汽車裝配線的可視化仿真研究

葉洪飛

摘 要：當(dāng)前，由于裝配技術(shù)系統(tǒng)仿真對象復(fù)雜以及傳統(tǒng)仿真方式無法建立裝配系統(tǒng)方面的仿真模型。使用面向?qū)ο蟮睦碚?，基于汽車裝配線的可視化仿真建立起基本仿真系統(tǒng)。文章闡述了實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的方式及步驟，其次，根據(jù)離散事件系統(tǒng)的特點(diǎn)詳細(xì)介紹了裝配仿真系統(tǒng)的仿真策略，最后，以某汽車總裝車間為例，建立了裝配線的可視化仿真系統(tǒng)。借助汽車裝配的可視化仿真技術(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)動態(tài)仿真實(shí)現(xiàn)車間布局設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，并依次根據(jù)仿真結(jié)果來確定生產(chǎn)線的技術(shù)參數(shù)以決定生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：混流裝配 物理模型 邏輯模型

Research on Visual Simulation of Automobile Assembly Line

Ye Hongfei

Abstract：At present， due to the complex simulation objects of the assembly technology system and the traditional simulation methods， the simulation model of the assembly system cannot be established. Using object-oriented theory， a basic simulation system is established based on the visual simulation of the automobile assembly line. The article describes the method and steps to realize this technology. Secondly， according to the characteristics of the discrete event system， the simulation strategy of the assembly simulation system is introduced in detail. Finally， a visual simulation system of the assembly line is established by taking an automobile assembly shop as an example. With the help of visual simulation technology of automobile assembly， computer dynamic simulation is used to realize workshop layout design and production， and the technical parameters of the production line are determined according to the simulation results to determine production.

Key words：mixed-flow assembly， physical model， logical model

1 引言

在我國當(dāng)前的汽車產(chǎn)品的多樣性開發(fā)中，其實(shí)際的開發(fā)時間縮短，汽車裝配線在工業(yè)領(lǐng)域的使用也較為寬廣，已經(jīng)在慢慢取締傳統(tǒng)的、單一的流水線生產(chǎn)模式。在工業(yè)制造生產(chǎn)當(dāng)中，仿真技術(shù)的應(yīng)用，成為工業(yè)產(chǎn)品分析與開發(fā)的重要工具，汽車裝配生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)際過于繁瑣，其仿真過程往往是離散事件仿真，相對而言可視化仿真的形式復(fù)雜。在汽車裝配線的可視化仿真中設(shè)計(jì)調(diào)度模型、物流的設(shè)施性能、布局、系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能等問題。同樣汽車的裝配線中可視化仿真設(shè)計(jì)的投料節(jié)拍、傳送帶的速度、機(jī)床的加工時間等，可以模型化實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)開仿真技術(shù)的優(yōu)化上，其主要表現(xiàn)在算法和數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)，其功能在于對仿真對象最大簡化，導(dǎo)致對于汽車生產(chǎn)車間的實(shí)際復(fù)雜情況，在當(dāng)前的汽車裝配生產(chǎn)車間，運(yùn)用可視化仿真技術(shù)，針對汽車生產(chǎn)的理論實(shí)現(xiàn)裝配線的可視化仿真系統(tǒng)建立，確保仿真系統(tǒng)的運(yùn)行情況?？梢暬抡婕夹g(shù)在汽車裝配車間的布局設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程的運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車裝配生產(chǎn)的技術(shù)參數(shù)規(guī)劃的優(yōu)化。

2 汽車裝配線仿真系統(tǒng)

在汽車模擬裝配車間的仿真系統(tǒng)建立中，需要從裝配系統(tǒng)3D布局進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，同樣在汽車裝配線的仿真模型設(shè)計(jì)中，其參數(shù)設(shè)置和模擬流需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保汽車仿真模驗(yàn)證和分析。其汽車裝配線仿真結(jié)果符合實(shí)際情況。汽車裝配線仿真系統(tǒng)流程如圖1所示。同樣在流程系統(tǒng)涉及物理模型建立、仿真模型建立、仿真測試的建立。

3 可視化仿真物理參數(shù)模型

在建立汽車裝配線的可視化仿真系統(tǒng)當(dāng)中需要著重物理參數(shù)的建立?？梢暬抡婺Ｐ臀锢韰?shù)建立需要對生產(chǎn)線的各個組成部分的物理參數(shù)進(jìn)行模型建立，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求完善汽車裝配生產(chǎn)線的仿真物理參數(shù)模型庫的構(gòu)建。從仿真物理參數(shù)模型庫中可以調(diào)用一個相應(yīng)的管理模型，以便于形成整個生產(chǎn)線的一個整體管理模型。在可視化仿真模型的參數(shù)中，需要定義系統(tǒng)中所需的沒一個物理參數(shù)，確保定義物理對象之前定義其自己所屬的對象類，以此建立可視化仿真物理參數(shù)模型，實(shí)現(xiàn)汽車可視化物理參數(shù)與對象模型的銜接，從而確保汽車裝配的物理參數(shù)的準(zhǔn)確。

