基于达索3DE系统的数字化工厂搭建及虚拟验证 - 智能制造 - AI汽车网

基于达索3DE系统的数字化工厂搭建及虚拟验证

高菁菁刘志敏尹健 AI汽车制造业 2024-12-27

本文以汽车焊装生产线为例，介绍了基于达索3DE平台搭建数字化工厂及开展工艺验证的过程。根据3D工艺布局搭建工装设备数模，通过3DE平台同步获取产品数据，并完成工艺流程和定位系统设计，实现产品—资源—工艺的关联。在此基础上，完成机器人姿态、焊点可达性和工时节拍等虚拟工艺验证，针对问题项反馈产品结构优化或设备工装方案调整。通过数字化工厂的搭建和虚拟验证过程，实现了缩短产品设计开发周期、降低设变费用和制造一致性及质量保证。

0 前言

数字化工厂的搭建作为汽车行业智能制造的重要组成部分，在汽车开发中发挥着不可或缺的作用。目前数字化工厂搭建主要基于两个平台：一是西门子公司的Tecnomatix软件，另一个是达索系统的3DE平台。本文主要讨论基于达索3DE系统的数字化工厂搭建，以及相关的虚拟验证工作的开展。

本文涉及的数字化工厂搭建和虚拟验证主要涉及达索3DE平台的PDM、CATIA、焊装结构化工艺设计（Fastener Planning）和焊装工艺仿真（Robot Spot Simulation）模块。其中，PDM作为数据主线，打通产品数据—工艺仿真，实现工艺同步开发及虚拟验证，如图1所示。

图1 3DE平台的主要模块

1 数字化工厂的结构化工艺树

结构化工艺树（Billsof Process,BOP）从组成结构上包括产品数据、工艺设计方案（主要包括产品分块和定位系统）、资源（主要包括工装设备）和工序。

其中，工序作为主干结构，关联其他结构。如图2所示，搭建完整BOP（工艺清单）结构，可以将“什么产品，在哪个工位，通过哪些工装设备，完成了什么动作，形成了什么产品”结构化地呈现出来。

图2 数字化工厂的结构化工艺树

2 数字化工厂的搭建、工艺设计及虚拟验证流程

数字化工厂的搭建、工艺设计及虚拟验证流程主要包括产线布局、3D建模、运动机构创建、工艺流程设计和定位系统设计，如图3所示。

针对虚拟验证的问题项，一般通过两个途径解决：一是设计优化，主要包括产品结构、工艺流程和定位系统的优化；二是工装设备优化。

图3 数字化工厂的搭建、工艺设计及虚拟验证流程

2.1 产线布局和3D建模

搭建数字化工厂首先要完成资源库的搭建。资源库主要包括产线布局、设备（输送、机器人、焊钳、涂胶设备和拧紧设备等）、工装（夹具、抓手等）及其他（钢构、防护栏和光栅等），如图4所示。

图4 资源库的分类

关键工装及设备需创建可编辑的数据格式，其他可通过现场扫描仪或标准单元，以轻量化的数据格式导入资源库。根据产线布局，将3D数模调整至相应位置，完成数字化工厂的静态模型搭建，如图5所示。

图5 数字化工厂的静态模型搭建

2.2 运动机构的创建

焊装资源库中，焊枪和夹具是需要创建运动机构的。以焊钳为例，需定义焊钳动臂、静臂、TCP点、动臂运动方向、距离和焊接时间等，如图6所示。

图6 焊钳的运动机构创建

2.3 工艺流程设计

在EBOM（电子物料清单）基础上，将工艺流程进行拆分。拆分过程中主要考虑的因素包括产品分块与结构合理性、工位和工序规划与节拍平衡。拆分完成后，将焊点根据连接零件重新分配。

2.4 虚拟验证及结果输出

焊装虚拟验证以机器人焊点可达性为主，主要验证内容包括机器人姿态可行性、焊接过程中机器人、焊钳与零件工装是否干涉、进出及运动空间校核以及节拍分析，如图7所示。

图7 机器人焊接可达性校核

针对虚拟验证的不可行项，常见对策包括调整焊点的焊接工位或机器人或焊钳、产品结构更改、工艺流程调整、夹具方案变更和新增焊钳。

3 结语

通过数字化工厂的搭建和虚拟验证过程，可以实现缩短产品设计开发周期、降低设变费用和制造一致性及质量保证。我们认为虚拟验证在效率提升方面仍有以下发展空间：

（1）打通产品到工厂的数据通道，实现产品设计数据和仿真数据的同步迭代。

（2）通过定制化开发实现部分仿真功能的自动化校核，进一步提高虚拟仿真效率。

参考文献

[1] 陈志毅,李少华,姚亮,等.基于Tecnomatix的数字化孪生工厂搭建及工艺验证[J].汽车工艺与材料,2024,(2)

[2]王德权.基于数字孪生的虚拟数字化工厂平台[J].智能制造,2022(5):50-53.

本文为“AI汽车制造业”首发，未经授权不得转载。版权所有，转载请联系小编授权（VOGEL100）。本文作者：高菁菁刘志敏尹健，单位：广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院。责任编辑龚淑娟，责任校对何发。本文转载请注明来源：AI汽车制造业

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