目前国内绝大多数汽车制造企业都在进行数字化工厂模型搭建工作，以提升前期工厂建设和车型开发过程中的问题挖掘率，减少后期投资和缩短开发周期。但目前总装3D工厂的作用和价值远未体现到最大，主要存在两方面问题：①总装3D工厂搭建时间周期长，而各类设计图纸需要进行轮番的评审和修改，3D工厂模型无法同步搭建来供各专业评审使用；②总装工厂非标设备较多，图纸会签时，各设备厂家因各种原因导致3D数据无法提供或滞后提供，等能够提供3D数据时已处于设备安装调试完成阶段，导致无法在前期搭建3D工厂进行虚拟仿真验证。基于在实际操作中的研究和应用，本文将对如何解决以上问题进行讨论。

总装工艺规划特点

总装车间作为汽车制造最后一道工序，相对冲压、焊装和涂装来说，总装车间共线车型、零部件种类和数量多，但自动化装配程度相对较低，想要满足各种车型的柔性化生产，在车间规划阶段对厂房、生产线和物流规划方面的要求就更加突出。

总装车间厂房规划一般分为厂房、土建和公用动力等。生产线一般分为前内饰线、底盘线、后内饰线、调整线和检测线。为满足多品种车型的柔性化生产，总装车间需规划多条物料输送线来满足生产需求，包含车门分装线、仪表板输送线、动力总成分装线、前后车架分装线、前后保输送线、座椅输送线、轮胎输送线及前端模块输送线等，而这些输送线在空中和地面相互交错，在前期规划时必须要考虑可能存在的干涉问题，从而保证生产线的正常运行。物流规划包含厂外物流规划和厂内物流规划，而在总装3D工厂模型中的物流规划主要指厂内物流规划，厂内物流规划分为物流排序区规划和生产线线边物流规划。

总装3D工厂模型研究

1.搭建流程

根据工厂建设项目实施的不同阶段和项目关键时间节点，需要搭建不同版本的总装3D工厂模型，来满足在项目相应阶段的工艺方案评审和工艺同步开发。根据项目开发的重要阶段，大体上可将总装3D工厂模型分为三个版本，分别是在设计开发阶段搭建初版总装3D工厂、虚拟验证阶段搭建会签版总装3D工厂和实物验证阶段搭建最终版总装3D工厂。每个版本的数据模型在工艺评审过程中，均提出各种设计不合理或干涉类问题，在下一版3D工厂模型上进行优化体现，使其无限趋近于现实，最终实现虚拟与现实一致。总装3D工厂搭建流程如图1所示。

2.层级架构

总装3D工厂模型是在工厂二维平面布置图的基础上，利用三维制图软件（UG、CATIA等）和仿真软件（Process Simulate、Delmia等）建立的3D工厂模型, 更直观地反映出工厂内的厂房布局、生产线工艺布局和物流布局等各类资源信息，总装3D工厂模型框架如图2所示。

根据总装车间的特点，将总装3D工厂模型从模型类别和模型框架上进行区分，以便于规范总装3D工厂模型的一致性。从模型类别上可将3D工厂模型分为静态模型和动态模型。静态模型指对不产生相对运动的物体进行建模，如对厂房模型中的基建、钢结构和公用动力建模。动态模型指对需动态仿真操作的物体进行仿真，如对生产线输送设备、机械手辅助设备及物流设备进行运行路径仿真建模。从模型层级架构上可将总装3D工厂模型分为7个层级，从模型最顶层至最底层具体的3D数据，每一层级体现不同的数据类别，这样在读取数据时可便于筛选，同时也可适应不同专业工程师之间的读取、沟通和评审等方面需求，总装3D工厂模型层级架构如图3所示。

在总装3D工厂建模的三个阶段中，设计开发阶段重点体现对厂房整体架构的静态建模，以便于发现设计本身的干涉和不合理的问题，在虚拟验证阶段则需静态建模和动态建模相结合，更加充分地挖掘各类问题，在实物验证阶段则是对前期建模效果的验证、优化和调整至与现场符合的最终状态。从搭建流程可见，在工厂设计和建设过程中会遇到很多问题和多次优化，每一次的优化均需耗费大量的时间和精力，而清晰的、易于识别的层级架构可大幅度提高工作效率。

3.搭建方法

想要实现工厂模型的快速搭建，就要建立一套行之有效的搭建方法和反应机制，利用已有数据来实现3D模型的搭建及所需要达到的效果，避免因无3D数据或等待数据而导致的无法搭建和滞后搭建的问题。

