【正文】 和 4 面臨全球競爭提供了契機。數(shù)字化工廠不是簡單的數(shù)字化和虛擬制造的延 伸，它更強調(diào)的是整個制造活動的有效控制與管理，及企業(yè)內(nèi)外資源的合理應(yīng)用與優(yōu)化配置。但虛擬制造作為一個完整的體系，尚沒有進行全面的集成。我國的研究多集中于高等院校和少量的研究院所，企業(yè)和公司介入的較少 【 6】 。 3. 數(shù)字化開發(fā) 數(shù)字化開發(fā)有四個核心要素：數(shù)字化產(chǎn)品和過程模型、產(chǎn)品信息管理、高性能計算與通訊和組織、管理的改變。 1. 計算機輔助工業(yè)設(shè)計 (CAID)。有限元分析可完成力學分析 (線性 、 非線性 、 靜態(tài) 、 動態(tài) )；場分析 (熱場、電場、磁場等 )；頻率響應(yīng)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。它管理的是產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的全部數(shù)據(jù)。 基于網(wǎng)絡(luò)的制造已經(jīng)成為 21 世紀的主要制造模式，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，快速形成虛擬網(wǎng)絡(luò)企業(yè)聯(lián)盟，充分利用社會資源，協(xié)作開展產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計、制造、銷售、采購和管理等產(chǎn)品全生命周期的業(yè)務(wù)活動。 數(shù)字化設(shè)計作為信息時代產(chǎn)品設(shè)計重要的發(fā)展方向，也成為我們設(shè)計領(lǐng)域研究的熱點所在。國內(nèi)以清華大學、上海交大為主的高等院校正在開展基礎(chǔ)技術(shù)研究，正處于理論體系初步研究階段。 本課題的應(yīng)用價值在于： １）完成裝配工藝規(guī)劃，工時分析，安裝路徑分析 ２）數(shù)字化生產(chǎn)工藝規(guī)劃，直接產(chǎn)生標準作業(yè)指導書 ３）實現(xiàn)工廠級，車間級，班組級，直觀信息共享 ４）人機工程：工作姿態(tài)分析，抓取分析，疲勞評估標準 ５）平衡生產(chǎn)線生產(chǎn)仿真 ６）鼓勵設(shè)計 /工藝方案的創(chuàng)新 ７）及時發(fā)現(xiàn)錯誤，確保設(shè)計的合理性 ８）調(diào)高供應(yīng)商應(yīng)對能力 ９）優(yōu)化物流方案 10)全面改進企業(yè)的組織管理工作，提高企業(yè)整體運作及全面最優(yōu)決策的效能和市場競爭力。而且，必須從概念設(shè)計、初步規(guī)劃和規(guī)劃直到生產(chǎn)出產(chǎn)品的整個階段，提供了 廣泛的規(guī)劃支持類型來滿足所有這些需求。 汽車 底盤 裝配線主要包括總裝線、分裝線、工位器具及線上工具等。 在 底盤 生產(chǎn)中，裝配線是 底盤 最終狀態(tài)、最終結(jié)構(gòu)、最終精度的展示，對確保 底盤 的精度、質(zhì)量 至關(guān)重要。這些作業(yè)內(nèi)容中，從拿取卡子在車上進行緊固到應(yīng)用工裝夾具安裝頂棚與發(fā)動機等，都需要依賴線上工人完成 (目前機器人數(shù)量較少、普及率較低 )。 轎車不同零部件的安裝對標準工時影響不同，不能一概而論。目前 2021 年上半年的統(tǒng)計三種車型的預(yù)測產(chǎn)量配比如表 1，但每天實際的車型配比會在這個預(yù)測值旁波動。制造部門需要利用標準工時來衡量各種因素的影響并及時采取相應(yīng)措施，維護生產(chǎn)過程的穩(wěn)定。利用驗證的結(jié)果可分析出產(chǎn)品的可制造性、可達性、可拆卸性和可維護性。 圖 31新建零件對話框 圖 31定義零部件名稱 2. 繪制草圖 選擇輪廓線命令，畫出如圖 32所示的草圖輪廓線，對草圖進行幾何和尺寸約束。 圖 35拉伸參數(shù)選項卡 圖 35拉伸凹槽實體 6. 創(chuàng)建前橋本體裝配孔草圖 選擇 XZ平面，在 XZ 平面上繪制如圖 36所示的草圖，并且完全定義。