仿真技術在智能工廠中的應用

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仿真技術在智能工廠中的應用三維可視化技術、仿真技術在智能工廠中的應用，某公司充分利用三維可視化技術以及仿真技術的描繪和理解特點，對待建設車間涉及的大量設備數據體進行描繪，並將描繪結果以更易理解的三維方式展現給設計者及管理者，為分析、理解、多學科交流起到橋樑作用。通過利用物流仿真軟件Plant Simulation在已經構建的虛擬生產線平台上對塗裝線進行全局物流仿真、瓶頸分析、局部單元仿真，可以檢測塗裝線物流輸送的是否順暢，是否存在瓶頸等問題。

關鍵詞：三維可視化技術 仿真技術 智能工廠

目錄

一、案例簡介

公司充分利用Autodesk Vault協同設計軟件搭建三維協同設計平台進行三維參數化、模塊化的協同設計，滿足車間及設備的快速規劃和設計，提高設計效率、縮短設計時間。使車間從設計階段就具備可重構性和較高的柔性與應變能力。通過利用物流仿真軟件Plant Simulation在已經構建的虛擬生產線平台上對塗裝線進行全局物流仿真、瓶頸分析、局部單元仿真。

二、案例背景介紹

目前鍛造行業面臨兩大挑戰，一方面鍛造行業屬於高危險、高污染的基礎性產業，工人勞動強度大、危險性大，同時由於其煙塵、有害氣體、噪聲和振動等環保問題對員工身心健康也構成嚴重的威脅，企業 必須要考慮逐年上升的勞動力成本的壓力。另一方面，汽車的普及、工程機械用量逐年增加，關鍵傳動件的需求量越來越大，帶來了批量生產效應。如何應對挑戰並為企業帶來更大的經濟效益，自動化+智能化是企業轉型升級的必要手段，也是行業發展的必然趨勢。

全自動智能精鍛示範線和現代農業裝備智能駕駛艙數字化工廠規劃初期就制定要充分利用三維可視化技術的描繪和理解特點，對待建設車間涉及的大量設備數據體進行描繪，並將描繪結果以更易理解的三維方式展現給設計者及管理者，為分析、理解、多學科交流起到橋樑作用。按照總體規劃、分步實施的原則進行車間規劃以及分步實施內容，並為下一階段的實施計劃預留相應的接口及制定相應的對接措施，保證項目的實施是有序的，目標是一致的。

三、案例應用詳情

1、總體應用框架

利用Autodesk Vault協同設計軟件搭建三維協同設計平台進行三維參數化、模塊化的協同設計，對車間規劃及設備的設計涉及到的設備按照工藝工位進行參數化、模塊化設計，在不同的幾何元素或不同的特徵之間建立各種尺寸關聯或幾何約束關係,使設計者可以更好地表達設計意圖,更加靈活方便地對模型進行修改，如前處理設備按照工藝預脫脂、脫脂、水洗等工位進行參數化、模塊化建模。滿足車間及設備的快速規劃和設計，提高設計效率、縮短設計時間。使車間從設計階段就具備可重構性和較高的柔性與應變能力。一旦車間因工藝規劃而出現變化，就可以在現有三維資源的基礎上，通過適當調整幾何元素和約束關係，快速形成一條新的車間，實現快速重構性設計。可為項目設計初期的三維可視化和仿真優化提供三維數據。

2、關鍵技術應用詳情

（1）三維可視化的工藝驗證

三維可視化既是一種解釋工具，也是一種成果表達工具。在二維設計完成後，藉助參數化、模塊化模型協同設計平台，通過調整其相關幾何元素和約束關係，快速構成工藝要求的車間及設備模型，從而快速搭建三維工藝布局。藉助Q3D三維可視化軟件建立三維可視化環境，在虛擬製造實驗室以更易理解的三維方式展現給設計者及管理者，為分析、理解、多學科交流、論證，進行設計結果驗證。

現代農業裝備智能駕駛艙數字化工廠自行葫蘆+滑橇方案現代農業裝備智能駕駛艙數字化工廠程控行車+積放鏈方案是現代農業裝備智能駕駛艙數字化工廠在規劃初期針對兩種不同的輸送方案進行的三維可視化布局論證。現代農業裝備智能駕駛艙數字化工廠自行葫蘆+滑橇方案前處理採用自行葫蘆、其它工位採用滑橇輸送方案，在該方案中所有物流過程及緩存區域都在地面，地面布局非常密集，安全通道、人行通道、維修通道難以布局，存在較大的安全隱患。現代農業裝備智能駕駛艙數字化工廠程控行車+積放鏈方案前處理採用程控行車、其它工位採用積放鏈的輸送方案，物流過程和緩存區域都布置在空中，安全通道、人行通道及維修通道布置在地面，兩者互不干涉，空間利用更加合理，最終按照圖6方案進行規劃。

（2） 仿真技術優化工藝過程

通過利用物流仿真軟件PlantSimulation在已經構建的虛擬生產線平台上對塗裝線進行全局物流仿真、瓶頸分析、局部單元仿真，可以檢測塗裝線物流輸送的是否順暢，是否存在瓶頸等問題。對塗裝線的工藝規劃方案進行驗證、調整、更新和優化。在仿真模型中，真實再現了塗裝線轉運系統相互間物流狀態。

由仿真分析結果可知，如脫脂、磷化、電泳三大工藝工藝時間要求為3min，且三大主工藝槽體均設為單槽，利用七輛行車和空吊具返回系統也可滿足實際生產的需要，但其生產節拍不能夠預留工藝時間的調整餘量。

通過仿真分析可知，積放鏈輸送系統在滿足生產節拍的要求，各個工位的工藝時間能夠滿足實際工藝時間的需要。積放鏈輸送系統在烘乾室區域，每次進出兩輛車，也可以滿足生產節拍的要求，且各個工位的工藝時間能夠實際工藝時間的需要，但電泳烘乾前的人工吹水工位需要預留三輛積放小車才能滿足實際生產的需要。

由仿真分析可知：在雙下件工位節拍2.25分鐘，工藝節拍4.5分鐘，緩存區為128個工位可以滿足物流要求。

四、創新性與優勢

本項目的創新性在於以下幾個方面：

（1）藉助Q3D三維可視化軟件建立三維可視化環境，在虛擬製造實驗室以更易理解的三維方式展現給設計者及管理者，為分析、理解、多學科交流、論證，進行設計結果驗證。

（2）利用Autodesk Vault協同設計軟件搭建三維協同設計平台進行三維參數化、模塊化的協同設計，滿足車間及設備的快速規劃和設計，提高設計效率、縮短設計時間。使車間從設計階段就具備可重構性和較高的柔性與應變能力。

（3）通過利用物流仿真軟件Plant Simulation在已經構建的虛擬生產線平台上對塗裝線進行全局物流仿真、瓶頸分析、局部單元仿真。

五、案例應用效益分析

全自動智能精鍛示範線項目實施後，實現全自動化生產，車間不需要人工操作，並且通過在線監測、數據分析、反饋，設備根據反饋信息自動進行參數調整，形成一個閉環控制系統。同時生產管理者可以遠程監控車間的運行狀態，有問題及時解決，保證生產可靠運行，提高生產效率。