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工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

作者:由 xxxxxxx 發表于 攝影時間:2018-04-12

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?一白二維2018-04-13 17:57:02

我從汽車行業來講,這些模擬軟體很流行,提高了產品開發前期同步工程的效率和準確性,以及產線在現場安裝前的問題早發現,避免後期更改帶來的鉅額費用。

就主機廠的焊裝人員而言,分前期工藝規劃和後期車間維護,前期工藝規劃是要用到工藝模擬軟體,比方process design/simulate,delmia等,其主要是在同步工程的過程中達到動態驗證焊接可達性,零件和工裝夾具的干涉性等的目的,但主機廠做的都是粗活(我們叫粗規劃),不會詳細到把焊槍和夾具設計出來。至於後期車間維護相關的工藝人員基本不需要使用這些模擬軟體。

對於線體供應商(line builder),他們因為要在主機廠粗規劃的方案的基礎上進行細規劃,比方夾具設計,焊槍選型,焊點分配及干涉驗證,節拍分析等,所以他們會有專門的模擬團隊使用這些動態模擬軟體,其輸入是layout和機械設計部門設計的夾具實體。然後,把整條產線三維化,在此基礎上跑動態模擬,驗證焊點分配,焊槍干涉,節拍等。主機廠規劃人員也會在設計稽核時候要求供應商按照工位逐個來跑模擬,並且最後模擬檔案作為交付物提交給主機廠。

由此可以看出,專職模擬人員還是比較集中在供應商那裡,主機廠也會有,但基本是規劃人員在兼職做一些粗的分析,當然也會有主機廠設定專門的模擬部門。同時,這些軟體的價值極為不菲,主機廠通常會把他們整合到整個PLM軟體系統中,與產品設計流程結合起來,例如teamcenter。這就與供應商處使用這些軟體不同。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?derrock2019-10-10 00:42:26

數字化工藝模擬

-----智慧生產的加速器

文/Derrickcheung、Huqingbao

一、

概述

傳統的工藝設計方法通常是根據預估的製造特性,參考設計側提供的圖紙,模型及相關設計要求,然後對製造處理工藝單元的產品尺寸、結構進行選擇計算並對工藝過程進行基於經驗的分解。其不足在於,難以獲取設計引數與生產裝置之間的定量關係,是一種黑箱方法。

數字化工藝模擬是利用產品的三維數字樣機,對產品的裝配過程統一建模,在計算機上實現產品從零件、元件裝配成產品的整個過程的模擬和模擬。這樣,在建立了產品和資源數字模型的基礎上,就可以在產品的設計階段模擬出產品的實際生產過程,而無需實物樣機,使合格的設計模型加速轉化為工廠的完美產品。

二、

現階段數字化工藝模擬手段及應用現狀分析

1、應用現狀

數字化工藝模擬利用了計算機圖形學技術及一些核心演算法涵蓋機加、鑄造、表面處理、工裝設計、生產佈局、裝配、檢測等多個專業的工藝過程設計規劃及模擬應用場景。

a)

數字化模擬手段在裝配環節應用

在虛擬環境中,依據設計好的裝配工藝流程,透過對每個零件、成品和元件的移動、定位、夾緊和裝配過程等進行產品與產品、產品與工裝的干涉檢查,當系統發現存在干涉情況時報警,並給出干涉區域和干涉量,以幫助工藝設計人員查詢和分析干涉原因。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖1 裝配模擬路徑自動尋優

b) 數字化工藝模擬在機械加工的應用

機械加工工藝過程模擬,即是按照產品的加工工藝,在虛擬環境下重現產品的加工過程。機加工藝模擬主要解決工藝過程中刀具的碰撞、干涉、運動路徑、和機床後置程式碼生成等問題。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖2 機加模擬

c)

生產佈局模擬

生產佈局可以使用三維模擬軟體實現生產線生產過程及產品在廠房內運輸過程的模擬。其對製造資源(包括人、機、料)在空間上密切有機結合,時間上適當連線,在佈局設計的過程中考慮物流因素,選擇搬運的最佳路線,減少物料搬運工作量,不僅能降低其過程中的運輸成本,還能加快生產流程,最終達到提高生產能力和降低企業生產成本的目的。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖3 生產佈局模擬

d)

