【正文】 Production)、敏捷制造 (AM， Agile Manufacturing)、虛擬企業(yè) (VE， Virtual Enterprise)等新概念。但無(wú)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)。目前，仿真 6 與建模已成為推進(jìn)制造過(guò)程設(shè)計(jì)、優(yōu)化和控制的有效手段。 2. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 (CAD／ CAM)。 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(duì)企 業(yè)合理調(diào)配資源，最大化地創(chuàng)造社會(huì)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。日本 Matsushita公司開(kāi)發(fā)的虛擬廚房設(shè)備制造系統(tǒng)，允許消費(fèi)者在購(gòu)買商品前，在虛擬的廚房環(huán)境中體驗(yàn)不同設(shè)備的功能，按自己的喜好價(jià)、選擇和重組這些設(shè)備，他們的選擇將被存儲(chǔ)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送至生產(chǎn)部 門進(jìn)行生產(chǎn)，受到用戶的好評(píng) 【 3】 。 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(guó)際化汽車公司，致力于打造第一個(gè)源自中國(guó)享譽(yù)世界的汽車品牌。 目前， 底盤 裝配線采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分布 I/O統(tǒng)一控制裝配線的運(yùn)行及完成各工位間的通訊。 多數(shù)工位都有應(yīng)用動(dòng)力工具操作，動(dòng)力工具主 要用來(lái)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(duì)較少。 6. QOROS裝配流水線的節(jié)拍 流水線的節(jié)拍 R＝ 日實(shí)際工作時(shí)間（ TS） /日產(chǎn)量（ N）； 96S=28800(TS)/300(N)； 日實(shí)際工作時(shí)間（ TS）＝日理論工作時(shí)間 X流水線開(kāi)動(dòng)率； 流水線的節(jié)拍實(shí)際就是車身從一個(gè)工位的起始點(diǎn)移動(dòng)到終點(diǎn)的時(shí)間。應(yīng)用 DELMIA構(gòu)建 QOROS汽車底盤數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺(tái)，對(duì)裝配過(guò)程、關(guān)鍵工位的人機(jī)工程進(jìn) 行仿真和虛擬投產(chǎn)，驗(yàn)證工藝規(guī)劃， 15 及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，優(yōu)化解決；生成相關(guān)文檔，為生成應(yīng)用提供依據(jù)。檢查草圖，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。完全約束。裝配設(shè)計(jì)占用創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程的大部分時(shí)間周期，自頂向下設(shè) 計(jì)可以協(xié)同設(shè)計(jì)，能有效提高效率。 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(duì)話框，定制所需選項(xiàng)，單擊“另存為”，將文檔另存為 表格，如圖 331 所示。 1. 加工工藝規(guī)劃。一般來(lái)講，零件的安裝方法都會(huì)以工藝卡片的文件形式來(lái)體現(xiàn)。 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(shí)體模型，對(duì)產(chǎn)品和制造資源進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真，以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品與制造資源發(fā)生干涉的問(wèn)題。 40 圖 54 IRB_1400型機(jī)器人 同理，我們進(jìn)入 “ ROBOLLB” 庫(kù)，點(diǎn)擊 YAMAHA，圖 55 所示對(duì)話框右側(cè)列表中會(huì)顯示 YAMAHA 公司所有型號(hào)機(jī)器人，拖動(dòng)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(jī)器人就添加進(jìn)來(lái)了。 點(diǎn)擊圖標(biāo) ，然后點(diǎn)擊模型樹(shù)上的 Process，則在模型樹(shù)中添加了一個(gè) Change viewpoint 節(jié)點(diǎn)。 圖 611 刪除部分聯(lián)系之后的 PERT 圖 圖 612 修改了動(dòng)作順序之后的 PERT 圖 8. 通過(guò)甘特圖修改各個(gè)動(dòng)作持續(xù)的時(shí)間。人體工程學(xué)的研究，為產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)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(yùn)用到交通類產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)中去。 