摘 要：隨著汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，對車身焊裝生產(chǎn)線的要求也越來越高。為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，本文針對白車身焊裝生產(chǎn)線進行了基于PDPS的改造設(shè)計及工藝仿真研究。通過分析現(xiàn)有生產(chǎn)線存在的問題，明確了生產(chǎn)線的改造方向以及目標。PDPS是一種主要應用于制造業(yè)的生產(chǎn)線工藝仿真軟件，旨在提高生產(chǎn)效率、降低成本，并確保工藝的可靠性和質(zhì)量?；赑DPS的白車身焊裝生產(chǎn)線改造設(shè)計及工藝仿真研究能夠有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，具有良好的應用前景。

關(guān)鍵詞：PDPS 白車身焊裝生產(chǎn)線 改造設(shè)計 工藝仿真 生產(chǎn)效率

1 緒論

隨著汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，對車身焊裝生產(chǎn)線的要求也越來越高。傳統(tǒng)的白車身焊裝生產(chǎn)線存在許多問題，如生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)成本高等。為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，本文針對白車身焊裝生產(chǎn)線進行了基于PDPS（Process Design and Process Simulate）的改造設(shè)計及工藝仿真研究[1]。

目前，汽車制造業(yè)正朝著自動化、信息化、智能化的方向發(fā)展。許多研究機構(gòu)和企業(yè)都在積極探索和應用新技術(shù)、新方法來提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如，國內(nèi)外的一些企業(yè)已經(jīng)開始采用機器人焊接技術(shù)、自動化物流系統(tǒng)等來改造生產(chǎn)線[2-4]。國內(nèi)的一些企業(yè)也開始關(guān)注PDPS在生產(chǎn)線改造中的應用，并取得了一定的成果。然而，現(xiàn)有的研究成果主要集中在自動化設(shè)備和信息管理系統(tǒng)的研究上，對基于PDPS的白車身焊裝生產(chǎn)線改造設(shè)計及工藝仿真研究還比較少。本研究將基于PDPS，對白車身焊裝生產(chǎn)線進行模塊化設(shè)計、工藝優(yōu)化和生產(chǎn)過程的信息化管理。利用3D設(shè)計軟件Catia對生產(chǎn)線進行三維建模，運用PDPS進行工藝仿真[5]。通過仿真分析，驗證了改造方案的可行性，并優(yōu)化了生產(chǎn)線布局和工藝流程[6-8]。

PDPS主要包括Process Design 和Process Simulate兩個模塊。其中Process Design 是工藝設(shè)計模塊，主要用于創(chuàng)建、優(yōu)化和管理制造流程。Process Simulate是工藝仿真模塊，專注于模擬和優(yōu)化制造過程，同時對生產(chǎn)線進行工藝優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。本研究的目的是通過基于PDPS的白車身焊裝生產(chǎn)線改造設(shè)計及工藝仿真研究，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，為汽車制造業(yè)的發(fā)展提供有力支持。同時，本研究也將為其他類似生產(chǎn)線的改造提供參考和借鑒。

2 創(chuàng)建焊裝生產(chǎn)線仿真環(huán)境

2.1 PDPS軟件仿真流程

打開PDPS軟件，新建一個項目，并填寫項目的名稱、描述及其他必要信息。在使用PDPS軟件進行機器人生產(chǎn)線工藝規(guī)劃時，通常采用基于時間序列的仿真模式，而對于那些需要考慮信號邏輯關(guān)系的仿真項目，則采用基于事件驅(qū)動的仿真模式。本文通過運用PDPS軟件對機器人在實際環(huán)境下的作業(yè)情況進行模擬，以識別和解決產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中可能遇到的問題。具體來說，圖1展示了白車身焊裝生產(chǎn)線的仿真流程。

2.2 創(chuàng)建焊裝生產(chǎn)線仿真數(shù)據(jù)

