數字化工廠在重卡行業的應用研究

馮武，陳二軍，貢博，杜勇鵬，樊寧

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

工藝設備

數字化工廠在重卡行業的應用研究

馮武，陳二軍，貢博，杜勇鵬，樊寧

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

數字化工廠是通過三維數據模擬現實生產過程，完成產品的虛擬生產，制訂合理的工藝規劃，完成整個制造過程，是連接設計與生產的新型工藝管理平臺。數字化工廠越來越多的被許多汽車商所采用，借用數字化制造技術提高產品的競爭力。本文簡單的介紹了數字化工廠從產品設計、工藝規劃、生產工藝及管理方面在汽車制造企業中應用，通過對數字化工廠的研究，幫助重卡企業在后期開展數字化工廠項目中可根據自身工作內容選擇性的開展，為企業數字化工作開展打下基礎。

數字化工廠；設計；工藝規劃

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-110-03

1、數字化制造的概念

數字化制造是在虛擬現實、計算機網絡、快速原型、數據庫和多媒體等制成技術的支持下，根據用戶的需求、迅速收集資源信息、對產品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規劃和重組，實現對產品設計和功能的仿真以及原型制造，進而快速生產出達到用戶要求性能的產品整個制造過程。也就是說，數字化制造實際上就是在對制造過程進行數字化的描述而建立數字空間，并在其中完成產品制造的過程。

2、重卡制造業的現狀

近年來汽車制造生產線逐步向跨平臺、多車型共線生產，制造規劃的難度遠高于單一車型生產或單一平臺共線生產。對于制造規劃人員的業務水平和業務手段、制造數據的管理提出了極高要求。不同平臺車型結構、尺寸及制造要求具有顯著差異等諸多因素，要求制造工藝人員具備良好的業務手段進行分析并轉化為可行方案、車型制造數據需要在統一的數據環境下進行有效管理；縱向保持各平臺、各車型制造規劃統一協調；橫向要求從產品研發、制造規劃、生產運營各業務單元的數據正確、有效交互，不因數據流轉產生的錯誤導致誤差放大，影響制造規劃效率或生產運營準備。

3、數字化工廠發展的必然趨勢

目前國內汽車行業競爭激烈，各汽車廠商為了占有市場，不斷的加快新產品的設計，以提高產品市場的占有率。但新產品開發項目的實施周期中，約40%～60%的時間都消耗到生產準備階段，主要的工作是生產工藝過程的設計規劃；而在產品研發部門，已經實現了3D產品設計；生產現場也大量采用自動化輔助設備；但是，在工藝規劃部門（時間消耗最長的部門）的設計手段卻最為落后。因此，數字化制造不但能夠減少產品開發時間，而且貫穿產品設計——工藝規劃——生產，整個過程中。數字化制造的價值體現在：及時發現并糾正錯誤，提高最佳知識的可重用性，減少產品變更，減少物理樣機的數量，生產線設計更加優化，制造過程的優化，有助于通過生產重組來提高生產效率，提高生產的柔性。數字化工廠必然取代現有的工作方式，因此數字化工廠給汽車行業帶來一次改革，數字化工廠是制造業發展的必然趨勢。

4、數字化工廠在重卡行業的應用

數字化工廠應用于重卡制造業的整個過程。具體可分為產品設計同步工程部分，工廠布局工藝規劃、生產分析、文件制造及工藝管理四個部分。

4.1 產品設計同步工程階段

產品在設計過程中存在多種方案，同時存在著許多問題，該階段通過數字化同步工程應用來確定方案的選擇及設計問題的修改。首先則利用數字化仿真檢查產品的設計干涉問題，尺寸公差設計不合理，人機工程差，零部件設計不易加工等問題，將分析結果反饋設計。設計修改后確定每個方案正確合理，然后進行多方案的選擇，對于多種方案的選擇，分別在動態裝配過程和靜態裝配環境兩個方面，在質量、裝配時間、加工成本、維修及使用環境方面進行分析，選擇出最佳方案。在產品設計階段數字化制造與產品開發同步開展縮短產品設計時間。

4.2 工藝規劃階段

數字化制造在工藝規劃階段主要應用于工藝流程規劃、工廠布局、物流仿真分析、工具選型。工藝規劃是在已經構建的虛擬生產線平臺上，將生產計劃、工藝大綱要求與產品設計數據相結合，對產品加工工藝和裝配工藝進行定義。在工藝規劃模塊，實現產品、設備和操作的工藝關聯。工廠布局是在工廠GIS（地理信息系統）系統基礎上，按照生產大綱有關要求，建立廠房布局模型，對現有設備和配套的工裝夾具進行合理空間布局、干涉分析及物流規劃，以構建生產線系統的虛擬硬件平臺。物流仿真分析是在三維虛擬環境中，對生產流程以及生產線上物流過程進行建模，用建好的模型對布局、工藝、物流方案等進行分析、驗證和優化。工具選型是通過數模分析，根據工位裝配/焊點情況在建立的工具庫中選擇最優的工具進行裝配。利用數字化工廠建立三維虛擬的制造平臺，合理的規劃工藝布局。

4.3 生產過程中的應用

生產管理：數字化工廠提供制造執行系統（MES）的功能，以實現：a) 在汽車的批量生產過程中，合理安排生產計劃；b) 通過實時數據采集機制對生產過程進行監視和控制，迅速處理異常情況；c) 跟蹤生產過程中的每個環境，追溯物料流動、在制品狀況和產品譜系；d) 實現和ERP 系統的信息集成。

主要工藝文件及作業指導書的制作：

Application of heavy truck industry in digital factory

Feng Wu, Chen Erjun, Gong Bo, Du Yongpeng, Fan Ning
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200)

The digital factory is a new technics managment between design and production, which based on 3-D geometric modeling, can be used for simulating the factory's layout,to complet digital production, to formulate a reasonable technics program. By using digital manufaction technology to promote capability ,digital factory is well applied in most of automobil manufacturing. This paper introduces the application of digital factory which combine production design, technics program, managment. The paper focus on the study of digital factory, and put forward the digital factory program based on themself for automobil manufacturing.

digital factory; design; technics programming

U466

A

1671-7988(2015)02-110-03

馮武，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，主要從事整車裝配工藝的研究。