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基于数字化工厂的轿车地板焊装线的混流设计与规划

宁宇  
【摘要】:当今社会,随着经济和市场全球化的发展,制造企业之间的竞争越来越激烈,汽车制造企业也不例外。为了在激烈的市场竞争中立于不败之地,要求企业必须以最快的速度,最低的成本,推出高质量的产品来占领市场。但是汽车不同于其它工业产品,它设计和生产的周期相对较长,成本较高,使传统的设计、生产方法已经逐渐成为企业发展的瓶颈。 数字化工厂技术的出现,显著改善了企业的不利局面。作为先进的设计和生产技术,数字化工厂主要通过前期的布局、规划以及仿真和离线编程,使企业在生产制造产品之前即可通过计算机在虚拟的环境下完成和真实工厂生产线相同的工作。以车身焊装线为例,对整个生产线的布局,可以合理安排厂房空间;前期三维验证,可以与夹具、抓具的设计并行展开,有效地避免了由于夹具、抓具设计缺陷所导致的干涉等问题,在制造之前即可对不合理的设计进行修改,大大节省了生产成本;对机器人的仿真,可以有效的验证焊点及工艺分配的合理性,能够提供焊钳选型的依据,并对机器人路径以及各工位时序进行分析和调整;离线编程可在机器人仿真的基础上导出离线程序,极大地缩短了现场调试时间。 本文结合一汽集团“焊装线机器人电气系统集成与仿真示校技术的研发”项目,以一汽轿车公司二厂轿车地板焊装线为基础,深入研究数字化工厂在车身焊装生产线中的应用,搭建首个国内自主品牌利用数字化工厂技术的轿车车身焊装混流生产线平台,使之拥有年产20万辆的水平,实现对一汽集团自主产品竞争力的有效支撑。全文的主要内容如下: 1.本文在参阅大量文献基础上,系统地介绍了焊装生产线的概念、形势及其发展,阐明其特点、设计要点以及输送方式。对本项目中的地板焊装线的前期二维布局进行分析;进行了焊点及工艺的分配;对焊钳进行选型和优化;并通过三维模拟软件进行前期的三维验证。 2.一条完整的焊装线,最重要的就是焊接夹具,它是焊装线中不可或缺的一部分。本文在对焊接夹具的概念、分类以及特点进行描述的基础上,详细阐明了焊接夹具的设计方法以及设计步骤。在前期工艺规划的基础上,对本文中的地板焊装线内的夹具进行三维设计,并配合三维验证,对焊接夹具进行优化。 3.介绍了机器人分析所需的数学基础,为后来的分析与计算提供了必要的前提。从正问题和逆问题两个方面对机器人进行运动学分析,并以本项目所采用的ES200N型Motoman莫托曼机器人为例,利用D-H矩阵,建立其运动学模型。在动力学方面,介绍了刚体动力学原理,详述了机器人动力学的两种求法,即拉格朗日法和牛顿-欧拉法。概括了机器人运动学与动力学方程及其计算公式,从而对以后数字化工厂中机器人的仿真以及路径优化提供了理论基础。 4.根据经验总结了伺服电机选型的理论,通过计算和比较,选择主拼工位切换车型时的传动电机型号。详细阐述伺服焊钳的配置,包括伺服焊钳控制轴的设置以及伺服焊钳的设定步骤。最后以MOTOMAN莫托曼机器人为例,介绍了机器人以及点焊的基本知识,并对点焊机器人系统进行详细说明。在条件准备充分的情况下,将所有资源安装到厂房中地板线所在的位置,经过对机器人的示教最终完成整个轿车地板焊装线的安装及调试,从而使整个地板焊装线的项目圆满成功。 综上所述,本文在对数字化工厂进行了较系统、深入研究的基础上,对自主品牌采用数字化工厂技术完成焊装生产线的设计与规划取得了创新性成果。通过该项目的完成,应用数字化工厂技术解决白车身方案的规划与布局的研究实践,展现了数字化工厂应用的全过程。理论研究为机器人仿真以及路径优化提供了理论基础。运用数字化工厂技术,缩短了新产品的开发周期,降低成本,提高了企业市场竞争力。对自主品牌做大做强,在汽车行业处于不败之地具有重要的现实意义。


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