0 引言

    近年來(lái)，汽車(chē)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，客戶(hù)對(duì)于汽車(chē)的要求也不斷提高；面對(duì)著目前汽車(chē)產(chǎn)品車(chē)型周期短，市場(chǎng)變化快的情況，高精度高、高柔性化的汽車(chē)混合焊裝線(xiàn)已成為車(chē)身焊接技術(shù)的發(fā)展方向。

    在汽車(chē)白車(chē)身的焊裝前期工藝規(guī)劃與仿真過(guò)程中，WorkSpace、Robcad、IGRIP以及DELMIA等仿真分析軟件在白車(chē)身焊裝領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中Dassault System公司系列軟件DELMIA以基于物理的虛擬設(shè)計(jì)與制造及機(jī)器人等模塊表現(xiàn)最為優(yōu)異。

    結(jié)合白車(chē)身自動(dòng)線(xiàn)工藝規(guī)劃的特點(diǎn)，本文采用DELMIA的虛擬仿真技術(shù)，對(duì)白車(chē)身焊裝線(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)行工藝規(guī)劃和仿真驗(yàn)證。

1 數(shù)模轉(zhuǎn)換及工作站的建立

    根據(jù)確定的仿真流程，首先要將設(shè)計(jì)完成的白車(chē)身、輸送裝置、夾具與相關(guān)工裝設(shè)備的數(shù)模導(dǎo)入DELMIA中。DELMIA具有UG、CATIA等常用三維軟件的數(shù)據(jù)接口，也有IGES等通用數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換接口，通過(guò)接口，可以將三維數(shù)模導(dǎo)人到DELMIA環(huán)境，保證了仿真設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用的統(tǒng)一性。

    機(jī)器人數(shù)量依據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)節(jié)拍和工作站工作數(shù)量確定以后，根據(jù)適用性和經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行選型。不同品牌的機(jī)器人在負(fù)載和工作范圍方面均有差異，因此需要進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證之后導(dǎo)人仿真工位中。

    將設(shè)計(jì)完成的白車(chē)身、輸送裝置、夾具與相關(guān)工裝導(dǎo)入DEMIA中，（所有模型的導(dǎo)入均以車(chē)身坐標(biāo)系的原點(diǎn)為參考點(diǎn)）依據(jù)設(shè)計(jì)好的二維布局圖進(jìn)行大致的布局，建立工作站。圖1為初步建立的某工位點(diǎn)焊工作站。

圖1 基于DELMIA的仿真工位建立

2 工位的仿真驗(yàn)證

    2.1 焊點(diǎn)導(dǎo)入

    工位模型建立之后，要將焊點(diǎn)導(dǎo)入并進(jìn)行分配。進(jìn)入DELMIA的Workcell Sequencing模塊，通過(guò)Import Io Info調(diào)入焊點(diǎn)信息，焊點(diǎn)信息格式如圖2。機(jī)器人工位任務(wù)分配，應(yīng)根據(jù)節(jié)拍的要求來(lái)合理的分配焊點(diǎn)，使得機(jī)器人工作量達(dá)到平衡。

圖2 某工位焊點(diǎn)信息文件

    2.2 概念焊槍的設(shè)計(jì)

    焊槍是焊裝線(xiàn)中最重要的焊接設(shè)備，焊鉗與焊接夾具、工位中焊接資源之間的仿真驗(yàn)證對(duì)焊裝設(shè)計(jì)非常重要。

    根據(jù)分配后的焊點(diǎn)初步確立焊槍類(lèi)型（C型槍和X型槍?zhuān)�，在DELMIA示教模塊中綜合考慮每一種車(chē)型的焊點(diǎn)，最終確定焊槍參數(shù)（喉深、喉寬、大小開(kāi)行程、上下電極臂的長(zhǎng)度）及焊槍安裝法蘭的形式，同時(shí)在保證焊接時(shí)不出現(xiàn)干涉的前提下，應(yīng)盡量的減少焊槍的尺寸，以便減少機(jī)器人的負(fù)載。圖3是概念焊鉗設(shè)計(jì)效果圖，圖中可以看出焊點(diǎn)所在的板件剖切面集合與焊槍中心剖切型面組合驗(yàn)證焊槍的通過(guò)性。

圖3 焊點(diǎn)斷面圖及焊槍形狀的驗(yàn)證

    2.3 機(jī)器人的布局

    將焊槍安裝到機(jī)器人上，使用Auto Place功能，通過(guò)Selected Groups選擇機(jī)器人任務(wù)包含所有焊點(diǎn)的Tag Croup，驗(yàn)證可達(dá)的焊點(diǎn)，在確保所有焊點(diǎn)可達(dá)的情況下，選擇機(jī)器人的站位點(diǎn)，然后依據(jù)后續(xù)仿真工作調(diào)整機(jī)器人，確定出最佳站位。機(jī)器人位置點(diǎn)和可達(dá)區(qū)域如圖4、圖5所示。這樣前期的工作的可靠性很高，不會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人和工件位置的不合理而造成焊點(diǎn)不可達(dá)的現(xiàn)象。

圖4 工位機(jī)器人位置點(diǎn)計(jì)算

圖5 機(jī)器人可達(dá)區(qū)域位置

    2.4 焊接路徑的優(yōu)化

    在點(diǎn)焊工作站中，一臺(tái)機(jī)器人的焊點(diǎn)很少集中在同一區(qū)域，通常需要變換幾種姿態(tài)才能完成焊接工作。因此，應(yīng)使機(jī)器人在盡量少的姿態(tài)下完成預(yù)定工作，同時(shí)又能在焊接過(guò)程中避開(kāi)與相鄰機(jī)器人的干涉。

