数字化技术的应用意义
数字化工厂系统可以通过虚拟环境进行焊装线规划、建模、布置、设备选型及仿真验证等，将实际制造过程在虚拟环境中“展现”，缩短新产品投放时间，优化生产线的设计，提高生产制造能力。应用数字化工厂技术，通过搭建3D数字化模型实现焊装线的虚拟仿真，具有以下五点意义。
工艺规划的信息管理 利用软件平台建立完整的规划及制造工艺信息平台，方便信息查询。比如针对某一焊点，快速查询与此相关的零件、焊钳、操作工位、夹具等，并可分析焊接操作的时间及成本。
工艺设计及工艺流程设计 可编制工艺流程PERT图、Gantt图，工位布局3D设计，并进行工艺检查，工艺规划的各种文件输出，工位布局、节拍表、工时分析等。
工艺规划的详细工程分析和工艺验证 进行工艺方案验证、焊接可达性验证、焊钳及机器人初选型，提高了工艺规划的质量，对现有的好的工艺经验进行重复利用、在项目的早期阶段对存在的隐患进行检查和优化。
减少了项目投资成本 避免了错误投资，检查资源设备的利用效率，优化焊接路径。
减少项目周期时间 将错误和风险降低到最小，通过实现并行工程来在项目早期阶段发现工程失误。
白车身焊装线工艺规划
1.工艺规划流程
（1）制造特征建模 工艺规划是以制造建模为基础，进行产品库、资源库和工艺库的创建。通过PD将制造特征的产品信息、资源数据、工艺操作进行统一定义，并将完成的数据以树状排列的形式添加到各树上（产品树、资源树及操作树）。
1）项目结构创建。新建项目节点，在项目节点下建立产品树、资源树及操作树。如图2所示，标准操作库可以在新建项目节点下自行创建，也可以根据不同的项目类型进行导入。右键各操作属性，可显示操作的描述、时间等信息，在工艺设计过程中可以重复调用。工艺数据库都是以树状形式归类，可快速浏览或查找。
2）资源数据导入。资源数据包括产品资源、设备资源以及焊点信息。产品库是存放机器人焊接时所需要的产品数据，资源库主要是生产线上所用到的工艺装备（机器人、焊机、焊钳、夹具、上件台及输送系统等）。如图3所示，工艺库是焊接产品时所用到的标准工艺操作（夹具打开、转台转动、机器人装卸件、滑台滑动及点焊等）。将本项目中需要的资源导入到PD环境下，便于后续规划操作的调用，以及焊点信息与零件、操作的关联。
（2）工艺信息建模 将产品、资源及操作和制造信息进行关联。根据工艺布局，将产品、资源、操作及制造信息分配到各工位里，形成树（操作树和资源树）的形式，建模内容如下。
1）建立生产线模型。根据焊装线结构，在工艺文件夹Process下创建用于工艺描述的操作树及资源树。对焊装线建模一般遵循自上而下的顺序，即“车间→生产线→区域→工位”逐层细化。各工位根据各自属性进行编号，在各自节点下进行操作的定义，以及资源的分配。
以Pr为前的对象都是成对的，如图4所示，自动建立关联关系，蓝色的为资源，红色的为操作。
焊装线各工位创建完之后，定义工位之间的工艺流程。图5所示为主焊线的Pert图，图中的矩形表示主焊线各工位，工位之间流程用箭头连接，指向各工位的箭头上的零件为该工位的加工对象。
2）工艺信息分配。在建立完生产线模型并确定资源树和操作树结构后，需要对设备资源进行分配，同时对工位进行工艺设计。主焊线MB020工艺信息分配如图6所示，左侧是将资源添加到各工位资源树中；右侧是在各工位操作树下，根据工艺操作流程，创建出的操作信息；中间为工位的3D视图。
3）工艺数据关联。在PD中的工艺数据不是独立存在的，与其他数据存在关联。工艺数据关联是将工艺数据（如焊点信息、包边信息及涂胶信息）和产品、操作、工位的关联，如将焊点分配到产品、焊点分配到工位、焊点分配到操作。打开资源库Load待分配的焊点，Add Root相关联的产品，可显示焊点及产品数模。
（3）工时节拍分析 对工位的每一个操作步骤进行MTM工时定义，可以用Gantt图来表示工艺操作与时间线的流程，进行工时分析。Gantt图提供了沿操作周期线的操作和资源的图形化表示，每一个操作的图条代表时间，可以进行操作时间值的修改以及两操作之间的flows，规划和平衡每个工位或单元的负荷。选中工位节点右键-Gantt Viewer，打开操作Gantt图，如图7所示。
焊装工位过程仿真
1.工艺仿真流程
机器人自动化工位仿真基本流程为：根据PD工艺规划将各工位的资源和工艺建立完成并导入仿真环境，然后对各工位焊点进行投影，结合产品结构及焊点搭接状态进行焊钳初选型。之后进行焊钳干涉性分析、焊接路径规划及可达性验证等模拟工作，根据分析结果判定是否可行，不可行则进行工艺重新分析，并修订方案。基本仿真技术方案如图9所示。
2. 基于PS的焊装线工艺仿真
焊点投影及焊钳选型 在PD模块分配至操作的焊点需要转化为PS模块中焊点坐标，已便于焊钳仿真模拟。焊点投影完成后进行焊钳选型，PS模块中配置焊钳选型工具，从已有的焊钳库中进行焊钳初步选型。 方案及布局优化 在3D资源布置中仅仅是将机器人资源加载进来，根据初步的平面布置图进行机器人位置摆放，未考虑机器人安装焊钳之后所有焊点的可达性，因此机器人空间位置需要做优化调整。通过机器人布局优化（见图10），可以获得机器人空间布局、底座高度，为后续施工提供位置依据。 机器人仿真验证 机器人的仿真验证主要进行机器人运行过程的干涉情况进行分析，保证生产过程中的正确性、合理性。机器人运行过程6轴运行状态是否超限；机器人与周围外设是否干涉、安全距离是否足够；焊钳与板件之间焊钳与夹具之前是否存在干涉等。PS软件提供干涉检查功能，如图11所示，点击“View→Viewers→Collision Viewer”即可打开干涉检查菜单。
进行完干涉检查设置并正确使用后，当出现干涉，即会出现变黄或变红的报警，如图12所示。
结 语
基于PD平台进行工艺规划，构建焊装线工艺模型，完成3D资源布局，使得工艺规划更规范、快速、准确，更好地进行信息的维护管理，后期进行产品拓展时可以快速的查找和导入。基于PS平台下进行焊钳选型，指导焊钳的设计；利用Smart place功能进行机器人布置，确定机器人站位，指导现场的安装调试。通过对机器人的焊接路径规划，对仿真结果进行分析，验证了规划方案的合理性，为优化设计提供了依据。通过模拟仿真验证，实现了设计和产生的同步，缩短了项目开发周期，降低了开发风险，有利于对于项目的风险和周期控制。
本文已在《汽车工艺师》杂志 2024 年 第12期 “数字化工厂” 栏目 P48-P52发表。
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