)，數(shù)字化制造成將為主要制造模式。其產(chǎn)品也直接影響了消費(fèi)者使用的方便性，進(jìn)而影響產(chǎn)品在消費(fèi)者心目中的形象。 國(guó)家 863／ CIMS主題組也將“制造系統(tǒng)的可視化、虛擬建模與仿真 確定為研 究重點(diǎn)。目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出快速化和知識(shí)化的趨勢(shì)，與此同時(shí) 許多企業(yè)由于缺乏必要的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)手段和相應(yīng)的知識(shí)管理技術(shù)，不能快速響應(yīng)市場(chǎng)，所以，建立一種有效管理和重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的機(jī)制，以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期、提高設(shè)計(jì)效率、降低開(kāi)發(fā)成本，減少設(shè)計(jì)過(guò)錯(cuò)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性，對(duì)于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)有重要的意義，而虛擬制造技術(shù)正是在此基礎(chǔ)上應(yīng)對(duì)此類要求而產(chǎn)生的。構(gòu)建了汽車(chē)底盤(pán)的數(shù)字化生產(chǎn)線，并對(duì)關(guān)鍵工位進(jìn)行人機(jī)仿真，模擬人體動(dòng)作及裝配過(guò)程；發(fā)現(xiàn)了裝配空間干涉問(wèn)題，排除了干涉，優(yōu)化了工作條件，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。 12)通過(guò)分析設(shè)計(jì)的可制造性，利用有效的工具和加工方法來(lái)支持生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。在推出第一款中級(jí)轎車(chē)后，觀致汽車(chē)的兩廂車(chē)、 SUV也將適時(shí)發(fā)布，其電動(dòng)汽車(chē)將緊隨其后，以參與公司股東以色列集團(tuán)在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的全球戰(zhàn)略。 QOROS 汽車(chē)底盤(pán)裝配介紹 汽車(chē) 底盤(pán) 裝配線是一個(gè)對(duì) 汽車(chē)底盤(pán) 順序裝配的流水線工藝過(guò)程，由于工藝的繁瑣性，裝配線在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中顯得尤為重要。汽車(chē) 底盤(pán) 裝配線是一 個(gè)對(duì) 底盤(pán) 順序裝配的流水線工藝過(guò)程，每個(gè)工位之間是流水線生產(chǎn)，因此 ,每個(gè)環(huán)節(jié)的控制都必須具備高可靠性和一定的靈敏度，才能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。柔性輸送線主要有：摩擦輥道和啟停式動(dòng)力輥道兩種。 底盤(pán) 裝配在其生產(chǎn)過(guò)程中是不可缺少的重要步驟，而合理地規(guī)劃 底盤(pán) 裝配線可以更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精度、高效率、高柔性和高質(zhì)量。要實(shí)現(xiàn)以上幾個(gè)方面必須從生產(chǎn)線的規(guī)劃開(kāi)始著手。 在總裝車(chē)間生產(chǎn)中的問(wèn)題 1. 裝配工藝復(fù)雜，作業(yè)內(nèi) 容繁多。而且，隨著生產(chǎn)發(fā)展，機(jī)器人將逐步取代人工，必須做好規(guī)劃。動(dòng)力工具及工裝夾具的應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)制定息息相關(guān)，所消耗的作業(yè)時(shí)間是標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的重要組成部分，對(duì)此需要進(jìn)行重點(diǎn)研究。因此，面對(duì)完全有人完成的動(dòng)作，預(yù)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)法 (PTS)也只能有選擇的應(yīng)用，而不是完全適用。 