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[摘 要]汽车零部件生产线直接决定了汽车生产的效率，因此，对汽车零部件生产线进行建模与仿真，优化生产流程十分必要。对汽车生产线的生产序列规划、生产干涉以及生产路径规划进行研究，按规划的工艺流程对总装线进行模拟仿真，分析生产线的平衡率，通过仿真结果验证该生产线的可达性、可行性以及生产线的人因工效性。文中研究工作对优化及改善汽车生产过程，缩短工艺规划时间，实现汽车生产线的流水化具有一定指导意义和应用价值。
[关键词]汽车零部件 ； 生产线； 建模； 仿真
中图分类号：TH16；TH181；TP39 1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0019-01
1.生产线协同建模与仿真优化的重要意义
由于设计和建立加工柔性、敏捷、高效、精密和自动化的示范生产线是一种投资大、风险高的复杂技术，因此其設计和规划需要严谨和精细，以确保生产线设计最终能够实现高效、精益和柔性的目标，满足产能要求。为避免企业面临的各种技术和投资风险，必须在生产线的设计规划阶段进行系统的建模与仿真，以验证生产线设计方案的可行性和有效性。
在生产线的设计优化阶段且尚未正式投产前，通过建立生产线的数字化模型进行协同仿真，可以模拟的生产工艺流程以及原材料和制品的物流过程，模拟生产物流过程中可能出现的各类故障，分析生产线的状态，并进行生产线抗干扰能力和负荷能力的分析和评价。同时，可以验证生产线的规划布局、生产设备和物料搬运设备的配置，以及物料搬运系统的合理性和有效性。此外，还可以分析生产线的生产方案，预测生产线在不同调度策略下的性能，从而为生产线的运行控制选择较好的调度方案。不仅如此，还可以为生产线投产后选择合理、高效的作业计划，从而发挥生产线的生产能力，提高经济效益。
2.生产线协同建模与仿真优化的研究进展
对生产线的工艺流程、工艺布局、设施规划、生产物流设备参数、生产排班方式、物料的下料方式以及在制品的生产组织方式、物流设施调度和物流路径、机械臂的调度策略和人员配置等，进行了系统的调研和数据收集。然后，以调研的真实生产数据为基础，将抽象模型的输入参数作为仿真建模和运行分析的基础数据，在Plantsimulation仿真平台上，应用面向对象的技术，建立生产线上各生产物流关键设备的对象模型，抽象出仿真产品对象的基本参数，建立产品对象的生产工艺模型，并对生产线设备模型与产品工艺模型进行集成，形成生产线的协同模型。结合所建立的生产线物流模型以及生产线的主要生产任务，实现仿真模型的动态运行。同时，建立了生产线的三维场景和动画演示，模拟生产工艺流程及原材料和在制品的物流过程，验证生产线规划布局、生产设备配置、物料搬运设备配置以及物料搬运系统的合理性和有效性。基于Plantsimulation仿真模型，运用参数化动态仿真、数理统计与数值分析及可视化图表等技术，对生产线的整线生产能力、关键设备生产负荷、生产线中的平均在制品时间以及物料搬运等进行统计分析，并依据仿真结果，分析生产线设计存在的问题，提出平衡优化方案、排产优化方案、在制品控制优化方案，以及人员配置、设备配置和物料搬运系统等优化方案，并建立生产线协同仿真模型进行仿真验证。最后，对生产线的状态进行了分析，进行生产线抗干扰能力和负荷能力的分析与评价；预测生产线在不同调度策略下的性能，从而为生产线的运行控制选择了一个比较好的调度方案。该协同模型的建立，还可为生产示范线的投产选择较为合理、高效的作业计划，从而发挥生产线的生产能力，使经济效益得到一定程度上的提升。
3.基于DELMIA的虚拟生产体系结构
根据虚拟生产的特点以及虚拟生产系统关键技术，将装配仿真、可达性分析等作为虚拟生产的体系结构的重要环节。在该虚拟生产环境中完成虚拟生产建模、虚拟生产序列、路径规划和生产过程仿真、干涉碰撞检测、生产可达性分析等。该体系结构的功能如下：
①生产建模：利用DELMIA的实体生成模块生成总生产的各零部件，然后在生产模块下按照约束要求对零部件进行预装配，从而得到目标装配体。
②装配序列规划：利用DELMIA的DPM（DigitalProcessforManufacturing）模块对目标装配体进行一些拆卸，得到拆卸的序列以后，再把拆卸序列倒序过来，从而获得装配序列；并且利用装配序列的优化方法对求得的装配序列进行一定程度上的优化，得到最优解。
③生产路径规划：用户和DELMIA系统之间交互式的操作方式，生成生产体的生产路径，并且采用生产路径的优化方法对已经生成的生产路径进行一定程度上的优化。