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，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。 圖 317 定義前橋本體縱梁拉伸切除參數(shù) 圖 317拉伸切除實體 18. 特征、細節(jié)操作 最終通過鏡像操作、倒角等細節(jié)操作得到如圖 318 所示實體。在建模過程中，全部由用螺栓進行擰緊，擰緊后的一個整體視為同一個零件，如圖 321為前橋整機裝配三維模型。 27 圖 323 固定架 使用同樣的方法完成前橋其他零件的設(shè)計，如圖 324所示，零件位于裝配結(jié)構(gòu)樹上。 29 圖 328 總裝結(jié)構(gòu)樹 在汽車底盤的設(shè)計過程中，對底盤進行虛擬裝配，可以滿足工程人員查看有關(guān)裝配問題的需要，幫助他們做出決策，例如安排零部件的拆裝方 向和軌跡、確定零部件在拆裝過程中所需的空間、選擇零部件配合公差等，從而選擇合適的裝配工藝以及制定更加詳細的裝配流程，并將其應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計中，達到在產(chǎn)品的設(shè)計環(huán)節(jié)提高裝配精度的目的。必須進行檢查和修正。底盤線包含缸體、缸蓋、曲軸等的機械加工生產(chǎn)線，底盤裝配線，以及發(fā)動機檢測線和設(shè)備。因此裝配工藝規(guī)劃必須能對關(guān)鍵工位的操作步驟進行分析和優(yōu)化，管理裝配偏差，改進質(zhì)量。輸出生產(chǎn)成本，計算物流成本在生產(chǎn)成本中的比重，提出報告并分析原因。同時，數(shù)字化工廠支持 eBop的功能，也就是以工藝部門為服務(wù)器，以生產(chǎn)車間、質(zhì)量等相關(guān) 部門為客戶端，工 藝部門直接在軟件中發(fā)布新產(chǎn)品或者新版本的工藝文件，車間直接通過訪問服務(wù)器了解文件的更改情況。 圖 43加入資源信息表 3． DPE 中設(shè)計好的工藝過程導入 DPM 通過 PPR HUB 數(shù)據(jù)庫，將 DPE 中設(shè)計好的工藝過程導入 DPM 中進行詳細的三 維的工藝驗證和仿真。其次由于軟件是在全三 維環(huán)境下進行仿真的，所以對于汽車裝配線的虛擬裝配仿真中，必須提供裝配中所需的所有零部件的三維模型，即汽車的所有零部件的數(shù)字化模型，還必須建立的車間裝配設(shè)備、物流設(shè)備、輔助設(shè)備等， 車間中模型元件的連接為：傳輸鏈卸料關(guān)鍵點 —— 傳送帶 —— 11 個緩沖站 —— 57個裝配工作臺 —— 裝配機器人或裝配工人 —— 下游傳送帶及物料補給，其中裝配工作臺有 57個輸入連接元件(Input Element)，即其上游的 57 個零件緩沖站。 圖 51 進入路徑 39 圖 52 目錄瀏覽器對話框 “ ROBOLLB”，點擊 ABB，圖 52 所示對話框右側(cè)列表中會顯示 ABB 公司所有型號機器人，拖動滑塊，尋找 IRB_1400 型，雙擊 IRB_1400，如圖 53 所示。 圖 511 COMAU 列表 44 圖 512 COMAU_SNAP 6 創(chuàng)建仿真 上面已經(jīng)建立裝配線模型，此部分的目的是建立一個仿真流程，實現(xiàn)仿真流程建立、流程修改等。在 DOF Controls 框中，定義“零部件”零件的旋轉(zhuǎn)角度為 90度，步進值設(shè)為默認，然后點擊 Create Activity 按鈕，在模型樹 Process 下添加一個動作，如圖 64 所示。如圖 66所示。 在模型樹中點擊 Process，然后點擊圖標 ，打開 Process 的 PERT 圖，如圖 69所示。 圖 613 Process 的甘特圖 9. 逆序過程設(shè)置。該學科在發(fā)展過程中，逐步打破了各學科之間的界限，并有機地融合了各相關(guān)學科的理論，不斷地完善自身的基本概念、理論體系、研究方法以及技術(shù)標準和規(guī)范，從而 形成了一門研究和應(yīng)用范圍都極為廣泛的綜合性邊緣學科。