隨著 “工業(yè)4.0”的熱潮從德國涌向全球及“中國制造2025”的實施,制造企業(yè)競爭日趨激烈,人口紅利逐漸消失、產(chǎn)品復雜程度越來越高、消費者需求更加多元化等等是所有制造企業(yè)面臨的難題,在這樣的背景下,數(shù)字化工廠技術應運而生。數(shù)字化工廠是智能制造和工業(yè)4.0、中國制造2025實現(xiàn)的必由之路,數(shù)字化工廠是邁向智能工廠的基礎。
數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關數(shù)據(jù)為基礎,在計算機虛擬環(huán)境中,對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化,從根本上減少工藝開發(fā)時間,縮短產(chǎn)品上市周期,降低制造企業(yè)的成本,提高制造企業(yè)的市場競爭力;是現(xiàn)代數(shù)字化制造技術與計算機仿真技術的結(jié)合的產(chǎn)物,同時具有鮮明的特征,給基礎制造業(yè)注入了新的活力。
下面以重慶長安為例來介紹下,制造數(shù)字化驅(qū)使下,迪基透(簡稱DGT)實施的數(shù)字化工廠:
自2014年起,重慶長安汽車股份有限公司便提出由傳統(tǒng)工廠邁向智能工廠,全面實現(xiàn)長安工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目標,至今項目已經(jīng)進行到三期。
DGT作為國內(nèi)最具影響力的數(shù)字化工廠解決方案的供應商,為長安汽車提供基于西門子Tecnomatix平臺的數(shù)字化工廠解決方案已全面應用于汽車沖壓、焊接、涂裝、總裝這四大工藝中,應用范圍涉及到產(chǎn)品設計、生產(chǎn)規(guī)劃與生產(chǎn)執(zhí)行三大環(huán)節(jié),包括虛擬仿真、虛擬調(diào)試、虛擬現(xiàn)實、點云掃描等技術。
工藝規(guī)劃
在Process Designer的基礎上進行三維可視化工藝協(xié)同設計、流程管理、文檔管理、工藝/產(chǎn)品變更管理、資源管理等工作,顯著提高了工藝設計和工藝管理的效率和質(zhì)量,Process Designer的主要相關內(nèi)容有:
1、標準化建設:建立標準工藝庫、標準工時、資源庫(包括焊槍庫、機器人庫等)、客戶化標準定制等一系列標準,通過工藝知識的積累及傳承,實現(xiàn)標準化工廠的建設;
2、定制化開發(fā):在數(shù)字化工廠實施過程中,陸續(xù)開發(fā)了各種工具,如PDM系統(tǒng)集成接口、工藝規(guī)程批量轉(zhuǎn)換工具、工藝輸出文檔、焊點提取工具等,大幅提升了工藝人員的工作效率;
3、生產(chǎn)線布局:在虛擬環(huán)境中對生產(chǎn)線布局方案設計進行驗證,完善并優(yōu)化總體布局方案,縮短現(xiàn)場整改時間,節(jié)省大量后期改造費用;
4、其他模塊:通過線平衡分析、焊點自動分配、MTM工時分析等工具的使用縮短工藝規(guī)劃時間、提高工藝規(guī)劃質(zhì)量;
虛擬仿真
虛擬仿真是在Process Simulate軟件提供的三維虛擬環(huán)境中,對裝配過程、機器人、人機工程等進行規(guī)劃,通過仿真結(jié)果分析方案中存在的問題,并及時進行調(diào)整和優(yōu)化,減少生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)的更改,從而有效降低成本、縮短工期、提高效率。
裝配仿真:在虛擬環(huán)境中模擬裝配工藝過程,提前發(fā)現(xiàn)裝配過程中存在的干涉、裝配順序不合理等問題,優(yōu)化裝配工藝,提升裝配效率;