總之， 總裝流水線 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)計(jì)算的要求是量大、復(fù)雜、快速、準(zhǔn)確。 5. QOROS工位節(jié)距 工位節(jié)距（ FPS） ,就是工位起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離，也就是前一輛車(chē)和下一輛車(chē)的間隔距離。 總裝車(chē)間作為轎車(chē)整車(chē)的最后生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是保證產(chǎn)品出廠質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度的重中之重。因此我們必須借助合適的軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字化平臺(tái)構(gòu)建。 DPM 為工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃和驗(yàn)證應(yīng)用的環(huán)境。 DPE 與 DPM 的相互關(guān)系如圖 221 所示。汽車(chē)底盤(pán)裝配件有 58 個(gè)，我們先對(duì)汽車(chē)底盤(pán)裝配零件應(yīng)用 CATIA V5 進(jìn)行三維數(shù)字建模，進(jìn)行裝配，生成 EBOM 表。檢查草圖，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。檢查草圖，輪廓線完成封 17 閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。 拉伸凹槽 18 圖 36 裝配孔草圖 7. 創(chuàng)建前橋本體裝配孔操作 單擊“ ”命令，選擇要拉伸的輪廓線，輸入拉伸參數(shù)，拉伸凹槽對(duì)話框如圖37左圖所示，得到如圖 37 右圖所示實(shí)體效果。如圖 39圖所示，拉伸的實(shí)體如圖310 圖所示。如圖 312左圖所示，拉伸的實(shí)體如圖 312右圖所示。 圖 313拉伸參數(shù)選項(xiàng)卡 圖 313拉伸凹槽實(shí)體 14. 繪制前橋本體縱梁草圖 選擇輪廓線命令畫(huà)出如圖 314所示的草圖并且標(biāo)注尺寸。如圖 315左圖所示，拉伸的實(shí)體如圖 315右圖所示。 如圖 316 縱梁輪廓造型輪廓線 17. 拉伸縱梁實(shí)體 單擊拉 伸命令“ ”選擇要拉伸切除的輪廓線，輸入拉伸參數(shù)，因?yàn)榍皹虮倔w需要滿足一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，定義縱梁兩側(cè)拉伸限制。零件縮略圖如圖 319所示。 圖 320 底盤(pán)總裝圖 在實(shí)際安裝過(guò)程中，通常先將前橋的子裝配完成，完成各部件 的拼裝?；螯c(diǎn)擊“開(kāi)始”菜單下“機(jī)械設(shè)計(jì)”中“裝配設(shè)計(jì)”，如圖 322所示，進(jìn)入裝配設(shè)計(jì)工作臺(tái)。雙擊“前橋總裝配”回到裝配環(huán)境中。根據(jù)汽車(chē)底盤(pán)裝配要求，點(diǎn)擊圖 325工具條中相應(yīng)命令，添加相應(yīng)裝配特征，進(jìn)行裝配約束。 完成前、后橋子裝配，進(jìn)行總裝配，結(jié)果如圖 320所示。所以．虛擬裝配系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)具有重大的意義。驗(yàn)證汽車(chē)底盤(pán)裝配是 否合理。該功能負(fù)責(zé)分析兩個(gè)零部件之間的距離，點(diǎn)擊 按鈕，彈出圖334 所示對(duì)話框，由框內(nèi)“類型”欄可見(jiàn)分析有五種模式： Minimum 分析兩者之間的最小距離； AlongX（ Y、 Z）分析兩者 X（ Y、 Z）方向距離； Band Analysis 負(fù)責(zé)分析兩者之間的距離帶（該項(xiàng)分析需要配合對(duì)話框內(nèi)的 Minimum Distance 和 Maximum Distance 設(shè)置，如最小距離設(shè)為 10mm，最大距離設(shè)為 100mm，則分析完成后，系統(tǒng) 32 將在兩個(gè)部件上以紅色和綠色標(biāo)示出相應(yīng)的區(qū)域， A 物體綠色區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)到 B 物體的距離都滿足最小距離的要求， A 物體綠色區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)到 B 物體的距 離都滿足最大距離的要求）。