白车身柔性焊接车间输送系统设计与开发

发布时间：2020-05-25 05:54

【摘要】：随着经济的发展,客户及市场对汽车的需求日趋个性化、多样化,汽车车型更新速度要求日益加快,生产车型单一的汽车传统刚性焊接生产线已不能适应发展需求。智能工厂环境下,柔性焊接生产线已经成为生产线发展的主流趋势,各大汽车厂商纷纷开始探索研制。其中柔性焊接生产线的输送系统是保证高节拍柔性生产、车间优化调度、提高生产效率的关键基础设备。目前柔性焊接生产线的输送系统仍是刚性的、柔性差,各种零部件总成都必须配备专用的输送系统。专用的设备、固定的输送程序严重限制了加工生产、物流输送的优化调度,已经无法满足市场小批量、个性定制化生产的柔性化输送需求。为解决上述问题,本文在分析焊接生产线中需要输送的零部件总成定位信息的基础上,对输送系统的关键设备、优化调度和加工输送仿真进行了深入研究。结合本文中的研究成果集成开发了输送系统,并将其成功应用于实际生产。输送系统的柔性设备是其适应柔性焊接生产线多样化加工输送要求的基础。本文中的输送系统由柔性抱具、随行工装和转运工位夹具组成,其中柔性抱具是输送系统柔性的集中体现。智能工厂环境下,一个焊接生产线车间仅需一个柔性抱具,按需切换定位方式抱取不同类型的零部件总成,就可以完成输送系统的物流优化调度。分析焊接生产线中所要输送的零部件总成的定位信息是设计柔性设备的基础。本文在详细分析各类型零部件总成定位信息的基础上,用CAD/CAE方法优化设计了随行工装、转运工位夹具和2种柔性抱具。在分析电气驱动和控制要求的基础上,设计了伺服驱动调速子系统。以上研究为输送系统的柔性加工输送和调度提供了设备基础。柔性焊接车间调度是焊接生产线优化的重要任务。本文在详细分析柔性车间调度的特点与分类的基础上,使用本文所设计的输送系统进行调度,提出了柔性焊接车间输送系统的高生产节拍调度优化问题(Flexible Welding Line Scheduling Problem with High Production Beat,SFFWLP)。考虑到零部件总成区的各工位的加工工时不仅对车间生产节拍有很大影响,而且对柔性抱具在车身自动调整线的主拼工位的转运调度有着至关重要的作用。因此为保证车间统一高生产节拍,本文先建立了输送系统层次化的调度模型,先对各零部件总成区的关键工位进行加工工序优化调度,再在主拼工位进行物流输送优化调度。并运用组合算法-多层编码遗传算法和蚁群算法对柔性焊接车间层次化调度模型进行优化求解。组合算法中的多层编码遗传算法为了充分表达问题的解,把染色体编码分为若干个代表不同含义的层次,同时优化加工顺序和机器选择等多个任务,能够充分地保证各个加工工位的生产节拍,及时为各转运工位准时提供货物,保证了车间主拼工位调度的及时初始化。组合算法中的蚁群算法模拟了自然界蚂蚁群体的觅食行为,能够分工合作快速寻求柔性抱具遍历所有转运工位的最优路径,具有很强的全局搜索能力。在高生产节拍下,组合优化算法实现了柔性焊接生产线层次化的生产调度。柔性焊接生产线加工输送过程仿真是验证组合算法优化运行参数在生产线整个决策控制加工输送过程中是否存在瓶颈的有效方法。只有设备利用率均衡的运行参数才能够应用到实际生产过程中。本文在详细分析柔性焊接生产线加工输送过程的基础上,分析了输送系统的混合特征,提出了决策控制混合Petri网(Decision-Control Hybrid Petri Net,DCHPN)。本文用上述DCHPN对柔性焊接生产线的输送系统的决策控制加工输送过程进行系统描述,并依据所建立的DCHPN模型,建立了柔性焊接生产线的微观决策控制逻辑和宏观物流运输过程的层次化耦合仿真模型。利用仿真模型对上述组合算法优化的运行参数进行仿真验证。仿真结果验证了所提出组合算法对生产线层次化优化的可行性和有效性。基于本文研究成果-所设计的输送系统的柔性设备、调度模块、生产线仿真模块,集成开发了输送系统。介绍了柔性焊接生产线输送系统的软件开发环境,分析了柔性设备与输送系统的通信方式,设计了输送系统的控制软件系统,实现了输送系统输送过程及运行状态的双向感知控制。某汽车厂的实践表明,本文所设计的输送系统能够通过优化层次化的焊接加工顺序,实现整个车间高效有序的焊接生产,保证了统一的高生产节拍,提高了生产效率。输送系统的监控模块实现了实时可视化感知控制工位决策控制加工过程及物流输送的运行状态,能够满足柔性焊接生产线个性化、多样化的加工输送需求。
【图文】：

车间布局,焊接生产线,车间布局,柔性

后地板总成前地板总成发动机舱总成图 2.1 柔性焊接生产线车间布局ig.2.1 Workshop layout of flexible welding l计输送系统柔性的集中体现，在该生产具进行车间调度。因此柔性抱具的设零部件总成，必须首先分析各零部分析过程要求平稳、快速，确定各零部件别列出需要柔性抱具抱取的下车体总总成结构信息。在同一平台上柔性抱设置相应的工艺定位孔或凌边。以发边，，并确定了抱具输送过程中的定位机舱前部采用裙边定位，左右对称，，不同零部件总成的定位方式均可采

总成,零部件

Fig.2.1 Workshop layout of flexible welding line具结构设计性抱具是输送系统柔性的集中体现，在该生产线布局中，个柔性抱具进行车间调度。因此柔性抱具的设计尤为重要性抱取不同零部件总成，必须首先分析各零部件总成定位总成定位分析成在输送过程要求平稳、快速，确定各零部件总成的定位 2.2-2.6 分别列出需要柔性抱具抱取的下车体总成、发动机盖总成、门总成结构信息。在同一平台上柔性抱取所有零部件总成上设置相应的工艺定位孔或凌边。以发动机舱零部位孔和棱边，并确定了抱具输送过程中的定位方式：机舱左右对称；机舱前部采用裙边定位，左右对称，具体细节分析得出，不同零部件总成的定位方式均可采用台阶销定定位，差别只是相对距离不同，具体详细定位信息如表 2
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U468.2

【参考文献】