基于DELMIA 軟件的Tooling線下預搭仿真研究

文／儲靜·上汽大眾汽車有限公司寧波分公司

基于DELMIA 軟件制作完成Tooling 的預搭建數據，并制作出一份《標準搭手數據指南》，可以指導生產線員工利用線下時間完成Tooling的搭建，成功將搭建Tooling 所需時間從原來的3 個完整班次減少為1 個班次。

每年汽車沖壓車間都會有新車型需要試模與生產，當一種新零件上線生產前都需要將壓機線和模具進行一次適配，通常需要安排3 個生產班次才能完成全套的適配工作，包括模具封閉高度調整、拉深墊示教、Tooling 搭建等內容。本公司使用的是SCHULER 品牌的壓機線，工位之間零件的傳輸使用的是機械手CrossBar-Feeder，簡稱CBF。因為需要搭建合適的Tooling(圖1)來取放零件，屬于最耗費時間和人工的一項工作，怎么樣才能夠快速精準的搭建Tooling 就成為了本文研究的重點。

圖1 裝在機械手上的Tooling

傳統搭建Tooling 流程

搭建步驟

從模具移至生產線開始，一直到最后生產出合格零件，一般需要安排3 個班次(24 小時)做前期準備工作，統稱為搭手班次。具體搭建步驟如下。

⑴模具上線后，首先需要校模。公司的SCHULER伺服壓機線是6 序，共有6 臺壓機和7 個CBF 機械手，首先需要將每一序模具的數據全部輸入系統，包括拉深墊的壓力、拉深墊上死點、拉深墊示教、滑塊封閉高度、模具噸位等數據。

⑵校模完成后，需要導入壓機和機械手曲線。因為是伺服壓機線，壓機和機械手都需要單獨的曲線才能實現整線連續運行。

⑶確認曲線的相關參數無誤后，便可以開始搭建機械手Tooling。Tooling包含主桿、支桿、連接頭、吸盤、傳感器、氣管、真空發生器等幾大部分，這也是整個搭手班次內占用時間最長、最耗費人力、難度最高的工作。

在搭手班次中，每班通常會安排6 名熟練員工，首先需要將7 臺CBF 全部行駛至取件點位置(圖2)，現場根據機械手取件點位置和零件在模芯內的相對位置，初步確定Tooling主桿長度，吸盤數量和吸盤位置；再將主桿安裝在CBF 上，根據初步確定的吸盤位置測量出所需使用支桿的長度，再使用切割機切割出等長度的鋁桿。由于現場測量精度差和吸盤位置經常需要調整等因素，經常出現支桿偏長或偏短，需要再次調整或切割的情況。

圖2 機械手行駛至取件點位置

問題描述

⑴一個CBF 包括左、右兩側Tooling，每一側至少有4 個吸盤，一個CBF 就至少有8 個吸盤、10 根支桿(加上2 個傳感器的支桿)。照此計算，7 個CBF 就至少需要70 根支桿，現場需要大量的時間和人力來完成。

⑵連接頭的規格眾多，在現場搭建Tooling 時容易出現混用，經常一個Tooling上有3種規格的連接頭，標準情況下2 種即可完全滿足需求。

⑶如果一次性備足現場所需要的材料，往往會出現過剩的情況，完成搭手工作后清理現場也需要一些時間。

⑷現場除了主桿、支桿、吸盤外，還需要完成14 個Tooling 氣管的排布和捆扎，其工作量也是很大且耗費時間的。

因為對于整條生產線來說，Tooling 全部搭建完成需要3 個班次(圖3)，工作量大且時間長，所以必須考慮怎樣才能夠大幅節省搭建Tooling 的時間，同時減輕搭建難度和強度，經過研究分析，決定使用DELMIA 軟件幫助進行Tooling 的搭建。

圖3 傳統Tooling 搭建流程圖

基于DELMIA 軟件的仿真實現

基于DELMIA 軟件強大的仿真功能(圖4)，可以大幅節省線下搭建Tooling 所需要的時間，減輕搭建難度和強度。在DELMIA 軟件里，所有的模型都與現場生產線相一致，具有很高的參考性和實用性，通過仿真曲線可以完整模擬現場實際運行的情況，包括CBF 取件點位置坐標，曲線怎樣運行才不會與模具發生干涉，這些都與吸盤位置、Tooling 位置等有關系。

圖4 DELMIA 軟件仿真功能

由于最初的時候，只是簡單使用圓柱體來代替Tooling 和吸盤模型，這樣做的好處是調整起來簡單，弊端是不夠精確，無法100%模擬實際現場，導致制作好的仿真曲線在現場還需要調整。因此設想如果可以準確的模擬吸盤位置、吸盤大小、傳感器位置，就可以確保曲線的精度，也就可以實現利用DELMIA 仿真軟件來幫忙完成Tooling 的預搭建。

經過初步研究分析后，為了確保仿真結果與現場實際的一致性，嚴格依照實物尺寸制作Tooling 上所有部件三維模型，包括左側Tooling 主桿、右側Tooling 主桿、不同規格的吸盤、傳感器、直角連接頭、45°斜角連接頭等(圖5)。

圖5 主要部件三維模型

完成全部模型的導入后，根據實際布局逐個調整好每個模型的位置，開始測量每一個連接頭至吸盤或傳感器的長度。測量出的長度就是實際支桿長度，無需再利用公式計算，為了保險起見可以增加一定的冗余量。把所有工序的數據全部測量完成后，就可以輸出一份預搭數據(圖6)，其中包含吸盤數量、吸盤位置、支桿長度等關鍵數據。

圖6 預搭關鍵數據

利用制作出的這份預搭數據，在模具上線前，生產線員工可以利用線下空余時間完成主桿的搭建，以及支桿的切割、總組裝，線管的排布捆扎等工作。為了進一步提高便利性和精確度，還通過測量和利用原有機械手備件，制作出了校準支架(圖7)，當在線下完成整套Tooling 搭建工作后，可以先放置在校準支架上調整，必要時可以配合模具使用，提高精度。

圖7 校準支架

當所有線下預搭工作完成后，開始安排上線，所有機械手裝好Tooling，并且行駛到取件點，這個時候所有吸盤和零件都應該是貼合的，如果位置稍有偏差，可以利用預留的冗余量做相應的調整。從多套零件的試驗結果來看，已基本實現了設計的初衷。線下完成機械手Tooling預搭建工作后，只需安排1個班次，上線微調Tooling 即可完成全部搭建工作。優化后的Tooling 搭建流程如圖8 所示。

圖8 優化后的Tooling 搭建流程圖

結論

此套方法實用性強，可操作性高，原來一個零件需要安排3 個班次，每個班次6 名主力員工，一個新車型差不多有12 個零件，共需要3×12 ＝36 個班次，6×3×12 ＝216 人次，采用此套方法后，可以將搭手班次縮短到1 個班次，每班安排6 名員工即可，共12 個班次和72 人次，一個新車型可以節約24 個班次和144 人次。