我們可以如圖 41所示，構(gòu)建工藝規(guī)劃。隨著底盤(pán)趨于輕量化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、性能優(yōu)質(zhì)化，底盤(pán)制造技術(shù)和工藝發(fā)生了很大的變化，高速、高效、柔性是制造工藝當(dāng)前的主要特點(diǎn)。 發(fā)動(dòng)機(jī)如氣缸蓋裝配、活塞連桿總成裝配、主軸瓦檢測(cè)、曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向間隙檢查、扭矩檢測(cè)、密封檢測(cè)、冷態(tài)檢測(cè)等。 1) 建立實(shí)體模型：發(fā)動(dòng)機(jī)模型、裝配、試驗(yàn)、倉(cāng)儲(chǔ)等工藝布局的三維模型； 2) 建立工藝流程仿真模型：裝配、機(jī)加工工藝流程、試驗(yàn)工藝流程、輔助生產(chǎn)工藝流程、物料搬運(yùn)過(guò)程等數(shù)據(jù)模型。 1) 統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)求出物流量和各種路徑的物流強(qiáng)度等，提出方案減輕物流量大的路徑或單元的壓力，達(dá)到運(yùn)輸路線的最優(yōu)化； 2) 輸出物料配送計(jì)劃，通過(guò)人工修正和補(bǔ)充提出合理的配送計(jì)劃； 3) 建立物料庫(kù)存的動(dòng)態(tài)仿真模型，動(dòng)態(tài)模擬庫(kù)存狀態(tài)，提出方案減少庫(kù)存投資和確定合理的庫(kù)存量。 QOROS 總裝車(chē)間工藝規(guī)劃 在工藝規(guī)劃的工作中，主要有三個(gè)任務(wù)： 1. 根據(jù)質(zhì)量特性文件，分析每個(gè)零件的安裝方法； 2. 工時(shí)分析，計(jì)算安裝零件時(shí)，每個(gè)工步的安裝工時(shí)； 3. 工藝流程規(guī)劃，對(duì)每個(gè)單步操作進(jìn)行安裝順序分析，并分配到每個(gè)工位。 所以如果要完成與工藝文件的集成，一般來(lái)講都需要對(duì)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，也就是對(duì)軟件進(jìn)行客戶化處理。 QOROS總裝車(chē)間工藝規(guī)劃模型創(chuàng)建 1．讀入 EBOM 表 在 CATIA V5 中，讀入已經(jīng)設(shè)計(jì)好的 QOROS汽車(chē)底盤(pán)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，該產(chǎn)品的 EBOM 表 36 如圖 42所示已在前面第三章中生成好。 最后將規(guī)劃好裝配工藝存入 PPR Hub 數(shù)據(jù)庫(kù)中。 2） 裝配干涉的仿真在對(duì)裝配順序仿真過(guò)程中對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行干涉檢查。 5） 裝配過(guò)程的記錄利用以上裝配過(guò)程的三維數(shù) 字化仿真功能，將整個(gè)裝配過(guò)程記錄下來(lái)，形成可以播放的影片格式，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行汽車(chē)裝配，實(shí)現(xiàn)可視化裝配，同時(shí)也可以對(duì)汽車(chē)維護(hù)人員進(jìn)行上崗的培訓(xùn)幫助，幫助操作人員直觀了解操作全過(guò)程。 除了上述物理模型的規(guī)劃布置外，還有零部件的擺放位姿、工人拿取工件的位姿、工人的行走路徑的規(guī)劃與調(diào)整。 由于 DELMIA 自帶工業(yè)機(jī)器人庫(kù)，裝配 線模型建立較為簡(jiǎn)單。但此時(shí)機(jī)器人沒(méi)有放置到位。 圖 57 FAUNC列表 42 圖 58 Faunc_GenV_rtu_17 同理，我們進(jìn)入 “ ROBOLLB” 庫(kù)，點(diǎn)擊 FAUNC，圖 59 所示對(duì)話框右側(cè)列表中會(huì)顯示 FAUNC 公司所有型號(hào)機(jī)器人，拖動(dòng)滑塊，尋找 FANUC_M710_SEDSLUNG_DUAL型，雙擊 FANUC_M710_SEDSLUNG_DUAL，選擇放置位置，如圖 510所示，所選流水線就添加進(jìn)來(lái)了。 圖 61 Assembly Process Simulation 界面 2. 導(dǎo)入組件。 