物流視域下的汽車零件生產物流仿真系統設計

趙振亞 藺文剛

（甘肅交通職業技術學院，甘肅 蘭州 730037）

物流作業貫穿與生產過程的各個環節，高效的物流作業對生產過程具有至關重要的影響，隨著生產過程的自動化和信息化程度的提高，我國制造企業生產物流正逐步向現代化生產物流方向前進。但我國生產物流雖然仍然存在很多問題, 比如：物流基礎設施落后、庫存管理水平不高、生產物流管理分散化等等。這些問題都會影響到企業的效益和物流的效率。

當前，中國汽車零部件制造行業發展正處于一個新的發展階段上，如“特斯拉上海超級工廠”之類的高集成化智能生產工廠收到了越來越多企業的關注。在全球化的背景下,汽車零部件生產制造企業的人力成本劇增，傳統簡單機械與人工配合的生產方式已經無法滿足市場對高品質、大數量的產品需求。生產物流單元的智能化改造升級和智能制造單元的大量應用，可以在保證生產的高質量下，大大減少人力成本和不必要的開支，同時對生產單位的生產管理水平和產業數字化水平有顯著提升效果。

實際的輪轂加工生產中，所涉及的模塊較多，往往生產場地的布局搭建并不合理，只是在先行搭建后根據生產過程中出現的問題及需求再進行調試，這就導致了智能制造系統的各模塊間并不能更好發揮出自身作用且物料傳遞之間不能進行高效的配合，從而使由人工轉至機械生產提升的工作效率并不理想。通過仿真軟件對輪轂機械加工系統進行模擬搭建，選取合適的方案。之后根據生產需求進行生產物流仿真，以此優化生產步驟，為系統編程提供最佳方案。

1 軟件選取

RobotArt 是一款機器人離線編程軟件，操作較為簡單，與RobotStudio 不同的是它支持全球大部分知名品牌機器人的編程操作以及運動軌跡生成，其中包塊智能制造單元中的ABB 工業機器人。RobotArt 還支持切割焊接、去除毛刺、數控加工等多種工藝包，能夠更好的滿足輪轂生產虛擬仿真的需要。

RobotArt 有著較為龐大的模型庫，其中就有智能制造單元的各模塊模型，不用用戶自己進行模型設計。另外軟件能夠自動識別搜索模型的點、線、面，可通過三維球對模型進行拖拽，自動捕捉模型的動作落點，能夠更為方便進行模型的搭建組裝。

2 生產流程

輪轂的生產流程是將輪轂毛胚從倉庫取出后須經制造加工、打磨拋光、智能檢測、分揀入位等工序得到最終成品，生產流程如圖1 所示。

圖1 生產流程圖

倉庫取料：機器人按照編號將輪轂毛胚從倉儲區取出，準備進行一系列的操作加工。

智能檢測：a.檢測輪轂零件是否合格，合格將進行機械加工，不合格歸倉處理。b.加工后的輪轂送入智能視覺檢測區域對輪轂編號進行識別與檢測，根據檢測結果判定是否合格。

數控加工：機器人將輪轂毛胚送入CNC 加工單元中，CNC 加工單元用銑刀在毛胚表面加工汽車標識。

打磨拋光：加工后的毛胚將被送入打磨區域，機器人切換打磨工具對毛胚表面進行進一步精加工，去除毛刺，進行拋光，并將加工后的碎屑清理。

分揀入位：經檢測的輪轂，合格產品將進入分揀區域。不合格產品再次送回倉儲區。

通過虛擬三維球對模塊模型進行拖拽操作。根據實際生產流程和場地范圍進行對各模塊進行布置拼裝，搭建時需考慮模塊間的功能能配合及執行機構的動作范圍，以此確定最終拼裝方案，拼裝效果如圖2 所示。

圖2 仿真模塊拼裝最終效果圖

3 流程設置

根據輪轂的生產要求在RobotArt 軟件中進行生產及物流流程虛擬仿真，為實際的系統編程提供正確方案。

3.1 執行機構動作

3.1.1 執行模塊平移滑臺移動虛擬仿真

RobotArt 軟件中的工業機器人可通過執行單元的平移滑臺進行移動，調整機器人姿態,添加過渡點。在機器人處添加點，如圖3 所示設置對發送信號動作事；在平移滑臺處添加點，設置對應的等待信號仿真事件。

圖3 機器人發送信號仿真事件設置

根據需要移動平移滑臺位置，在平移滑臺處添加點，設置對發送信號仿真事件；在機器人處添加點，設置對應的等待信號仿真事件，機器人完成移動。

3.1.2 快換工具的拾取/放回虛擬仿真

在輪轂生產流程的虛擬仿真中的相應步驟對工業機器人與工具單元進行編程操作。使機器人安裝合適工具以此進行相應的抓取、打磨等操作。

工具安裝：調整機器人姿態，在機器人處添加點，設置對工具模塊中所需工具的“安裝（生成軌跡）”動作事件，使工具安裝到機器人的第六軸法蘭端。

工具卸載：調整機器人姿態，在機器人處添加點，設置對工具模塊中所需工具的“卸載（生成軌跡）”動作事件，卸載機器人所安裝工具。

3.1.3 輪轂零件的抓取與放開

調整機器人姿態,將工具與輪轂零件表面貼合，在機器人處添加點,設置抓取工具對零件的抓取動作事件,機器人完成對輪轂零件的抓取動作。

調整機器人姿態，將輪轂零件放入相應位置,在機器人處添加點，設置抓取工具對零件的放開動作事件,機器人完成對輪轂零件的放開動作。

3.2 倉儲取料工藝模擬

如果托盤中存在輪轂零件，需要零件隨托盤一同動作時，則應在根據需要添加托盤推出/收回動作事件前添加托盤對輪轂零件的抓取/放開動作事件。

調整機器人姿態，在機器人處添加點，設置使倉儲模塊可以將指定的托盤推出動作的自定義事件。在托盤對輪轂零件執行“放開”事件后，機器人才可對輪轂零件執行“拾取”動作。設置抓取工具對零件的抓取動作事件，對輪轂零件的放回應設置抓取工具對零件的放回動作事件。設置使倉儲模塊可以將指定的托盤收回動作的自定義事件。完成倉儲模塊中輪轂零件的拾取/放回虛擬仿真。

