為了進(jìn)一步減少成本、提高生產(chǎn)率、提升規(guī)劃質(zhì)量，各制造企業(yè)都在尋求更好的“數(shù)字化工廠”制造過程管理系統(tǒng)來對其生產(chǎn)制造領(lǐng)域進(jìn)行支持和改進(jìn)。在此背景下，一汽轎車汽車有限公司（簡稱：FCC）從2004年開始，通過借鑒日本MAZDA在“數(shù)字化工廠”的成功經(jīng)驗分階段引入了“數(shù)字化工廠”制造規(guī)劃系統(tǒng)。
圖1 FCC“數(shù)字化工廠”工作流程
概述
2005年（第一階段）：通過北京迪基透科技有限公司（簡稱：DGT）引進(jìn)TECNOMATIX/eMPower車身規(guī)劃系統(tǒng)和物流規(guī)劃系統(tǒng)，作為一汽轎車“數(shù)字化工廠”長期規(guī)劃的第一階段，在引進(jìn)eMPower/BIW車身規(guī)劃軟件系統(tǒng)的同時，基于某車型現(xiàn)有的工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)線等相關(guān)資源數(shù)據(jù)，F(xiàn)CC完成了該車型的“數(shù)字化工廠”建模、工藝庫架構(gòu)、資源庫架構(gòu)設(shè)計等。通過第一階段導(dǎo)航項目，F(xiàn)CC掌握了“數(shù)字化工廠”車身規(guī)劃流程和功能。
2006年（第二階段）：“數(shù)字化工廠”深化應(yīng)用，逐步完善“數(shù)字化工廠”系統(tǒng)功能，為后續(xù)真實項目“數(shù)字化”規(guī)劃創(chuàng)造條件，為自主規(guī)劃做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備，主要包括：系統(tǒng)集成、客戶化開發(fā)和完善資源庫建設(shè)等。
2007年：“數(shù)字化工廠”/ ROBCAD應(yīng)用于新主焊線M2的詳細(xì)規(guī)劃、驗證。
圖2 PDM與“數(shù)字化工廠”eMPower系統(tǒng)集成
應(yīng)用模式
1、以汽車研發(fā)項目為契機，有的放矢導(dǎo)入“數(shù)字化工廠”規(guī)劃項目。這樣做目的性強，效果顯著，便于整個數(shù)字化系統(tǒng)的逐步實施推進(jìn)。
2、建立相應(yīng)的組織機構(gòu)及明確相應(yīng)職責(zé)。我們成立了相應(yīng)的項目團(tuán)隊并在組織結(jié)構(gòu)上得到承認(rèn)，確保了資源配置，項目的推進(jìn)才有保障，日后的運作才能持續(xù)有效。“數(shù)字化工廠”團(tuán)隊與其他項目組一起工作，在仿真、驗證產(chǎn)品及工藝方案等方面實現(xiàn)協(xié)同工作。
3、持續(xù)實施。“ 數(shù)字化工廠”系統(tǒng)是一個制造過程管理的數(shù)字化平臺，它可以管理整個制造過程。大量的系統(tǒng)集成、資源庫積累、工藝知識庫完善等得以保證“數(shù)字化工廠”系統(tǒng)的完整，所以“數(shù)字化工廠”系統(tǒng)的實施應(yīng)該是持續(xù)的，并保證系統(tǒng)得以維持和發(fā)展。
圖3 焊接規(guī)范客戶化模塊
應(yīng)用歷程
1、2005年，引進(jìn)“數(shù)字化工廠”車身規(guī)劃系統(tǒng)（eMPower / BIW Solution）。
完成現(xiàn)有生產(chǎn)線及相關(guān)資源建模，建立標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)庫、資源庫；建模完成后，可以對現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化，或者在現(xiàn)有生產(chǎn)線上生產(chǎn)新車型前，在虛擬制造環(huán)境中進(jìn)行工藝檢驗和仿真優(yōu)化；培養(yǎng)了一支能熟練運用“數(shù)字化工廠”制造規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行車身前期工藝規(guī)劃和工藝仿真的工程隊伍；完成了產(chǎn)品數(shù)據(jù)PDM系統(tǒng)與eMPower系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成；
2、2006年，完成了“數(shù)字化工廠”車身規(guī)劃系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)與系統(tǒng)集成。2006年，F(xiàn)CC委托DGT就“數(shù)字化工廠”車身規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)集成及客戶化開發(fā)，主要開發(fā)了與PDM的數(shù)據(jù)接口模塊、工藝文件的輸出模塊、焊接數(shù)據(jù)庫智能系統(tǒng)模塊等。
