虚拟制造环境下轿车白车身装焊线建模与仿真研究

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1、·现代设计与制造·吴挺都东韩赞东等虚拟制造环境下轿车白车身装焊线建模与仿真研究!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!虚拟制造环境下轿车白车身装焊线建模与仿真研究吴挺，都东，韩赞东，张勇智（清华大学机械工程系，北京!"""#$）摘要：在虚拟制造环境下，集成微观的制造工艺内容和宏观的离散事件系统%个层次，建立了典型白车身装焊线数字模型，实现了在计算机上对实际生产景况的三维直观表达。以此数字模型为基础，结合系统仿真技术和具体的寻优算法，针对兼顾成本和效率的目标函数，进行装焊生产线缓冲区优化设计等方面的研究。关

2、键词：虚拟制造；白车身装焊线；寻优算法中图分类号：!"#$；!%&’#(’文献标识码：)文章编号：!&’%(!&!&（%"")）")(""’)(")*+,公司应用虚拟制造技术为通用汽车公司的中!)!0／辆。装焊车间内共分有%&个工作区，其中工装卡高档豪华轿车分厂进行总装生产优化设计，包括对人员具!11套，悬点焊机%$!台，座点焊机)/台，螺柱焊机!!的行走路径、加工设备的摆放优化等，实现了人机环境台，弧焊机!1台，涂胶设备!!台，压边机&台，中频加热的协调，消除了装配过程的干涉。-.公司因此节省数器&台，空中输送线&条，机器人)’台，现场操作工人过百万美元，并大大缩短了新车型上市时间［!］。百

3、人。图!是生产线布局的简单示意。本文在虚拟制造环境下，进行轿车制造中的白车身装焊线的研究。白车身装焊生产线系统完成由几十个大型覆盖件、几百个小型冲压件，经过近千道工序装配焊接成白车身的重要工作任务，工艺流程庞杂。该生产线的运行性能直接决定着车身质量、生产率和经济性［%］。实际生产中对白车身装焊线的优化改造往往基于经验，通过对生产现场的直接调整测试来实施，但在调整期间会影响正常生产，而且由于对车间现场条件的限制和硬件设备投资成本的考虑，难以柔性地对多种方图!某轿车白车身装焊生产线布局简图案进行评估测试。总体而言，整个改造的周期过长、成此典型装焊生产线的数字建模应突出%个层次：微本偏大。观层次的装

4、焊单元建模与宏观层次的整线建模。装焊而基于虚拟制造技术，可在计算机上建立白车身装单元的建模是整线建模的基础，在线上分为多机器人工焊线的三维数字模型，表征现实生产的运行情况，利用作单元和人工操作单元，包括车身本体、工装夹具、点焊模型参数调整及仿真输出，通过流程分析，方便地进行机器人、操作工人、辅助设备以及作业环境等，对其建模各种生产线优化方案的比较研究，对其能取得的效益及应体现各工位的具体工作内容，特别是生产节拍在各工风险予以确实有效的评估，确定最终方案，从而一步到序的分解，例如总成件输送、进／出工位、基准定位、组件位地对实际生产线予以改造，提高工作效率。装配、夹具固定、机器人／人工焊接等一系列

5、过程情况。仿真的重点是制造工艺过程的精细分析，考虑操作的可#白车身装焊生产线的数字建模达性和合理性，避免干涉，对生产设备进行合理布局。白车身装焊线是复杂的自动流水线系统，由底板总这属于生产建模的微观层次。成工段、侧围总成工段、车身总成工段等总成线和许多装焊生产线全局生产过程的建模是宏观的虚拟制分总成线组成。本文所面向的典型白车身装焊生产线造，基于生产线布置、工位衔接、流水作业的实际，仿真采用的是德国技术，设计年产量!/万辆，生产节拍为其物流、信息流、能量流是典型的离散事件系统仿真，其收稿日期：%""%("1(%&基金项目：国家十五#&)计划资助项目（%""!22$!!!$"）；高等学校优秀青年

6、教师教学科研奖励计划资助项目作者简介：吴挺（!1’#(），男，江苏吴江人，清华大学硕士研究生，主要从事轿车生产线设计分析和虚拟制造技术研究。’)9??:年:月中国制造业信息化第:9卷第:期#################################################################注重于车间内物流堵塞、设备故障等随机生产事件的发#<生产线运行状态统计信息：生产节拍、各工位具生与处理，监控各条分总成线并行工作的协调性及线生体操作时间及其波动率分布、车间内设备故障发生率及产能力平衡情况，进行生产动态过程的分析，通过出产其修复时间统计、暂时性物料短缺及人员变动情况

7、、生产率、设备利用率等指标评估全线的运行性能。率、设备平均利用率、缓冲区负荷率等。根据以上分析，采用工作站（!!"!#、$%内存）和&’()*+公司的离散事件仿真工具,-’./、制造进程仿真软件0%10!和人因工程仿真分析软件21%3，搭建了虚拟制造的研究环境。通过导入"4504、!67／2生成的加工对象、生产设备、夹具、分总成件等"48数据，由0%10!、21%3建立精细的单元生产动态模型，再集