    在Device Task Definition模塊中，使用Teach a Device就可以對(duì)路徑進(jìn)行仿真優(yōu)化，在仿真運(yùn)行的同時(shí)，需要效驗(yàn)每個(gè)焊點(diǎn)處機(jī)器人的六軸姿態(tài)是否合適，確保機(jī)器人各關(guān)節(jié)正常、順暢，如圖6所示。在DELMIA中可以直觀(guān)的了解工作站中各個(gè)機(jī)器人的焊接位置，從而安排焊接先后順序，避免兩臺(tái)機(jī)器人同時(shí)出現(xiàn)在同一區(qū)域，造成互相等待耽誤節(jié)拍。

圖6 焊接路徑仿真（左邊是仿真按鈕右是機(jī)器人六軸狀態(tài)）

    2.5 干涉分析

    在機(jī)器人焊接過(guò)程中需要分析焊接機(jī)器人、車(chē)身數(shù)模、焊裝夾具與焊槍之間是否發(fā)生干涉現(xiàn)象，對(duì)于焊槍可以通過(guò)對(duì)焊點(diǎn)處斷面圖來(lái)進(jìn)行分析（如上圖3所示）。

    在點(diǎn)焊工作站中，通常會(huì)有4臺(tái)甚至是更多臺(tái)機(jī)器人，在工作時(shí)機(jī)器人之間相互干涉是很難避免的，因此需要干涉區(qū)。如圖7，機(jī)器人1和機(jī)器人2同時(shí)進(jìn)行B柱焊接時(shí)，機(jī)器人之間會(huì)發(fā)生干涉。通過(guò)路徑優(yōu)化，使機(jī)器人2先通過(guò)干涉區(qū)，這樣兩臺(tái)機(jī)器人同時(shí)工作時(shí)就不會(huì)發(fā)生干涉。但是當(dāng)機(jī)器人2在干涉區(qū)工作時(shí)發(fā)生故障停留在干涉區(qū)，后進(jìn)入干涉區(qū)的機(jī)器人就會(huì)與其發(fā)生碰撞。因此機(jī)器人之間的安全性就需要干涉區(qū)的設(shè)置來(lái)保障。例如在側(cè)圍點(diǎn)焊工作站，機(jī)器人較多，焊點(diǎn)分布較廣，同時(shí)又不能通過(guò)路徑的優(yōu)化來(lái)避免干涉，這種情況下干涉區(qū)的設(shè)置是必不可少的環(huán)節(jié)。

圖7 機(jī)器人干涉區(qū)的設(shè)置

3 三維工廠(chǎng)的建立

    依據(jù)DELMIA進(jìn)行的仿真工藝規(guī)劃，利用PLAYT LAYOUT模塊生成焊接三維工廠(chǎng)。從整體空間上把握焊裝生產(chǎn)線(xiàn)的布局，提高工藝規(guī)劃的合理性。圖8是某項(xiàng)目前后蓋的二維布局圖，圖9是某項(xiàng)目前后蓋的三維布局圖。

圖8 某項(xiàng)目前后蓋二維布局圖

圖9 某項(xiàng)目前后蓋三維布局圖

4 離線(xiàn)編程

    目前機(jī)器人的編程可分為示教編程和離線(xiàn)編程兩種方式。離線(xiàn)編程技術(shù)的一大特點(diǎn)是在離線(xiàn)的情況下，生成機(jī)器人程序。在DELMIA中Robot Offline Programming模塊可實(shí)現(xiàn)離線(xiàn)編程，編程前需要安裝java 2 SDK 1.4.2或更高的版本的軟件。相比較示教編程，離線(xiàn)編程具有如下優(yōu)點(diǎn)：

    (1)減少機(jī)器人不工作的時(shí)間。

    (2)使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境。

    (3)便于修改機(jī)器人的程序。

    (4)可結(jié)合相關(guān)人工智能技術(shù)提高編程效率。

    (5)預(yù)測(cè)生產(chǎn)節(jié)拍是否滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

    離線(xiàn)編程中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)間、焊接時(shí)間、運(yùn)動(dòng)軌跡等都是虛擬的，與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況有一定的偏差，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)示教反饋，反過(guò)來(lái)修改仿真中的參數(shù)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)示教經(jīng)驗(yàn)，對(duì)仿真軌跡進(jìn)行修改和優(yōu)化，從而使離線(xiàn)編程更好的指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)示教調(diào)試。

    如下程序?yàn)槟滁c(diǎn)焊工作站機(jī)器人部分程序：

5 結(jié)束語(yǔ)

    本文基于DELMIA軟件對(duì)焊裝線(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)行了前期的工藝規(guī)劃和仿真驗(yàn)證。

    (1)實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)和焊點(diǎn)信息的管理；

    (2)充分模擬現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)場(chǎng)景，消除動(dòng)靜態(tài)干涉，提高規(guī)劃的合理性；

    (3)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段較早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更正，提高設(shè)計(jì)效率和較低生產(chǎn)成本；

    (4)離線(xiàn)編程能夠輔助現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，降低現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員的工作量，提高調(diào)試效率。

    通過(guò)DELMIA軟件平臺(tái)將焊裝工藝規(guī)劃、焊裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊裝仿真系統(tǒng)集成于一體，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化工廠(chǎng)的建立。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

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