可視化仿真物理參數(shù)模型中的每個特定的屬性，確保屬性以收集數(shù)據(jù)獲得，同樣可視化仿真物理參數(shù)模型數(shù)據(jù)需要囊括過去的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)信息、停機(jī)時間、歷史記錄、生產(chǎn)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)等。在汽車裝配車間中構(gòu)建分類機(jī)械，需要構(gòu)建一臺機(jī)器的仿真物理參數(shù)零件模型識別，通過設(shè)置相關(guān)的零件模型屬性，如加工所有必需的機(jī)械零件、時間、成品等數(shù)據(jù)?？梢暬抡嫖锢韰?shù)模型結(jié)合汽車裝配的實(shí)際工作情況，可視化仿真物理參數(shù)模型對仿真技術(shù)對進(jìn)行系統(tǒng)自動仿真模擬建模，將生產(chǎn)裝配線系統(tǒng)仿真中的對象設(shè)備類型劃分為三類：其一，生產(chǎn)物理設(shè)備。通過建立裝配生產(chǎn)場景的物理設(shè)備，其二，生產(chǎn)信息過程控制系統(tǒng)。其中包括管理計(jì)劃、管理操作，管理控制，過程控制;其三，服務(wù)類別，可視化仿真物理參數(shù)模型包括生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)，圖表等。通過建立物理對象實(shí)現(xiàn)可視化仿真物理參數(shù)模型的建立?？梢暬抡嫖锢韰?shù)模型是可視化仿真操作的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)可視化仿真的主要需求條件。

4 可視化仿真模型的構(gòu)建

在可視化仿真物理參數(shù)模型可以展示靜態(tài)的仿真生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，可視化仿真模型的構(gòu)建工藝流程中的動態(tài)仿真需要建立的仿真物理參數(shù)生產(chǎn)和裝配線物理參數(shù)，根據(jù)不同的汽車裝配工藝的不同要求。可視化仿真模型的構(gòu)建需要按照汽車裝配實(shí)際生產(chǎn)情況的詳細(xì)數(shù)據(jù)，同樣可視化仿真模型的構(gòu)建對實(shí)時仿真物理參數(shù)流程實(shí)現(xiàn)動態(tài)可視化仿真。

可視化仿真模型的構(gòu)建通過定義對象類關(guān)系，并在設(shè)備之間建立邏輯關(guān)系銜接，可以基于可視化仿真邏輯關(guān)系模型的構(gòu)建。同樣可視化仿真模型的設(shè)備邏輯關(guān)系，往往能夠構(gòu)建控制設(shè)備的質(zhì)量行為，可視化仿真模型設(shè)備的零件質(zhì)量流和成品質(zhì)量?？梢暬抡婺Ｐ屯ㄟ^準(zhǔn)確地建立設(shè)備的關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)定義組裝的裝配線的工作流程。從而讓汽車裝配線的可視化仿真形成有機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)。

仿真邏輯模型即用物理模型展示隨時間的變化系統(tǒng)的不同狀態(tài)。系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)包括各控制設(shè)備的零件加工狀態(tài)運(yùn)作和維護(hù)狀態(tài)，與設(shè)備零件密切相關(guān)的運(yùn)動事件以及這些零件在控制系統(tǒng)中快速流轉(zhuǎn)的運(yùn)動過程，通過模擬系統(tǒng)不同狀態(tài)的自動展示來實(shí)現(xiàn)控制仿真系統(tǒng)模型的應(yīng)用行為。生產(chǎn)仿真模型映射是生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的約束映射，將實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)約束抽象為仿真模型約束，這些基本約束必須在邏輯仿真模型中得到充分體現(xiàn)。邏輯模型庫主要用于為工廠中的系統(tǒng)構(gòu)建生產(chǎn)信息與控制類，從而幫助建立合理的生產(chǎn)過程計(jì)劃，運(yùn)營管理信息控制和生產(chǎn)線中的物流管理。

5 仿真試驗(yàn)

