【正文】 利用軟件提供的仿真環(huán)境對產(chǎn)品及生產(chǎn)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化，以加快產(chǎn)品從構(gòu)思到投產(chǎn)的周期，減少失誤、降低成本。 ERP 系統(tǒng)集中信息技術(shù)與先進(jìn)的管理思想于一身，成為現(xiàn)代企業(yè)的運(yùn)行模式，反映時(shí)代對企 業(yè)合理調(diào)配資源，最大化地創(chuàng)造社會財(cái)富的要求，成為企業(yè)在信息時(shí)代生 8 存、發(fā)展的基石。 CAPP 的開發(fā)、研制是從 60年代末開始的，在制造自動化領(lǐng)域， CAPP 的發(fā)展是最遲的部分。 2. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 (CAD／ CAM)。 2. 網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造 利用快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，改善企業(yè)對市場的響應(yīng)力。目前，仿真 6 與建模已成為推進(jìn)制造過程設(shè)計(jì)、優(yōu)化和控制的有效手段。由于實(shí)施了數(shù)字化開發(fā)策略， Ford和 Chrysler將他們新型汽車的開發(fā)周期由 36個(gè)月縮短至 24個(gè)月。但無論從狹義和廣義的角度，資源的調(diào)度、仿真和重組是其具體的使能技術(shù)。 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(jì)、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，以快速響應(yīng)市場和用戶需求，提高企業(yè)群體競爭力。進(jìn)入 21世紀(jì)，先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)一步向更高水平發(fā) 展，出現(xiàn)了虛擬制造 (VM， Virtual Manufacturing)、精益生產(chǎn) (LP， Lean Production)、敏捷制造 (AM， Agile Manufacturing)、虛擬企業(yè) (VE， Virtual Enterprise)等新概念。波音公司設(shè)計(jì)的 777 型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的制造成功已經(jīng)成為虛擬制造技術(shù)從理論研 3 究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€(gè)里程碑。系統(tǒng)的形式化、數(shù)字化描述與處理成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，包括海量信息處理，微納識別和分辨率，物理過程 仿真與分析 (包括有限元方法、三角劃分、復(fù)雜邊界物理方程求解等 )、網(wǎng)格計(jì)算以及物理本質(zhì)的探索等。相繼出現(xiàn)的數(shù)控三坐標(biāo)測量機(jī) (CMM)、工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床一起成為重要的數(shù)字化加工、測量和操作裝備，其本質(zhì)是用數(shù)字控制代替 凸輪行程控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動數(shù)字化。 開創(chuàng)一種全新的制造模式并將推動制造技術(shù)由經(jīng)驗(yàn)制造向科學(xué)制造 【 1】 。主要問題是競爭力不強(qiáng)，表現(xiàn)為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的和高附加值的產(chǎn)品缺少；產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有待進(jìn)一步提高：環(huán)境和成本的問題日益突出。在這種形式下，很多企業(yè)被推到了轉(zhuǎn)型和升級關(guān)鍵時(shí)刻，為實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展和提升企業(yè)在產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的地位。 目前在工業(yè)技術(shù)先進(jìn)國家，數(shù)字化制造技術(shù)已經(jīng)成為提高企業(yè)和產(chǎn)品競爭力的重要手段 [3]。數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢是提升各種裝備性能甚至使其更新?lián)Q代，即所謂的數(shù)字制造裝備 (簡稱數(shù) 2 字裝備 )。在 20 世紀(jì) 90 年代中期．通過并聯(lián)機(jī)構(gòu)與數(shù)控技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了并聯(lián)機(jī)床．