基于SketchUp 的可視化精密裝配車間布局研究

馬小杰，童科娜，柴艷紅，劉海東，李學文

（上海航天電子技術研究所，上海 201109）

引言

在以往的精密裝配車間工藝布局中，主要采用Auto CAD 繪制廠房二維工藝布局圖，但對于某些大型產品的精密裝配，因其產品及配套設施設備尺寸形狀較大，裝配過程中需要用到行車吊裝并進行登高作業(yè)，所以二維工藝布局圖不能直觀的反映場地對高度空間的要求，且效率低、不直觀。而面對提升生產能力的迫切要求，急需快速、高效、可視化的工藝布局方法。

采用三維可視化工藝布局可清楚地模擬生產場地空間實際利用情況，模擬實際物流運輸、產品吊裝周轉、機械裝配、登高作業(yè)等實際生產場景，可明確操作人員的工作空間、生產流程路線，消除空間浪費和干涉，優(yōu)化工藝布局設計。

1 SketchUp 簡介及其在車間布局中的優(yōu)勢

1.1 SketchUp 簡介

SketchUp 又被稱之為“草圖大師”，是一款直接面向設計方案創(chuàng)作過程的三維設計軟件，操作簡單、直觀，易于上手，被廣泛應用于建筑三維設計。SketchUp 可以通過導入廠房AutoCAD 平面圖紙進行快速建模，建模過程簡單迅速，通過拉伸縮放、陣列復制等操作，即可快速將平面圖紙可視化。

1.2 SketchUp 的優(yōu)勢

SketchUp 軟件的自帶導入導出功能直接導入Auto－CAD 等軟件繪制的二維平面圖紙，用戶通過拉伸縮放、陣列復制等命令能夠快速將二維平面圖紙轉化為三維可視化模型。與其他三維軟件相比，SketchUp 軟件界面簡潔明了，容易自學，避免了類似軟件操作復雜、初學者難以快速入門的問題。SketchUp 軟件還有對電腦配置要求相對較低的優(yōu)勢，最新版本大小僅幾百兆，運行平穩(wěn)、體驗極佳。另外SketchUp 軟件擁有許多擴充性插件，可以按照自己的需求下載安裝各類繪圖、動畫制作、光影效果等插件，極大滿足了各類三維建模的需求[1-3]。

2 精密裝配車間三維布局

2.1 使用SketchUp 創(chuàng)建三維模型素材庫

采用SketchUp 軟件創(chuàng)建車間內部生產所需的各類設施、設備等，也可以從軟件相關論壇下載別人共享的模型素材，如精密裝配平板、工作臺、機床、叉車、行車、貨架、登高作業(yè)車、周轉箱、工具柜以及工人模型等，從而打造精密裝配車間的常用設施設備組件庫，部分如圖1 所示。

2.2 使用SketchUp 創(chuàng)建產品、工裝素材庫

采用SketchUp 軟件創(chuàng)建本公司在精密裝配車間生產的各類產品及其精密裝配時所需工裝的簡化模型，也可以從設計師用UG、PROE、SoildWorks 等三維設計軟件繪制的產品三維模型通過簡化、文件格式轉換后導入SketchUp，從而打造精密裝配車間生產的各類產品及工裝模型庫，部分如圖2 所示。

2.3 使用SketchUp 創(chuàng)建車間三維模型

圖1

圖2

圖3

圖4

先在AutoCAD 中，隱藏或刪除建筑平面圖紙中輪廓線以外的線條。將修改之后的AutoCAD 圖紙導入SketchUp 軟件中，注意比例縮放。再采用該SketchUp 軟件的推/拉、旋轉、縮放等功能建立廠房的可視化模型，然后進行廠房模型的材質貼圖、光照渲染等操作，圖3 即為某精密裝配車間的毛坯模型。

2.4 使用SketchUp 對精密裝配車間開展布局

采用該SketchUp 軟件以及前期準備的各類素材庫，即可開展精密裝配車間的工藝布局，根據(jù)生產流程在車間模型內部擺放各類工位以及主要的設備，可以清晰、快速的反映車間工藝布局改造后的實際生產場景，如圖4所示。

生產車間可視化三維布局不僅可以讓車間使用部門更深入的理解和認識工藝布局方案，而且能讓車間使用部門也參與到工藝布局中來，讓工藝師與車間使用部門拉近距離，這種深入的溝通能讓工藝布局方案更加的合理[4]，降低了車間生產布局改造后局部調整的概率，有利于車間生產布局改造盡快開工投產。

另外SketchUp 還配有動畫插件，可以生成AVI 或MP4 格式的視頻動畫，進行廠房內生產場地漫游、物資周轉、生產裝配節(jié)奏演示。

由于車間和各類設備、設施模型均按與實際的比例1∶1 進行三維建模，所以使用SketchUp 進行可視化布局仿真不但直觀、而且數(shù)據(jù)準確，可作為工藝布局階段強有力的評估工具[5]。

通過可視化布局仿真，可以明顯的發(fā)現(xiàn)原平面工藝布局圖中的許多問題。如：

（1）平面工藝布局圖未充分考慮精密裝配工位與附近待裝零部件暫存區(qū)物流空間。

（2）平面工藝布局圖只能顯示行車平面工作的移動范圍，而只有在三維可視化模型里才能發(fā)現(xiàn)其吊裝高度面對在工裝上裝配的某些類產品略有不足。

（3）在平面工藝布局圖中，不能展示安全生產、質量要求等文明生產標志、標語，車間文化墻等，而在三維可視化模型里可以和現(xiàn)實中一樣，可自由布置所需的標志、標語，評估其安裝位置，保證車間美觀。

同時由于有了常用設施設備組件庫，可以用類似搭積木的方式快速建立其他車間的可視化模型，大大提高了工藝布局設計的速度，降低了相關工程設計的難度，對于場地布局研究具有重要的參考價值。

3 結束語

基于SketchUp 的可視化精密裝配車間布局是生產車間工藝布局的一個積極探索，利用它能快速建立三維模型，并且能夠直觀的得到各種生產設施設備及整體工藝流程的三面正投影圖像，變抽象為具像功能。

將SketchUp 應用于車間工藝布局設計領域，建立了車間快速三維成圖的方法和構建了本公司生產車間各類常用的設備設施的三維組件庫，從而可對生產車間根據(jù)實際生產情況快速布局，并進行三維靜態(tài)和動畫演示，解決了室內設計施工圖表達和效果圖表達的問題，構建了一個高效、具有良好沉浸感的室內設計系統(tǒng)，讓使用部門更直觀的了解場地工藝布局情況，讓工藝布局方案可以更好的得到實現(xiàn)，更有力的體現(xiàn)了工藝布局的價值。