车身焊装数字化--eM-planner系统在焊装车身规划及制造过程中的应用

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欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 以eM-planer为代表的eMPower数字化规划系统是对传统规划模式及制造业的革命，它是根据虚拟制造的原理，利用计算机技术和网络技术，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、仿真等功能，达到缩短新产品的上市时间、降低成本、优化设计、提高生产效率和产品质量的目的。 随着全球化竞争的加剧，一汽大众汽车有限公司(以下简称一汽大众)为了缩短产品的上市时间、提高规划、设计及制造质量，在2003年率先使用开发了具有自身特色的eM-Power数字化规划系统，它囊括了对真实制造世界的对象和活动的数据管理、建模与仿真等研究的各个方面。 之前一汽大众的焊装工艺及其它工艺在策划阶段，基本上以人工手段为主。所有的策划过程如工艺规划、工时分析、工位布局、生产线行为分析、物流性能分析、工程成本分析基于经验测算、经验分析；焊点管理、工程图解、产品配置管理、产品变更管理等都基于人工管理修改,很难实现快速策划、同步完成。 为此一汽大众继德国大众之后开发建立数字化规划系统，并率先将eM-Power数字化规划系统首次应用到白车身的规划及制造中。 eM-Power数字化规划系统原理、组成与特点 1、eM-Power数字化规划系统原理 以eM-planner为主体的eM-Power数字化规划系统，可以提供一个完整工厂从生产线、加工单元到工序操作的所有层次进行数据管理、虚拟设计、物流仿真和优化的集成的计算机环境。可以实现工装设备平面布置、 投资分析、规划前期及设计后期模拟、PLC模拟等诸多工作。实现了规划制造过程的可视化、系统化和智能化。通过eM-Planner数据管理平台，将工装数据库BIB、操作资源库、平面布置系统（HLS LAYOUT）、3D数据仿真系统eM-engineer、产品数据库系统等诸多系统有机的结合在一起，实现了对工艺规划与制造过程的虚拟仿真。 2. eM-Power数字化规划系统组成 □ eM-Power系统特点 eM-Power主要包括如下组件：eM-Planner、eM-Engineer、eM-Plant、eM-Workplace和eM-PLC。 通过接口与平面布置系统Microstation、产品ES表、产品数据库系统、产品设计系统catia相连接。 eM-Planner是“数字化工厂”虚拟制造技术重要的数据管理平台模块。把产品数据、制造资源、工序操作和制造特征联系起来，综合利用各种工具实现工艺过程优化的目的。 □ 大众eM-Power数字化规划系统特点 一汽大众eM-Power数字化系统与已应用的其他系统如：ES表, KVS系统, HLS lay-out、catiaV5系统等，进行了很好的系统集成，并在此基础上开发了诸多接口及模块，实现了诸多系统的数据格式的转换与数据通信。 eM-Power通过如下的系统予以支持并实现相应的功能（图1）。eM-Power系统作为焊装数字化规划系统的核心，处于主导地位，其中由eM-planner和eM-engineer集成的Process design系统更是处于中心和枢纽作用。它将其他相关联的系统结合为一个有机而高效的大系统，以便能够进行方便快捷的焊装数字化的规划工作。 焊装数字化规划系统eM-planner系统具有其自身的特点，通过与产品数据管理系统KVS的有效连接，使得eM-planner系统中产品树的生成可以由ES表通过KATE的有效处理可一次完成。 在白车身规划的不同阶段，eM-planner数字化规划系统的处理功能不同，图2反映了一汽大众数字化规划系统相应模块在不同阶段的作用。 一汽大众白车身数字化规划应用流程 1、焊装资源库的建立 一汽大众根据自身发展的要求，建立了自己的焊装工装资源库和操作资源库，这是完成下一步工作的前提和基础。有了资源库，才能进行工位的2D和3D布局，才能进行焊装投资分析，才能进行焊接的模拟与仿真。每一个工装设备都由一个所谓的.CO格式数据构成一个，其下又由多个文件组成。每个.CO数据都进行了机构定义，具有同实物一样的自由度。以人的.CO数据为例，它包含了62个关节，可以实现一个人的模拟仿真以及人机工程学方面的仿真工作（图3a）。 焊装操作资源库汇集了几乎所有的与焊接有关操作的操作资源，这些数据来源于对以往项目的分析整理而形成了可以知道规划和生产的经验数据。制定操作流程时，通过已有项目模版或直接从操作资源库中拖取就可以形成新项目的工艺流程（图3b）。 以人的有无重物行走为例，无重物行走时，人直线行走1m所需要的时间为1s；而有物行走时，所需要的时间为1.5s。通过所有这样动作的叠加，可以得出一个工位中所有动作的时间总和，为提供MTM奠定了基础。在eM-engineer环境下的初步仿真，各个动作的时间依据为操作资源库中所提供的标准时间。当然，这个时间可以修改。 2、项目结构的建立 项目的结构可以参照以往的项目进行，利用原有的数字化规划数据模版，这样可以大大减少工艺规划工作的任务量。通过以往项目的.ppj(或.ppd及.xmL)格式文件导入，根据新项目的特点稍加修改即可以完成。 