DELMIA可视化装配工艺仿真的研究应用

DELMIA可视化装配工艺仿真的研究应用

1 引言

企业生产能力的强弱主要由所拥有的制造资源数量的多少决定的。当企业在自身制造资源数量不变的情况下，往往只能通过优化生产调度，最大程度地提高设备利用率来实现生产能力的提高[1]。随着数控机床的广泛应用，零件的加工精度已不再仅依赖于工人的技术水平，与此对应的装配时间就成了影响制造周期的主要因素，装配工艺优劣成了提高产品精度的关键环节。提高装配的工作效率和工作质量，利用计算机进行装配工艺流程仿真来优化产品的可装配性是今后研究的主流。

DELMIA是达索公司面向生产过程物流仿真与分析的三维数字化工厂开发软件，可优化现有的或新的系统车间布置、生产成本和工艺流程等。DELMIA分为DELMIA E5(DPE)、DELMIA V5(DPM)和DELMIA D5(QUEST)，其中QUEST是用于确认可视化生产工艺流程决策是否满足产品生产要求的强大的仿真开发和分析工具。它为工业设计工程师、制造工程师和管理人员提供了一个单一的协同环境，以在整个产品设计过程中开发和确证最好的生产装配工艺流程。通过QUEST 的仿真可以发现生产装配线布局规划是否合理，是否有阻滞现象或闲置现象发生，并可以预先发现装配物流系统的不足，提前做出修正，改善设计，减少风险与成本，使数字工厂效益最大化。

2 产品装配线的对象建模

根据产品装配线的层次结构关系，从装配线类中派生出物理设备类、工艺类、逻辑控制类。物理设备类对应现实装配线中有形的实体，如装配设备、物流设备等；工艺类在现实装配线中没有有形的实体对应，仅包括诸如循环工艺、装载工艺、卸载工艺、生产计划和任务等工艺容；逻辑控制类描述对象间的逻辑关系，如AGV控制逻辑、Labor控制逻辑、传送带控制逻辑等。

2.1 虚拟装配线系统的物理建模

装配线虚拟物理建模针对装配线上所有设备的三维几何建模，以使虚拟环境中的装配线模型能与现实生产线的有形实体相符或相近，便于可重组装配线的布局优化设计。虚拟物理模型的生产资源包括机床、原料站(Source)、缓冲站(Buffer)、卸料(仓储)站(Sink)、自动导向小车(AGV)、工人(Labor)及装卸机器等生产资源。物理设备类按其层次结构关系将其派生出加工设备类、物流设备类、检测辅助设备类[2]。

加工设备主要是指完成一种或多种加工工艺的设备。加工设备类除了继承物理设备类的物理、过程、功能、状态属性等基本属性外，其物理属性还包括设备标识、设备规格、失效率、修复率等，其过程属性还包括设备利用率等。如图1所示为系统提供的一些加工设备。

物流设备负责设备间工件物料的运输和存储，如AGV、传送带、悬挂链、机器人、仓储设备(Source, Sink, Buffer)等。完成传送工件和搬运物料的工人(Labor)

也可以抽象地看待为物流设备。用物流设备类来描述实现物料和工件运输功能的设备或工人的属性与方法，在重组对象的实现过程中，主要描述物流设备的重组

时间、成本、利用率、工件运送时间等。物流设备又可派生出AGV类、传送带类、机器人类、仓储类。

图1 系统提供的机床模型库

检测辅助设备主要完成检测等工作，以辅助加工工艺的顺利进行。如外圆跳动仪、销孔跳动仪、探伤仪、卡尺等。根据检测项目的不同，辅助设备类派生出量具类、粗糙度测量类、传感器类等类。在装配线上，辅助加工的检测设备比较少，所以检测辅助设备类主要针对那些检测零部件装配质量的设备。比如检测装配螺钉的力度大小，检测零部件的装配误差大小，检测箱体装配气密性等方面的设备。2.2 虚拟装配线系统的工艺建模

为了描述装配过程中工艺方面的知识，用工艺类作为工艺建模的基类，其属性包括标识、名称、工艺容；行为方法有:工时计算、利用率计算等，可派生出工序类、生产计划类、生产安排类、工艺规程类等。

工序类的属性有工序标识、名称、容、工序优先级、装配工件数量、需求工人数量、需求AGV数量、需求加工设备数量、平均循环装配时间、循环装配时间分

布等。其行为方法包括定义工件优先级、定义工艺逻辑顺序、设备选择、工时计算、辅助工序安排等。根据工艺的分类，将工艺类分为初始运行工艺类、装载工艺类、循环装配工艺类、卸载工艺类、维修工艺类等[3,4]。

生产安排类的属性包括标识、名称、生产安排描述、班次数量、换班时间、准备终结时间等。其行为方法有班次安排、单件工件准备终结时间计算、关联班次安排所需的设备等。

生产计划类的属性有标识、名称、容、生产计划描述、产量、交货期、成本。生产计划类的行为方法有生产节拍计算。

工艺规程类的属性包括:标识、名称、装配流程编码、成本、产量、重组时间、可用度。行为方法有设备选择、工艺参数选择、缓冲站选择、工人选择、设备利用率计算等。对于加工工艺参数类的属性包括标识、名称、主轴转速、横向进给速度、纵向进给速度、切削深度[5]。

2.3 虚拟装配线系统的逻辑建模

逻辑控制完成生产资源的选择和调度等功能，用逻辑控制类抽象描述发生在特定时间不同资源对象交互活动的决策行为。逻辑控制类的属性有控制器标识、控制对象数量、逻辑运行优先级。逻辑控制类的行为方法包括定义初始化逻辑、加工逻辑、工件路由逻辑、资源选择逻辑等逻辑模式。各逻辑模式的含义表1所示，逻辑控制类的层次结构关系如图2所示。

其中，加工工艺逻辑主要用于定义加工工艺对象（或装配工艺对象）的先后顺序、工艺对象处理的比例关系等。路由逻辑主要用于定义工件选择路由下端对象的方式。队列逻辑主要用于定义排队方式等。设备逻辑主要用在装配线装载工件、加工（或装配）工件、卸载工件时，设备需要完成的判断与决策。AGV/Labor控制逻辑是生产资源(如设备)在选择AGV/Labor时，AGV/Labor控制器向AGV/Labor 发出的逻辑判断指令。另外，QUEST软件中的悬挂链（POWER AND FREE,简称PNF）系统逻辑模型或逻辑事件同AGV/Labor控制器逻辑模型。

表1 逻辑模式的含义