对仿真软件Tecnomatix的认知

1.1 Tecnomatix 在汽车焊装领域的应用

汽车白车身生产面临的主要问题是能否及时将产品设计转化成目标产能。由于涉及的设备种类、专业门类众多，多因素互为设计前提，从规划设计到施工投产需要进行多次反复。数字化工厂环境为工艺人员提供了一个试错的虚拟环境，预见可能遇到的问题并解决，Tecnomatix 的大致项目流程如下图所示：

工作的目标是得到符合产能要求的生产线，总体思路是施工实施前必须先在虚拟环境中对方案进行验证模拟，经反复修改确认后再施工，现场实施后再将实际的情况反馈到虚拟环境中，以便持续改进和管理。

Tecnomatix数据分成两部分，项目的逻辑关系和信息存于Oracle 数据库，与之关联的其他各种文档保存在sysroot 的网络存储中供所有用户共享。工作从在PD 中新建空白项目树开始，项目树用于存储和管理项目中所有对象的逻辑关系，它具有如同windows 资源管理器般的层级结构，具体结构和节点类型完全由使用者根据需要定义。由于基于Oracle后台，项目树不仅是平面结构，理论上它的任意节点间都可以产生关联关系。对项目简单的描述是：（1）创建具有合理细节的虚拟环境和各种对象的信息内容；（2）使用各种工具对要求的指标进行试错/仿真/验证；（3）输出用于施工、管理的各种文档；（4）实际工程实施。各阶段的循环协调始终贯穿其间。

1.2  规划工作

规划的起点是汽车白车身CAD模型和加工特征（焊点、焊缝、涂胶信息、螺柱），目标是给定的生产纲要，在规划设计过程中工艺人员涉及到四大类对象：建立设施使用的资源、要加工的零件、决定零件如何加工的加工特征、加工零件的操作过程。规划的主要工作就是确定这四种要素的合理配置和关系，通过Oracle 数据库Tecnomatix 可以保存并随时向用户显示出其相关关系。操作处于四种要素的核心位置，它决定了用什么做、如何做、做什么、什么时候做，它是各种对象的交汇点，如下图所示。

规划过程中四个要素的配置和关系

 其中零件、加工特征、资源三种具有3D 表达的对象在Tecnomatix 中都使用中性的.CO 或.COJT 文件进行3D 表达，其独立于任何CAD 设计平台，主要用于虚拟现实应用，其中新版的.COJT文件相较.CO 文件具有明显的文件体积优势（只有.CO 的约1/10），特别适于如工厂、船坞等这种大型设施的虚拟显示。规划员在PD 中的主要工作包括：根据设计意图在PD 中使用资源的3D 模型构建汽车焊装线的详细工程设计———建设虚拟生产设施；编写工艺操作流程，将其与之相应的资源关联；将操作要用到的零件和焊点与相应的操作关联。关联过程不一定像上图一样，由于四种要素之间的关联具有传导性，所以最终各要素都会和与之关联的其他要素取得联系，在其属性中可以看到关联的其他要素，另外工艺员可将各种格式的附件关联到与

之对应的节点上，这使得工程人员在项目任何阶段都能很容易地根据当前的问题迅速找出相关信息。

总之在虚拟环境中按规划意图如同在现实中施工一样创建虚拟焊装线是规划阶段的主线。

1.3  仿真工作

规划人员建立好虚拟焊装线之后，下一步工作是看其能否正常运转。仿真人员可以把PD 中感兴趣的部分（如：一个工位、一条生产线、一台机器人等）打包到一个“study”中，然后使用PS 打开study，利用PS 中的各种工具验证分析自己感兴趣的问题。工程人员需要考虑的因素有：干涉、工艺节拍、物流、人机工程、电气等，PS 单一形象的虚拟环境为多设计目标检查提供了便利的验证仿真条件和手段（见下图）

PS仿真

其中对焊装生产最为有用的是机器人离线编程、物流仿真和干涉检查。目前PS离线编程涵盖了三十多个品牌的工业机器人（KUKA、ABB、FANUC、PUMA、IBM 等），得到的程序可以在短时间内投入到生产中。物流仿真的Plant 模块既可以脱离数据库单独建模，也可以通过PD 接口利用已有规划方案生成物流模型，对焊装线的全生命周期物流进行仿真，还能评估各种意外对物流链的压力大小，目前物流模块多为汽车主机厂使用，焊装分包商由于工作范围有限做物流仿真的意义不大。干涉检查是PS 最基本也是最重要的验证工具，其使用贯穿项目的始终，对于焊装设计它还可以方便地实时检查电极帽与附近物体的安全间隙。由于Tecnomatix 虚拟环境中涵盖了实物工厂中几乎所有3D 元素，PS 干涉检查作为施工前最后一道检查，对最终施工能起到很好的质量保证。

目前的大趋势是在单一的环境中对数字化工厂做尽可能全面的验证，要求虚拟样机（焊装线）具有如同实物的各种特征，仿真模拟范围除了上述常用的手段外还包括：PLC 虚拟调试、虚拟人机工程体验等。目前仿真得到机器人离线程序后还需要自动化工程师现场匹配PLC 程序和调试，PLC 虚拟调试可以让工程师利用PS 虚拟环境调试PLC 程序作为现场最终下载的提前验证，这能提前发现问题，缩短现场时间。虚拟人机工程体验（也有叫沉浸式虚拟环境）利用动作捕捉技术和虚拟现实技术让用户进入到虚拟场景，能够直观体验尚未建造的设施，做出准确的适用性判断。    

经过一系列模拟验证后，在PS中做出的修改和变更作为更新返回到PD中对所有系统用户发布。由于系统中相关人员能够随时迅速地在PD/PS 环境中切换，使得“设计→验证→修改→再验证”循环，快速进化项目设计方案，达到节省时间和成本的目的。