如圖 73所示，選擇 65 百分位的男性作為建模對(duì)象，選擇姿態(tài)為站立。功效分析可以對(duì)人體從一個(gè)公網(wǎng)到另一工位運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間，消耗能量自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。 如圖 71所示，點(diǎn)擊“開(kāi)始”→“人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)與分析”→“ Human Builder ”，進(jìn)入人體建模模塊。該學(xué)科在發(fā)展過(guò)程中，逐步打破了各學(xué)科之間的界限，并有機(jī)地融合了各相關(guān)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)科。 在模型樹(shù)中點(diǎn)擊 Process，然后點(diǎn)擊圖標(biāo) ，打開(kāi) Process 的 PERT 圖，如圖 69所示。在 DOF Controls 框中，定義“零部件”零件的旋轉(zhuǎn)角度為 90度，步進(jìn)值設(shè)為默認(rèn)，然后點(diǎn)擊 Create Activity 按鈕，在模型樹(shù) Process 下添加一個(gè)動(dòng)作，如圖 64 所示。 圖 51 進(jìn)入路徑 39 圖 52 目錄瀏覽器對(duì)話框 “ ROBOLLB”，點(diǎn)擊 ABB，圖 52 所示對(duì)話框右側(cè)列表中會(huì)顯示 ABB 公司所有型號(hào)機(jī)器人，拖動(dòng)滑塊，尋找 IRB_1400 型，雙擊 IRB_1400，如圖 53 所示。 圖 43加入資源信息表 3． DPE 中設(shè)計(jì)好的工藝過(guò)程導(dǎo)入 DPM 通過(guò) PPR HUB 數(shù)據(jù)庫(kù)，將 DPE 中設(shè)計(jì)好的工藝過(guò)程導(dǎo)入 DPM 中進(jìn)行詳細(xì)的三 維的工藝驗(yàn)證和仿真。輸出生產(chǎn)成本，計(jì)算物流成本在生產(chǎn)成本中的比重，提出報(bào)告并分析原因。底盤線包含缸體、缸蓋、曲軸等的機(jī)械加工生產(chǎn)線，底盤裝配線，以及發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)線和設(shè)備。 29 圖 328 總裝結(jié)構(gòu)樹(shù) 在汽車底盤的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)底盤進(jìn)行虛擬裝配，可以滿足工程人員查看有關(guān)裝配問(wèn)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(guò)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(xì)的裝配流程，并將其應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，達(dá)到在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提高裝配精度的目的。在建模過(guò)程中，全部由用螺栓進(jìn)行擰緊，擰緊后的一個(gè)整體視為同一個(gè)零件，如圖 321為前橋整機(jī)裝配三維模型。檢查草圖，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。 圖 35拉伸參數(shù)選項(xiàng)卡 圖 35拉伸凹槽實(shí)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。利用驗(yàn)證的結(jié)果可分析出產(chǎn)品的可制造性、可達(dá)性、可拆卸性和可維護(hù)性。目前 2021 年上半年的統(tǒng)計(jì)三種車型的預(yù)測(cè)產(chǎn)量配比如表 1，但每天實(shí)際的車型配比會(huì)在這個(gè)預(yù)測(cè)值旁波動(dòng)。這些作業(yè)內(nèi)容中，從拿取卡子在車上進(jìn)行緊固到應(yīng)用工裝夾具安裝頂棚與發(fā)動(dòng)機(jī)等，都需要依賴線上工人完成 (目前機(jī)器人數(shù)量較少、普及率較低 )。 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。 本課題的應(yīng)用價(jià)值在于： １）完成裝配工藝規(guī)劃，工時(shí)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(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū) ３）實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)，車間級(jí)，班組級(jí)，直觀信息共享 ４）人機(jī)工程：工作姿態(tài)分析，抓取分析，疲勞評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) ５）平衡生產(chǎn)線生產(chǎn)仿真 ６）鼓勵(lì)設(shè)計(jì) /工藝方案的創(chuàng)新 ７）及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，確保設(shè)計(jì)的合理性 ８）調(diào)高供應(yīng)商應(yīng)對(duì)能力 ９）優(yōu)化物流方案 10)全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，提高企業(yè)整體運(yùn)作及全面最優(yōu)決策的效能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 數(shù)字化設(shè)計(jì)作為信息時(shí)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)重要的發(fā)展方向，也成為我們?cè)O(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)所在。