CN110989404A - 一种汽车后桥装配生产线仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能制造技术领域，公开了一种汽车后桥装配生产线仿真方法。步骤如下：1）根据真实汽车后桥装配生产线布局和设计，对汽车后桥装配生产线进行三维建模，得到后桥装配生产线模型；2）对后桥装配生产线模型进行轻量化处理，将轻量化生产线模型导入至模型仿真平台；3）采集真实装配生产线每个工序的实时数据，并将实时数据存储到数据库中；4）模型仿真平台调取数据库中的实时数据，根据实时数据驱动轻量化后桥装配生产线模型跟随真实装配生产线实时运动。本发明通过采集真实后桥装配生产线每个工序的实时数据，采用数字孪生技术以采集的实时数据驱动虚拟装配生产线跟随实际装配生产线实时运动，能够实现对汽车后桥装配过程的实时监控。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造及智能化装配技术领域，具体涉及一种汽车后桥装配生产线仿真方法。
背景技术
汽车装配是汽车制造的最后一个阶段，汽车后桥的装配工艺是整个汽车装配过程中的重要组成部分，所以说，后桥的装配质量直接影响汽车的产品质量。在汽车后桥的装配过程中涉及众多装配零部件，装配工艺繁琐。近年来随着机器人技术及新一代信息技术的发展，国内部分工厂中出现使用机器人代替工人装配，减轻了工人的劳动强度，但是工厂中大量数据并没有得到有效利用，没有实现对装配过程与装配工艺数据的实时监控以及装配任务的实时调整。
数字孪生是一个集成了多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，利用历史数据以及传感器实时更新的数据，刻画和反映物理对象的全生命周期过程。通过三维建模方法建立出虚拟的装配线，利用数字孪生技术实现真实装配线与虚拟装配线的双向真实映射与实时交互，从而实现对装配过程与装配工艺数据的实时监控。数据采集是指从传感器和其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。如果能将数字孪生技术与数据采集技术相结合，将汽车后桥装配工艺的仿真过程与工艺执行过程实时关联起来，即可通过仿真装配线实现对真实装配过程的实时监控，并可以通过仿真过程优化工艺执行过程，尤其是对生产订单进行优化，形成有效的闭环装配。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种汽车后桥装配生产线仿真方法。
为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种汽车后桥装配生产线仿真方法，包括以下步骤：
（1）根据真实汽车后桥装配生产线的布局和设计，采用仿真软件对汽车后桥装配生产线进行三维建模，得到后桥装配生产线模型；
（2）对后桥装配生产线模型进行轻量化处理，将轻量化的后桥装配生产线模型导入至模型仿真平台中；
（3）采集真实后桥装配生产线的每个工序的实时数据，并将采集的实时数据存储到数据库中；
（4）模型仿真平台调取数据库中的实时数据，根据调取的实时数据驱动轻量化的后桥装配生产线模型跟随真实装配生产线实时运动。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，步骤（2）中所述轻量化处理的具体操作为：
（2a）将步骤（1）建立的后桥装配生产线模型导入3d Max软件中，采用3d Max软件对后桥装配生产线模型进行分析，删除冗余点，然后利用PolygonCruncher工具（PolygonCruncher工具是3d Max软件中的一个插件）对后桥装配生产线模型进行减面处理；
（2b）根据实际后桥装配生产线中的UV贴图位置，对减面处理后的后桥装配生产线模型中的UV贴图位置进行修正，将修正后的后桥装配生产线模型从3d Max软件中导出，得到轻量化的后桥装配生产线模型。进一步地， 从3d Max软件中导出的轻量化的后桥装配生产线模型为fbx格式，导出模型包含该模型的所有设置参数。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，步骤（2b）中根据实际后桥装配生产线中的UV贴图位置，对减面处理后的后桥装配生产线模型中的UV贴图位置进行修正的具体操作为：拍下实际后桥装配生产线的外观图片，用Photoshop软件将图片进行渲染，使其更接近实际场景，然后将图片导入3d Max中，将图片附到减面处理后的后桥装配生产线模型上。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，步骤（3）中所述工序包括人工装配工序和机器人装配工序，人工装配工序是由人工完成零部件的预装，机器人装配工序是由机器人完成对预装零部件的紧固（即人工完成后桥各零部件的安装，机器人完成各零部件拧紧螺栓的紧固）；其中，人工装配工序采集的实时数据包括流水线的放行、停止信号数据和零部件上的物料条形码信息数据，机器人装配工序采集的实时数据包括流水线的放行、停止信号数据以及机器人每个关节的位置数据。