汽车总装生产线虚拟仿真对三维模型的要求

何志远

安徽江淮汽车股份有限公司 安徽合肥 230601

汽车总装生产线线体较为复杂，设备种类繁多，加上生产节拍及产品设计的限制因素，总装线体规划设计的工作非常复杂。为了避免因规划设计阶段考虑因素不全面从而导致设计遗漏及失误，在项目各阶段实施虚拟仿真是非常有必要的。在实物设备制作前基于三维模型进行各项仿真评审，可有效避免建设过程中的设计方案变更，加快生产线投产速度。

Process Designer及Process Simulate（简称为PD/PS）软件是Siemens PLM Software TECNOMATIX产品的一个重要组成部分。当前该软件已成为汽车制造企业常用的仿真软件，工程师们可在其中重用、创建和验证制造流程来模拟真实的制造过程，并可以对生产线及生产装备设计方案进行可视化的三维仿真评估。为了满足汽车总装线规划建设过程中的仿真验证需要，并获得评估后续产品导入仿真所需的三维虚拟环境，生产线及装备数模的数据格式、精度、参考系选择等有特定的需求。

数模格式及结构要求

整车装配工艺环节较多，生产线体及生产装备种类繁多，涉及的装备供应商也比较多。因此，生产线设备三维模型数据格式也不尽相同，基于当前行业客观条件，需要对设备模型格式进行统一，以便于模型的轻量化处理与应用。在工艺装备设计工作中，常选择CATIA作为数据提交的基本软件平台。

1.工装数模格式及结构要求

1）工装总成应由可拆分的零件单体数模集成产生，格式可为“.Product”或其他CATIA软件支持格式，内部零件格式要求为“.step”或“.CATPart”格式。模型数据冻结之前的过程数据交互确认可用“.3dxml”格式。

2）夹具、抓具、置台等工装每个夹紧单元以单独的“.CATPart”或“.step”文件提交，各夹紧单元的工艺执行零件的运动副可单独选中，同一个工装的所有单元数据放在同一个文件夹下打包存放。

3）气缸、滑台、转台等部件的工艺运动机构与非运动机构可以拆分，在软件中可以被单独选中。

2.设备数模格式及结构要求

设备总成应由可拆分的零件单体数模集成产生，格式可为“.Product”或其他CATIA软件支持格式。内部与工艺执行相关的零件数模要求为“.step”或“.CATPart”格式，其他部分零部件数据可整合为一个部件以CATIA软件可读取的格式提供。模型数据冻结之前的过程评审数据可采用“.3dxml”或“.cgr”格式。

结构中包含工艺执行端和主机的设备（如涂胶设备，包括胶枪、胶桶、胶泵及控制柜），使用端和设备要分开，以单独的“.Product”、“.CATPart”或“.step”文件提交，主机与工艺执行非强相关部件（如胶泵与胶桶组合）以“.cgr”等CATIA软件可读取的格式整合为一个单体提供。

助力机械手、机器人等设备的各活动关节能够单独点选，各活动轴为单独分开的实体，便于实现进行工艺动作仿真时的运动机构定义。

输送类型的设备运动机构与非运动机构可以拆分，如升降机应至少拆分为主体与伸缩叉臂，在软件中可以被单独选中。

3.输送线体及附属设施数模格式及结构要求

1）输送线体、工艺吊架及公用管道三维模型的格式要求较为宽泛，CATIA软件可读取即可。

2）不同线体或区域的模型需要拆分，如底盘线的工艺吊架和内饰线的工艺吊架要分别以单独的文件存放。若两线之间有连廊、护网等结构，则该结构归属于主线（工艺流程中后一道流程的线体）。

模型基准坐标及单位要求

1.坐标要求

1）设立坐标系应采用直角坐标系、右手螺旋法则。

2）对于整线建模，坐标基点选取与车间建筑模型保持一致，选取零标高平面上A-1轴交点，不同线体数模导入同一软件平台后相对位置应与实物一致。

3）对于单站设备（如涂胶工作站、底盘合拼工位等）范围的三维仿真数据，原点以车间内的基准柱地面（厂房立柱）中心为原点，如无指定基准柱，则选取设备底座上几何特征点为原点。