它管理的是產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的全部數(shù)據(jù)。 1. 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì) (CAID)。我國(guó)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】 。數(shù)字化工廠不是簡(jiǎn)單的數(shù)字化和虛擬制造的延 伸，它更強(qiáng)調(diào)的是整個(gè)制造活動(dòng)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。但是，世界市場(chǎng)由過(guò)去傳統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定逐步演變成動(dòng)態(tài)多變的特征，由過(guò)去的局部競(jìng)爭(zhēng)演變成全球范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)；同行業(yè)之間、跨行業(yè)之間的相互滲透、相互競(jìng) 爭(zhēng)日益激。在數(shù)字仿形技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用 H794/93 EI、核磁共振等數(shù)字測(cè)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)零件幾何形狀的數(shù)字化然后通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理、表面建模、實(shí)體建模、后置處理等過(guò)程生成STL 文件 (或數(shù)控代碼 )，驅(qū)動(dòng)快速成型機(jī) (或數(shù)控機(jī)床 )加工出新零件。采用先進(jìn)制造 技術(shù)和先進(jìn)管理模式，實(shí)現(xiàn)信息化與工業(yè)化融合深度。數(shù)字化制造是制造業(yè)信息化發(fā)展的新階段，也是目前制造業(yè)的重要發(fā)展方向，如精密化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化等，無(wú)一不與數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。伽馬刀、電鏡—— 視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人等數(shù)字醫(yī)療設(shè)備擴(kuò)展了基于 視覺(jué)的數(shù)字測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了人體內(nèi)腔器官的數(shù)字化。為了適應(yīng)變化迅速的市場(chǎng)需求，為了提高競(jìng)爭(zhēng)力，現(xiàn)代的制造企業(yè)必須解決 TQCS難題，即以最快的上市速度 (TTime to Market)，最好的質(zhì)量 (Q— Quality)，最低的成本 (CCost)，最優(yōu)的服務(wù) (S— Service)來(lái)滿足不同顧客的需求。 從上述意義上講，數(shù)字化工廠是數(shù)字化制造與數(shù)字化管理技術(shù)的集成，它涵蓋了數(shù)字化產(chǎn)品建模、數(shù)字化加工、數(shù)字化裝配、數(shù)字化生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)線仿真和重組以及虛擬企業(yè)等概念。 數(shù)制造技術(shù)在交通類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，節(jié)約了產(chǎn)品研發(fā)的成本，提高了產(chǎn)品研發(fā)效率，給企業(yè)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)利益，而經(jīng)濟(jì)利益的增加為更高層次的產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)提供了有益的物質(zhì)補(bǔ)充。 CAID(Computer Aided Industrial Design)是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為輔助手段進(jìn)行產(chǎn)品的藝術(shù)化工業(yè)設(shè)計(jì)，主要是指對(duì)批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品的材料、外型、色彩、結(jié)構(gòu)、表面加工等方面的設(shè)計(jì)工作。工程技術(shù)人員根據(jù)市場(chǎng)需求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圖紙和編寫(xiě)的工 藝文檔僅僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)中的一部分。