又稱虛擬軸機(jī)床，其應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到虛擬軸坐標(biāo)測量機(jī)、六維力傳感器等精密測量平臺設(shè)備。目前，美國、歐洲 、日本等國在新產(chǎn)品研制中，均全面應(yīng)用了以敏捷制造、精益制造和虛擬制造、復(fù)合高效加工、自適應(yīng)控制為代表的先進(jìn)制造技術(shù)，并大大縮短了產(chǎn)品的制造周期。而數(shù)字化制造幾乎涵蓋了以上先進(jìn)制造技術(shù)的所有環(huán)節(jié)，引起了人們的廣泛關(guān)注，不僅在科技界，而且在企業(yè)界，成為研究的熱點(diǎn)之一。 3. 數(shù)字化工廠 隨著數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)和數(shù)字化制造技術(shù)的延伸和發(fā)展，數(shù)字化工廠（ Digital Factory）的概念也開始出現(xiàn)。 數(shù)字化制造技術(shù)具有誘人的應(yīng)用前景，國外以美國為首的西方工業(yè)國家成立了 5 相應(yīng)的數(shù)字化制造研究機(jī)構(gòu)，在 1995年前已基本完成應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)的研究 建立了數(shù)字制造技術(shù)體系，正向?qū)嶋H應(yīng)用全面過渡。歐洲以大學(xué)為中心也紛紛開展了虛擬制造技術(shù)研究，如數(shù)字化車間 、建模與仿真工程等的研究。 2. 網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造 利用快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，改善企業(yè)對市場的響應(yīng)力。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)。 CAD(Computer Aided Design)與 CAM（ Computer Aided Process Planning） 已密不可分，在許多領(lǐng)域尤其是模具業(yè)，由于其單件或小批量加工的特點(diǎn)．采用 CAD／ CAM 7 技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的優(yōu)勢非常明顯。世界上最早研究 CAPP 的國家是 挪威 ， 始于 1969 年，并于 1969 年正式推出世界上第一個(gè) CAPP 系統(tǒng) AUTOPROS； 1973 年正式推出商品化的 AUTOPROS 系統(tǒng)。在企業(yè)中，一般的管理主要包括三方面的內(nèi)容：生產(chǎn)控制（計(jì)劃、制造）、物流管理（分銷、采購、庫存管理）和財(cái)務(wù)管理（會計(jì)核算、財(cái)務(wù)管理）。從廣義講，數(shù)字化工廠是一座“網(wǎng)上工廠”，它打破了地域和時(shí)間限制，可實(shí)現(xiàn)異地協(xié)同制造，加 快對市場的響應(yīng)速度。 近幾年來，數(shù)字制造技術(shù)也引起我國科技工作者的關(guān)注，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國已有 34家科研機(jī)構(gòu)、高等院校和企業(yè)正在開展 VM技術(shù)方面的研究。 本文應(yīng)用 CATIA V5平臺，構(gòu)建了汽車底盤數(shù)字化模型；應(yīng)用 EDLM模塊，進(jìn)行了汽車底盤裝配工藝設(shè)計(jì)與制造過程仿真。 2021年，觀致第一款產(chǎn)品將在中國和歐洲市場同時(shí)上市 , 產(chǎn)品將嚴(yán)格按照 2021年的歐洲新車評價(jià) 5星標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在汽車 底盤 裝配過程中，由于被裝配零件的多樣性、工藝的繁瑣性，汽車 底盤 裝配線 就顯得尤為重要。組建現(xiàn)場信息監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)等方式，完成裝配線上的信息采集、排產(chǎn)下達(dá)、工位監(jiān)控及裝配提示等功能。新工藝、新技術(shù)及新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，使 底盤 裝配向智能化、數(shù)字化和可視化發(fā)展。工裝夾具用來簡化、方便部分零部件的安裝和定位，這些零部件重量、體積超出人體承受范圍，或者通過工裝夾具的協(xié)助可以提高工人的工作效率。 