采用ProcessDesigner的白车身焊装生产线工艺规划研究_张生芳
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制造信 息 模 型 把 制 造 工 艺 规 划 中 的 四 大 要 素 （ 即： 产品零件信息、工艺资源信息、工艺操作制造信 息和制造特征信息） 用一个统一模型表达出来，以一 定的方式存储在工艺数据库中。工艺数据库主要包 括零件库、资 源 库、操 作 库 和 制 造 特 征 库。 零 件 库 主 要存储冲压件的 2D /3D 模型、总成和分总成等零件信 息。资源库中的资源是指车间内与制造工艺有关的 各种专用设源自文库、工装夹具和人力资源等。操作库中的 操作包括各种焊接、折边和涂胶等。制造特征库保存 98
图 1 基于 PD 的白车身焊装生产线工艺规划系统结构模型
1． 1 系统数据平台 系统数据平台包括 Oracle 数据库和制造服务器
e-Manufacturing Server（ eM Server） 。选择 VC + + 软件 作为客户端开发工具，以关系型和面向对象为中心的 Oracle 数据库来存储工艺规划所需的产品、资源和操 作数据，并以此作为整个系统的支撑。eM Server 服务 器是该平台的核心，用以进行信息更新、交流和共享。 它将物料清单（ Bill of Materia，BOM） 表、资源及各种操 作集成为一个电子化工艺工程表，并形成 Oracle 数据库 中的工艺数据，用户可以在任何层次上查找所需要的详 细信息，也可以从全局的角度来了解当前项目的情况。 eM Server 作为协同环境的一部分，提供了从设计到制 造的可靠连接，并支持多用户异地并行和协同工作。 1． 2 制造信息模型
Research on process planning of auto body welding line based on Process Designer
Zhang Shengfang，Zeng Kui，Tian Xuan，Mao Junfeng，Sha Zhihua （ School of Mechanical Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，Liaoning，China）
图 2 工艺数据库结构
2． 2 工区和工位划分 首先根据白车身零件信息和焊点数据，初步建立
焊装生产线各工区； 其次按照白车身零件安装顺序， 定义各工区下的工位数量、名称及操作顺序； 再其次 将产品分配到操作树上的各个工位，并在标明各工序 先后顺序的 Pert 图中定义各工位的操作顺序； 最后选 择已定义的各工位操作树节点，应用“Generate Assembly Tree”命令创建产品装配树。产品装配树是采用树
论述。
1 规划系统总体方案设计
白车身焊装生产线工艺规划是根据产品零件信 息、装配信息和工艺装备资源信息进行生产线的规划 设计。本文构建的基于 PD 的白车身焊装生产线工艺 规划系统是一种建立在 Oracle 数据库之上的包括系 统数据平台、制造信息模型和工艺过程模型在内的三 层结构模型，如图 1 所示，它将产品信息与产品制造特 征、制 造 资 源 和 制 造 工 艺 关 联 在 一 起，且 贯 穿 于 整 个 产品生产制造过程中。
根据实际规划需要，从操作库中将相应操作工艺 添加到操作树的工位节点下。手工操作的时间采用 的是工时测量方法（ Methods Time Measurement，MTM） 测量的标准时间，机器人或其他设备的操作时间则根 据实际仿真需要输入。 2． 4 工艺流程定义
使用 Pert 图规划产品工艺流程，能细化工位间的 连接 情 况，确 定 每 个 工 位 内 的 操 作 顺 序，可 以 直 观 地 实现工序布置。由于操作树和 Pert 图之间是相互关 联的，改动任何一方的数据，另一方都将随之更改，这样 焊装生产线规划内容既可以在 Pert 图上得到直观的逻 辑反映，又可以在操作树上得到详细的内容说明。 2． 5 焊点分配
的是白车身上的焊点和定位夹紧点信息。 1． 3 工艺过程模型
工艺过程模型以操作为核心，建立了零件、操作、 资源和制造特征之间的相互关系，提供了焊装生产线 制造过 程 的 框 架。该 模 型 又 分 为 工 艺 规 划、布 局 设 计、生产线规划、焊接管理、变型管理、工时分析、成本 分析和工程图解等八个模块，通过提取工艺数据库中 的制造信息，进行生产线的物理设计，工位、工 步 安 排，工时工装分配，然后直接生成工艺文档。
张生芳，等： 采用 Process Designer 的白车身焊装生产线工艺规划研究
2012 年第 5 期