機器人仿真:在虛擬環(huán)境中,規(guī)劃機器人的運動軌跡,輸出可達、無干涉、滿足節(jié)拍要求等條件的機器人程序,大幅提高工藝規(guī)劃效率;
人機工程:通過模擬人工任務,優(yōu)化工廠作業(yè)區(qū)域的布局和驗證手工裝配的可行性,保證在工藝加工過程中工人的視野不被遮擋、作業(yè)空間方便工人操作、作業(yè)范圍在肢體可達到的范圍,還可以利用軟件中強大的分析工具對人體姿態(tài)、人體受力、能量消耗等人體工程學進行分析,避免工人受傷害的風險,創(chuàng)建符合人體工程學要求的人工任務。
虛擬調(diào)試
虛擬調(diào)試技術是汽車制造行業(yè)目前尖端的技術之一,它結(jié)合了前期3D建模,模擬,機器人離線調(diào)試,電氣調(diào)試等所有部分,在虛擬環(huán)境下進行集成,可以真實地體現(xiàn)集成時的所有情況。達到驗證檢查機器人邏輯和電氣程序的目的,極大節(jié)省現(xiàn)場調(diào)試時間。
虛擬調(diào)試是在連接仿真模型與物理的PLC、HMI和機器人等自動化設備的基礎上,實現(xiàn)控制邏輯與機械設備的虛實通信,對生產(chǎn)系統(tǒng)進行預調(diào)試;
目前,通過在多個項目中應用虛擬調(diào)試技術實現(xiàn)如下效益:
1、構(gòu)建、優(yōu)化虛擬集成工作流程,攻克多項虛擬集成技術難題;
2、制定多項數(shù)字化虛擬集成相關標準;
3、在集成前發(fā)現(xiàn)問題并解決,極大程度上解決了虛擬集成技術現(xiàn)場的集成隱患,節(jié)省現(xiàn)場調(diào)試時間近1/3。
虛擬現(xiàn)實
利用Process Simulate VR模塊功能,把VR技術與數(shù)字化仿真模型進行虛實互聯(lián),模擬虛擬現(xiàn)實分析的過程,可以為虛擬實現(xiàn)車間機器人及自動化設備等加載過程模擬研究,并通過虛擬現(xiàn)實眼鏡對場景進行分析和驗證。
通過虛擬現(xiàn)實技術在虛擬環(huán)境中可實現(xiàn):
1、控制三維動態(tài)仿真模型的運行,并對運行軌跡、可達性等進行分析;
2、對仿真模型的機器人及自動化設備進行移動、搬運等操作;
3、對仿真模型的機器人及自動化設備進行標注、測量、分析;
4、多角度、不同細節(jié)進行評審。
點云技術
結(jié)合Tecnomatix軟件可以將工廠激光掃描的點云和仿真技術緊密地融合,利用掃描設備將對象掃描成點云,可直接導入到Process Simulate中,從而更緊密地將顯示工廠與虛擬工廠結(jié)合,不斷地優(yōu)化和仿真確認得到最佳的工廠設計方案。
通過點云技術我們可以縮短傳統(tǒng)的資源建模時間和對資源位置、外形進行快速校準和響應,通過導入的點云數(shù)據(jù)PS可進行仿真驗證模擬,避免了由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)缺失或者不準確導致的重建數(shù)模而拉長周期和仿真源頭錯誤。
利用掃描技術能夠根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來規(guī)劃制造廠的布局,同時考慮工廠的結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有資源等,并避免出現(xiàn)問題,對工廠改造具有及其重要的作用。
結(jié)束語: 基于Tecnomatix平臺的數(shù)字化工廠解決方案提供了從工藝方案規(guī)劃到制造過程驗證的完整解決方案。
通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)生產(chǎn)線、裝配單元以及工藝過程的設計、規(guī)劃、方案驗證及詳細的設計和仿真、優(yōu)化,并保證信息及時更新、交流和共享。
數(shù)字化工廠技術會為未來制造行業(yè)帶來新的生命與活力。