產(chǎn)品性質(zhì)和生產(chǎn)形式上，轎車屬于高附加值產(chǎn)品，以流水線方式進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，線上單一工位 (特別是瓶頸工位 )出現(xiàn)的問題都會在整條線內(nèi)被放大，管理人員重要職責(zé)就是維護(hù)其穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)放大效應(yīng)；另一方面，由于 產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)和現(xiàn)場改善，作業(yè)內(nèi)容變動較為頻繁，這些調(diào)整對流水線平衡的影響需要由標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)進(jìn)行事先評 13 估，以調(diào)整人員數(shù)量及其他資源，穩(wěn)定生產(chǎn)。流水線的節(jié)拍決定混流生產(chǎn)條件下各工位的工位工時(shí)。利用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初步階段產(chǎn)生的數(shù)字樣機(jī)或 EBOM（工程材料表，其包括了零件、裝配件、外購件及其對應(yīng)信息 —— 圖紙、文件、材料等等）數(shù)據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)品分析，工藝流程定義，制定總工藝設(shè)計(jì)計(jì)劃，工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃、工藝路線制定；同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)工藝方案評估，工時(shí)分析，車間設(shè)施布局和車間的物流仿真等功能。 3 汽車底盤數(shù)字模型構(gòu)建 QOROS 轎車有幾萬個(gè)零部件，經(jīng)過供應(yīng)商組裝成部件，送到總裝廠進(jìn)行最后環(huán)節(jié)的裝配，總裝車間仍需要完成數(shù)千項(xiàng)作業(yè)內(nèi)容，工位數(shù)量達(dá)上百個(gè)。 圖 33 定義前橋本體厚度 圖 33拉伸實(shí)體 4. 創(chuàng)建前橋本體 XZ 方向輪廓草圖 選擇 XZ平面，在 XZ 平面上繪制如圖 34所示的草圖。 19 如圖 38 基本輪廓線 9. 拉伸縱梁實(shí)體 單擊拉伸命令“ ”，選擇要拉伸的輪廓線，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。 圖 313 裝配孔草圖 13. 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)，拉伸凹槽對話框如圖313 左圖所示，得到如圖 313右圖所示實(shí)體效果。檢查草 23 圖，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。圖 320所示為汽車底盤總裝圖。 在組件 qianqiaogujia1中繪制骨架，進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，結(jié)果如圖 323所示。完成后裝配結(jié)構(gòu)樹如圖 327所示。 圖 329 物料清單菜單 30 圖 330物料清單生成對話框 圖 331 生成的 EBOM表 底盤零件裝配干涉 可以利用 CATIA軟件的 Clash檢查功能來檢驗(yàn)裝配件的選定部件之間是否存在干涉碰撞；也可以利用 Clearance 檢查功能來檢驗(yàn)裝配件的選定部件之間間隙是否滿足最小間隙要求。上述任一環(huán)節(jié)在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)問題都將影響汽車的研制周期，造成費(fèi)用的損失。 1) 識別底盤設(shè)計(jì)模型的加工特征，進(jìn)行基于知識的工序選擇、工裝設(shè) 計(jì)和多軸方案規(guī)劃； 2) 自動生成加工過程的 NC 代碼，并提高 NC 程序的質(zhì)量和性能； 3) 確定機(jī)加工生產(chǎn)線，進(jìn)行工序分配和生產(chǎn)線平衡。 3. 通過仿真生成底盤車間量產(chǎn)后的物流分析 及物料配送計(jì)劃。在數(shù)字化工廠軟件中，并沒有對工藝卡片等進(jìn)行集成，原因是考慮到每個(gè)主機(jī)廠的工藝卡片的內(nèi)容和排版形式都不同。并且根據(jù)實(shí)際裝配工藝，在 DPE 中構(gòu)建詳細(xì)裝配工藝信息表，如圖43所示，同時(shí)將與該工藝有關(guān)的產(chǎn)品和資源加入到該工藝中。 4） 人機(jī)工程仿真在產(chǎn)品與制造資源的仿真的基礎(chǔ)上，再將定義好的三維人體模型放入該環(huán)境中進(jìn)行人體和其所制造、安裝、操作與維護(hù)的產(chǎn)品之間互動關(guān)系的動態(tài)仿真，以分析操作人員在該環(huán)境下工作的姿態(tài)、負(fù)荷等，進(jìn)而修改和優(yōu)化工藝流程和制造資源，以高效裝配和以人為本的原則。根據(jù)工藝規(guī)劃，我們選用了 ABB公司的 IRB_1400 型、 Faunc 公司的 FANUC_M710_SEDSLUNG_DUAL、Faunc_GenV_rtu_1 YAMAHA 公司的 YAMAHA_II_DEFAULT、 COMAU 公司的 COMAU_SNAP 等工業(yè)機(jī)器人。 