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数字化制造-连接设计与制造的桥梁(四)

2016年08月22日 14:57

 四川虹信软件股份有限公司—智能制造事业部总经理 张怡飞

工厂设计与优化

    产品的工艺规划和工艺设计与车间工厂布局、生产准备、工装设备都有着非常紧密的联系。一个设计合理的工艺规划和工艺设计,不仅可以提高产品的加工效率和质量,还可以降低物料在车间的运输距离、减少等待时间、降低线边库在制品数量及其占用的空间等。对生产产品的物流在车间工厂内的流动状态进行模拟,可以分析出产能瓶颈,还可以验证工艺规划的合理性以及给车间工厂物流带来的影响,以便在实际生产加工之前就规划出更为合理的工艺路线和车间工厂物流路线。

工厂设计与优化技术主要应用和关键功能体现在:

1、 提供3D工厂设计工具进行快速的工厂设计布局,能够非常简便的进行工厂2D/3D布局设计,提供数百个工厂设备参数化智能模型对象,如车间工厂常用的货架、工作台、隔断、通用设备、机械手等,同时可进行客户化设备和对象建模;

2、 能够进行工厂物流仿真与评估分析,根据工厂布局,设立物流的流动状态以及车间工厂各个设备、机器、工装的运作时间和规律,对物料运输路线信息、物料存储需求、物料搬运设备规格和物料包装信息进行评估和分析,优化车间工厂布局,帮助工艺人员对工艺规划进行优化;

3、 能够进行产能仿真与评估分析,将工厂布局与离散事件仿真结合,对多个生产方案量化比较,从而对生产节拍、产能瓶颈进行检查分析并消除,找出最经济或产量最优的生产方案。

工厂设计与优化技术帮助企业带来的主要收益体现在:

1、 提高工厂布局的可视化及真实性,具有实际工程意义,与典型二维方法相比,减少工厂设计时间;

2、 在工厂施工或生产开始前,提前发现工厂设计、物流、生产等缺陷,提前进行产能评估、分析和优化,避免成本与时间的浪费和损失,保证实际生产性能;

3、 提高现有设备资产重用率,优化资源利用率和物流;

4、 通过帮助企业制定优化的生产策略,减少库存和生产周期时间,提高现有生产系统的生产效率。


图一

人体仿真和人机工程学

目前,生产制造的大部分工序还离不开人工的干预和操作,在许多复杂的装配制造领域(例如航空航天、船舶、汽车等),由于工艺、工序和空间的限制,部分工序还是需要人工去完成,这个时候人的能力(包括技能、体力、身材等)就成为完成该工序的一个关键因素。同时,智能制造并不是去人化,而是强调人与机器的结合,人在智能制造中仍然是核心,并且,今天的制造企业也是越来越重视企业的社会责任,对现场的操作人员必须尽到安全保护的义务,因此在工艺规划设计的时候,必须要考虑生产中可能给人带来的危害,尽量避免伤害。在这种情况下,人机作业仿真模拟就显得非常必要。

人体仿真和人机工程学技术主要应用和关键功能体现在:

1、 提供多个国家、地区的人体测量数据库,提供不同性别、体型、国家的参数化人体模型,并能根据实际情况自定义人体模型;

2、 在不同条件的虚拟环境中定义不同大小和生理参数的虚拟人体模型,为其指派不同的任务和操作,能够具体到每一道工序的动作,分析虚拟人体如何执行任务,使用量化的手段模拟和评估人、机、料、法、环之间的关系,进行人机工程学评估,如对操作的可达性、可视性、安全性和工作舒适度进行分析和评估;

3、 提供人机工程学和人为因素分析工具和评估标准,包括腰背部脊柱受力分析、静态强度预测、NIOSH举升分析、快速上肢评估、预定义时间分析、工作姿态分析、舒适度评估、可视性分析、可达性分析、疲劳强度分析、能量消耗分析、手工处理限制等;

4、 通过人机工程仿真分析,优化产品设计、装配工艺、工作场所、工位布局等;

5、 能够支持多种运动捕捉和虚拟现实设备。

人体仿真和人机工程学技术帮助企业带来的主要收益体现在:

1、 在产品设计和制造工程阶段,尽早发现人力绩效和可行性问题,提高人机工程学标准符合性,避免返工,从而优化产品,减低成本,加快产品上市时间;

2、 提高有关工作场所的安全性和效率,避免人员伤害;

3、 可视化和定量记录最佳实践。


图二

机器人离线编程与仿真

随着自动化和机器人技术的发展以及实际制造的需要,中国制造企业逐步引入工业机器人完成喷涂、抓举、焊接、抛光、钻孔、涂胶等工艺过程。这些机器人的工作过程是由程序进行控制的,一般情况下由设备提供商或者专业机构在生产线安装时一次性编程并设置到位,设置完成后,机器人的工作路径、工作节拍就固定下来。而在实际生产过程中,由于客户需求的变化、产能需求不恒定等原因,生产线上的产品可能每隔一段时间就会进行调整,生产节拍可能也需要进行相应的调整,由于缺乏专业的编程能力以及系统的仿真分析工具,制造企业往往不具备对这些机器人程序进行调整和仿真分析,这就成为困扰制造企业的一个难题。

机器人离线编程与仿真技术主要应用和关键功能体现在:

1、 提供了目前世界上比较常见和通用的几个机器人供应商及多个工种的工业机器人模型、机器人控制器配置、夹具、工具以及机器设备库,并可对其它机器人进行建模;

2、 能够导入3D CAD设计的零部件,在可视化环境中进行机器人可达性检查、智能位置安放、单/多工位及整个生产线布局设计、碰撞检测以及节拍时间优化、多机器人及设备的运动仿真与同步、机器人校准功能、定义无干涉的机器人运动路径和部件装配路径;

3、 基于机器人控制器的离线编程,提供与国际主流品牌机器人集成接口,如ABBKUKA等,支持RRS、程序上传、下载和矫正;

4、 提供各制造领域工艺的设计分析工具,包括点焊、弧焊、喷漆、喷砂、射流、喷火及热喷涂、激光、水流及等离子体切割、密封及涂胶等;

5、 虚拟试生产环境下对复杂的混产方案及多种生产场景进行优化。

机器人离线编程与仿真技术帮助企业带来的主要收益体现在:

1、 通过优化机器人系统,以支持产品及工艺变更的各个方面,从而使制造运营更为灵活;

2、 通过在虚拟环境中快速准确的进行系统级试运行,从而制定更为明智的决策,缩短量产时间;

3、 使企业在生产制造早期阶段验证制造系统,减少错误。