3.3 打磨加工工藝模擬

3.3.1 加工工藝模擬

在輪轂生產流程的虛擬仿真中的相應步驟對加工模塊進行編程操控。使機器人配合加工模塊完成輪轂的上料下料動作。

調整機器人姿態，在機器人處添加點，設置加工模塊前門的打開動作的自定義事件。將輪轂零件放入加工模塊夾具處，在機器人處設置抓取工具對零件的放開動作事件。設置加工模塊的夾具加緊動作的自定義事件。設置加工模塊的前門的關閉動作的自定義事件。在機器人處添加點，設置等待三秒的自定義事件，模擬數控機床加工。設置加工模塊的夾具松開動作的自定義事件；設置加工模塊的前門的打開動作的自定義事件。設置抓取工具對零件的抓取動作事件。設置加工模塊的前門的關閉動作的自定義事件。完成加工模塊中輪轂零件的加工操作虛擬仿真。

3.3.2 打磨工藝模擬

在輪轂生產流程的虛擬仿真中的相應步驟對打磨模塊進行編程操控，使機器人配合打磨模塊完成對輪轂零件的打磨、反轉和清理殘渣的動作。設置抓取工具對零件的放開動作事件。調整機器人姿態，打磨工具移至輪轂零件表面，機器人處添加點，根據打磨要求添加打磨運動軌跡。設置打磨模塊的轉位夾具逆時針旋轉動作的自定義事件；將輪轂反轉到翻轉工位。

在機器人處添加點，設置轉位夾具對輪轂零件的放開動作事件。抓取工具移至輪轂零件表面，設置抓取工具對零件的抓取動作事件。將輪轂零件移至吹氣處，在機器人處添加點，根據吹氣要求添加運動軌跡。完成打磨模塊中輪轂零件的加工操作虛擬仿真。

3.4 檢測與分揀入位工藝模擬

3.4.1 檢測工藝模擬

在輪轂生產流程的虛擬仿真中的相應步驟對打磨模塊進行編程操控，使機器人配合檢測模塊完成對輪轂零件的檢測。

調整機器人姿態，將輪轂零件移至檢測模塊的智能視覺相機正上方合適位置，在機器人處添加點，設置等待一秒的自定義事件（模擬檢測模塊進行視覺檢測）。完成視覺檢測虛擬仿真。

3.4.2 分揀工藝模擬

在輪轂生產流程的虛擬仿真中的相應步驟對分揀模塊進行編程操控，使機器人配合分揀模塊完成對輪轂零件的分揀操作。

調整機器人姿態，將輪轂零件放至分揀模塊放料位置，在機器人處添加點，設置抓取工具對零件的放開動作事件。在機器人處添加點，添加發送事件；在輪轂處添加相應等待事件。

調整機器人姿態，使其返回安全位置。

沿傳送帶移動輪轂并在關鍵點插入點進行軌跡生成。

4 仿真運行

4.1 工件抓取

仿真開始后，機器人沿滑軌移動，由滑軌中部向右移動至工具模塊前，準備進行抓取工具的安裝。機器人將法蘭軸貼合吸盤工具表面進行安裝并將其取出,如圖4（a）（b）所示。

如圖4（c）所示，倉儲單元六號位將輪轂零件與托盤一起彈出，如圖4（d）機器人將抓取工具吸盤貼合彈出6 號倉儲位的輪轂零件表面，抓取輪轂零件。

圖4 機器人抓取工件

4.2 加工打磨

如圖5（a）所示，加工單元將前安全門打開，機器人將輪轂零件放入加工模塊夾具處，前安全門關閉并在三秒后打開，機器人取出輪轂零件。如圖5（b）所示，機器人將輪轂零件放入打磨單元中打磨工位處，隨后機器人換取打磨工具，將打磨工具沿輪轂表面外側運行一周模擬打磨動作。

圖5 加工打磨

4.3 檢測分揀

如圖6（a）所示，機器人抓取輪轂零件移動至檢測模塊攝像頭上方，完成檢測模擬。機器人將輪轂零件放至傳送帶起始處，輪轂零件沿傳送帶運動，到達1 號分揀位處，1 號位橫擋板下降擋住輪轂零件，上推板將輪轂零件推入分揀位，下推板將輪轂零件推入分揀位最終位置，完成分揀入庫動作模擬,如圖6（b）所示。

圖6 檢測分揀

5 結論

本文同通過對汽車輪轂零件生產物流過程的分析出發，首先對輪轂機械加工自動化生產模式中存在的問題進行分析，然后針對這些問題進行項目設計介紹，將通過三維仿真軟件及人機界面制作軟件進行是生產流程的仿真，取料、加工、打磨拋光、智能檢測、分揀和入庫等流程。實現對信息化生產物流過程的管控，對設備的場外操作及設備狀態的場外監控功能要求。