圖 55 YAMAHA 產(chǎn)品列表 41 圖 56 YAMAHA_II_DEFAULT 機(jī)器人 同理，我們進(jìn)入 “ ROBOLLB” 庫，點(diǎn)擊 FAUNC，圖 57 所示對話框右側(cè)列表中會顯示 FAUNC 公司所有型號機(jī)器人，拖動滑塊，尋找 Faunc_GenV_rtu_17 型，雙擊Faunc_GenV_rtu_17，選擇放置位置，如圖 58所示，所選流水線就添加進(jìn)來了。如圖 62所示。 6. Create a Move Activity。 48 圖 68 羅盤參數(shù)控制面板 所有 點(diǎn)記錄完成之后，即可點(diǎn)擊 Track 面板中的確定按鈕，完成運(yùn)輸流水線的移動路徑定義。 50 先在模型樹中選擇 Process，然后點(diǎn)擊圖標(biāo) ，打開如圖 613所示的界面。在 Process 中我們可以插入多個(gè)不同的 Viewpoint，然 后在 Process PERT 中修改他們的位置，這樣在整個(gè) Process 中即可實(shí)現(xiàn)場景變換。 工具產(chǎn)品摘果器的設(shè)計(jì)就要考慮產(chǎn)品的使用環(huán)境，人體的操作尺寸及心理尺度，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品符合使用環(huán)境和人的心理尺度。 53 DELMIA/Human提供了 5種、 50個(gè) 95百分位的男女人體模型，可以根據(jù)不同的人體模型輸入不同的參數(shù)，如性別、 體重和身高。移動鼠標(biāo)到繪 圖區(qū)域，單擊鼠標(biāo)左鍵，選擇放置，如圖 74 所示，人體模型出現(xiàn)在繪圖區(qū)域。如圖 77所示。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)此改進(jìn)產(chǎn)品的人體工學(xué)設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)產(chǎn)品的可維護(hù)性和可裝配性。系統(tǒng)可提供多種人體模型標(biāo)準(zhǔn)，可以詳細(xì)仿真工人在特定工作環(huán)境下的人機(jī)工程問題。用戶可修改人體個(gè)部位的形體尺寸，以適應(yīng)各種人群和特殊仿真需求。 機(jī)器人仿真驗(yàn)證，用于機(jī)器人工作單元的設(shè)計(jì)、評估和離線編程。 圖 615 流水線圖 7 DPM 工藝仿真 人機(jī)工程學(xué)是研究“人一機(jī)一環(huán)境 系統(tǒng)中人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，為解決該系統(tǒng)中的效能、健康問題提供理論與方法的科學(xué)。另外，通過改變甘特圖中各個(gè)時(shí)間條的位置，可以使動作提前活滯后發(fā)生。 7. 修改 Process 中各個(gè)動作的串行與并行狀態(tài)。然后選擇需要 Move 的模型，這里選擇“流水線”，在預(yù)覽界面中將出現(xiàn)流水線。 點(diǎn)擊圖標(biāo) ，然后左鍵點(diǎn)擊模型樹上的 Process List，再選擇“流水線”分支下的“零部件”，將彈出如圖 63所示的對話框。 圖 59 FANUC_M710_SEDSLUNG_DUAL 列表 43 圖 510 FANUC_M710_SEDSLUNG_DUAL 同理，我們進(jìn)入 “ ROBOLLB” 庫，點(diǎn)擊 COMAU，圖 511 所示對話框右側(cè)列表中會顯示 COMAU 公司所有型號機(jī)器人，拖動滑塊，尋找 COMAU_SNAP 型，雙擊COMAU_SNAP，選擇放置位置，如圖 512 所示，所 選流水線就添加進(jìn)來了。 DELMIA，如圖 51所示，點(diǎn)擊“插入”菜單下→“ Catalog Browser”→出現(xiàn)如圖 52所示目錄瀏覽器對話框。 5 初步平衡 要對汽車底盤裝配線規(guī)劃仿真與仿真優(yōu)化實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)一條汽車底盤虛擬裝配線的仿真運(yùn)行，必須按照實(shí)際汽車底盤裝配線的裝配工藝來規(guī)劃裝配線布置和安排虛擬車間環(huán)境，首先要做的就是理順汽車裝配線的實(shí)際裝配工藝流程，嚴(yán)格按照或基本嚴(yán)格按照裝配線的裝配序列來規(guī)劃虛擬裝配線，上述過程我們已經(jīng)完成。該軟件可以各裝配工藝模型和裝配型架、夾具、工廠等制造資源三維模型，按照確定的裝配流程進(jìn)行全面的工藝布局設(shè)計(jì)和三維數(shù)字化裝配工廠仿真，進(jìn)行生產(chǎn)能力的平衡分析，并不斷對工藝布局和裝配流程進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。要使軟件更好地應(yīng)用到實(shí)際工作中，一些客戶化的定制是十分必要的。 35 4) 通過仿真生成底盤車間生產(chǎn)、物流成本分析報(bào)告。整個(gè)裝配生產(chǎn)系統(tǒng)的完備性和先進(jìn)性主要取決于裝配流水線中各關(guān)鍵工位 (控制點(diǎn) )的控制，這些