④干涉碰撞检测：对零部件生成装配序列和装配路径以后，它在装配的过程当中有没有存在干涉并且干涉量的大小都能够直接通过干涉检测功能求得。
⑤装配可达性分析：可达性指的是装配线上能不能确保合适的工作空间用以保证零部件能够较为准确的装配在原先预定的位置上。在装配过程当中应用DELMIA/Ergonomics模块插入人体模型，然后再求解装配作业空间，检验装配零部件在特定的环境下面是否科可达，使虚拟装配过程能够更加贴切现实。
⑥装配仿真：在DELMIA的DPM模块当中展示装配仿真的最后结果，根据仿真结果进行运动干涉检查以及分析运动的合理性等等。
4.基于DELMIA的数字化生产线建模与仿真
在DELMIA的DPM（DigitalProcessforManufacturing）模块下进行生产仿真，在这个模块下面，不但支持设置生产仿真的路径，而且也可以进行人机工程的模拟，对参与生产的人员进行动作分析，检验舒适度以及工人的疲惫程度。生产仿真的步骤可以划分成以下这四步：
①在软件环境下导入工艺（process）、产品（product）、资源（resource）等等方面的信息。工艺信息主要包括了正面吊装配的工位划分、装配的作业标准、生产内容等等；产品信息主要指的是汽车各个零部件的三维模型、各个零部件之间的装配约束关系等等；资源指的是汽车生产车间的三维模型、工装、容器具等等。
②把各种资源（resource）按照工艺规划布置在生产车间的模型当中，需要注意的一点就是在车间布置方面需考虑物流路径的高效，物流路径无干涉，物流路径根据装配工艺流程进行分析并设置。
③设置生产路径与装配动作。
④生产路径和仿真动作完成以后，就可以进行仿真生产，制作仿真视频。
结束语
由本文的研究工作与研究结论可以得知生产装配仿真分析在工艺规划与工厂布局优化当中起到了非常重要的作用，假如在这个基础上进行更加深入的研究，把仿真结果作为三维作业的技术指导与操作标准，把产品的生产装配过程细化到每一个零部件，形成一套较为完善的三维作业指导规范，这样子的话一线作业工人就能够通过装配过程仿真较为清楚的了解到每以个零部件的生产装配过程，其对生产线的人、机、料、法、环的管理和优化能起到更大的支持。同时对建设数字化精品生产线具有十分重要的意义。
参考文献
[1] 朱术名，张志英. 汽车发动机预装线装配平衡改进研究[J]. 物流科技. 2011（10）
[2] 陈宇航，胡珈铭，刘阶萍，王莹. 某企业装配生产线的布局设计与优化研究[J]. 物流技术. 2011（01）
[3] 王大明，谭健祥，姜延冬，胡健斌. 优化生产线布局提高生产效率[J]. 大众科技. 2009（11）
[关键词]汽车零部件 ； 生产线； 建模； 仿真
中图分类号：TH16；TH181；TP39 1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0019-01
1.生产线协同建模与仿真优化的重要意义
由于设计和建立加工柔性、敏捷、高效、精密和自动化的示范生产线是一种投资大、风险高的复杂技术，因此其設计和规划需要严谨和精细，以确保生产线设计最终能够实现高效、精益和柔性的目标，满足产能要求。为避免企业面临的各种技术和投资风险，必须在生产线的设计规划阶段进行系统的建模与仿真，以验证生产线设计方案的可行性和有效性。
在生产线的设计优化阶段且尚未正式投产前，通过建立生产线的数字化模型进行协同仿真，可以模拟的生产工艺流程以及原材料和制品的物流过程，模拟生产物流过程中可能出现的各类故障，分析生产线的状态，并进行生产线抗干扰能力和负荷能力的分析和评价。同时，可以验证生产线的规划布局、生产设备和物料搬运设备的配置，以及物料搬运系统的合理性和有效性。此外，还可以分析生产线的生产方案，预测生产线在不同调度策略下的性能，从而为生产线的运行控制选择较好的调度方案。不仅如此，还可以为生产线投产后选择合理、高效的作业计划，从而发挥生产线的生产能力，提高经济效益。
2.生产线协同建模与仿真优化的研究进展
