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130 科学与信息化2023年6月上
数字工厂技术在汽车焊装中的应用
刘江
柳州五菱新能源汽车有限公司 广西 柳州 545000
摘 要 市场化经济以来，工业发展迅猛，各类生产技术迅速革新换代，数字化技术、信息化技术在各类生产线中发挥着越来越重要的作用，同时也受到汽车制造业的重视，在汽车焊装领域发挥了良好的应用优势。本文将围绕着数字工厂技术在汽车焊装中的应用展开论述，首先对数字工厂技术做出概述，然后分析数字工厂关键技术及焊装工艺规划，最后结合实际案例探讨数字工厂技术在汽车焊装中的应用要点，以期促进汽车焊装朝着信息化、数字化方向发展。
关键词 数字工厂技术；汽车焊装；技术应用
Application of Digital Factory Technology in Automotive Welding Liu Jiang
Liuzhou Wuling New Energy Automobile Co., Ltd., Liuzhou 545000, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China
Abstract Since the market-oriented economy, the industry is rapidly developing, various production technologies are rapidly innovating and upgrading, digital technology and information technology play an increasingly important role in various production lines, they are also valued by the automobile manufacturing industry, and have played a good application advantage in the field of automotive welding. This paper will focus on the application of digital factory technology in automotive welding, first make an overview of digital factory technology, then analyze the digital factory key technologies and welding process planning, and finally discuss the application points of digital factory technology in automotive welding with practical cases, in order to promote the development of automotive welding towards the direction of informatization and digitalization.
Key words digital factory technology; automotive welding; technology application
引言
随着人民收入水平提升，私家车数量越来越多，汽车行业竞争也越发激烈。为了在市场厮杀中谋求生存和发展，赢得客户，各企业一直在探索缩短产品研发生产周期、降低成本、优化生产线的方法，数字化
工厂技术应运而生。数字化工厂技术能够对汽车设计生产相关数据进行集成分析和模型化、虚拟化处理，以虚拟制造的方法来对设计方案和焊装制造方案进行优化，此外数字化工厂技术还能够为市场需求、企业管理提供帮助。数字工厂技术的应用为汽车行业指明了新的发展方向。
1 数字化工厂技术
数字化工厂就是监测和收集产品在生产过程中所产生的全部信息，然后上传至计算机虚拟环境来模拟整个生产的过程，实现对生产过程的评估和生产过程的优化，基于以上原因，又可以将数字化工程称为虚拟工厂[1]。推动数字化工厂的建设，不仅能够实现生产过程的调整和优化，还能够使用网络技术
来增强数据的沟通和交流，通过虚拟制造技术来模拟出实际的产品生产制造流程并进行优化调整，极大地降低了产品出问题的概率，提高整个工厂的智能化水平。数字工厂可以从狭义和广义两个方面来看，广义的概念是将企业作为工厂的核心，核心内包括了企业与其有紧密联系的成员，以实现信息的数字化的组织，其数字化囊括的范围更加的全面，从市场的需求、产品的设计以及产品的加工等全过程的数字化，而且企业管理也进行数字化。应用数字化工厂可以映射出实际生产制造过程，从而能够快速根据客户的需求设计出客户所需的产品，保障产品生产的质量和性能。本文所指的数字化工厂是狭义数字化工