2.2.1 工位數(shù)據(jù)導入

PDPS軟件是一個用于工藝設(shè)計和仿真的工具，廣泛應用于制造業(yè)生產(chǎn)線正式投產(chǎn)前的產(chǎn)線工藝布局設(shè)計及仿真。在白車身焊裝生產(chǎn)線仿真過程中，建模和數(shù)據(jù)導入是兩個重要的環(huán)節(jié)，它們直接影響到仿真的準確性和有效性。數(shù)據(jù)導入是將實際生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)導入PDPS軟件，用于仿真模型的驗證和優(yōu)化。數(shù)據(jù)導入主要包括：收集數(shù)據(jù)、格式轉(zhuǎn)換、導入數(shù)據(jù)等三個方面。首先將收集實際生產(chǎn)線的運行數(shù)據(jù)，包括設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)節(jié)拍、焊接工藝等。然后將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PDPS軟件支持的格式，如Excel、CSV等。最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)導入PDPS軟件，與仿真模型進行關(guān)聯(lián)。建模和數(shù)據(jù)導入時需要確保輸入的數(shù)據(jù)準確無誤，以保證仿真結(jié)果的準確性。在導入數(shù)據(jù)后，對仿真模型進行驗證，確保模型的準確性。根據(jù)仿真結(jié)果，對模型參數(shù)進行調(diào)整，以優(yōu)化仿真結(jié)果。

白車身焊裝生產(chǎn)線包括多個工位，每個工位有焊裝機器人和輸送帶。在PDPS軟件中，首先構(gòu)建仿真模型，包括工位數(shù)量、設(shè)備參數(shù)、物料流等。然后，收集實際生產(chǎn)線的運行數(shù)據(jù)，如設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)節(jié)拍、焊接工藝等，并將其轉(zhuǎn)換為PDPS軟件支持的格式。最后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)導入PDPS軟件，與仿真模型進行關(guān)聯(lián)，并進行仿真驗證和優(yōu)化。

2.2.2 焊點數(shù)據(jù)導入

將焊點數(shù)據(jù)導入PDPS軟件之前，需要收集實際的焊點數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括焊點的位置、焊縫長度、焊接時間、焊接電流、電壓等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以通過焊接記錄儀、生產(chǎn)管理系統(tǒng)或其他數(shù)據(jù)采集工具獲得。收集到的焊點數(shù)據(jù)通常需要轉(zhuǎn)換為PDPS軟件支持的數(shù)據(jù)格式，如CSV或Excel文件。在轉(zhuǎn)換過程中，需要確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性，以便在PDPS軟件中進行正確的導入和處理。將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)文件導入PDPS軟件，通常需要按照軟件的指引進行操作。在導入過程中，需要確保焊點數(shù)據(jù)與仿真模型中的焊點位置相對應，以便進行準確的仿真和分析。導入焊點數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)與仿真模型中的焊點位置進行關(guān)聯(lián)。這可以通過標記焊點、設(shè)定焊接參數(shù)等方式實現(xiàn)。然后，進行仿真驗證，確保焊點數(shù)據(jù)的導入和處理正確無誤。

2.2.3 夾具機構(gòu)定義

夾具機構(gòu)定義是模擬生產(chǎn)線中用于固定和定位車身部件的關(guān)鍵組件。夾具機構(gòu)在焊接過程中起著至關(guān)重要的作用，它能夠有效保證白車身焊接質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。白車身焊裝生產(chǎn)線上，有多個焊點需要進行仿真。首先，根據(jù)實際生產(chǎn)線布局，在PDPS軟件中確定夾具的位置。然后，根據(jù)夾具的實際類型，選擇PDPS軟件中的相應夾具模型。接下來，利用“Kinematics Editor”命令，設(shè)置夾具的夾持力、夾持行程、夾持角度等參數(shù)，并在仿真模型中定義夾具的夾持和釋放動作，如圖2所示。

2.2.4 機器人焊接路徑設(shè)置

機器人焊接路徑設(shè)置是一個重要的環(huán)節(jié)，它涉及到模擬實際生產(chǎn)線中機器人焊接過程的路徑規(guī)劃。同時，為了確保生產(chǎn)安全，機器人碰撞干涉檢查也是必不可少的。在軟件中設(shè)定碰撞檢查的條件，包括檢查范圍、檢查頻率等。在仿真過程中，軟件會自動檢查機器人焊接路徑是否與生產(chǎn)線上的其他設(shè)備、工件等發(fā)生碰撞。仿真結(jié)束后，軟件會顯示碰撞檢查的結(jié)果，包括碰撞的位置、類型等。根據(jù)碰撞檢查結(jié)果，對焊接路徑和參數(shù)進行調(diào)整，以避免碰撞，如圖3所示為發(fā)生碰撞干涉情況。