状结构图分级显示产品装配流，以此显示零件的安装 层次 和 顺 序，每 个 节 点 为 一 个 工 艺 点，表 示 待 装 配 焊 接的零件，它体现了整个白车身焊装生产线的装配结 构以及生产过程中的装配顺序。操作树和资源树是 双胞胎结构，完成了操作树的定义即自动创建了相应 的资源树结构。 2． 3 工位操作顺序
0 引言
随着汽车行业全球化竞争的加剧，汽车产品更新 换代 加 快，设 计 制 造 周 期 缩 短，客 户 化 定 制 生 产 要 求 更高，这给汽车制造企业带来了前所未有的挑战，对 决定汽车车型变化的白车身制造工艺规划技术提出 了新的要求。目前，国内白车身焊装生产线工艺规划 没有 统 一 的 数 据 平 台，基 本 以 人 工 手 段 为 主，工 艺 人 员的工作处于孤立分散状态，同一项目所涉及的各个 专业间的资源信息协调只能依靠工艺人员的经验决 定，不能对以往的工装设备重复利用并进行标准化储
* 辽宁省自然科学基金资助项目（ 20081082，201102021） ； 辽宁省高等学校优秀人才支持计划资助项目（ LJQ2011048） ； 大连市科学技术基金资 助项目（ 2011J21DW008）
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2012 年第 5 期
现代制造工程（ Modern Manufacturing Engineering）
根据焊装生产线结构和零件的安装顺序，在焊接 特征数据库中找到待分配的焊点，然后将其拖放到指 定零件属性表里的焊接特征选项卡中，完成焊接特征 到零件的分配，焊点分配图界面如图 3 所 示。使 用 Power Bar 工具搜索出零件上所有的焊接特征，将其导 入到焊接特征树中，然后将零件中的焊接特征指定给 加工零件的工艺操作，建立关联关系。
图 3 焊点分配图界面
2． 6 工时分析 用 Gantt 图对焊装生产线每个工位的工作量进行
规划和平衡，以显示操作和资源在工艺周期间的工作 时间分配情况。选择操作树节点右键 ＞ Open with ＞
Gantt Operation View，打开操作 Gantt 图，其界面如图 4 所示，用 Operation View 描述沿着时间线的操作流程， 每个 操 作 都 有 一 根 图 条，其 长 度 代 表 时 间，并 允 许 修 改操作的时间值。选择 Gantt Study 节点右键 ＞ Open with ＞ Gantt Resource List，打开资源 Gantt 图，其界面 如图 5 所示，资源 Gantt 图表示所选资源在生产节拍 内的工作情况，允 许 对 不 同 的 资 源 进 行 工 作 负 荷 平 衡。利用图 4 和图 5 进行工时分析，可知工位操作时 间是否满足生产节拍，工序安排是否合理。
制造技术 /工艺装备
现代制造工程（ Modern Manufacturing Engineering）
2012 年第 5 期
采用 Process Designer 的白车身焊装
*
生产线工艺规划研究
张生芳，曾魁，田轩，毛俊峰，沙智华 （ 大连交通大学机械工程学院，大连 116028）
摘要： 白车身焊装生产线工艺规划是决定汽车整车生产周期的重要环节。以先进的数字化工厂技术软件———Process Designer 为平台，通过创建制造信息模型和工艺过程模型，实现对白车身焊装生产线的生产信息管理和工艺过程规划， 构建了白车身焊装生产线工艺规划系统，并详细描述了其工艺规划实现的具体方法和步骤，最后以某型白车身底板焊 装线为例，生成了基于规划系统的数字化三维工厂，对规划结果进行了验证。结果表明，利用该系统进行焊装工艺规划 能显著缩短工艺规划时间，提高工艺规划的准确性。 关键词： 白车身焊装生产线； 工艺规划； 数字化工厂； Process Designer 软件 中图分类号： TH164 文献标志码： A 文章编号： 1671—3133（ 2012） 05—0097—04
Abstract： Auto body welding line process planning is one of the key sections which determine the production cycle of the whole automobile． Take the advanced digital factory software—Process Designer as developing plat，by creating manufacturing model and process model，the production information management and process planning of the auto body welding line are realized，and the auto body welding line process