0 引言
近年來，汽車行業的競爭日益激烈，客戶對于汽車的要求也不斷提高；面對著目前汽車產品車型周期短，市場變化快的情況，高精度高、高柔性化的汽車混合焊裝線已成為車身焊接技術的發展方向。
在汽車白車身的焊裝前期工藝規劃與仿真過程中，WorkSpace、Robcad、IGRIP以及DELMIA等仿真分析軟件在白車身焊裝領域得到廣泛應用。其中Dassault System公司系列軟件DELMIA以基于物理的虛擬設計與制造及機器人等模塊表現最為優異。
結合白車身自動線工藝規劃的特點，本文采用DELMIA的虛擬仿真技術，對白車身焊裝線項目進行工藝規劃和仿真驗證。
1 數模轉換及工作站的建立
根據確定的仿真流程，首先要將設計完成的白車身、輸送裝置、夾具與相關工裝設備的數模導入DELMIA中。DELMIA具有UG、CATIA等常用三維軟件的數據接口，也有IGES等通用數據格式的轉換接口，通過接口，可以將三維數模導人到DELMIA環境，保證了仿真設計與實際應用的統一性。
機器人數量依據生產線節拍和工作站工作數量確定以后，根據適用性和經濟型進行選型。不同品牌的機器人在負載和工作范圍方面均有差異，因此需要進行對比驗證之后導人仿真工位中。
將設計完成的白車身、輸送裝置、夾具與相關工裝導入DEMIA中，（所有模型的導入均以車身坐標系的原點為參考點）依據設計好的二維布局圖進行大致的布局，建立工作站。圖1為初步建立的某工位點焊工作站。
圖1 基于DELMIA的仿真工位建立
2 工位的仿真驗證
2.1 焊點導入
工位模型建立之后，要將焊點導入并進行分配。進入DELMIA的Workcell Sequencing模塊，通過Import Io Info調入焊點信息，焊點信息格式如圖2。機器人工位任務分配，應根據節拍的要求來合理的分配焊點，使得機器人工作量達到平衡。
圖2 某工位焊點信息文件
2.2 概念焊槍的設計
焊槍是焊裝線中最重要的焊接設備，焊鉗與焊接夾具、工位中焊接資源之間的仿真驗證對焊裝設計非常重要。
根據分配后的焊點初步確立焊槍類型（C型槍和X型槍），在DELMIA示教模塊中綜合考慮每一種車型的焊點，最終確定焊槍參數（喉深、喉寬、大小開行程、上下電極臂的長度）及焊槍安裝法蘭的形式，同時在保證焊接時不出現干涉的前提下，應盡量的減少焊槍的尺寸，以便減少機器人的負載。圖3是概念焊鉗設計效果圖，圖中可以看出焊點所在的板件剖切面集合與焊槍中心剖切型面組合驗證焊槍的通過性。
圖3 焊點斷面圖及焊槍形狀的驗證
2.3 機器人的布局
將焊槍安裝到機器人上，使用Auto Place功能，通過Selected Groups選擇機器人任務包含所有焊點的Tag Croup，驗證可達的焊點，在確保所有焊點可達的情況下，選擇機器人的站位點，然后依據后續仿真工作調整機器人，確定出最佳站位。機器人位置點和可達區域如圖4、圖5所示。這樣前期的工作的可靠性很高，不會出現機器人和工件位置的不合理而造成焊點不可達的現象。
圖4 工位機器人位置點計算
圖5 機器人可達區域位置
2.4 焊接路徑的優化
在點焊工作站中，一臺機器人的焊點很少集中在同一區域，通常需要變換幾種姿態才能完成焊接工作。因此，應使機器人在盡量少的姿態下完成預定工作，同時又能在焊接過程中避開與相鄰機器人的干涉。
在Device Task Definition模塊中，使用Teach a Device就可以對路徑進行仿真優化，在仿真運行的同時，需要效驗每個焊點處機器人的六軸姿態是否合適，確保機器人各關節正常、順暢，如圖6所示。在DELMIA中可以直觀的了解工作站中各個機器人的焊接位置，從而安排焊接先后順序，避免兩臺機器人同時出現在同一區域，造成互相等待耽誤節拍。
圖6 焊接路徑仿真（左邊是仿真按鈕右是機器人六軸狀態）
2.5 干涉分析
在機器人焊接過程中需要分析焊接機器人、車身數模、焊裝夾具與焊槍之間是否發生干涉現象，對于焊槍可以通過對焊點處斷面圖來進行分析（如上圖3所示）。
在點焊工作站中，通常會有4臺甚至是更多臺機器人，在工作時機器人之間相互干涉是很難避免的，因此需要干涉區。如圖7，機器人1和機器人2同時進行B柱焊接時，機器人之間會發生干涉。通過路徑優化，使機器人2先通過干涉區，這樣兩臺機器人同時工作時就不會發生干涉。但是當機器人2在干涉區工作時發生故障停留在干涉區，后進入干涉區的機器人就會與其發生碰撞。因此機器人之間的安全性就需要干涉區的設置來保障。例如在側圍點焊工作站，機器人較多，焊點分布較廣，同時又不能通過路徑的優化來避免干涉，這種情況下干涉區的設置是必不可少的環節。
圖7 機器人干涉區的設置
3 三維工廠的建立
依據DELMIA進行的仿真工藝規劃，利用PLAYT LAYOUT模塊生成焊接三維工廠。從整體空間上把握焊裝生產線的布局，提高工藝規劃的合理性。圖8是某項目前后蓋的二維布局圖，圖9是某項目前后蓋的三維布局圖。
圖8 某項目前后蓋二維布局圖
圖9 某項目前后蓋三維布局圖
4 離線編程
目前機器人的編程可分為示教編程和離線編程兩種方式。離線編程技術的一大特點是在離線的情況下，生成機器人程序。在DELMIA中Robot Offline Programming模塊可實現離線編程，編程前需要安裝java 2 SDK 1.4.2或更高的版本的軟件。相比較示教編程，離線編程具有如下優點：
(1)減少機器人不工作的時間。
(2)使編程者遠離危險的工作環境。
(3)便于修改機器人的程序。
(4)可結合相關人工智能技術提高編程效率。
(5)預測生產節拍是否滿足生產要求。
離線編程中機器人運動時間、焊接時間、運動軌跡等都是虛擬的，與現場的實際情況有一定的偏差，通過現場示教反饋，反過來修改仿真中的參數，并通過現場示教經驗，對仿真軌跡進行修改和優化，從而使離線編程更好的指導現場示教調試。
如下程序為某點焊工作站機器人部分程序：
5 結束語
本文基于DELMIA軟件對焊裝線項目進行了前期的工藝規劃和仿真驗證。
(1)實現了對產品數據和焊點信息的管理；
(2)充分模擬現場生產場景，消除動靜態干涉，提高規劃的合理性；
(3)輔助設計人員進行工裝設計，在設計階段較早的發現問題及時更正，提高設計效率和較低生產成本；
(4)離線編程能夠輔助現場調試，降低現場調試人員的工作量，提高調試效率。
通過DELMIA軟件平臺將焊裝工藝規劃、焊裝機構設計、焊裝仿真系統集成于一體，實現了數字化工廠的建立。
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