厂[2]。数字化工厂的理念对于传统的设计理念造成的一定的冲击，它将传统的手工设计与工作经验转换成了计算机辅助数字仿真与优化的更加精准可靠的设计模式，通过转化能够节省时间成本以及投资成本，
提高设计质量，大大缩短了传统模式所耗费的时间，主要是缩短了生产准备的周期。能够提高对生产产品质量的控制，提升了生产的效率，使生产的产品数据的一
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致性更高，还能够对生产线及时的进行调整，避免使用物理原型，生产过程所投入的人员数量大大减少，有效控制了生产的成本。
2 数字化工厂关键技术
数字化工厂关键技术包括数字化建模技术、数字化仿真技术、应用生产技术以及虚拟现实技术。
数字化建模技术主要是通过建模来实现建模结构的调整和优化，然后构建出企业模型，为后续构建信息系统打好基础。数字化模型的构建，主要是利用计算机技术来实现数字化的描述，表达产品的各种性能情况。利用计算机软件进行数字仿真分析，模拟出真实的情况反映，以更好地开展后续的工作。
数字化仿真技术是进行虚拟制造的重要技术，主要是采用计算机技术来构建虚拟的制造环境，但是这个环境却能模拟出真实环境的情况。在这个环境中人们可以进行一些交互的行为，并做出反应。数字化仿
真技术主要在数字工厂中模拟出整个工厂环境，将其作为工厂环境的映射，然后进行产品的生产制造。采用数字化仿真技术，还能对内部结构进行清晰的展示，如设备以及产品流水线等，可以通过内部漫游和自动化播放等形式进行展示。
虚拟现实技术自出现引来逐步应用至各大领域中，因为虚拟现实技术能带给相关人员身临其境的感受，更加真切地体会到产品设计的情况，能够提前了解生产的状况，从而进行提前的规划和整改，大大加快了设计的速度，节约了时间成本[3]。通过应用该技术能够快速地进行产品的设计和研发工作，极大地优化了生产制造的流程。
应用生产技术是利用建模技术，数字化工厂以及制定出完善的生产流程，优化生产的设计环节、制造环节以及生产环节，提高了生产的自动化水平，当进行该技术的应用时，还需考虑自身发展的状况，开展针对性的生产活动，使生产水平再次提升。
3 焊装线工艺规划要点
焊装线工艺规划能够实现对产品的工艺路线、设备的布局以及人员的分布情况进行调配，使焊装线的成本更加低，提高焊装线的柔性，虽然在工艺规划前期具有较大的工作量，而且对于规划人员的专业水平也有较高的要求，才能够规划出更合理的工艺布局。规划人员在规划时，规划的要点要针对辅助设备、焊接夹具、输送方式以及计算机系统等的布局情况，所设
置的焊装线的工位数量应该由焊接的工作量决定，焊装线的形式需要结合车间面积、产品大小以及产品结构进行选择。工艺规划是否合理，将会对产品的质量造成直接的影响。
4 数字工厂技术在汽车焊装中的应用案例分析4.1 数字工厂技术在汽车焊装的应用
4.1.1 工艺规划。处于SE 阶段时，可以应用数字化工厂设计开展生产现资格测试，构建产品生产流程图，设置基准卡以及进行产品的归纳，从而有效的控制生产线转换的成本[4]。如，在SE 阶段，需要对产品进行检查，并设置出合理的焊点位置并进行定位，检查所选择的焊点是否能够进行焊接，明确设备的更换范围，通过选择合适的产品焊点并开展基准设计，能够有效控制投资的成本。
4.1.2 离线仿真与输出。如果需要更新设备，首先要在carottlll 软件环境中对机器人进行离线编程并输出程序，在这个过程中，要注意要进行机器人与机器人，机器人与信号之间的信号装置互锁，此外，还要构建节拍，改变大于节拍的项目的夹层梯度，分析可能存在干扰的点，并创建机器人。此外，还要准备的机器人。
4.1.3 工程计划。当产品设计完成后需要在carottlll 软件中模拟出生产线环境，并进行资源的分配，完成整个产品生产的流程图。并将焊点和生产机器人进行映射，挑选出待更换的焊及焊接机器人，选择好合适的焊。明确公司设备招标和设备采购内容，进行设备和装置的购买。4.2 资源库管理
资产库作为数字工厂的基础，对于传统车间的数字化改造和在线规划数字化工厂都具有非常重要的意义，而且资产库的管理是非常重要的。资源库通常会包括特殊资源以及常规资源，常规的一些资源可以应用于生产计划期间导入的所有类型和设备，当进行焊接时所使用的常规资源包括运输机构、机器人、附件库、通用焊接伺服器。特殊资源则是一些特殊的车辆类型，还包括了其他类型的设备，通常情况下最常见的是车辆的特殊配件。
为了更好地开展管理工作，要制定标准进行规范，可以将这两种不同类型的资源分别储存在标准库和项目资源库中。4.3 新车型导入应用
4.3.1 车身生产线上改造。通过调查丰田汽车的生产过程，对新模型项目于carottlll 数字工厂环境中进行了模拟，通过虚拟3D 审查，构建了自定义工具模型，并应用该模型的脱机编程数据机器人。对生产线进行构建，构建完成后引入新模型。
