長(zhǎng)安數(shù)字化工廠實(shí)施案例——DGT助力制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)

隨著 “工業(yè)4.0”的熱潮從德國(guó)涌向全球及“中國(guó)制造2025”的實(shí)施，制造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，人口紅利逐漸消失、產(chǎn)品復(fù)雜程度越來(lái)越高、消費(fèi)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(shù)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化工廠是智能制造和工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025實(shí)現(xiàn)的必由之路，數(shù)字化工廠是邁向智能工廠的基礎(chǔ)。

數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，從根本上減少工藝開(kāi)發(fā)時(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；是現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)具有鮮明的特征，給基礎(chǔ)制造業(yè)注入了新的活力。

下面我們將以重慶長(zhǎng)安為例來(lái)介紹下，制造數(shù)字化驅(qū)使下，DGT實(shí)施的數(shù)字化工廠：

自2014年起，重慶長(zhǎng)安汽車(chē)股份有限公司便提出由傳統(tǒng)工廠邁向智能工廠，全面實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)安工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目標(biāo)，至今項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行到三期。

DGT作為國(guó)內(nèi)最具影響力的數(shù)字化工廠解決方案的供應(yīng)商，為長(zhǎng)安汽車(chē)提供基于西門(mén)子Tecnomatix平臺(tái)的數(shù)字化工廠解決方案已全面應(yīng)用于汽車(chē)沖壓、焊接、涂裝、總裝這四大工藝中，應(yīng)用范圍涉及到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、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(shí)、點(diǎn)云掃描等技術(shù)。

工藝規(guī)劃

在Process Designer的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維可視化工藝協(xié)同設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)和工藝管理的效率和質(zhì)量，Process Designer的主要相關(guān)內(nèi)容有：

1、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)：建立標(biāo)準(zhǔn)工藝庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)、資源庫(kù)（包括焊槍庫(kù)、機(jī)器人庫(kù)等）、客戶化標(biāo)準(zhǔn)定制等一系列標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)工藝知識(shí)的積累及傳承，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工廠的建設(shè)；

2、定制化開(kāi)發(fā)：在數(shù)字化工廠實(shí)施過(guò)程中，陸續(xù)開(kāi)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(diǎn)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(duì)生產(chǎn)線布局方案設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，完善并優(yōu)化總體布局方案，縮短現(xiàn)場(chǎng)整改時(shí)間，節(jié)省大量后期改造費(fèi)用；
4、其他模塊：通過(guò)線平衡分析、焊點(diǎn)自動(dòng)分配、MTM工時(shí)分析等工具的使用縮短工藝規(guī)劃時(shí)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(duì)裝配過(guò)程、機(jī)器人、人機(jī)工程等進(jìn)行規(guī)劃，通過(guò)仿真結(jié)果分析方案中存在的問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)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(guò)程，提前發(fā)現(xiàn)裝配過(guò)程中存在的干涉、裝配順序不合理等問(wèn)題，優(yōu)化裝配工藝，提升裝配效率；

機(jī)器人仿真：在虛擬環(huán)境中，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，輸出可達(dá)、無(wú)干涉、滿足節(jié)拍要求等條件的機(jī)器人程序，大幅提高工藝規(guī)劃效率；

人機(jī)工程：通過(guò)模擬人工任務(wù)，優(yōu)化工廠作業(yè)區(qū)域的布局和驗(yàn)證手工裝配的可行性，保證在工藝加工過(guò)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(dá)到的范圍，還可以利用軟件中強(qiáng)大的分析工具對(duì)人體姿態(tài)、人體受力、能量消耗等人體工程學(xué)進(jìn)行分析，避免工人受傷害的風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)建符合人體工程學(xué)要求的人工任務(wù)。

虛擬調(diào)試

虛擬調(diào)試技術(shù)是汽車(chē)制造行業(yè)目前尖端的技術(shù)之一，它結(jié)合了前期3D建模，模擬，機(jī)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(jìn)行集成，可以真實(shí)地體現(xiàn)集成時(shí)的所有情況。達(dá)到驗(yàn)證檢查機(jī)器人邏輯和電氣程序的目的，極大節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。

虛擬調(diào)試是在連接仿真模型與物理的PLC、HMI和機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)控制邏輯與機(jī)械設(shè)備的虛實(shí)通信，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)調(diào)試；

目前，通過(guò)在多個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用虛擬調(diào)試技術(shù)實(shí)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(xiàng)虛擬集成技術(shù)難題；
2、制定多項(xiàng)數(shù)字化虛擬集成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；
3、在集成前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決，極大程度上解決了虛擬集成技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)的集成隱患，節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間近1/3。

虛擬現(xiàn)實(shí)

利用Process Simulate VR模塊功能，把VR技術(shù)與數(shù)字化仿真模型進(jìn)行虛實(shí)互聯(lián)，模擬虛擬現(xiàn)實(shí)分析的過(guò)程，可以為虛擬實(shí)現(xiàn)車(chē)間機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備等加載過(guò)程模擬研究，并通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬環(huán)境中可實(shí)現(xiàn)：

1、控制三維動(dòng)態(tài)仿真模型的運(yùn)行，并對(duì)運(yùn)行軌跡、可達(dá)性等進(jìn)行分析；
2、對(duì)仿真模型的機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)、搬運(yùn)等操作；
3、對(duì)仿真模型的機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行標(biāo)注、測(cè)量、分析；
4、多角度、不同細(xì)節(jié)進(jìn)行評(píng)審。

點(diǎn)云技術(shù)

結(jié)合Tecnomatix軟件可以將工廠激光掃描的點(diǎn)云和仿真技術(shù)緊密地融合，利用掃描設(shè)備將對(duì)象掃描成點(diǎn)云，可直接導(dǎo)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(rèn)得到最佳的工廠設(shè)計(jì)方案。

通過(guò)點(diǎn)云技術(shù)我們可以縮短傳統(tǒng)的資源建模時(shí)間和對(duì)資源位置、外形進(jìn)行快速校準(zhǔn)和響應(yīng)，通過(guò)導(dǎo)入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)PS可進(jìn)行仿真驗(yàn)證模擬，避免了由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)缺失或者不準(zhǔn)確導(dǎo)致的重建數(shù)模而拉長(zhǎng)周期和仿真源頭錯(cuò)誤。

利用掃描技術(shù)能夠根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來(lái)規(guī)劃制造廠的布局，同時(shí)考慮工廠的結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有資源等，并避免出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)工廠改造具有及其重要的作用。

結(jié)束語(yǔ)： 基于Tecnomatix平臺(tái)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(guò)程驗(yàn)證的完整解決方案。
通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線、裝配單元以及工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)、規(guī)劃、方案驗(yàn)證及詳細(xì)的設(shè)計(jì)和仿真、優(yōu)化，并保證信息及時(shí)更新、交流和共享。
數(shù)字化工廠技術(shù)會(huì)為未來(lái)制造行業(yè)帶來(lái)新的生命與活力。