CN102608919A - 一种冲压单工位生产模拟验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种能够实现过程模拟仿真以及机器人编程的冲压单工位生产模拟验证方法，以指导生产进行，减少调试过程中的时间、成本浪费，提高编程安全性和质量。本发明利用数字化工厂软件，根据不同设备的特征及参数输入，完成工位验证中需求的辅助工位、端拾器、工装、机器人以及压力机的数模建立以及运动属性定义，再根据现场规划要求进行虚拟布局，将各任务组织起来完成工位的仿真动作，在仿真模拟过程中实现端拾器、模具的干涉碰撞分析，实现单工位生产节拍的判定，进行现场工艺可行性分析，合理规划现场资源位置、距离等布置，通过工艺分析的结果同时给予前期模拟结果进行反馈，从而使工位布局最优化、效率最大化，减少了后期实体配合调试的修改。
Description
技术领域
本发明属于机器人仿真、自动化生产制造应用领域，确切的说，涉及到一种冲压单工位生产模拟验证方法。
背景技术
随着自动化机器人设备不断更新及应用领域不断扩大，人们更加追求效率的最大化和投资最小化，从而使得仿真及机器人编程技术也越来越被企业所重视。目前国内生产中应用的机器人及相关的自动化设备，由于在投资前期属于不同行业的厂家，在调试、安装前期过程中并没有进行集成配合调试，只有产品独立的数据和运行状态，仅仅在所有的设备到货并安装完毕后，才能进行配合调试、更改，可看作以机器人的示教再现型现场调试，这样的操作方法有下述多种缺陷：1、盲目性：调试前期不了解设备配合调试中可能发生的状况，不能针对工位验证中的设备特性进行一些前期设计上的一些更改优化；2、周期长，时间、成本浪费严重：自动化设备安装后，需要进行不断的调试、更改、优化，项目周期长，无法精确控制时间节点，不确定因素大；另外冲压模具投资开发过程中，由于并没有和端拾器、机器人及其他设备配合调试，开口高度、模具镶块等设计不一定能符合自动化要求，调试过程中有可能会产生相关的设备损坏、更改的情况，更甚者则需要重复投资，时间和资金浪费严重；3、编程质量及安全性差：编程者处于安装现场较复杂的危险环境中，编程质量取决于示教者的经验，编程质量和安全性都不能保证；4、容易对新设备及相关工装夹具产生损坏。
目前国际市场中虽然已有基于普通PC机的商用机器人编程软件，可以使设计人员在没有任何资本设备投资之前，还原一个真实的现场操作环境，检验工艺的可行性，同时其离线编程功能包括目前国内外在ROBCAD、IGRIP等机器人离线编程软件的实际应用中用于模拟工艺的可行性或者开环的应用，但由于离线编程的软环境和现场实际情况一致性差，诸如工装夹具的安装和机器人的实际安装存在差异、实际使用端拾器结构和工具模型存在偏差等，都会导致用软件生成的机器人程序与真实情况存在较大差异，针对工作空间的不同，效果也不一致。因此目前的技术无法实现机器人的现场模拟和编程和现场调试、工艺过程很好的吻合、适应。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够实现过程模拟仿真以及机器人编程的冲压单工位生产模拟验证方法，以指导生产进行，减少调试过程中的时间、成本浪费，提高编程安全性和质量。
本发明的冲压单工位生产模拟验证方法是利用数字化工厂软件（DELMIA）对冲压单工位生产过程进行模拟，具体包括如下步骤：
A：绘制上游传输平台、抓取端拾器总成以及压力机工作环境的三维模型，并对端拾器、辅助工作台、机器人、压力机进行三维几何建模；
B：在device building模块中对端拾器、辅助工作台、机器人、压力机的运动属性进行定义，并建立相应的约束机制；
C：在MSD模块中根据现场实际情况对端拾器、辅助工作台、机器人、压力机进行设备布局；
D：在device task definition模块中，以端拾器、辅助工作台、机器人、压力机的运动属性为基础，添加时序配合及任务定义；
E：在workcell sequence模块下，定义各任务之间的关系，将各任务组织起来完成工位的仿真动作，验证节拍、通过性、干涉碰撞情况以及设备可行性。
进一步地，所述A步骤中：需要根据机构定义的种类，需要按块来调整各子部件或零件的层级关系，最后生成的零件模型格式为装配体形式。
进一步地，所述B步骤中：可以将端拾器、辅助工作台、机器人、压力机中的标准化部件的CAD数据定义为具备运动机构及包含速度、加速度、机械极限信息的机构，或者将端拾器、辅助工作台、机器人、压力机中的非标准化部件自行定义运动属性，并定义非标准化部件中的固定部件、运动副、驱动、状态位置、动作时间、基坐标和工具坐标。
进一步地，所述B步骤中：如发现所定义的运动属性存在问题及潜在运动风险，则需要执行A步骤，重新设计三维模型、机构分配及定义，直至运动属性无问题。
进一步地，所述C步骤中所述的设备布局为三维布局。
进一步地，所述C步骤中所述的设备布局是将具有前期规划确定的二维平面位置图通过resource及AEC Plant完成二维平面图的三维转换及设备的虚拟安装。
进一步地，所述D步骤中所述的任务定义包括机器人和压力机动作时序的配合，端拾器对制件的抓取及输送任务、抓取过程中干涉情况的反馈，机器人的动作任务及其轨迹、姿态的调整优化。
