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汽車涂裝工藝中虛擬仿真技術的應用

發布時間:2019.06.27    點擊數: 6305

      涂裝虛擬仿真技術是現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物,它的出現給涂裝工藝注入了新的活力。由于產品設計對于涂裝工藝能力和車型產品性能均有較大的影響,因此如果能夠在前期通過虛擬仿真技術對涂裝能力和過程進行分析,將大幅提高產品性能,減少產品設計缺陷,減少實車驗證過程中的問題數量及產品開發后期的工作量。

      涂裝工藝虛擬仿真技術涵蓋了涂裝全序的工藝虛擬仿真分析,以產品全生命周期的相關數據為基礎,根據虛擬制造的原理,在計算機虛擬環境中對整個生產過程中進行仿真、評估和優化。

1.通過性仿真分析

       涂裝車間需同時滿足多種車型的的生產要求,即多車型的柔性化生產,盡管涂裝生產線在設計時是按照柔性化生產設計的,但由于車型設計風格的不斷發展、車型款式的不斷更新以及車型熱點的不斷轉換,新車型在尺寸、質量和定位孔等車身數據上的差異越來越大,需要新車型在現有涂裝線投產前進行通過性分析工作。

      三維工廠布局軟件能對新車型在涂裝車間的通過性進行全面的分析和評估,是數字化虛擬工廠設計、分析和仿真的工具,它能迅速簡便地建立、分析和展示可視化的工廠三維立體模型,使新車型的三維數模在虛擬工廠中進行非標設備通過性分析和機械化設備通過性分析。

      軟件能模擬白車身在各個室體內的運動狀態并進行動態分析,分析該車身在通過各個室體時是否存在干涉現象,以確定車身在各個室體的通過性能力。軟件能對滑撬、吊具和臺車輸送設備等進行模擬裝載分析,分析輸送系統與車身數模是否干涉、是否滿足安全距離等,以確定車身是否滿足各工位機械化設備的通過性要求。

2.氣泡仿真分析

       電泳涂裝是將整個白車身浸入在電泳槽中,由于車身設計結構和設備的局限性,白車身入槽后腔體內的氣體不能完全排凈,電泳后大部分車型都存在電泳氣室的問題。采用RoDip或VarioShuttle等機運系統可以解決氣室問題,但其成本較高,老工廠無法進行實施,因此通過前期仿真發現積氣位置是較為理想的解決方案。

       氣泡仿真軟件能計算出電泳過程中的氣室位置,對電泳過程中的排氣能力進行全面評估。在產品設計階段,將車身數模進行網格化劃分,輸入車身的入槽角度、運行軌跡和出槽角度等信息,通過軟件的分析計算,得到各個時間點腔體內氣泡的狀態、整個電泳過程內氣泡的流動路徑和存在位置。

       通過對氣室位置的精確仿真,可以在產品設計過程中提前發現氣室位置,通過在氣室位置開孔或調節形面等辦法解決氣室問題,并不斷進行優化,避免在項目后期依靠輔具工裝調節或設備的更改解決氣室問題,既縮短了項目的調試周期,又節省了設備變更所產生的費用。

3.烘烤仿真分析

      汽車制造屬于大批量流水線制造,快節奏的涂裝生產需采用烘干爐進行烘干,烘干的目的是通過加熱使涂裝過程中附著在車身上的涂膜、密封膠等能夠迅速固化,提高生產效率。

      在新車型設計的過程中,涂裝工藝部門往往不能準確地評估新車型的烘干能力,需要在有試制樣車后,在生產調試階段依靠爐溫儀測量車身表面在烘干爐中溫度的變化情況,進行驗證工作。這種工作模式驗證時間靠后,驗證周期較長,而且無法準確了解車身腔體內的烘烤溫度變化情況。

      烘烤仿真軟件能模擬車身上漆膜和膠黏劑的烘干過程,模擬墻壁上噴管向車身噴射熱空氣的影響,能對新車型烘干能力進行準確的評估。該軟件需通過網格模塊進行車身網格劃分,輸入車身、密封膠和漆膜熱傳導系數,設置烘干爐尺寸和噴頭位置等設備信息,通過計算模塊進行仿真計算,得到車身任意位置的溫度隨時間變化的關系。在產品設計階段,通過對烘烤仿真軟件的應用,可以對新車型烘干能力進行全面評估,提前解決了后續驗證過程中的問題,該仿真軟件同時能對生產線進行優化,通過對生產線分析模擬,調節加熱空氣噴射角度,提高生產線能量的利用率。