焊接模擬

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖4 焊接機器人模擬

透過焊接機器人模擬模擬能實現焊接機器人虛擬示教、焊接機器人工作站佈局、焊接機器人工作姿態最佳化,確認系統方案、焊接機器人型號、焊接機器人/工件安裝位置、焊接機器人動作範圍和可達到性等,進而對夾具提出修改意見等全面、系統的模擬應用;透過工業機器人離線程式設計模擬方法進行產線控制。

焊接作為應用最廣泛的材料連線方式之一,未來應關注焊接過程中的應力、溫度、變形來綜合最佳化焊接過程工藝,同時引入多智慧體調控技術將感知與學習方法,建模和規劃、群體行為控制等方面與焊接智慧產線結合。

e)

人機工程模擬

在計算機中建立人、機、環境的數字模型,結合人體生理特徵和姿態動作,模擬人機互動的動態過程,並利用人機工程學的各種評價標準和演算法,對產品開發過程中的人機工程因素進行量化分析和評價。按照工藝流程進行裝配工人可視性、可達性、可操作性、舒適性以及安全性的模擬。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖5人機工程模擬

f)

其他工藝模擬

其它工藝型別包括鑄造、噴塗、檢測等典型工藝模擬,也可以透過三維視覺化的模擬實現。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖6鑄造、噴塗、檢測模擬

2、應用不足

以從上不難看出,數字化工藝模擬已經取得了廣泛的應用,但是同時我們也要看到工藝模擬在應用中存在問題:

a)

對模擬動畫認知不足,存在一定的片面性

目前很多企業對裝配模擬仍存在一些片面認識主要集中在:

Ø 採用一些功能單一的動畫製作軟體,但對裝配過程中缺乏安裝順序、工裝裝置易用性、工具操作空間、干涉、間隙、安裝路徑的考量;

Ø 沒有考慮公差影響,研究物件大多基於理想模型和公稱尺寸與實際有較大差距,動態干涉分析缺失;

Ø 作為單一指導影片輸出,缺乏互動能力同時也沒有結構化的報告輸出,缺乏指導設計和工藝方法進行迭代最佳化的能力。

b)

工藝模擬與設計、工藝規劃工作協同不夠

模擬往往被錯誤作為單一場景在企業工藝開發過程中被隔離開來主要存在這些資料鴻溝:

Ø 設計知識無法傳遞給工藝模擬;

Ø 設計資料輕量化後就造成資料鏈條斷裂,基於輕量化的工藝模擬無法應對設計資料更改,不同廠商資料轉化導致資料傳遞失真和大量關鍵資料及特徵丟失;

Ø 各式模擬軟體和模擬資料格式形成大量資訊孤島。

c)

工藝模擬沒有真正為整體工藝業務流程服務

儘管工藝環節時間緊迫但工藝模擬因未採用平臺化產品卻需要做大量資料準備工作,這些準備工作並沒有得到企業價值認可:

Ø 工藝BOM資訊往往包含工藝結構但採用單一模擬工具很難感知工藝方案及模擬規劃;

Ø 工藝路線在不同CAPP及MPM平臺體現了產品工藝規劃過程,但因結構化不徹底和與專業模擬工具整合難度較高使拉通越來越困難;

Ø 基於三維可互動作業指導比較直觀友好,但傳統工藝系統很難處理基於模型的端到端業務,更難以解析各式工藝模擬工具結果檔案。

3、工藝模擬相關問題的破題思路

a)

選擇合適的模擬層級及建立連續模擬場景

數字化工藝模擬在裝配環節工程化應用目前在各行業普及並不高,採用如下建議可以加速企業應用水平提升:

Ø 把握關鍵過程,提升模擬回報;

Ø 制定模擬分級評估;

Ø 將工藝設計規劃條目連續傳遞至工藝數字化模擬減少模擬過程規劃;

Ø 模擬過程輸出3DWI指導車間生產,使模擬價值充分得以利用;