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，人工装配工序流水线的放行信号通过设置在流水线人工装配工序上的放行开关采集，工人在人工装配工序完成零部件预装后将装配后的装配物料放在流水线上，然后按下设置在该工序的放行开关，放行开关发送信号至流水线的PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出放行信号至流水线，流水线接收到放行信号后将装配物料放行至下一工序；人工装配工序流水线的停止信号是通过设置在流水线人工装配工序上的接近开关采集，接近开关感应到装配物料时，发送信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出停止信号至流水线，流水线接收到停止信号后停在此工序；流水线PLC控制器会将流水线的放行、停止信号数据通过局域网同步传输至数据库中。更加优选地，所述接近开关为易福门IE5338型号。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，人工装配工序零部件上的物料条形码信息数据通过扫码枪扫描采集，扫码枪扫描后通过RFID（射频识别技术）将零部件的物料条形码信息数据记录到数据库中。采集零部件上的物料条形码信息数据能明确零部件的安装，说明工人将该零件装到了产品上，而且在仿真平台中的该零件也会装到产品上；而且，还便于后期产品的追溯。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，机器人装配工序流水线的放行信号数据通过机器人的PLC控制器采集，机器人完成零部件装配后将装配后的装配物料放在流水线上，然后机器人的PLC控制器发出完成信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出放行信号至流水线，流水线接收到放行信号后将装配物料放行至下一工序；机器人装配工序流水线的停止信号是通过设置在流水线机器人装配工序上的接近开关采集，接近开关感应到装配物料时，发送信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出停止信号至流水线，流水线接收到停止信号后停在此工序；流水线的PLC控制器会将流水线的放行、停止信号数据通过局域网同步传输至数据库中。更加优选地，所述接近开关为易福门IE5338型号。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，机器人每个关节的位置数据通过机器人的PLC控制器进行采集，机器人的PLC控制器会将采集的机器人关节位置数据通过局域网上传至数据库。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，所述模型仿真平台为Unity3D。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，步骤（1）中所述仿真软件为Catia V5。更加优选地，采用采用Catia V5构建后桥装配生产线模型后，将后桥装配生产线模型导出为3d Max可以导入的.stl格式。
根据上述的汽车后桥装配生产线仿真方法，优选地，步骤（3）中所述数据库可选用mysql中小型数据库。
与现有技术相比，本发明取得的积极有益效果为：
（1）本发明首先采用Catia V5对汽车后桥装配生产线进行三维建模，然后对构建的后桥装配生产线模型进行轻量化处理，轻量化处理能够减少后桥装配生产线模型的顶点数、面片数和隐藏体，轻量化后的后桥装配生产线模型对计算性能和内存容量要求较低，而且轻量化后能够提高计算速度，对真实装配线实时仿真过程中不存在延迟，能够实现汽车后桥装配生产线的仿真过程与真实装配过程实时关联，实现对汽车后桥装配过程的实时监控；有效解决了仿真软件对后桥装配生产线直接建模得到的后桥装配生产线模型由于几何顶点数量大、面片数量大、隐藏体数量，对计算性能和内存容量要求高，导致直接采用建模后的模型对真实装配线的实时仿真时中存在较高延迟的问题。
（2）本发明通过仿真软件建模，采集真实后桥装配生产线的每个工序的实时数据，通过数字孪生技术以采集的实时数据驱动虚拟装配生产线跟随实际装配生产线实时运动，实现对汽车后桥装配过程的实时监控，而且也可以依据生产计划与后桥装配生产线模型对装配过程进行仿真分析，用户可以根据仿真分析结果对实际装配生产线进行优化（优化主要包括装配物料、机器人数量、生产节拍等），使实际装配生产线达到最优装配方案。
附图说明
图1为本发明后桥装配生产线模型的整体结构示意图；
图2为本发明中汽车后桥装配生产线的工序流程图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。