對仿真系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)驗(yàn)證進(jìn)行分析、修改仿真模型設(shè)計(jì)參數(shù)的一個循環(huán)優(yōu)化過程被稱即開發(fā)優(yōu)化，這一開發(fā)階段主要內(nèi)容涉及優(yōu)化到仿真系統(tǒng)的服務(wù)分類。在建立仿真模型時，確定仿真系統(tǒng)的目標(biāo)變量和決策變量。在制造系統(tǒng)運(yùn)行了足夠長時間的系統(tǒng)模擬測試之后，您可以生成數(shù)據(jù)以評估生產(chǎn)線。評估數(shù)據(jù)以數(shù)字文本或系統(tǒng)圖的形式顯示，并且系統(tǒng)評估由系統(tǒng)優(yōu)化算法或應(yīng)用程序設(shè)計(jì)開發(fā)人員工具執(zhí)行。系統(tǒng)評估的結(jié)果可以選擇正確的產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃。

6 仿真策略

仿真策略是仿真模型的控制邏輯和仿真時鐘的驅(qū)動機(jī)制，它是實(shí)現(xiàn)仿真可視化的重要組成部分，反映出了仿真模型的本質(zhì)，基本確定了仿真模型的結(jié)構(gòu)。在連續(xù)系統(tǒng)仿真中，時間的推進(jìn)采用固定時間增量方法，而裝配系統(tǒng)的仿真是典型的離散事件仿真，事件發(fā)生在一些隨機(jī)的時刻，仿真時間的推進(jìn)是基于事件的。在裝配仿真系統(tǒng)中，零件到達(dá)某傳送帶上的控制點(diǎn)，機(jī)器加工過程結(jié)束，ACV的裝載.卸載等等都是一個個事件，事件是最能反映離散事件系統(tǒng)本質(zhì)的屬性，它的瞬間操作或行為將導(dǎo)致整個系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化。

7 裝配仿真模型

在可視化仿真汽車裝配生產(chǎn)中，根據(jù)某汽車總裝廠的實(shí)際情況建立的一條典型的混合裝配線的可視化仿真模型，建立汽車裝配線的可視化仿真，以此找出汽車裝配工藝設(shè)計(jì)的瓶頸，借助根據(jù)客戶的需求，合理協(xié)調(diào)各個汽車裝配設(shè)備的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車設(shè)備資源的合理運(yùn)用。同樣可視化仿真面向汽車生產(chǎn)過程中的自動物流仿真和數(shù)據(jù)分析的三維自動數(shù)字工廠開發(fā)，實(shí)現(xiàn)汽車裝配生產(chǎn)物流仿真分析。同樣可視化自動建模仿真，不僅能夠模擬和分析生產(chǎn)車間的結(jié)構(gòu)布局和生產(chǎn)過程管理外，也能夠用戶提供了一個簡單的協(xié)作開發(fā)環(huán)境。

根據(jù)三維模擬物理系統(tǒng)重建，構(gòu)建模擬物理系統(tǒng)所需的模型庫，建設(shè)三維對象數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)整個生產(chǎn)線的模擬物理過程模型的建設(shè)。設(shè)備之間的邏輯關(guān)系為系統(tǒng)的3D仿真建立了物理模型。車輛組裝線主體采用上下兩層的仿真物理參數(shù)結(jié)構(gòu)布??局，并由兩條平行的包裝線組成，并行操作后的車內(nèi)帶和線（上層），底盤帶和線（下層）可以組裝。平行工作人員可以通過底盤桿和生產(chǎn)線完成車輛的整個車輛組裝，并且在底盤桿和生產(chǎn)線之間還有一個重要的分支。

分解客戶的整個車輛訂單，以創(chuàng)建將零件發(fā)送到每個存儲部件的請求，例如發(fā)動機(jī)型號，特定的顏色車身，座椅選擇，特殊部件（例如冰箱）選擇。可以確定實(shí)現(xiàn)汽車生產(chǎn)站點(diǎn)工作的緩沖區(qū)域倉庫。實(shí)現(xiàn)汽車裝配廠根據(jù)客戶訂購的各種型號安排實(shí)際的生產(chǎn)。

8 結(jié)束語

由此可見，在汽車裝配線生產(chǎn)中，運(yùn)用可視化仿真來實(shí)現(xiàn)裝配車間的布局設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程的可視化。實(shí)現(xiàn)汽車裝配的實(shí)施前，對生產(chǎn)線布局、工作流程和工件搬運(yùn)工作的安全制定總體計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)汽車裝配的精準(zhǔn)與周期縮短。在生產(chǎn)汽車新產(chǎn)品線中，選擇輔助工藝設(shè)計(jì)時，利用可視化仿真技術(shù)來提高汽車的結(jié)構(gòu)形式，確定汽車生產(chǎn)線的技術(shù)參數(shù)，在現(xiàn)有生產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)品改進(jìn)和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，為汽車的可持續(xù)發(fā)展提高保障。

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