planning system is constructed，the realizing method and step of processing planning are described in detail． At last，take one underbody welding line as an example，the 3D digital factory based on the process planning system is generated，and the planning results is verified． Practices shows，applying the system in welding process planning，can shorten the process planning time remarkably，and increase the accuracy of the process planning． Key words： auto body welding line； process planning； digital factory； Process Designer
2 规划系统实现方法
2． 1 工艺数据库的建立 首先通过输入白车身零件信息、焊装生产线资源
信息、装配制造信息和制造特征信息，建立零件库、资 源库、操 作 库 和 制 造 特 征 库 等 工 艺 数 据 库，其 结 构 见 图 2。创建零件库时，产品零件和资源信息以* ． co 的 格式存储在项目文件夹中，选择“Tools ＞ Administrative Tools ＞ Create Engineering Libraries”，根据存放路径选 择白车身零件或焊装生产线资源的 3D 文件，然后设 置相应节点类型，即导入了相应的零件和资源。操作 库和制造特征库同样用相应的节点并设置有关的属 性信息来创建。创建的工艺数据库以树状结构归类 存储，便于利用。
备，因此难以满足汽车生产周期缩短的要求［1-2］。 数字化工厂技术以产品全生命周期的相关数据
为 基 础，可 在 虚 拟 环 境 中 对 整 个 生 产 过 程 进 行 仿 真、 评估和优化，使 生 产 制 造 过 程 在 数 字 空 间 中 得 以 检 验，缩短了从设计到生产的时间［3-4］。Process Designer （ PD） 是 Tecnomatix 公司的数字化工厂软件 eM-Power 中的规划管 理 模 块［5］，它 通 过 建 立 逼 真 的 虚 拟 环 境， 对整个工厂、生产线和单个工位的每个操作进行工艺 规划与协同管理，并综合利用各种工具实现工艺过程 的优化。本文以 PD 为研发平台，构建了白车身焊装 生产线工艺规划系统，并对实现的关键技术进行详细
图 1 基于 PD 的白车身焊装生产线工艺规划系统结构模型
1． 1 系统数据平台 系统数据平台包括 Oracle 数据库和制造服务器
e-Manufacturing Server（ eM Server） 。选择 VC + + 软件 作为客户端开发工具，以关系型和面向对象为中心的 Oracle 数据库来存储工艺规划所需的产品、资源和操 作数据，并以此作为整个系统的支撑。eM Server 服务 器是该平台的核心，用以进行信息更新、交流和共享。 它将物料清单（ Bill of Materia，BOM） 表、资源及各种操 作集成为一个电子化工艺工程表，并形成 Oracle 数据库 中的工艺数据，用户可以在任何层次上查找所需要的详 细信息，也可以从全局的角度来了解当前项目的情况。 eM Server 作为协同环境的一部分，提供了从设计到制 造的可靠连接，并支持多用户异地并行和协同工作。 1． 2 制造信息模型
Research on process planning of auto body welding line based on Process Designer
Zhang Shengfang，Zeng Kui，Tian Xuan，Mao Junfeng，Sha Zhihua （ School of Mechanical Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，Liaoning，China）
图 2 工艺数据库结构
2． 2 工区和工位划分 首先根据白车身零件信息和焊点数据，初步建立
焊装生产线各工区； 其次按照白车身零件安装顺序， 定义各工区下的工位数量、名称及操作顺序； 再其次 将产品分配到操作树上的各个工位，并在标明各工序 先后顺序的 Pert 图中定义各工位的操作顺序； 最后选 择已定义的各工位操作树节点，应用“Generate Assembly Tree”命令创建产品装配树。产品装配树是采用树
论述。