白車身焊裝生產(chǎn)線上有多個焊點需要進行機器人焊接。首先，根據(jù)實際生產(chǎn)線中的機器人型號，在軟件中選擇相應的機器人模型導入PDPS。然后，根據(jù)焊接工藝要求，在軟件中利用Add Current Location 命令，在路徑編輯器中規(guī)劃機器人的焊接路徑，并設(shè)定焊接參數(shù)。之后進行碰撞干涉檢查，確保焊接路徑與生產(chǎn)線上的其他設(shè)備、工件等不發(fā)生碰撞。最后，根據(jù)仿真結(jié)果和實際生產(chǎn)需求，對焊接路徑和參數(shù)進行調(diào)整，以優(yōu)化焊接效果和生產(chǎn)節(jié)拍，如圖4所示為機器人碰撞干涉檢查調(diào)整后的情況。

2.3 創(chuàng)建焊裝生產(chǎn)線工藝流程

白車身底板零件焊裝工藝布局主要由八個工位組成，如圖5所示。 AFO1750工位包含1個零件中轉(zhuǎn)臺，零件中轉(zhuǎn)臺上擺放5Q0_803_531_F和5Q0_803_133_C兩個底板分總成零件。AFO1755工位包含1臺搬運機械手，機械手抓取AFO1750零件上件臺上的5Q0_803_531_F和5Q0_803_133_C 兩個零件并該兩個零件放置在AFO1770定位焊裝夾具上。AFO1657工位包含1臺積放鏈，積放鏈上擺放5Q0_803_502_CM和5Q0_803_501_CM兩個底板分總成零件。AFO1760工位包含1臺搬運機械手，1臺七軸和1臺固定涂膠機。機械手安裝在七軸上，機械手在七軸上移動至AFO1657積放鏈下方并抓取積放鏈上的5Q0_803_502_CM和5Q0_803_501_CM兩個底板分總成零件，然后搬運至AFO1765涂膠位，對該兩個零件進行涂膠.最后將零件放置在AFO1770定位焊裝夾具上。

AFO1770工位包含1個定位焊裝夾具和2臺焊接機械手。2臺機械手對擺放在AFO1770定位焊夾具上的底板分總成零件5Q0_803_531_F、5Q0_803_133_C、5Q0_803_502_CM和5Q0_803_501_CM進行焊接形成底板總成零件5Q0_803_407_CM。AFO1775工位包含1臺搬運機械手、1臺固定焊槍和1個零件中轉(zhuǎn)臺。機械手將底板總成零件5Q0_803_407_CM從AFO1770定位焊裝夾具上搬運至固定焊接位對該零件進行焊接，焊接完成后機械手再將該零件放置在中轉(zhuǎn)臺上。AFO1782工位包含1臺機械手、1臺固定焊槍和1個零件中轉(zhuǎn)臺。機械手從AFO1775中裝臺上抓取底板總成零件5Q0_803_407_CM，搬運至固定焊接位進行焊接，焊接完成后將零件放置在中轉(zhuǎn)臺上。AFO1785工位包含1臺機械手、1臺固定焊槍和1臺積放鏈。機械手從AFO1782中裝臺上抓取底板總成零件5Q0_803_407_CM，搬運至固定焊接位進行焊接，焊接完成后將零件放置在積放鏈上。圖6所示為島型工位3D布局。

3 焊裝生產(chǎn)線仿真研究內(nèi)容

本研究旨在利用PDPS（Process Design and Process Simulate）軟件對白車身焊裝生產(chǎn)線進行仿真研究，以提高生產(chǎn)效率、降低成本、優(yōu)化工藝流程和確保生產(chǎn)安全。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面：

（1）生產(chǎn)線建模：建立精確的生產(chǎn)線仿真模型，包括焊裝機器人、輸送帶、工位等關(guān)鍵設(shè)備。

（2）工藝流程仿真：導入實際的焊點信息，包括焊點位置，焊接壓力，焊接時間，焊接電流等參數(shù)，確保軟件仿真數(shù)據(jù)信息與實際焊接工藝指導書中各項參數(shù)要求一致，從而保證仿真結(jié)果的有效性和可信度。

（3）夾具機構(gòu)定義：根據(jù)實際生產(chǎn)線中的夾具類型，在PDPS軟件中定義夾具模型。設(shè)定夾具的夾緊力、夾緊時間、夾緊位置等參數(shù)，以模擬夾具的實際功能。