Ø 針對不同行業和業務需求制定合適的工藝設計與模擬流程。

b) 根據設計工具使用情況推薦不同工藝模擬工具

以加速三維工程化應用為目標,上文已經提到一些方式,在應用實踐中,不同CAD、PLM、MPM及MES系統承接能力是不同的。所以我們建議為保證工藝模擬成果最大轉化,應該注意從資料轉換是否準確順暢,輕量化是否可回溯,多專業模擬能否同源共存等角度進行軟體的選型。同時對設計要提出基於模型和特徵定義的輸入要求,製造端應具備支援三維模型瀏覽和互動動畫與作業過程關聯演示,支援質量三維視覺化標定與對比等核心承載能力。

c)

注重端到端的流暢,選擇平臺化產品

模擬過程來源於製造過程的模擬必定會涉及到輸入源、模擬流程和輸出物的管理,因此選擇平臺化的整體解決方案比某個單一應用場景工具更關鍵,並且避免了大量重複性的資料來源一致性問題。伴隨更改發生,能否及時響應成為考量模擬工具是否能應對日益複雜的智慧生產大背景挑戰的關鍵性指標。

三、

工藝數字化模擬發展趨勢

a)

基於知識

目前的模擬最佳化系統要求使用者對模擬最佳化演算法和模擬建模工具有較深入的瞭解,才能夠開展工程應用。如各種模擬最佳化演算法存在大量執行引數需要選擇,模擬實驗也需要設定各種引數,如模擬開始時間、模擬結束時間、模擬迭代次數和“預熱”時間等等,任何一項引數的變動對模擬最佳化結果都會產生影響,要求非模擬專業人員來完成這些設定幾乎是一件不可能的事。因此,利用專家知識系統作為輔助,協助普通人完成這些專業工作是一個可行的實現方法。可通如下步驟來實現:

i. O

WL語言建立工藝知識;

ii.

基於本體工藝知識語義檢索,語言相似度模型基礎上提出綜合語義間距、重合度、縱深和密度的相似演算法;

iii.

分析基於知識的數字化工藝模擬流程進行例項驗證。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖7 基於知識的模擬

b)

應用機器學習

工藝模擬最佳化的應用目標是為使用者提供一個視覺化展示和輔助決策支援工具,而實際工程設計問題一般比較複雜,涉及因素較多,完全依靠傳統手段來進行決策很難考慮周全,隨著機器學習等計算機技術的發展,將領域知識引入到模擬最佳化系統中,建立決策支援系統,充分發揮人的創造性和計算機的計算能力,實現人機協同決策功能。具體可採用如下步驟實現:

i.

解析產品CAD特徵形成輸入層;

ii.

工藝分類和工藝模擬過程形成規劃隱藏層透過監督學習訓練,聚合和分類組合模型;

iii.

透過輸入邊界條件解析形成工藝模擬過程自動化和模擬最佳化報告自動化。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖8基於大資料的模擬

c)

結合虛擬除錯及VR技術形成虛實互相提升

使用機器人和控制單元虛擬除錯工藝手段優點有:

1) 結合機器型號RCS進行準確的機器人模擬;

2) 使用生產 I/O 和邏輯進行模擬;

3) 使用虛擬示教器對虛擬機器器人進行程式設計;

4) 對原生語言機器人程式進行模擬和驗證;

5) 支援硬體在環模擬

虛擬現實是時下比較火熱的技術,但是很多人對模擬與虛擬現實都存在認識上的誤差,認為二者是一回事。其實,模擬技術與虛擬現實技術有著一定的相似點,但也存在差異性。

縱觀當下工業模擬軟體,視覺化、智慧化的模擬已成趨勢,結合手柄、動作捕捉套件、力反饋機械臂等硬體在工藝模擬中運用虛擬現實技術,不僅能更加形象直觀地顯示模擬全過程,而且會讓計算機與人之間的溝通更人性化,增強模擬系統的尋優能力。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

圖9 基於VR的虛擬現實模擬

d)

六大趨勢將促成工藝模擬邊界融合

以企業概念設計到生產交付的業務視角來看還為了保障設計、工藝、工程、製造等環節的連續流暢還需要做到如下6個融合:

i.

設計與工藝模擬協同一致

強調設計與製造的協同和並行,在產品設計的早期階段就要考慮產品的工藝性,及早發現問題,而不是等到實際產品生產出來後再發現問題。同時,利用數字化手段,建立Digital Twin,實現實際產品同數字化映象之間的資訊互動,從而不斷的最佳化產品和服務。在數字化製造技術的幫助下,設計人員和工藝人員可以在一個統一的虛擬平臺上對自己設計的產品及工藝進行設計和驗證,使得企業的設計、工藝、製造能力相互匹配相互驗證。

ii.

