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塗裝生產線新技術-汽車塗裝生產線的三維動態仿真技術

來源: 時間:2012/03/05

 隨著科技的不斷發展,塗裝設備和塗裝生產線技術也在不斷發展,並且出現越來越多的新技術。

    近年來,隨著經濟全球化、區域經濟一體化的加強,汽車工業正麵臨著越來越激烈的挑戰,經曆著重大的轉折。汽車行業的高投入、高產出特點要求企業必須在盡可能短的時間內,越過規模經濟的門檻。隻有這樣,才能保證整車和零部件企業以及相關產業進行經濟的生產,才能保證開發能力的投入,才能在國際市場上搶先占有采購優先權,從而降低成本,進一步擴大實力。因此,擴大生產、提高生產效率成為汽車行業的主要關注點。

    作為汽車生產工藝中的重要環節,塗裝質量的好壞直接影響人們對汽車質量的評價,塗裝生產線也是整車廠中投資最大、運行費用最高、工藝最複雜、涉及管理環節及專業最多的環節。塗裝生產線的規劃設計合理性和運行效率直接影響產品質量及生產成本。

    傳統的塗裝生產線規劃設計方法是采用平麵設計和數學計算相結合的方式,生產線的布局采用對實體簡化的方式進行布置,生產線運行的情況則通過計算進行推演,同時根據經驗進行優化,並最終指導實際的布局設計。用數學優化模型描述的布局問題盡管已做了簡化,但與實際相差甚遠,在算法求解的有限時間內得不到精確解,很難根據複雜的實際變化進行及時修改,更難以直觀表現生產線實際運行的情況。

    現代生產中企業自動化程度提高,生產係統日漸複雜,生產速度日漸加快,因此在設計係統的時候需要麵臨很多問題:如何驗證係統的設計是否合理,如何確定緩存區的數量和瓶頸區域,如何驗證生產大綱以及物流設備的控製邏輯等。這些問題采用傳統的規劃設計方法難以解決,在生產線規劃設計上,要找到技術性與經濟性的最佳結合點,就需要借助於一種新的技術——係統仿真技術來解決。

    建立塗裝線動態仿真係統的意義

    動態仿真是以計算機為工具,利用係統模型對生產線進行試驗,並借助於專家的經驗知識、統計數據和信息資料對試驗結果進行分析研究,進而作出決策的一門綜合試驗性學科。仿真通過數據驅動,精確模仿現場各種行為,並通過運行仿真模型具體反映現場的多變性。

    在塗裝生產線的規劃完成後、三維動態仿真可以直接以動畫的形式,在虛擬數字環境中實時地、並行地模擬出塗裝生產線(未來)真實生產的全過程。一方麵能夠精確真實模擬生產線的空間布置、運行情況,驗證生產線產能、節拍、存儲等規劃設計要素的合理性,發現係統運行的瓶頸和對方案進行優化,使塗裝生產線布局更合理有效;另一方麵,能夠預測塗裝生產線的性能、製造成本、可製造性,從而更經濟有效地、靈活地組織製造生產,使資源得到合理配置,增強汽車生產線柔性製造的能力,從而提高整個汽車生產線生產效率。

    當前,係統仿真技術已成為分析、研究各種複雜係統的重要工具。國際工程公司已將其作為常用的規劃設計和分析手段,運用到生產線規劃設計和運行分析中。而在國內,對此技術的應用還基本處於起步階段,無論是在生產線規劃設計還是運行管理方麵,大多數汽車企業、工程公司和設計院基本還是依賴傳統的方式。因此,汽車數字化塗裝生產線的研究與開發具有很強的現實意義。

    仿真係統的建立與實現

    塗裝生產線進行仿真通常需經過三個步驟:建立塗裝生產線係統三維仿真場景;仿真模型參數設置和仿真流程控製;仿真模型的運行、驗證與結果分析。其中,建立正確的生產係統仿真模型,並且確定各組成要素以及表征這些要素的狀態變量和參數之間的數學邏輯關係,是整個仿真過程能夠正確進行並獲得符合實際情況的仿真結果的基礎。塗裝生產線仿真係統的工作流程如圖1所示,它包括三個基本的過程:建立物理模型、建立仿真模型和仿真試驗。

    1、建立三維場景模型

    建立仿真係統首先要對生產線的各個部分進行三維造型,並根據所建立的模型構建生產線的三維立體模型庫,從三維立體模型庫中調用相應模型組成生產線總體模型。在這裏,首先定義係統中所需要的物理對象,而定義對象前要先定義它所屬的類,建立係統所需要的對象類庫,並將對象類庫中的對象和三維模型庫中的模型關聯起來。對象類庫中每個類都具有特定的屬性,這些屬性都是通過采集數據得到的。這些數據包括以往的生產統計數據、故障停機曆史記錄,以及大量在生產現場實測的數據。如要建立塗裝車間的某機器類,首先要構建該機器的三維模型,再設定其相關屬性,如機器加工所需的零部件、加工時間、所產生的成品等。

    結合塗裝生產係統的實際情況,運用麵向對象技術進行係統仿真建模,可以將塗裝線仿真的對象類分成三大類:物理類,構建設備建立生產場景;信息、控製類,包括工藝規劃、生產線運行過程控製、物流控製;服務類,包括生產計劃、統計等,通過物理對象類的建立,構建仿真物理模型。