機器人操作模擬解決方案和機器人系列工具產(chǎn)品，一體化集成了真實環(huán)境機器人和外圍設(shè)備、運動屬性、運動科學、動力科學和輸入 /輸出邏輯理論，可以產(chǎn)生精確的仿真模擬和程序。 如圖 71所示，點擊“開始”→“人機工程學設(shè)計與分析”→“ Human Builder ”，進入人體建模模塊。 并且，建立關(guān)于人體模型 的數(shù)據(jù)庫和良好的可視界面，進行人體模型主要屬性的設(shè)置，分析人體可觸及范圍。功效分析可以對人體從一個公網(wǎng)到另一工位運動所需時間，消耗能量自動進行計算。 56 圖 77 人體舒適度分析結(jié)果 對人體各種姿態(tài)進行分析，建議個百分位人體可達性，裝配維修是否方便，舒適性。 如圖 73所示，選擇 65 百分位的男性作為建模對象，選擇姿態(tài)為站立。人體工程學仿真包含了操作可達性仿真、人體工學 /安全性仿真。人體工程學的研究，為產(chǎn)品虛擬設(shè)計全面考慮“人的因素 提供了人體結(jié)構(gòu)尺度，人體生理尺度和人的心理尺度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可有效地運用到交通類產(chǎn)品虛擬設(shè)計中去。 在模型樹中選擇需要改變的視點節(jié)點，雙擊回到初始設(shè)置狀態(tài)，然后調(diào)整視點， 51 完成之后雙擊該視點節(jié)點即完成了視點變換修改。 圖 611 刪除部分聯(lián)系之后的 PERT 圖 圖 612 修改了動作順序之后的 PERT 圖 8. 通過甘特圖修改各個動作持續(xù)的時間。 圖 67 Recorder 工具條、播放器工具條、 Track 對話框 此時，可以通過拖動羅盤的各個邊來移動、旋轉(zhuǎn)“流水線”，或則點擊操縱工具條上的圖標 ，彈出如圖 68所示的“用于羅盤控制的參數(shù)”對話框，通過輸入?yún)?shù)來控制“流水線”移動具體和旋轉(zhuǎn)角度。 點擊圖標 ，然后點擊模型樹上的 Process，則在模型樹中添加了一個 Change viewpoint 節(jié)點。為了更好的區(qū)分 Product List 中的各個分支，可以將相應(yīng)的分支重新命名， DELMIA 支持在模 45 型樹中使用中文字符。 40 圖 54 IRB_1400型機器人 同理，我們進入 “ ROBOLLB” 庫，點擊 YAMAHA，圖 55 所示對話框右側(cè)列表中會顯示 YAMAHA 公司所有型號機器人，拖動滑塊，尋找 YAMAHA_II_DEFAULT 型，雙擊YAMAHA_II_DEFAULT，選擇放置位置，如圖 56所示，所選機器人就添加進來了。 全自動生產(chǎn)將是制造發(fā)展趨勢，我們盡可能使用工業(yè)機器人。 3） 產(chǎn)品和制造資源的仿真在裝配順序仿真的基礎(chǔ)上，引入工裝等制造資源的三維實體模型，對產(chǎn)品和制造資源進行三維動態(tài)仿真，以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品與制造資源發(fā)生干涉的問題。將已定義好的相關(guān)資源（如廠房、工裝，人等）加入到 DPE 環(huán)境中形成資源信息表。一般來講，零件的安裝方法都會以工藝卡片的文件形式來體現(xiàn)。 1) 分析生產(chǎn)線空間利用率； 2) 為不同的業(yè)務(wù)決策模擬運行過程 (以最終綱領(lǐng)為依據(jù) )，分析生產(chǎn)線的負荷平衡問題，提高各種設(shè)備利用率，提高生產(chǎn)線的效率； 3) 確保系統(tǒng)在動態(tài)運行時不會因為布局本身的不周而發(fā)生阻塞和干涉。 1. 加工工藝規(guī)劃。 