在充分利用团队人员和现有设计、仿真软件的基础上，从以下几个方面可实现模型的快速搭建：①根据已设定的总装工厂3D模型层级架构，按照不同模块将搭建任务分配给多人进行同步建模；②对数据库中暂无的静态数据，利用CATIA、UG等设计软件进行参数化建模；③每个人对自己负责的静态数据进行轻量化处理之后，导入到Process Simulate、Delmia等仿真软件中，按工艺布局进行定位和拼接；④各层级建模数据同步保存在数据管理平台，由3D工厂模型总负责人员随时对3D工厂总体数据进行检查；⑤总体模型搭建完成后，对整车及零部件的动态模型部分进行仿真建模；⑥对模型搭建和验证出来的问题进行优化调整，得到最终3D工厂模型。

在模型搭建过程中，必须要保证所有数据格式、数据接口和通用数据参数化，经历过一定项目的积累后，可形成适用于企业自身的大数据库，为后期的数据调用和模型搭建奠定数据基础。

总装3D工厂模型应用

1.新工厂模型应用

新总装厂房3D模型数据静态模型，一般是在无借用数据的情况下开展，可在现有的CATIA、UG等设计软件环境下进行建模。总装3D厂房模型如图4所示。而生产线和物流3D模型为动态模型，可在Process Simulate、Delmia等虚拟仿真软件环境下进行建模。在静态模型和动态模型全部搭建完成后，将工厂3D静态模型进行轻量化处理后导入到虚拟仿真环境中与动态模型进行拼接，同时对厂房与生产线搭接位置、坐标位置等全部进行干涉检查、优化和调整，最终形成完整的总装3D工厂模型，拼接后整体总装3D工厂模型如图5所示。

总装初版3D工厂模型在搭建时一般会采取借用数据库中的数据进行生产线和物流3D模型的搭建，先对整体规划方案进行更直观的评审，到会签版3D模型时要求设备供应商提前提供3D数据进行数据替换，对具体设备、物流和周边工艺环境方案进行评审，将问题解决并校验无问题后进行图样会签和设备的加工制造。到最终版3D模型时，会根据现场施工过程中的偏差对模型中数据位置等进行调整或替换，最终版完成后将作为后续车间升级改造的数据依据，提升数据的生命周期。另外，在会签版3D模型搭建时，由于各供应商使用的设计软件不同，所提供的数据质量、大小和格式也参差不齐，首先需要对数据进行整理和轻量化处理，然后将其导入到Process Simulate、Delmia等虚拟仿真软件中进行动态模型部分建模。

2.老工厂模型应用

当前在3D工厂模型解决方案中，新、老工厂建模均可使用所有物体的三维数据进行模型搭建，但老工厂往往存在3D数据缺失严重、过程中生产线变化次数多等问题，导致建模难度系数大，若仍使用建模方法搭建3D工厂，即使花费大量的人力、物力和时间，也未必能达到期望的效果。

老工厂模型的主要作用是现有工厂布局情况的准确掌握和对后续工厂改造升级提供可视化的数据支撑，便于提供更加准确的技术升级方案，而工厂点云扫描技术是利用先进的三维激光扫描技术，对工厂进行点云数据采集，包含但不限于厂房建筑结构、工艺设备、管线、桥架和输送等，对工厂空间位置进行扫描及全景拍照，再通过对数据进行拼接处理，将点云数据导入到虚拟工厂，形成老工厂的点云3D工厂模型。图6是通过点云扫描技术对总装生产线进行全景扫描后形成的总装3D点云工厂。

结语

通过对目前汽车行业总装3D工厂模型搭建流程、框架结构和搭建方法等方面的论述，以及在新、老工厂3D模型搭建中的应用，总装3D工厂模型与实际项目开发相结合，可有效提升3D工厂模型的价值，提高了数据读取的效率及打破部门之间的沟通壁垒，更深层次地挖掘出了前期工艺规划过程中的问题，减少后期变更导致的成本浪费，缩短项目开发周期。

本文的研究工作是基于笔者所参与项目以及项目实践之后的思考，虽然对若干关键技术进行了一定的研究和实践，但仍有不少问题有待进一步研究和实践。总装3D工厂数据量庞大，如何实现数据的深度轻量化，满足在普通工作站中运行；如何实现总装点云工厂和3D模型搭建相结合，更方便、更快捷地满足搭建和评审的要求和效果；如何将设备信息、工艺信息加入到总装3D工厂模型中，挖掘批量生产后的更大价值等，这些都是未来需要研究与实践的。