圖 62 模型導(dǎo)入及模型重命名 3. 定義 Device Move。 先導(dǎo)入一個(gè)零件作為被 Grab 的對(duì)象，然后點(diǎn)擊圖標(biāo) ，再點(diǎn)擊模型樹(shù) Process，則彈出如圖 65所示的對(duì)話框，同時(shí)在模型樹(shù)中多了一個(gè) Grab Activity 分支，先選擇“流水線”作為 Part used to perform grab 對(duì)象，然后選擇后導(dǎo)入的對(duì)象 Product4作為被 Part(s) to grab 的對(duì)象。 點(diǎn)擊圖標(biāo) ，然后點(diǎn)擊模型樹(shù)上的 Process，則在模型樹(shù)上添加了一個(gè)DNBAsyMotionActivity 節(jié)點(diǎn)，同時(shí)彈出一個(gè)預(yù)覽界面、 Edit Shuttle 對(duì)話框和操縱工具條。如圖 67所示。 點(diǎn)擊 Process Simulation 圖標(biāo) ，彈出 Process Simulation 工具條和Simulation Control 工具條，點(diǎn)擊 Process Simulation 工具條上的播放按鈕，即可播放整個(gè)仿真過(guò)程。 得到如圖 611 所示的結(jié)果后，需要將 Device Move Activity 和 Grab Activity連接起來(lái)。此時(shí)，如果想修改某個(gè)動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間，可以通過(guò)雙擊相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)修改，也可以通過(guò)改變甘特圖中時(shí)間條的長(zhǎng)短來(lái)修改。點(diǎn)擊圖標(biāo) ，彈出如圖 614所示的對(duì)話框，此時(shí)我們可以選擇對(duì)整個(gè) Process 進(jìn)行逆序，或者是對(duì)某個(gè)選定的移動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行逆序。 11. 創(chuàng)建成的裝配線 最終如圖 615 所示整條數(shù)字工廠流水線圖，仿真見(jiàn)附件中動(dòng)畫(huà)演示。人機(jī)學(xué)工程學(xué)對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)的作用可以概括為以下幾個(gè)方面 【 8】 。 數(shù)字工廠提供一系列的人體仿真模 擬和人性因素（ HF）工具的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)于人員及其制造、安裝、操作和維護(hù)的產(chǎn)品之間的關(guān)聯(lián)，直觀易懂并且方案最優(yōu)化。 1. 創(chuàng)建機(jī)器人任務(wù)，根據(jù)裝配要求，讓機(jī)器人自動(dòng)自動(dòng)完成裝配任務(wù)； 2. 示教機(jī)器人任務(wù)，根據(jù)餅圖調(diào)整裝配工具的位置，修改任務(wù)； 3. 調(diào)整路徑，插入通過(guò)點(diǎn)，避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的干涉，并對(duì)路徑優(yōu)化； 4. 設(shè)定機(jī)器人在不同的運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度、軌跡精度； DELMIA/Human面向人機(jī)分析提高了工業(yè)上第一個(gè)和虛擬環(huán)境完全集成的商用人體工程模型。這些 模型都帶有根據(jù)人體生物力學(xué)特性設(shè)定的反向運(yùn)動(dòng)特性?？梢愿鶕?jù)工人的國(guó)籍、所需模型部位、參考點(diǎn)，進(jìn)行設(shè)置。 圖 72 人體類型選擇 54 圖 73 人體參數(shù)設(shè)定 圖 73 建成的人體模型 CATIA v5人機(jī)工程仿真模塊可以仿真人體在特定的工作環(huán)境下的一些行為變化，如動(dòng)作的時(shí)間評(píng)估、工作姿態(tài)好壞的評(píng)估和疲勞強(qiáng)度的評(píng)估。選擇對(duì)話框中需 55 編輯的人體部位，拖動(dòng)滑塊，即可進(jìn)行人體姿態(tài)調(diào)整。 視野分析可以生成人的視野窗口，并隨人體的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)更新。同時(shí)，人體動(dòng)作的控制由