实施例1：
一种汽车后桥装配生产线仿真方法，包括以下步骤：
（1）根据真实汽车后桥装配生产线的布局和设计，采用仿真软件Catia V5对汽车后桥装配生产线进行三维建模，得到后桥装配生产线模型，将后桥装配生产线模型导出为3dMax可以导入的.stl格式。
（2）对后桥装配生产线模型进行轻量化处理，将轻量化的后桥装配生产线模型导入至模型仿真平台Unity 3D中。
其中，轻量化处理的具体操作为：
（2a）将步骤（1）建立的后桥装配生产线模型导入3d Max软件中，采用3d Max软件对后桥装配生产线模型进行分析，判断是否存在冗余点，如果存在删除冗余点，然后利用PolygonCruncher工具（PolygonCruncher工具是3d Max软件中的一个插件）对后桥装配生产线模型进行减面、抽壳处理；
（2b）拍下实际后桥装配生产线的外观图片，用Photoshop软件将图片进行渲染，使其更接近实际场景，然后将图片导入3d Max中，将图片附到减面处理后的后桥装配生产线模型上，完成对减面处理后的后桥装配生产线模型中的UV贴图位置进行修正，保证减面处理前后UV贴图一致；将修正后的后桥装配生产线模型（包含该模型的所有设置参数）从3d Max软件中导出，导出格式为fbx格式，得到轻量化的后桥装配生产线模型（轻量化的后桥装配生产线模型参见图1）。
（3）采集真实后桥装配生产线的每个工序的实时数据，并将采集的实时数据存储到数据库中，数据库可选用mysql中小型数据库。由于汽车后桥的结构复杂，单独由机器人完成的话成本极高且关键部位的精确度难以得到保证，所以后桥生产线装配过程是由人工和机器人共同完成的，因此，整个后桥装配生产线的工序包括人工装配工序和机器人装配工序，人工装配工序是由工人完成零部件的预装即关键部位的质量检测，机器人装配工序是由机器人完成对预装零部件的紧固（即人工完成后桥各零部件的安装，机器人完成各零部件拧紧螺栓的紧固），整个汽车后桥装配生产线的工序流程图如图2所示。人工装配工序采集的实时数据包括流水线的放行、停止信号数据和零部件上的物料条形码信息数据；机器人装配工序采集的实时数据包括流水线的放行、停止信号数据以及机器人每个关节的位置数据。
人工装配工序流水线的放行信号通过设置在流水线人工装配工序上的放行开关采集，工人在人工装配工序完成零部件预装后将装配后的装配物料放在流水线上，然后按下设置在该工序的放行开关，放行开关发送信号至流水线的PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出放行信号至流水线，流水线接收到放行信号后将装配物料放行至下一工序；人工装配工序流水线的停止信号是通过设置在流水线人工装配工序上的接近开关采集，接近开关感应到装配物料时，发送信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出停止信号至流水线，流水线接收到停止信号后停在此工序；流水线PLC控制器会将流水线的放行、停止信号数据通过局域网同步传输至数据库中。
人工装配工序零部件上的物料条形码信息数据通过扫码枪扫描采集，扫码枪扫描后通过RFID（射频识别技术）将零部件的物料条形码信息数据记录到数据库中。采集零部件上的物料条形码信息数据能明确零部件的安装，说明工人将该零件装到了产品上，而且在仿真平台中的该零件也会装到产品上；而且，还便于后期产品的追溯。
机器人装配工序流水线的放行信号数据通过机器人的PLC控制器采集，机器人完成零部件装配后将装配后的装配物料放在流水线上，然后机器人的PLC控制器发出完成信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出放行信号至流水线，流水线接收到放行信号后将装配物料放行至下一工序；机器人装配工序流水线的停止信号是通过设置在流水线机器人装配工序上的接近开关采集，接近开关感应到装配物料时，发送信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出停止信号至流水线，流水线接收到停止信号后停在此工序；流水线的PLC控制器会将流水线的放行、停止信号数据通过局域网同步传输至数据库中。
机器人装配工序中机器人每个关节的位置数据通过机器人的PLC控制器进行采集，机器人的PLC控制器会将采集的机器人关节位置数据通过局域网上传至数据库。
（4）模型仿真平台Unity 3D 调取步骤（3）所述数据库中的实时数据，实现实时数据信息的准确获取，然后根据调取的实时数据驱动轻量化的后桥装配生产线模型跟随真实装配生产线实时运动，实现对汽车后桥装配生产线的实时监控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但不仅限于上述实例，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据真实汽车后桥装配生产线的布局和设计，采用仿真软件对汽车后桥装配生产线进行三维建模，得到后桥装配生产线模型；
