在现代工业制造中,产线设计有着至关重要的作用,它影响着生产的产能、效率及成本。然而,产线设计是一项非常复杂密集且长周期的工作,需要多个部门工程师同时平衡多方面的因素,包括产品工艺流程、人员和物料流动、设备和机械安排、人机工程学、安全和紧急情况等多方面的事项。传统的产线设计方式只能依靠人的经验和静态平面模型进行设计,面临着高成本、低效率和试错风险高等挑战。虚拟现实辅助工程技术的发展打破了这一现状。
虚拟现实辅助工程技术简称VAE,具有交互性、实时性、直观性和工程性的特点,可以让多部门工程师集中在同一虚拟场景中实时进行产线设计验证,提高协作和和沟通效率。
1.产线规划仿真
首先通过导入工厂和设备的三维数据,快速搭建数字工厂仿真环境,将车间各生产线上的基本要素及车间环境按1∶1方式进行实际尺寸空间布局。在虚拟环境中,设计人员可以随意走动查看,从不同视角去评估工程设施之间的相互作用,并实时移动、测量设备和场地的大小、距离,真正感受车间内设备布置的效果,对生产车间的整体布局及工位的产品型号约束、产线设备及其它各要素间约束进行分析,使它们之间的生产配合关系最优,设备的利用率最高。
2.工艺仿真
除了进行静态的布局规划,还可以实现产品制造过程中的动态仿真,包括工艺仿真和物流仿真。按照产品的加工工艺,在虚拟环境下重现产品的加工过程。工艺仿真主要解决工艺过程中的机械碰撞、干涉、运动路径、员工操作安全性等问题。如:真实反应加工过程中工件过切或欠切、刀具与夹具及机床的碰撞、干涉等情况,并对刀位轨迹和加工工艺进行优化处理。
3.物流仿真
对工厂内物料流动过程进行仿真,主要解决在生产过程中物料运输的经济性、时效性,缩短搬运时间、减少路径干涉、优化物料转运路径。可对传送带、机械臂等物流要素建模,设置现场排班、设备故障、返工返修等仿真影响因素。通过产线连续生产的动态过程仿真展示,直观的查看仿真运行过程中物流是否顺畅。
4.人机工程仿真分析
通过人机交互模型构建,仿真完整的人机任务,可以实现人员运动轨迹定义、人机协作模式定义。通过对人机作业流程仿真,保障在作业中工人的视线范围不被遮挡,肢体可以达到要求位置,空间大小方便工人操作,承受的负荷及操作时间不易使工人疲劳,在危险环境中有安全防护措施。
朗迪锋公司基于虚拟现实辅助工程技术,开发了MakeReal3D虚拟现实辅助工程平台,支持CAVE、VR头盔、数据手套等多种虚拟现实外设。运用独特的模型轻量化算法,可以将不同来源的三维模型一键进行数据导入,无需进行格式转换,快速搭建数字工厂,节省工程师繁琐的数据处理时间,提高工作效率。平台还内置了工业级高精度物理引擎,无论对于静态还是动态的产品、加工过程、产线/车间/工厂规划过程、制造管理过程等,都能进行仿真验证。搭配平台中的人机工程仿真分析模块,还可以对作业过程中人员的可视性、可达性、舒适度、空间干涉、作业强度等多种数据进行整合分析,并输出分析结果指导工位、操作路径设计。
虚拟现实辅助工程技术在工厂产线设计中的应用为我们展示了一个全新的设计和操作方式,它可以为工厂的产线布局、设备配置、工艺路径、物流等进行预规划,在工厂投入生产制造前,在虚拟环境中进行设计方案的分析、评估、验证,迅速发现系统运行过程中可能会存在的问题和有待改进之处,并进行及时调整和优化,减少后续对于产线的更改和返工次数,从而有效降低成本、缩短工期、提高效率。
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