项目结构中通常包括项目的整体工艺布局（prplant）、每条线中的产品结构、新项目所用资源库、每条线的工艺布局（resourcen prozesse ）、robcad仿真结构studien以及必要的电器资源库等等（图4）。 3、生产线结构定义 结合白车身解决方案和一汽大众项目的实际情况,以下通过某一具体项目，描述一汽大众一个典型的白车身具体工作的主要流程。 按照这一流程，可以实现一个新的项目从工艺规划－成本分析－制造－调试的全过程3D数字化虚拟仿真。 通常的情况下，可以在设计部门还未提供原始的3D数据和产品结构之前就可以创建基本符合实际的焊装线模型，并进行初步的工艺分析。工艺规划人员通过使用eM-Planner模块建立初始的生产线结构，并利用资源库定义工位的内容和操作内容，实现生产线的工艺布局。这可以通过已有项目数据化模版稍加修改后生成。 工艺规划人员也可以利用各项目之间显著的相通特性，在前一个项目完成之后再次使用此项目作为当前阶段开始的资源。当建立第一个模版之后，我们就可以在此基础上对其进行进一步的修改以完成新的生产线的规划。利用已有模版和资源库，可以迅速完成工位4100的工装资源的定义和操作流程的定义。 4、定义生产线工位内容 使用PERT图可以直观地实现工序布置，细化工位间及工位内部的工艺流程情况。它会给出工艺的具体分布与流程、工序的内容以及完成该工序所需要的时间等。工序的流向通过箭头表示出来。 现在我们需要确定这条线上每个工位上的资源，这可以在工位布局时进行这些工作。一般我们是在2D布局环境下确定工装在工位中的具体位置。2D和3D数据一一对应，2D数据可以通过3D浏览器直接查看数据的3D布局；同样3D布局可以通过microstation输出2D平面图（图5 ）。 由于使用eM-Server作为主要数据库，所以我们可以在eM-Planner环境下嵌入2D布局的系统以便于对工位进行资源布局。因此，在资源树中互相关联的对象之间可以自动创建和更新其位置信息，并把这些坐标储存在eMServer里。通过操作树流程，可以输出用于指导设备调试和生产的工艺卡和MTM图表。 根据一汽大众规定的工作重点确定研究的内容，一汽大众将选取那些需要检验、改进和优化的工序进行研究。在分析中，使用eM-Engineer对工作单元进行详细设计、焊接工艺优化，包括对碰撞冲突的研究和对到达能力的研究。通过以上的检验，可以判断出选择的焊接设备是否合适、夹具放置的位置是否合理以及焊钳的自动选择。 通过一汽大众专用模块，可以将某一车型的产品数据导入项目结构中，它具有与产品结构完全一致的结构关系，其数据可以根据需要随意调用，并可以通过3D浏览器加以观察。通过调用焊点库中的数据，可以在产品种给出焊点的布局，以便进行焊钳的自动选择和焊接干涉性检查（图6）。焊接初步仿真可以通过打开eM-engineer模块进行处理。 5、生产线及机器人复杂工位仿真 在这一阶段根据一汽大众规定的工作重点确定研究的内容，一汽大众将选取那些需要检验、改进和优化的工序进行研究。在分析中，使用eM-Engineer对工作单元进行详细设计、焊接工艺优化，包括对碰撞冲突的研究和对到达能力的研究。通过以上的检验，可以判断出选择的焊接设备是否合适、夹具放置的位置是否合理以及焊钳的自动选择。设计完成以后，通过robcad精密仿真，可以进一步确定工装夹具、机器人以及焊钳与产品的干涉性与可达性。如果仿真没有问题，则可以将机器人的仿真结果输出，通过接口输入实体机器人控制器中，现场调试仅需要微调即可，这样势必大大缩短了现场安装调试所需要的时间。 6、投资分析 由Process design所管理的成本分析系统可以快捷而有效的自动统计焊装线在规划过程的各个阶段工位中每个部件、每个工位、每条线、以至于整个焊装线的投资分析，这些数据可以快速生成，其准确程度是人力所不能及的。 一汽大众数字化规划系统在某车型投资分析及招投标过程中在国内率先运用了该系统，图7为eM-planner环境下的工装、工位、生产线投资列表，在工装设备调整过程中，其成本分析系统自动更新，输出与其相对应的数据。同时可以看出：对于工位中的每一个部件，都会根据以往的投资数据给出一个准确的数值，系统会自动生成该工位的所有工装投资和所在生产线的所有工装投资。由于投资分析的准确性，对于供应商的报价，起到了极好的监控作用。 结论 eM-power数字化规划系统是按照虚拟制造的原理开发的系统，它为企业规划制造的数字化提供了从设计、工艺、制造、装配、分析等全过程的仿真，是企业实现虚拟制造的强有力的工具。 eM-power数字化规划系统其本质是以新产品及其制造系统的全局最优化为目标,以计算机支持的仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模。在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品未来制造全过程及其对工装设计的影响，预测产品制造成本、产品的可制造性等等。 一汽大众eM-power数字化规划系统继承了德国大众数字化规划系统的结构及规划流程，共享了德国大众的数字化规划系统已经积累的丰富的资源，为一汽大众数字化规划系统的发展提供了坚实的平台基础，使一汽大众白车身规划工作发生了质的飞跃。(end)

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