工藝模擬與有限元分析協同一致

生產過程中除了通用空間位置模擬分析和資源需求等模擬外,在生產中伴隨製造過程中力的變化,載荷的變化,熱,振動等因素影響需要將不同專業模擬分析和工藝過程結合起來。

iii.

工藝模擬與工藝規劃設計協同一致

將工藝環節BOM與工藝路線規劃和模擬結合最佳化加工及裝配過程作業序列,既驗證了工藝規劃合理性,同時利用模擬過程更利於工藝設計的顆粒進一步細化。

iv.

工藝模擬與工裝設計協同一致

工藝模擬與工裝設計結合,提升工裝易用性和減少工裝試製成本。

v.

工藝模擬與產線設計協同一致

工藝模擬涉及比較多的是製作單元模擬,將產品生產工程與產線設計乃至工廠設計協同起來,提高產線利用率,規避瓶頸工序使產線平衡,產能達優,從而減少NPI時間。

vi.

工藝模擬與三維作業指導關聯一致

模擬即服務,模擬即過程,將工藝模擬過程輸出三維作業指導服務車間現場,消弭二維指導帶來的傳遞誤差,提高生產質量。

四、

總結

透過三維數字化工藝模擬,建立三維數字化工藝設計和工藝過程模擬能力在數字化製造中有以下優勢:

(1)在產品實際(實物)生產之前,透過生產過程模擬,及時地發現產品設計、工藝設計、工裝設計,工廠工程設計存在的問題,有效地減少質量缺陷和產品的故障率,減少因干涉等問題而進行的重新設計和工程更改,保證了產品裝配的質量。

(2)數字化工藝模擬過程產生的3D作業指導書直觀地演示工藝過模擬,使工人更容易理解生產工藝,減少了生產過程返工,減少了人為差錯。

(3)工藝模擬過程產生的3D作業指導書可用於對維修人員的培訓。

(4)對新產品的開發,透過三維數字化工藝設計與模擬,減少了技術決策風險,降低了技術協調成本。

(5)透過三維數字化工藝設計與模擬,進行工時分析、車間三維工藝佈局、資源規劃和評估,有利於提高生產計劃的準確度。

(6)可提高企業在產品開發研製方面的快速應變能力,以適應激烈的市場競爭和不同的使用者需求。

(7)提高了企業的技術創新能力。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?匿名使用者2019-10-10 07:11:40

看起來很美,實際卻意義不大。而且實施起來工作量巨大。

大部分問題基本可以在設計階段解決

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?固建機器人2020-09-15 17:44:26

對於現代製造企業來說,隨著工業4。0的到來,產品生命週期在逐步縮短,產品技術結構越來越複雜,同時面對消費者小批次個性化需求的趨勢及成本的壓力,

企業需要提高效率,縮短產品開發設計週期

,以便迅速地滿足市場需求,同時爭取更大利潤空間。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?

在這樣的競爭環境下,

各家企業紛紛透過CAD/CAE模擬技術加速產品設計與研發,提升企業核心競爭力

。模擬模擬技術成為產品探索、設計、測試和執行等各個階段的核心技術,工程師在設計週期中更早地執行模擬模擬技術,能夠透過數字探索更快地研究更大的設計空間,這一切工作都在制定決策和確定成本前完成,從而節省更多時間和成本。

生產線模擬技術可以對要投建的生產線進行視覺化佈局分析,進而提出合理的最佳化方案,使企業避免盲目的投資。在浙建集團位於浙江衢州的智慧鋼結構生產線上,為了生產線更快建成,在保證安全的基礎上發揮更高的產品,我們利用多種CAD/CAE軟體對於鋼結構生產線佈局,產品強度和耐用性利用相關模擬軟體做了詳細的模擬。

工藝模擬,生產線模擬在製造業中處於什麼地位?無敵2022-06-30 18:49:07

我也想問,領導最近想把我安排做這個

標簽: 模擬  工藝  設計  過程  數字化