1 规划系统总体方案设计
白车身焊装生产线工艺规划是根据产品零件信 息、装配信息和工艺装备资源信息进行生产线的规划 设计。本文构建的基于 PD 的白车身焊装生产线工艺 规划系统是一种建立在 Oracle 数据库之上的包括系 统数据平台、制造信息模型和工艺过程模型在内的三 层结构模型，如图 1 所示，它将产品信息与产品制造特 征、制 造 资 源 和 制 造 工 艺 关 联 在 一 起，且 贯 穿 于 整 个 产品生产制造过程中。
根据实际规划需要，从操作库中将相应操作工艺 添加到操作树的工位节点下。手工操作的时间采用 的是工时测量方法（ Methods Time Measurement，MTM） 测量的标准时间，机器人或其他设备的操作时间则根 据实际仿真需要输入。 2． 4 工艺流程定义
使用 Pert 图规划产品工艺流程，能细化工位间的 连接 情 况，确 定 每 个 工 位 内 的 操 作 顺 序，可 以 直 观 地 实现工序布置。由于操作树和 Pert 图之间是相互关 联的，改动任何一方的数据，另一方都将随之更改，这样 焊装生产线规划内容既可以在 Pert 图上得到直观的逻 辑反映，又可以在操作树上得到详细的内容说明。 2． 5 焊点分配
的是白车身上的焊点和定位夹紧点信息。 1． 3 工艺过程模型
工艺过程模型以操作为核心，建立了零件、操作、 资源和制造特征之间的相互关系，提供了焊装生产线 制造过 程 的 框 架。该 模 型 又 分 为 工 艺 规 划、布 局 设 计、生产线规划、焊接管理、变型管理、工时分析、成本 分析和工程图解等八个模块，通过提取工艺数据库中 的制造信息，进行生产线的物理设计，工位、工 步 安 排，工时工装分配，然后直接生成工艺文档。
张生芳，等： 采用 Process Designer 的白车身焊装生产线工艺规划研究
2012 年第 5 期
状结构图分级显示产品装配流，以此显示零件的安装 层次 和 顺 序，每 个 节 点 为 一 个 工 艺 点，表 示 待 装 配 焊 接的零件，它体现了整个白车身焊装生产线的装配结 构以及生产过程中的装配顺序。操作树和资源树是 双胞胎结构，完成了操作树的定义即自动创建了相应 的资源树结构。 2． 3 工位操作顺序
0 引言
随着汽车行业全球化竞争的加剧，汽车产品更新 换代 加 快，设 计 制 造 周 期 缩 短，客 户 化 定 制 生 产 要 求 更高，这给汽车制造企业带来了前所未有的挑战，对 决定汽车车型变化的白车身制造工艺规划技术提出 了新的要求。目前，国内白车身焊装生产线工艺规划 没有 统 一 的 数 据 平 台，基 本 以 人 工 手 段 为 主，工 艺 人 员的工作处于孤立分散状态，同一项目所涉及的各个 专业间的资源信息协调只能依靠工艺人员的经验决 定，不能对以往的工装设备重复利用并进行标准化储
* 辽宁省自然科学基金资助项目（ 20081082，201102021） ； 辽宁省高等学校优秀人才支持计划资助项目（ LJQ2011048） ； 大连市科学技术基金资 助项目（ 2011J21DW008）
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2012 年第 5 期
现代制造工程（ Modern Manufacturing Engineering）
根据焊装生产线结构和零件的安装顺序，在焊接 特征数据库中找到待分配的焊点，然后将其拖放到指 定零件属性表里的焊接特征选项卡中，完成焊接特征 到零件的分配，焊点分配图界面如图 3 所 示。使 用 Power Bar 工具搜索出零件上所有的焊接特征，将其导 入到焊接特征树中，然后将零件中的焊接特征指定给 加工零件的工艺操作，建立关联关系。
图 3 焊点分配图界面
2． 6 工时分析 用 Gantt 图对焊装生产线每个工位的工作量进行
规划和平衡，以显示操作和资源在工艺周期间的工作 时间分配情况。选择操作树节点右键 ＞ Open with ＞
Gantt Operation View，打开操作 Gantt 图，其界面如图 4 所示，用 Operation View 描述沿着时间线的操作流程， 每个 操 作 都 有 一 根 图 条，其 长 度 代 表 时 间，并 允 许 修 改操作的时间值。选择 Gantt Study 节点右键 ＞ Open with ＞ Gantt Resource List，打开资源 Gantt 图，其界面 如图 5 所示，资源 Gantt 图表示所选资源在生产节拍 内的工作情况，允 许 对 不 同 的 资 源 进 行 工 作 负 荷 平 衡。利用图 4 和图 5 进行工时分析，可知工位操作时 间是否满足生产节拍，工序安排是否合理。
制造技术 /工艺装备
现代制造工程（ Modern Manufacturing Engineering）