（2）对后桥装配生产线模型进行轻量化处理，将轻量化的后桥装配生产线模型导入至模型仿真平台中；
（3）采集真实后桥装配生产线的每个工序的实时数据，并将采集的实时数据存储到数据库中；
（4）模型仿真平台调取数据库中的实时数据，根据调取的实时数据驱动轻量化的后桥装配生产线模型跟随真实装配生产线实时运动。
2.根据权利要求1所述的汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，步骤（2）中所述轻量化处理的具体操作为：
（2a）将步骤（1）建立的后桥装配生产线模型导入3d Max软件中，采用3d Max软件对后桥装配生产线模型进行分析，删除冗余点，然后利用PolygonCruncher工具对后桥装配生产线模型进行减面处理；
（2b）根据实际后桥装配生产线中的UV贴图位置，对减面处理后的后桥装配生产线模型中的UV贴图位置进行修正，将修正后的后桥装配生产线模型从3d Max软件中导出，得到轻量化的后桥装配生产线模型。
3. 根据权利要求2所述的汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，步骤（2b）中根据实际后桥装配生产线中的UV贴图位置，对减面处理后的后桥装配生产线模型中的UV贴图位置进行修正的具体操作为：拍下实际后桥装配生产线的外观图片，用Photoshop软件将图片进行渲染，使其更接近实际场景，然后将图片导入3d Max中，将图片附到减面处理后的后桥装配生产线模型上。
4.根据权利要求1-3任一所述的汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，步骤（3）中所述工序包括人工装配工序和机器人装配工序，人工装配工序是由人工完成零部件的预装，机器人装配工序是由机器人完成对零部件的紧固；其中，人工装配工序采集的实时数据包括流水线的放行、停止信号数据和零部件上的物料条形码信息数据，机器人装配工序采集的实时数据包括流水线的放行、停止信号数据和机器人每个关节的位置数据。
5.根据权利要求4所述的汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，人工装配工序流水线的放行信号通过设置在流水线人工装配工序上的放行开关采集，工人在人工装配工序完成零部件预装后将装配后的装配物料放在流水线上，然后按下设置在该工序的放行开关，放行开关发送信号至流水线的PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出放行信号至流水线，流水线接收到放行信号后将装配物料放行至下一工序；人工装配工序流水线的停止信号是通过设置在流水线人工装配工序上的接近开关采集，接近开关感应到装配物料时，发送信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出停止信号至流水线，流水线接收到停止信号后停在此工序；流水线PLC控制器会将流水线的放行、停止信号数据通过局域网同步传输至数据库中。
6.根据权利要求4所述的汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，零部件上的物料条形码信息数据通过扫码枪扫描采集，扫码枪扫描后通过射频识别技术将零部件的物料条形码信息数据记录到数据库中。
7.根据权利要求4所述的汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，机器人装配工序流水线的放行信号数据通过机器人的PLC控制器采集，机器人完成零部件装配后将装配后的装配物料放在流水线上，然后机器人的PLC控制器发出完成信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出放行信号至流水线，流水线接收到放行信号后将装配物料放行至下一工序；机器人装配工序流水线的停止信号是通过设置在流水线机器人装配工序上的接近开关采集，接近开关感应到装配物料时，发送信号至流水线PLC控制器，流水线PLC控制器根据接收的信号发出停止信号至流水线，流水线接收到停止信号后停在此工序；流水线的PLC控制器会将流水线的放行、停止信号数据通过局域网同步传输至数据库中。
8.根据权利要求4所述的汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，机器人每个关节的位置数据通过机器人的PLC控制器进行采集，机器人PLC控制器会将采集的机器人关节位置数据通过局域网上传至数据库。
9. 根据权利要求4所述的汽车后桥装配生产线仿真方法，其特征在于，所述模型仿真平台为Unity 3D。
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