A B 33 4 DPE 汽車底盤裝配數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺構(gòu)建 目前國內(nèi)整個汽車制造過程中處于重要地位的汽車裝配過程基本沿襲了數(shù)字量傳遞與模擬量傳遞相結(jié)合的工作模式，裝配工藝的設(shè)計主要采用計算機輔助工藝過程設(shè)計系統(tǒng) CAPP 系統(tǒng)進行，但仍然停留在二維產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)上，與 CAD系統(tǒng)沒有建立緊密的聯(lián)系，協(xié)同設(shè)計工作基本沒 有實現(xiàn)，無法將裝配工藝過程、裝配零件及與裝配過程有關(guān)的制造資源緊密結(jié)合在一起實現(xiàn)裝配過程的仿真，無法在工藝設(shè)計環(huán)境中進行 3 維的虛擬工藝驗證，零部件能否準確安裝，在實際安裝過程中是否發(fā)生干涉、工藝流程、裝配順序是否合理，裝配工藝裝備是否滿足裝配需要，裝配人員及裝配工具是否可達、裝配操作空間是否具有開放性等一系列問題無法在裝配設(shè)計階段得到有效驗證。 如圖 329，單擊菜單中“分析”下“物料清單”，出現(xiàn)如圖 330 所示定義物料清單對話框，定制所需選項，單擊“另存為”，將文檔另存為 表格，如圖 331 所示。 圖 325 裝配約束工具條 28 圖 326 前橋裝配約束結(jié)構(gòu)樹 后橋子裝配 圖 327后橋裝配約束結(jié)構(gòu)樹 根據(jù)汽車底盤裝配要求，同理對后橋進行裝配 .添加相應(yīng)裝配特征，進行裝配約束。裝配設(shè)計占用創(chuàng)新設(shè)計過程的大部分時間周期，自頂向下設(shè) 計可以協(xié)同設(shè)計，能有效提高效率。因而需對汽車底盤進行虛擬裝配，進行干涉驗證，生成 EBOM表。完全約束。檢查草 21 圖，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。檢查草圖，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。如圖 33左圖所示，拉伸的實體如圖 33右圖所示。應(yīng)用 DELMIA構(gòu)建 QOROS汽車底盤數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺，對裝配過程、關(guān)鍵工位的人機工程進 行仿真和虛擬投產(chǎn)，驗證工藝規(guī)劃， 15 及早發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化解決；生成相關(guān)文檔，為生成應(yīng)用提供依據(jù)。 DPE 為數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺，是產(chǎn)品工藝和資源規(guī)劃應(yīng)用的平臺。 6. QOROS裝配流水線的節(jié)拍 流水線的節(jié)拍 R＝ 日實際工作時間（ TS） /日產(chǎn)量（ N）； 96S=28800(TS)/300(N)； 日實際工作時間（ TS）＝日理論工作時間 X流水線開動率； 流水線的節(jié)拍實際就是車身從一個工位的起始點移動到終點的時間。 4. 裝配工藝調(diào)整頻繁。 多數(shù)工位都有應(yīng)用動力工具操作，動力工具主 要用來緊固固定件，如螺栓、螺母等；也有其他方面應(yīng)用，如密封條平壓、打磨等工具，應(yīng)用頻率相對較少。 究竟是否具備這些功能，還要經(jīng)生 12 產(chǎn)實踐檢驗，在實際生產(chǎn)中驗證。 目前， 底盤 裝配線采用現(xiàn)場總線控制方式，通過現(xiàn)場分布 I/O統(tǒng)一控制裝配線的運行及完成各工位間的通訊。涵蓋了：發(fā)動機、變速箱、前后橋等重要部件的裝配。 2 觀致汽車數(shù)字化裝配需求 觀致汽車有限公司 (QOROS)是一家全新的國際化汽車公司，致力于打造第一個源自中國享譽世界的汽車品牌。重點闡述汽車底盤的數(shù)字化裝配的數(shù)字化工廠具體應(yīng)用設(shè)計。日本 Matsushita公司開發(fā)的虛擬廚房設(shè)備制造系統(tǒng)，允許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環(huán)境中體驗不同設(shè)備的功能，按自己的喜好價、選擇和重組這些設(shè)備，他們的選擇將被存儲并通過網(wǎng)絡(luò)送至生產(chǎn)部 門進行生產(chǎn)，受到用戶的好評 【 3】 。從狹義講，數(shù)字化工廠可理解為一座“虛擬工廠”，即設(shè)計人員