數(shù)字化制造技術(shù)的使用，不僅使設(shè)計(jì)師之間進(jìn)行有效的溝通，同時(shí)也使工藝工程師，車間一線員工的溝通更加方便，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題，并且使 9 問(wèn)題得到快速解決，提高 生產(chǎn)效益，同時(shí)可以講整車廠的零部件供應(yīng)商也納入這一體系，和諧關(guān)系，提高效率。 11)實(shí)施數(shù)字化制造 可以打破傳統(tǒng)的地域、時(shí)域的限制，通過(guò) Inter實(shí)現(xiàn)資源共享，變分散為集中，可實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、異地制造，從而使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能以快速、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場(chǎng)變化。在總裝線和分裝線上，目前 QOROS采用柔性輸送線輸送工件，并在線上配置自動(dòng)化裝配設(shè)備以提高效率。如果裝配工藝進(jìn)行重新規(guī)劃或調(diào)整，就需要準(zhǔn)確的大量作業(yè)數(shù)據(jù)作為決策支持，以使總裝作業(yè)不脫節(jié)、工人不冗余。 表 1 投產(chǎn)配比 序號(hào) 投產(chǎn)車型 2021年 4季度 2021年 1季度 平均配比 1 CF11 45% 55% 50% 2 CF14 30% 30% 30% 3 CF16 25% 15% 20% 轎車總裝流水線實(shí)際運(yùn)行過(guò)程復(fù)雜、繁瑣，需要考慮的因素還包括同一生產(chǎn)線上不同車型之間的比例、裝配工藝差別、現(xiàn)場(chǎng)條件的限制、整車測(cè)試和返修等，這些因素會(huì)對(duì)流水線的有效運(yùn)行產(chǎn)生不同影響。它真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)和 3 維工藝數(shù)據(jù)的同步。檢查草圖，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。 22 如圖 314 基本輪廓線 15. 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。 26 圖 321 前橋子裝配圖 1. 新建裝配文件 單擊新建文件圖標(biāo)，在新建文件類型時(shí)選擇 .CATProduct。另外，汽車底盤的虛擬裝配系統(tǒng)可以比較準(zhǔn)確地反映產(chǎn)品的物理性能，這樣，在汽車底盤開(kāi)發(fā)的初期就為工程人員提供了用于分析生產(chǎn)、裝配和評(píng)價(jià)的虛擬樣機(jī)，這樣便能大大地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免設(shè)計(jì)缺陷，同時(shí)因代替了實(shí)物樣機(jī)又可節(jié)省很大的開(kāi)銷。發(fā)動(dòng)機(jī)的制造質(zhì)量直接影響著汽車產(chǎn)品的性能水平和可靠性。 總裝車間數(shù)字工廠工藝流程分析 數(shù)字化工廠軟件具有自動(dòng)線平衡的功能，自動(dòng)線線平衡功能主要是根據(jù)之前對(duì)安裝零件的分析，利 用 pert圖搭接安裝的先后關(guān)系，將所有的操作平均分配到生產(chǎn)線，對(duì)于一些不涉及到裝配順序的零件，用來(lái)平衡時(shí)間關(guān)系，系統(tǒng)計(jì)算完成后，觀察每個(gè)工位的裝配工作，然后再將操作分配到人。在 DPM 軟件中主要完成的主要內(nèi)容包括： 1） 裝配順序的仿真利用已有的裝配工藝流程信息（ Process）、產(chǎn)品信息（ Product），資源信息（ Resource）在定義好每個(gè)零件的裝配路徑的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配過(guò)程和拆卸過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)仿真，從而發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中裝配順序設(shè)計(jì)的錯(cuò) 37 誤。 圖 53 選擇 IRB_1400型機(jī)器人 點(diǎn)擊繪圖區(qū)域中任意一點(diǎn)，機(jī)器人即顯示在繪圖區(qū)域中，如圖 54 所 示。 圖 63 Jog對(duì)話框 46 圖 64 添加一個(gè) Move Joint Activity 4. 創(chuàng)建一個(gè) Grab Activity。 圖 69 Process PERT Chart 在圖 610 中， Device Move Activity 和 Grab Activity 是并行的，如果希望這 49 兩個(gè)動(dòng)作變?yōu)榇校?Device Move Activity 處于 Grab Activity 前面，首先要?jiǎng)h去連接 Device Move Activity 和 Stop、 Start 和 Grab Activity 之間的箭頭，得到如圖 611 所示的狀態(tài)。人機(jī)工程學(xué)從人本身和系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究人的特性以及人機(jī)關(guān)系，為產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)提供相關(guān)的理論和方法。 圖 71 進(jìn)入人體建模路徑 點(diǎn)擊 圖標(biāo)，出現(xiàn)如圖 72所示新建人體對(duì)話框。 57 77 人體運(yùn)動(dòng)范圍 在仿真環(huán)境下