2012 年第 5 期
采用 Process Designer 的白车身焊装
*
生产线工艺规划研究
张生芳，曾魁，田轩，毛俊峰，沙智华 （ 大连交通大学机械工程学院，大连 116028）
摘要： 白车身焊装生产线工艺规划是决定汽车整车生产周期的重要环节。以先进的数字化工厂技术软件———Process Designer 为平台，通过创建制造信息模型和工艺过程模型，实现对白车身焊装生产线的生产信息管理和工艺过程规划， 构建了白车身焊装生产线工艺规划系统，并详细描述了其工艺规划实现的具体方法和步骤，最后以某型白车身底板焊 装线为例，生成了基于规划系统的数字化三维工厂，对规划结果进行了验证。结果表明，利用该系统进行焊装工艺规划 能显著缩短工艺规划时间，提高工艺规划的准确性。 关键词： 白车身焊装生产线； 工艺规划； 数字化工厂； Process Designer 软件 中图分类号： TH164 文献标志码： A 文章编号： 1671—3133（ 2012） 05—0097—04
Abstract： Auto body welding line process planning is one of the key sections which determine the production cycle of the whole automobile． Take the advanced digital factory software—Process Designer as developing plat，by creating manufacturing model and process model，the production information management and process planning of the auto body welding line are realized，and the auto body welding line process planning system is constructed，the realizing method and step of processing planning are described in detail． At last，take one underbody welding line as an example，the 3D digital factory based on the process planning system is generated，and the planning results is verified． Practices shows，applying the system in welding process planning，can shorten the process planning time remarkably，and increase the accuracy of the process planning． Key words： auto body welding line； process planning； digital factory； Process Designer
2 规划系统实现方法
2． 1 工艺数据库的建立 首先通过输入白车身零件信息、焊装生产线资源
信息、装配制造信息和制造特征信息，建立零件库、资 源库、操 作 库 和 制 造 特 征 库 等 工 艺 数 据 库，其 结 构 见 图 2。创建零件库时，产品零件和资源信息以* ． co 的 格式存储在项目文件夹中，选择“Tools ＞ Administrative Tools ＞ Create Engineering Libraries”，根据存放路径选 择白车身零件或焊装生产线资源的 3D 文件，然后设 置相应节点类型，即导入了相应的零件和资源。操作 库和制造特征库同样用相应的节点并设置有关的属 性信息来创建。创建的工艺数据库以树状结构归类 存储，便于利用。
备，因此难以满足汽车生产周期缩短的要求［1-2］。 数字化工厂技术以产品全生命周期的相关数据
为 基 础，可 在 虚 拟 环 境 中 对 整 个 生 产 过 程 进 行 仿 真、 评估和优化，使 生 产 制 造 过 程 在 数 字 空 间 中 得 以 检 验，缩短了从设计到生产的时间［3-4］。Process Designer （ PD） 是 Tecnomatix 公司的数字化工厂软件 eM-Power 中的规划管 理 模 块［5］，它 通 过 建 立 逼 真 的 虚 拟 环 境， 对整个工厂、生产线和单个工位的每个操作进行工艺 规划与协同管理，并综合利用各种工具实现工艺过程 的优化。本文以 PD 为研发平台，构建了白车身焊装 生产线工艺规划系统，并对实现的关键技术进行详细