本发明的冲压单工位生产模拟验证方法利用数字化工厂软件，根据不同设备的特征及参数输入，完成工位验证中需求的辅助工位、端拾器、工装、机器人以及压力机的数模建立以及运动属性定义，再根据现场规划要求进行虚拟布局，通过相应动作的定义和串联以及压力机及机器人的运动干涉曲线，在仿真模拟过程中实现端拾器、模具的干涉碰撞分析，实现单工位生产节拍的判定，在软件环境中，进行现场工艺可行性分析，合理规划现场资源位置、距离等布置，通过工艺分析的结果同时给予前期模拟结果进行反馈，从而使工位布局最优化、效率最大化，同时减少后期产品制造后的实体配合调试的修改。
附图说明
图1为本发明的冲压单工位生产模拟验证方法的流程图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1所示，本发明的冲压单工位生产模拟验证方法包括以下步骤：
A、端拾器、辅助工作台、机器人、压力机的三维几何建模：
根据单工位验证的环境，设计绘制上游传输平台、抓取端拾器总成以及压力机工作环境的三维模型，并确认相应工装、冲压制件、环境布局、机器人、压力机模型（基本由厂家提供）数据可用；
B、机构运动属性定义、建立相应约束：
在数字化工厂软件的机构定义模块device building中，根据实际机构特性及工艺性，定义各部分机构运动属性，如干涉、节拍等；并在进行系统模拟定义前，对工艺性及运动属性进行检查，如发现存在的设计问题及潜在运动风险，需要重新执行A步骤，针对性的重新设计三维模型、机构分配及定义，直至运动属性及动作无问题；
C、工艺布局：
在MSD模块中，根据现场layout布局，进行所有资源（包括端拾器、辅助工作台、机器人、压力机）的导入，完成冲压单工位现场设备布局；
D、工艺仿真定义、模拟验证：
在device task definition模块中，以端拾器、辅助工作台、机器人、压力机的运动属性为基础，添加时序配合及任务定义，包括机械手抓取、放置工件，压力机按行程轨迹压合动作；并将每一个机构的每一项任务按照时序节拍予以定义；
E、工位仿真：
在workcell sequence模块下，定义模拟好的各任务之间的关系（包括复杂的串、并行关系），将各任务组织起来完成工位的仿真动作，验证节拍、通过性、干涉碰撞情况以及设备可行性，可以适时验证模具与端拾器的干涉通过情况、压力机和机器人的运动轨迹以及冲压节拍的验证，以最贴近现场的方式，模拟验证生产过程，从而在早期完成生产过程问题的发现和更改。
所述A步骤中：需要根据机构定义的种类，需要按块来调整各子部件或零件的层级关系，最后生成的零件模型格式为装配体形式。
所述B步骤中：可以将端拾器、辅助工作台、机器人、压力机中的标准化部件的CAD数据定义为具备运动机构及包含速度、加速度、机械极限信息的机构，或者将端拾器、辅助工作台、机器人、压力机中的非标准化部件自行定义运动属性，并定义非标准化部件中的固定部件、运动副、驱动、状态位置、动作时间、基坐标和工具坐标。
所述C步骤中所述的设备布局是将具有前期规划确定的二维平面位置图通过resource及AEC Plant完成二维平面图的三维转换及设备的虚拟安装。
所述D步骤中所述的任务定义包括机器人和压力机动作时序的配合，端拾器对制件的抓取及输送任务、抓取过程中干涉情况的反馈，机器人的动作任务及其轨迹、姿态的调整优化。
Claims (7)
1.一种冲压单工位生产模拟验证方法，其特征在于利用数字化工厂软件对冲压单工位生产过程进行模拟，具体包括如下步骤：
A：绘制上游传输平台、抓取端拾器总成以及压力机工作环境的三维模型，并对端拾器、辅助工作台、机器人、压力机进行三维几何建模；
B：在device building模块中对端拾器、辅助工作台、机器人、压力机的运动属性进行定义，并建立相应的约束机制；
C：在MSD模块中根据现场实际情况对端拾器、辅助工作台、机器人、压力机进行设备布局；
D：在device task definition模块中，以端拾器、辅助工作台、机器人、压力机的运动属性为基础，添加时序配合及任务定义；
E：在workcell sequence模块下，定义各任务之间的关系，将各任务组织起来完成工位的仿真动作，验证节拍、通过性、干涉碰撞情况以及设备可行性。
2.根据权利要求1所述的冲压单工位生产模拟验证方法，其特征在于所述A步骤中：需要根据机构定义的种类，需要按块来调整各子部件或零件的层级关系，最后生成的零件模型格式为装配体形式。
3.根据权利要求1所述的冲压单工位生产模拟验证方法，其特征在于所述B步骤中：可以将端拾器、辅助工作台、机器人、压力机中的标准化部件的CAD数据定义为具备运动机构及包含速度、加速度、机械极限信息的机构，或者将端拾器、辅助工作台、机器人、压力机中的非标准化部件自行定义运动属性，并定义非标准化部件中的固定部件、运动副、驱动、状态位置、动作时间、基坐标和工具坐标。
4.根据权利要求3所述的冲压单工位生产模拟验证方法，其特征在于所述B步骤中：如发现所定义的运动属性存在问题及潜在运动风险，则需要执行A步骤，重新设计三维模型、机构分配及定义，直至运动属性无问题。
5.根据权利要求1所述的冲压单工位生产模拟验证方法，其特征在于所述C步骤中所述的设备布局为三维布局。
6.根据权利要求5所述的冲压单工位生产模拟验证方法，其特征在于所述C步骤中所述的设备布局是将具有前期规划确定的二维平面位置图通过resource layout及AEC Plant完成二维平面图的三维转换及设备的虚拟安装。
7.根据权利要求1所述的冲压单工位生产模拟验证方法，其特征在于所述D步骤中所述的任务定义包括机器人和压力机动作时序的配合，端拾器对制件的抓取及输送任务、抓取过程中干涉情况的反馈，机器人的动作任务及其轨迹、姿态的调整优化。
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