4）主线滑板、吊具、托盘、机械手及移栽机等搬运设备应设置与整车（或分总成）自身坐标一致的工具坐标，用于整车（或分总成）的装载辅助定位。若同一工装涉及多种车型，则以基本车型的原点为坐标原点。若同一工装涉及同一车型的左右对称件，则以左侧板件的原点为该工装原点，并在工装模型中显示右侧板件的原点坐标，并命名区分。

5）设备模型以设备上某一明显特征点或便于定位的虚拟几何特征点为定位原点，如圆柱底座的底面中心点、柜体某一个端点等。并在选定的原点处建立直角坐标，坐标轴须与设备的长、宽、高方向平行，且Z轴向上。

6）拧紧工具、涂胶枪的坐标原点要求必须在TCP点上。

7）整线数据集成提供时，集成数模中各线体、设备、工装应位于正确的坐标位置上。

2.单位及比例要求

1）长度基本单位为mm，在标注标高时单位采用m。

2）所有模型设计尺寸与实物比例为1:1。

3.模型准确度要求

1）模型交付及项目实施过程中规定模型发布节点时，模型、施工图样、设备实物应保持一致。

2）当设计变更时必须对模型进行对应更新，并留有记录。

3）当依据二维图样进行翻模时，三维模型与二维图样尺寸应保持一致。

4）当依据现场实物进行翻模时，总图中在线体流动的方向上，单工位三维模型与实物线体定位尺寸误差应小于±10mm。

5）当依据现场实物进行翻模时，设备单体（如机器人、机械手、加注机机体及吊具本体等）三维模型与实物总体尺寸误差应小于±3mm。

6）当依据现场实物进行翻模时，关键定位部件（如发动机托盘支撑杆、加注枪头、吊具定位销等）三维模型与实物尺寸误差应小于±0.1mm。

总装线建设各阶段模型细度要求

1.初步规划阶段

该阶段模型用于项目规划阶段，对总装生产线及设备的整体布局评审及空间进行可行性校核，模型细度至少符合以下要求：

1）生产线线体（如滑板线、地拖链、空中输送线等）应体现实现功能时所占最小空间尺寸及内部运行通过的最大空间尺寸。

2）生产线线体模型的运动部分（如滑板、吊具等）与固定部分（如轨道、吊架等）应可拆分。

3）组成生产线线体模型的各基本设备（如滑板线、线端升降机）应为可拆分的不同实体。

4）设备单体模型应体现实现功能时所占用最小空间尺寸。

5）生产线模型应当包含实现其功能的所有构成部件（如电控柜等）。

2.深化设计阶段

该阶段模型用于空间检查优化及工艺虚拟验证，除满足初步规划阶段细度要求外，模型细度还需满足符合以下要求：

1）生产线线体模型（如滑板线、地拖链、空中输送线等）应体现精确的几何形状及尺寸。

2）生产线线体模型中与体现基本工艺功能的运动构件应为可拆分的不同实体，如升降机模型应可拆分为伸缩叉臂、升降托盘、立柱等部分。

3）对于玻璃涂胶线应当给出涂胶时玻璃的准确定位点，涂胶机器人模型应具备依据实际功能定义运动副的条件。

4）对于升降设备（含AGV、RGV举升台）模型应当定义准确的功能定位点及升降极限位置。

5）对于AGV、RGV应给出功能定位点、运动路径及与工装夹具的定位基准点。

6）对于起吊设备（含平衡器）模型应定型准确的运动极限位置。

7）生产线线体及单体设备模型应含有设备的辅助构件，如电缆桥架、压缩空气管道及附件、钢平台、工艺吊架、护栏和爬梯等。

8）吊具、托盘、夹具、机器人抓手和助力臂等与在制品及零部件有定位要求的工装设备，需按整车坐标原点（一般位于前轴中心，X轴正方向指向车头，Z轴正方向指向车顶）建立产品件装夹定位参考坐标。

结语

在汽车总装生产线建设阶段对设备三维数据提出要求，为生产线设计方案可视化评估提供了基本条件。但要注意数据精细度要求的合理性，要抓住与产品生产相关的功能要求，对不重要的细节要尽量舍弃，防止数据量过大对虚拟仿真工作造成不利影响。

随着计算机及图像处理技术的不断发展，在生产线建设及整车产品开发阶段构建三维数字化双胞胎用于仿真评估，将会为企业带来更高效的竞争力。