基于Tecnomatix软件的白车身工艺规划与仿真验证

常辉娟

摘 要：在白车身生产规划中，一切要以提高工作效率、降低生产成本为原则。在确定了机器人的最优焊接路径后，应在Tecnomatix环境中利用Process Designer（以下简称“PD”）和Process Simulate（以下简称“PS”），从而实现对白车身焊装线项目前期工艺规划、仿真验证、焊装线中工作站的建立、焊钳的选择和焊接路径的验证、干涉和分析。通过仿真验证分析焊接装配过程中可能出现的问题，提出了解决方法，确定了生产方案，以指导现场装配。

关键词：Tecnomatix；工艺规划；仿真验证；Process Designer

中图分类号：U466 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.094

焊装在汽车制造的四大工艺中起着承上启下的作用。同时，机器人作为一种高度柔性化的制造装备，可替代工人重复、高强度的体力劳动，大幅提高了生产效率、产品质量和经济效益，已成为汽车制造业的关键装备。因此，焊接机器人工位的规划也已成为白车身焊接整线规划的重点之一。

在确定了最优焊接路径后，比较了目前通用的仿真软件的优、缺点。根据白车身的焊接特点和现有条件，选择Tecnomatix仿真平台作为焊接路径规划验证的仿真软件。在Tecnomatix中建立了工作单元模型，实现了在3D环境下进行制造工艺过程的设计，对确定的焊接路径进行了仿真和再优化。

1 在PD中完成工艺设计

工艺设计过程中涉及的数据主要有产品数据、资源数据和工艺数据。产品数据即整车厂提供的白车身数模、焊点等信息；资源数据是钢结构、传输设备、夹具、机器人、焊钳和料箱等设备的集合；工艺数据为生产线规划、机器人或工位的操作流程等。工艺设计过程大体分为创建、导入、分配和摆放四步。

1.1 数据导入与数据管理

在导入前，先在PD软件中创建了一个新项目，并在这个目录下创建了子目录，子目录的创建分别对应资源数据、产品数据和工艺数据。导入过程即为产品、焊点和资源数据的导入。产品数据和焊点都由整车厂提供，详细的夹具、钢结构、机器人和焊枪等数据由供应商设计完成。

同时，还需在资源数据库子目录资源数据目录下创建标准操作库，在这个操作库里面创建多个今后可重复使用的标准操作，比如取件、移动、夹具打开和闭合等，并指定这些操作的工作时间。

1.2 新焊装线的初步规划

在工艺数据库目录下建立新焊装线模型，在这一组对象中，蓝色表示资源树，红色表示工艺树。

1.2.1 工区和工位的划分

对生产线建模时，一般遵循自顶向下的顺序，即生产线级→工作区级→工位级，逐层细化。

1.2.2 工位操作顺序

根据实际规划需要，从操作库中将相应操作工艺添加到操作中，机器人或其他设备的操作时间根据实际仿真需要输入。

1.2.3 焊点分配

根据焊装生产线结构和零件的安装顺序，在焊接特征数据库中找到待分配的焊点，并将其拖放到指定零件属性表里的焊接特征选项卡中。

按照工艺流程顺序，将产品、资源与操作关联，并将零件、焊点、机器人和资源分配到相应的工位甚至是具体的焊枪上。

1.3 在AutoCAD环境中进行生产线二维布局

以上步骤完成后，在视图中加载对象时会发现所有的设备都重叠在厂房的坐标原点，需要根据2D规划布局图重新摆放设备到相应的位置。在PD中，各个对象之间不具备约束关系，可通过三维坐标值来定位。此外，还可直接利用移动工具将对象移动到相应位置。

使用AutoCAD集成功能进行生产线平面布局，从PD中选择CAD二维布局的参考背景。背景导入成功后，窗口左侧的坐标即为资源树的坐标原点，如图1所示，右侧是背景图。此时，将资源树的坐标系与布局图上的位置一一对应。

图1 生产平面布局

位置对应完成后，可在Process Designer中查看Zone 1的三维显示效果。显示效果后，在Project下新建一个StudyFolder，将需要模拟的工位拖放到该folder下建立快捷方式，从右侧的Operation Tree窗口拖拽Zone 1到左侧窗口的RobcadStudy目录下，这样就在新的位置建立了一个Zone 1的快捷方式。选择RobcadStudy，从右键菜单中选择“Open with Process Simulate”，通过RobcadStudy接口，可使用Process Simulate打开并对Zone 1进行仿真操作。

2 在PS中进行机器人模拟

2.1 焊点投影

本文以Zone 1的Station 1为例，在这个工位的范围内仿真并验证机器人的焊接过程，并选择在该工位要焊的12个焊点。任何焊点必须经过向零件投影后，才可使用焊枪进行焊接仿真。完成投影的焊点在Operation Tree中图标变亮，焊点也随之变成坐标的形式。

2.2 焊接仿真

焊接仿真分为以下5步：①在已有的焊钳库中，选择能焊接到所有选定焊点的焊钳，将焊钳安装到机器人上，选择机器人的型号和合适位置，并确定焊钳的可达性。②向仿真工位添加资源，确定夹具等设备的位置；进行焊接干涉检查和焊枪运动路径设置，如果设备或机器人的位置发生改变，则需要将新位置更新到PD数据库。③确认夹具和产品件的装配夹持情况，如果出现不符要求的间隙或干涉，则应检查夹具和工件是否在正确的位置上。④进行运动机构的动作设置，定义焊枪的动作、夹具夹头的动作和设置整个夹具的开合动作。如果运动机构的打开、闭合和旋转会干涉周围实体，则应反馈给设计工程师进行更正。⑤机器人工作轨迹模拟。一个经过优化的路径不仅包括焊点，还包括两焊点之间增加路径的关键点。只有这样，才能让机器人顺畅运行。通过Gantt图可以设置完整的工位操作顺序，并分析节拍的符合性。

运行该工位的全部仿真运动，Tecnomatix系统会用不同颜色标注整个过程中存在干涉的部位。如果在模拟过程中出现闭合状态的夹具、机器人，或焊枪的任何位置存在干涉时，要及时优化路径甚至修改夹具，最终生成离线程序。

3 应用Tecnomatix系统取得的成果

应用Tecnomatix系统取得的成果有以下4点：①系统完成了整个机器人焊接工位的工艺设计，使工艺流程、机器人轨迹规划等工作变得更准确、快速；②可自动完成机器人的选型，实现每个焊点的动态仿真，确定机器人位置，提高效率；③通过布置生产线、机器人、工位夹具和护栏等资源，使虚拟设计与现场实际更加接近；④通过路径仿真，可实现机器人工位的节拍验证和优化工作。

通过应用Tecnomatix系统在PS中修改调整路径，优化了机器人的焊接姿态，提高了焊接质量，实现了设计与生产的同步，提前验证了生产的可行性，缩短了开发周期，降低了开发成本，对项目周期和风险的控制具有重要的意义。

参考文献

[1]刘阳杰，朱杰，张红梅.基于PD/PS的机器人涂胶工位仿真研究[J].电焊机，2013（2）：68-71.

[2]张生芳，曾魁，田轩，等.采用Process Designer的白车身焊装生产线工艺规划研究[J].现代制造工程，2012（5）：97-100.

[3]姜海涛.Tecnomatix软件在重型载货车焊接工艺设计中的应用[J].汽车工艺与材料，2011（8）：65-68.

〔编辑：张思楠〕