（4）機器人焊接路徑設(shè)置：根據(jù)焊接工藝要求，在PDPS軟件中規(guī)劃機器人的焊接軌跡。

（5）碰撞干涉檢查：在仿真過程中，針對機器人焊接路徑與生產(chǎn)線上的其他設(shè)備、工件等進行碰撞干涉檢查。根據(jù)碰撞檢查結(jié)果，對焊接路徑進行調(diào)整以避免碰撞。

（6）仿真結(jié)果分析：運行仿真動畫，觀察焊接過程的模擬效果，確保整個焊接工藝滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求。

4 PDPS的仿真優(yōu)勢

4.1 提高生產(chǎn)效率

PDPS軟件能夠模擬實際生產(chǎn)線的運行情況，幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)流程中的瓶頸和優(yōu)化點，從而提高生產(chǎn)線的整體效率[9]。通過仿真模擬，可以對生產(chǎn)線進行預先設(shè)計和優(yōu)化，確保實際生產(chǎn)過程中能夠高效、順暢地運行。PDPS軟件可以預測設(shè)備故障和維護需求，提前安排維護計劃，減少實際生產(chǎn)中的停機時間。通過仿真模擬，企業(yè)可以提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，并采取措施進行預防，從而降低因設(shè)備故障導致的停機時間。

4.2 降低生產(chǎn)成本

PDPS軟件可以幫助企業(yè)合理分配資源，如設(shè)備、人員、物料等，減少等待時間和資源浪費。通過仿真分析，企業(yè)可以更加精準地評估資源需求，確保資源得到充分利用。PDPS軟件可以幫助企業(yè)優(yōu)化能源使用，如調(diào)整設(shè)備運行時間、優(yōu)化冷卻系統(tǒng)等，從而降低能耗成本[9]。通過仿真分析，企業(yè)可以評估不同方案的能耗情況，選擇最優(yōu)方案，實現(xiàn)節(jié)能降耗。PDPS軟件可以幫助企業(yè)評估不同方案的成本效益，選擇最優(yōu)方案。通過仿真分析，企業(yè)可以預測生產(chǎn)成本，為成本控制提供依據(jù)[10]。

4.3 提高產(chǎn)品質(zhì)量

PDPS軟件可以預測和避免由于生產(chǎn)線設(shè)計不合理導致的質(zhì)量問題，如焊接缺陷、零件錯位等。通過仿真模擬，企業(yè)可以優(yōu)化工藝參數(shù)，確保生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。此外，仿真模擬還可以幫助企業(yè)建立更有效的質(zhì)量監(jiān)控體系，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題[11]。PDPS軟件可以幫助企業(yè)評估生產(chǎn)線改造過程中的風險，如設(shè)備故障、質(zhì)量問題等。通過仿真模擬，企業(yè)可以提前發(fā)現(xiàn)潛在風險，并采取措施進行預防，降低風險發(fā)生概率。

5 結(jié)論

本研究以基于PDPS的白車身焊裝生產(chǎn)線改造設(shè)計及工藝仿真為研究對象，完成對生產(chǎn)線建模、工藝流程仿真、夾具機構(gòu)定義、機器人焊接路徑設(shè)置、碰撞干涉檢查等方面的研究。通過PDPS軟件建立了精確的生產(chǎn)線仿真模型，能夠模擬實際生產(chǎn)情況，為生產(chǎn)線的優(yōu)化和升級提供支持。導入實際的焊點數(shù)據(jù)，與仿真模型中的焊點位置進行關(guān)聯(lián)，確保焊接工藝的準確性。定義了夾具機構(gòu)模型，并設(shè)定了夾緊參數(shù)，模擬了夾具的實際功能，有助于提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。規(guī)劃了機器人的焊接路徑，并設(shè)定了焊接參數(shù)，確保焊接工藝的合理性和有效性。進行了碰撞干涉檢查，根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)整了焊接路徑和參數(shù)，避免了碰撞，提高了生產(chǎn)安全。

本研究基于PDPS的白車身焊裝生產(chǎn)線改造設(shè)計及工藝仿真研究取得了顯著成果，為生產(chǎn)線的優(yōu)化和升級提供了理論依據(jù)和實踐支持。通過合理的設(shè)計和實施，本研究可以有效提高生產(chǎn)線的性能和效率，為焊裝生產(chǎn)線的持續(xù)發(fā)展提供支持。

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