圖4 客戶化輸出模塊
焊接規(guī)范開發(fā)模塊 / WeldAP：焊接規(guī)范計算工具主要解決以往設(shè)計焊接規(guī)范缺乏依據(jù)、主要靠經(jīng)驗來設(shè)計和設(shè)計結(jié)果與實際要求偏差較大等問題。該模塊可根據(jù)零件的材料條件和板厚條件以及相應(yīng)的技術(shù)要求按照兩種方法計算出相應(yīng)的焊接規(guī)范，為設(shè)計人員提供參考，幫助設(shè)計人員設(shè)計出合理的焊接規(guī)范；此外，開發(fā)了工裝明細(xì)表輸出工具 / CTable、設(shè)備明細(xì)表輸出工具 / EqTable和工序卡輸出工具/OpTable。
通過“數(shù)字化工廠”系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，加快了規(guī)劃速度、提高了質(zhì)量；工藝文件可以自動生成，節(jié)省了大量的文件編寫工作；同時，項目的積累為加速以后項目進(jìn)度（新項目及改造項目）奠定了堅實的基礎(chǔ)。
圖5 M2線的2D局部布局
3、2007年，新主焊線（M2）的詳細(xì)規(guī)劃、驗證。
“數(shù)字化工廠”應(yīng)用于新主焊線M2的規(guī)劃，主要使用“數(shù)字化工廠”/ROBCAD機器人規(guī)劃仿真模塊。在車身主焊線規(guī)劃和工藝設(shè)計的同時，利用Robcad建立虛擬仿真模型，通過計算機的虛擬環(huán)境，設(shè)計和驗證將來新投產(chǎn)的車型在M2線上的制造工藝通過性，利用Robcad軟件的先進(jìn)功能設(shè)計和優(yōu)化機器人工作過程中的換焊槍、抓具、焊接及互鎖等操作，并設(shè)計和優(yōu)化焊接過程中的中間點和焊接路徑；在虛擬環(huán)境中驗證、設(shè)計和優(yōu)化完M2工藝后，最終實現(xiàn)現(xiàn)場機器人的離線編程的要求，即通過計算機模擬生成的機器人工作路徑和信號等程序，直接傳輸?shù)浆F(xiàn)場真實機器人中。
經(jīng)過“數(shù)字化工廠” / ROBCAD的規(guī)劃仿真及離線編程等，論證、確定了生產(chǎn)線的改造方案，如主拼夾具改造、新產(chǎn)品的線通過性論證等，節(jié)約了大量改造費用及大量的停產(chǎn)改造時間。
圖6 機器人工位局部模擬仿真
結(jié)束語
“數(shù)字化工廠”制造過程管理系統(tǒng)，無論是TECNOMATIX / eMPower，還是DS / Delmia系統(tǒng)，其在汽車領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，尤其在歐、美、日等汽車發(fā)達(dá)企業(yè)及其汽車生產(chǎn)線供應(yīng)商，無不通過“數(shù)字化工廠”制造過程管理系統(tǒng)實現(xiàn)制造過程管理的信息化，在“時間、成本、質(zhì)量”等方面產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
但是，“數(shù)字化工廠”制造系統(tǒng)涉及到從產(chǎn)品設(shè)計開始的可制造驗證（工藝評審）、工藝規(guī)劃、工藝驗證、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)線規(guī)劃、工裝夾具設(shè)計驗證、物流規(guī)劃、生產(chǎn)線優(yōu)化、甚至到現(xiàn)場設(shè)備的PLC控制程序和NC程序等，所以，它不是一般的工具軟件系統(tǒng)，而是與設(shè)計部門的CAD/PDM系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP類似的系統(tǒng)。系統(tǒng)集成、客戶化實施與開發(fā)是企業(yè)成功應(yīng)用“數(shù)字化工廠”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
FCC應(yīng)用“數(shù)字化工廠”后提高了工藝規(guī)劃效率和質(zhì)量；實現(xiàn)了完整的工廠、生產(chǎn)線2D/3D布局圖；產(chǎn)品設(shè)計和工藝規(guī)劃并行進(jìn)行；減少了項目規(guī)劃的工作量；加強了焊接管理和焊點管理；提高了資源利用率（通過仿真驗證資源的重復(fù)利用率）；減少了規(guī)劃時間；加強了主機廠與生產(chǎn)線供應(yīng)商之間的協(xié)作。
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