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零停机能够大大节省成本，财产独立的项目计划，充分发挥数字化工厂技术在汽车工程领域的作用。
4.3.2 焊接机器人在汽车焊装领域的应用。
（1）工件焊接。应用的机器人技术主要是进行工件焊接的，因为在汽车焊装时焊接部位以及焊接的速度是影响汽车生产质量和生产速度的，此外，如果是采用人工进行焊接，会对人体的健康造成一定的影响，所以才选择焊接机器人来替代人工。随着机器人技术的发展，焊接机器人已经逐步能够独立的完成汽车生产零部件的焊接和装配工作，尤其广泛用于点焊和电弧焊。
（2）工件搬运。在焊接生产的车间，需要进行材料的移动和转移，由于材料重量大，转移工作需要通过叉车进行，而且任务量大。使用叉车将工件从仓库转移至生产线中，但是如果要将工价运输到生产和传输线上的焊接设备工件在生产两侧的连续工位安装时，必须保证所使用的焊接机器人的灵活性更强，能够大大节约生产的时间，降低员工的工作量。
（3）总拼工位多车型共线生产。在以前进行汽车的焊接和组装时，所使用的模型相对单一，开展焊接和组装汽车时焊接的步骤比较简单，但是随着汽车工业的转型和升级，汽车的组装方法难度也大大提高，但是应用焊接机器人能够进行不同型号的汽车焊接生产组装工作，而且应用机器人的灵活性更高，工作速度更快。此外，应用焊接机器人还能够实现多线并行生产的方式，实现汽车不同车型的焊接和生产工作，这样一来不仅大大节约人力，使汽车生产的工作效率提高，而且焊接的质量更加的稳定，极大降低了焊接出现问题的概率。
（4）焊缝检测。为了检测焊接的质量是否合格，所以，在汽车主体焊接完毕后，需要检查焊接的效果，
需要重视汽车主体部位的检查工作。但是由于焊接的形状和位置的限制，所以采用的检查设备谈固更加灵活的开展检查工作，如果焊接生产线的自动化水平进一步提升，可以应用机器人来对焊接的质量进行检查。
（5）轨迹生成。结合可达性验证的需求，进行仿真数据的修改工作，从而使仿真模块的离线轨迹更加的合理，使轨迹编程更加的平滑，如果工作空间狭小时，应调整好机器人的速度，并进行轨迹命令的调整。如果在进行特殊位置的工作时，更设置好机器人工作的模式，保证机器人工作的质量。
（6）基于制造过程管控与优化数字车间。在生产过程中，需要使用设备连接技术、信息显示技术、物联网技术、数字单元技术、大数据处理技术、信息化技术等，把保证汽车生
产的过程和质量，能够及时发现汽车生产过程中存在的问题，在大数据的支持下，通过分析和优化仿真过程，进行多维数据的分析工作，了解数据之间的关系，能够明确目前生产所存在的问题，并给予优化方案，使汽车生产制造环节更加的合理，构建出科学的数字化车间。
（7）仿真标准。仿真标准指的是TecnomatixPS 中的故障分析、仿真操作以及仿真的其他方面的规则。在模拟的关键技术指标中，固定工位需要每4s 焊接一个点，而辅助工位需要三秒焊接一个点，在焊接过程中要调整好焊接与焊接材料的夹角，夹角要控制在87⁰到93⁰的范围内。
4.3.3 智能制造的数字工厂应用效果。数字工厂能够实现安灯呼叫按钮、工具互联、二维码数据交互系统、自动换按键过程识别、可视看板等功能。能够进行智能决策、工具互联以及健康预测。测量仪器、处理设备以及测试设备都属于收集设备，收集设备能够完成数据的收集、分析、储存的功能。还能够实现与EMS 系统信息的交互功能，能够记录生产过程中的信息，我记录的信息囊括了整个生产过程，包括任务信息，设备信息、工单信息、处理信息、人员信息、物料信息、自动决策信息以及制造信息等等，构建了完整的信息数据库。
5 结束语
综上所述，汽车行业竞争激烈、更新换代快，更需要加强对车间设计制造技术的研究投入。
数字工厂技术的关键在于数字化建模技术、数字化仿真技术、虚拟现实技术以及应用生产技术，在汽车焊接中借助数字工程技术可以实现从设计、工艺规划到生产设备控制、焊接检测等多环节的管控，从而有效缩短新车型的生产周期、提升生产自动化、机械化程度，降低人力成本，同时为管理工作提供信息数据支持，企业当不断加强数字工厂技术的应用研究和优化。
参考文献
[1] 宁宇.基于数字化工厂的轿车地板焊装线的混流设计与规划[D].长春：吉林大学,2011.
汽车生产流程[2] 王官章.汽车焊装车间MES 的实施及保障措施研究——以长安汽 车渝北工厂焊装车间为例[D].成都：成都理工大学,2018.
[3] 邓喆.基于数字化工厂的轿车地板焊装线的混流设计与规划[J].建筑工程技术与设计,2016(15):3216-3216.
[4] 徐海搏，刘久月，吴政勋，等.基于ProcessSimulate 的焊装前地板生产线工艺规划与仿真验证[J].锻造与冲压,2021(18):16-21.
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