某机电项目三维工艺装配仿真

1、项目立项情况

    （1）目的和意义

    随着近年来信息技术的快速发展，各个企业的信息化建设得到了快速发展。随着三维设计软件的逐步普及，产品的三维设计已成为主流，但是，与之相伴的却是落后的工艺规划过程。

    目前，在许多企业中，工艺规划仍然主要由工艺人员依据经验来进行。规划过程中，工艺人员对照产品部门提供的产品数据来编制生产工艺，使用的软件一般为产品设计软件CATIA、文档处理软件Office以及平面图软件AutoCAD等。在这样的工艺规划过程中，可能存在着许多的问题：

    1）对于产品更新响应不及时。工艺规划过程中，产品数据一般会出现多个版本的更新，这样，工艺人员看到的产品数据未必是最新的。即使是最新的产品数据，工艺人员利用传统手段也很难快速分析出哪些产品进行了变更。

    2）工艺卡繁多，工作任务繁重，更新困难。由于工序内容多，工艺卡数量较大，一个车间的工艺卡动辄几十甚至上百份，工艺人员工作任务繁重。而其中有很多重复的内容，浪费许多工作时间。为清楚描述工艺内容，一般工艺卡都需要在三维设计软件中截图并配合相关说明来描述工艺内容，但是，当产品数据更新时，图片无法更新，需要工艺人员重复进行截图等工作，重复劳动较多。

    3）工艺信息缺乏管理和整合，很难实现工艺重用。很多时候，由于工艺信息缺乏管理，工艺信息往往都在具体的工艺人员手中，难以整合。如果出现员工离职或退休等情况时，工艺信息经常丢失，给企业造成不必要的损失。另外，一般产品都具有延续性，往往两个同类或相似产品的工艺过程也是相似的，如果工艺信息缺乏整合，工艺重用也就无从谈起。

    4）缺乏有效的工艺验证手段。传统工艺规划过程中，工艺规划一般都依据工艺人员对产品数据的理解，进行工艺分解和资源规划，但是对于规划结果缺乏有效的验证手段。如零件的装配过程，装配过程中是否会发生干涉碰撞、工具是否合适，都无法确定。可能最后在现场实施过程中，才发现问题，造成巨大的人力物力浪费。

    这些问题成为企业信息化发展的短板，将严重制约企业信息化的发展，为了企业信息化的长远发展，必须尽快解决这些问题。

    针对传统规划手段存在的问题，达索系统公司推出了DELMIA数字化工艺规划解决方案。

    （2）项目目标

    某机电实施的数字化工厂平台最终将要覆盖康尼机电工艺的全部业务范围，包括机加工工艺、焊接工艺、固化工艺、总装工艺、油漆工艺、物流等。本着“整体规划、分步实施”的原则，我们建议分期实现数字化制造项目。

    （3）实施内容

    根据某机电门系统产品生产工艺，建立车间规划仿真数学模型，在数字化虚拟车间中动态模拟产品工艺、加工、物流等相关过程，对产线设计方案进行仿真验证与优化。

    针对智能制造车间钣金加工生产线、装配生产线及焊接生产线等系统待解决、验证和优化的问题，根据仿真目标，我们明确了主要仿真内容和范围。

2、3DEXPERIENCE® DELMIA软件典型模块功能介绍

    3DEXPERIENCE® DELMIA通过五大类的44个用户角色为十二个行业提供了数字化制造解决方案，当然这44个模块并不会完全适用于每一个行业，但是大多数模块具有很强的通用性。

图1 3DEXPERIENCE® DELMIA的五大分类

    本文根据达索系统在机电行业领域的行业解决方案-卓越建造所需，罗列支撑解决方案的DELMIA产品功能模块，并逐一详细介绍其功能特点。

    3DEXPERIENCE DELMIA施工仿真加角色组成：

图2 施工仿真加角色组成

3、项目实施情况

    （1）主要内容实施情况

    机构装配生产线主要实施内容：

    以一个前期试点项目为基点，基于达索系统3DEXPERIENCE的平台，利用DELMIA软件的标准功能，由仿真工程师带领康尼未来的三维工艺仿真工程师，开展三维工艺仿真的产品导航工作。

    当一个产品的物流仿真导航完成后，康尼三维工艺工程师可以正确并熟练的掌握DELMIA使用方法，进行后续新产品的物流仿真分析验证。逐步建立三维工艺库、仿真资源库、专业知识库，使得康尼未来的三维工艺仿真工程师将能独立完成后续新产品的三维工艺设计。

    项目实施

    根据企业工艺现状及未来的工艺规划要求，针对厂区工艺规划给出定制化的分析方法与思路。在完成数据搜集与分析过程之后，采用DELMIA仿真软件进行仿真实验。实现工艺仿真目标，出具工艺仿真报告。完成产品装配流水线、钣金、焊接的工艺优化分析，建立MBOM以及三维工艺路线，对产线进行线平衡分析，并出具报告。

    三维工艺仿真的工作流程图如下所示：

图3 三维工艺仿真的工作流程图

    1.设计数据全文检索

    数据库设计指对于一个给定的应用环境，确定最优的数据模型与处理模式以及数据库存贮结构与存取方式。

    全文检索就是对数据库中保存的全文进行检索，其检索词来源于全文。全文检索具有许多突出优点，其优异的检索性能已得到用户的普遍欢迎。

    2.三维工艺MBOM实现

    三维工艺Process Planner是一个适用于所有行业的通用模块，主要用于制造施工过程及计划的定义和管理。

    Process Planner提供了一些列工具用以创建和管理用于一个项目的产品，资源以及工艺流程（PPR）结构。初始的工艺计划能够迅速创建并通过利用产品模型快速验证。制造工艺或者说施工计划能够根据实际需求将其工步或工序与产品模型以及制造资源模型相关联。另外，还能够分析平衡资源之间的负载是否平衡。通过Process Planner定义的工艺计划或施工计划能够通过统一的数据平台被传递到下游应用。

    3.装配工艺路线创建

    具体到机电领域，Process Planner用于计划管理，功能分解，定义施工计划与流程，定义施工计划与施工对象以及施工设备之间的关联，分析资源利用率，同时工艺员能够分析标准操作工时。

    4.资源布局

    PlantLayout建立一个符合用户需求的工作环境，创建一个工作场所（工厂），并在该工作场所中进行设施布局，加入资源和产品，将资源和产品关联起来。

    5.3D Build-UP预览

    在设计结构化工艺过程中，展示模型三维风貌，直观清晰。

图4 模型三维风貌

    6.线平衡

    DELMIA生产线平衡，又称工序同期化，通过模型资源分配，以及调整生产线工序时间节拍，模拟与优化工站的单间作业时间等于生产节拍或整数倍关系。

    7.虚拟仿真

    虚拟仿真ProcessSimulation Analyst提供了在三维空间中产品装配可行性分析的能力。

    Process Simulation Analyst利用其强大的功能帮助发现潜在的装配问题。这些发现的结果能够直接与产品工程师或者工作设备工程师或者其他相关人员沟通。当决定发生变更，MAE能够便捷快速的响应更改。结合三维环境中的制造资源以及布局，装配生成过程能够被创建，分析并验证。

图5 完整仿真