对生产线的工艺流程、工艺布局、设施规划、生产物流设备参数、生产排班方式、物料的下料方式以及在制品的生产组织方式、物流设施调度和物流路径、机械臂的调度策略和人员配置等，进行了系统的调研和数据收集。然后，以调研的真实生产数据为基础，将抽象模型的输入参数作为仿真建模和运行分析的基础数据，在Plantsimulation仿真平台上，应用面向对象的技术，建立生产线上各生产物流关键设备的对象模型，抽象出仿真产品对象的基本参数，建立产品对象的生产工艺模型，并对生产线设备模型与产品工艺模型进行集成，形成生产线的协同模型。结合所建立的生产线物流模型以及生产线的主要生产任务，实现仿真模型的动态运行。同时，建立了生产线的三维场景和动画演示，模拟生产工艺流程及原材料和在制品的物流过程，验证生产线规划布局、生产设备配置、物料搬运设备配置以及物料搬运系统的合理性和有效性。基于Plantsimulation仿真模型，运用参数化动态仿真、数理统计与数值分析及可视化图表等技术，对生产线的整线生产能力、关键设备生产负荷、生产线中的平均在制品时间以及物料搬运等进行统计分析，并依据仿真结果，分析生产线设计存在的问题，提出平衡优化方案、排产优化方案、在制品控制优化方案，以及人员配置、设备配置和物料搬运系统等优化方案，并建立生产线协同仿真模型进行仿真验证。最后，对生产线的状态进行了分析，进行生产线抗干扰能力和负荷能力的分析与评价；预测生产线在不同调度策略下的性能，从而为生产线的运行控制选择了一个比较好的调度方案。该协同模型的建立，还可为生产示范线的投产选择较为合理、高效的作业计划，从而发挥生产线的生产能力，使经济效益得到一定程度上的提升。
3.基于DELMIA的虚拟生产体系结构
根据虚拟生产的特点以及虚拟生产系统关键技术，将装配仿真、可达性分析等作为虚拟生产的体系结构的重要环节。在该虚拟生产环境中完成虚拟生产建模、虚拟生产序列、路径规划和生产过程仿真、干涉碰撞检测、生产可达性分析等。该体系结构的功能如下：
①生产建模：利用DELMIA的实体生成模块生成总生产的各零部件，然后在生产模块下按照约束要求对零部件进行预装配，从而得到目标装配体。
②装配序列规划：利用DELMIA的DPM（DigitalProcessforManufacturing）模块对目标装配体进行一些拆卸，得到拆卸的序列以后，再把拆卸序列倒序过来，从而获得装配序列；并且利用装配序列的优化方法对求得的装配序列进行一定程度上的优化，得到最优解。
③生产路径规划：用户和DELMIA系统之间交互式的操作方式，生成生产体的生产路径，并且采用生产路径的优化方法对已经生成的生产路径进行一定程度上的优化。
④干涉碰撞检测：对零部件生成装配序列和装配路径以后，它在装配的过程当中有没有存在干涉并且干涉量的大小都能够直接通过干涉检测功能求得。
⑤装配可达性分析：可达性指的是装配线上能不能确保合适的工作空间用以保证零部件能够较为准确的装配在原先预定的位置上。在装配过程当中应用DELMIA/Ergonomics模块插入人体模型，然后再求解装配作业空间，检验装配零部件在特定的环境下面是否科可达，使虚拟装配过程能够更加贴切现实。
⑥装配仿真：在DELMIA的DPM模块当中展示装配仿真的最后结果，根据仿真结果进行运动干涉检查以及分析运动的合理性等等。
4.基于DELMIA的数字化生产线建模与仿真
在DELMIA的DPM（DigitalProcessforManufacturing）模块下进行生产仿真，在这个模块下面，不但支持设置生产仿真的路径，而且也可以进行人机工程的模拟，对参与生产的人员进行动作分析，检验舒适度以及工人的疲惫程度。生产仿真的步骤可以划分成以下这四步：
①在软件环境下导入工艺（process）、产品（product）、资源（resource）等等方面的信息。工艺信息主要包括了正面吊装配的工位划分、装配的作业标准、生产内容等等；产品信息主要指的是汽车各个零部件的三维模型、各个零部件之间的装配约束关系等等；资源指的是汽车生产车间的三维模型、工装、容器具等等。
②把各种资源（resource）按照工艺规划布置在生产车间的模型当中，需要注意的一点就是在车间布置方面需考虑物流路径的高效，物流路径无干涉，物流路径根据装配工艺流程进行分析并设置。
③设置生产路径与装配动作。
④生产路径和仿真动作完成以后，就可以进行仿真生产，制作仿真视频。
结束语
由本文的研究工作与研究结论可以得知生产装配仿真分析在工艺规划与工厂布局优化当中起到了非常重要的作用，假如在这个基础上进行更加深入的研究，把仿真结果作为三维作业的技术指导与操作标准，把产品的生产装配过程细化到每一个零部件，形成一套较为完善的三维作业指导规范，这样子的话一线作业工人就能够通过装配过程仿真较为清楚的了解到每以个零部件的生产装配过程，其对生产线的人、机、料、法、环的管理和优化能起到更大的支持。同时对建设数字化精品生产线具有十分重要的意义。
参考文献
[1] 朱术名，张志英. 汽车发动机预装线装配平衡改进研究[J]. 物流科技. 2011（10）
[2] 陈宇航，胡珈铭，刘阶萍，王莹. 某企业装配生产线的布局设计与优化研究[J]. 物流技术. 2011（01）
[3] 王大明，谭健祥，姜延冬，胡健斌. 优化生产线布局提高生产效率[J]. 大众科技. 2009（11）