4.電泳仿真分析

      電泳工序是汽車車身涂裝的第一道環節,也可以說是整個車身涂裝的基礎,其質量的好壞直接影響車身的抗腐蝕性能及漆膜的裝飾效果。

       電泳過程中因電磁屏蔽原因,在多層板包合搭接形成的內腔里,電泳效果往往不理想,需通過增開電泳孔來提升電泳效果,繼而提升車身的防腐能力。由于車身設計還需考慮噪聲、強度和振動等性能的要求,電泳孔開孔位置限制較多,電泳能力的評估工作以往主要以個人經驗為主并輔以試制糾錯法協助,所有的開孔方案需在項目后期的實車拆解階段進行驗證,存在驗證周期長、變更費用高的問題。

      電泳仿真軟件能計算車身上的電流密度分布、電勢分布和漆膜厚度分布,對新車型電泳能力進行全面評估。電泳仿真軟件采用有限元方法進行計算分析,分為數據準備、模型前處理、分析計算和結果后處理四大部分。軟件可以在設計階段對電泳的可行性進行高精度的定量計算,可以精確地得到產品在不同時刻的電流密度分布、電勢分布和漆膜厚度分布,進而評估電泳的可行性。軟件同時能對開孔方案進行不斷驗證和優化,直到得到最優的設計變更方案,為車身電泳能力的提升提供了精確的指導和快速的驗證。

5.人機工程仿真分析

      涂裝密封膠使車身具有良好的水密封性、機械密封性、防銹性和耐久性。電泳無法處理到的鈑金搭接的接縫、易被腐蝕的零件輪廓邊、易積水位置的連接處以及易透氣的連接處等部位需要涂密封膠。

      密封膠的操作性評估是涂裝同步工程的重點,以往主要根據個人經驗進行該項評估,部分問題需等到實車驗證階段才能對各種應對方案進行驗證,存在驗證周期長、評估不夠全面等問題。

      人機工程軟件能對生產線的涂膠情況進行全過程模擬,對密封膠操作進行全面、準確的評估。人機工程軟件需對生產線進行建模,規定生產線運動軌跡,定義人體的動作,最終得到人機工程整體評價,判斷涂膠操作的可達性、可視性并進行工時的統計。人機工程軟件能在產品設計階段對密封膠的操作性進行全面評估,提高了評估的準確性和全面性,減少了項目后期生產調試過程中的大部分問題。

6.機器人離線編程仿真

      隨著現代汽車工業的迅速發展,汽車型號迅速變化,車身設計不斷調整,為適應這種頻繁變化的生產要求,涂裝車間的涂膠機器人和噴涂機器人應運而生,被大規模使用。

      機器人的作用是控制噴槍,使之在噴涂過程中與噴涂表面保持正確的角度和恒定的距離,為了實現這一任務,工程師需要給機器人輸入特定的噴槍移動軌跡,定義在整個噴涂過程中機器人的各種動作。以往噴漆機器人軌跡調試都采用線上(生產線上)示教編程模式,只能在項目后期有實車后才能進行調試與編程,這種工作形式存在調試時間靠后且調試周期較長等問題。

      離線編程仿真軟件以車身三維數模為基礎,能快速地進行機器人工作單元的建立、仿真與驗證,軟件使用圖形化編程、編輯和調試的機器人系統來創建機器人的運行軌跡。離線編程軟件能在產品設計過程中進行機器人的軌跡調試工作,不需要生產線停機配合就可以對機器人的噴涂軌跡進行規劃和編程,在不影響生產且足夠安全的情況下,能不斷地優化現有噴涂軌跡和機器人程序,大幅提前了軌跡調試時間點,縮短了項目的調試周期,提高了噴涂質量并節省了大量調試用車。

7.噴漆仿真分析

       漆膜厚度是衡量自動噴漆效果的重要指標之一,漆膜過厚造成噴涂材料的浪費,且漆膜表面容易結塊脫落,漆膜過薄則不足以遮蓋產品的底漆顏色,無法形成良好的產品外觀,漆膜厚度不均,又會形成不同的漆膜缺陷。

      漆膜的厚度與噴漆過程中的很多因素有關,如噴頭的運動速度、噴頭的流量以及噴頭與車身表面的距離等,所以漆膜厚度的調試工作復雜繁瑣同時又是涂裝工藝的重中之重。以往噴漆能力的調試需要在線上進行,需要消耗大量調試樣車,調試后的樣車只能做報廢處理,造成了能源、資源和成本的浪費,這種工作模式調試時間靠后、影響生產線生產且調試周期較長。

       噴漆膜厚仿真軟件能快速、準確地模擬出白車身漆層的厚度,對噴漆質量、傳輸速率和污染進行準確的評估。軟件需對生產線進行建模,設定好機器人噴涂軌跡、工藝參數和環境參數等一系列條件,導入產品數模,通過仿真計算,就能得到車身漆膜厚度的分布結果。通過對噴漆仿真軟件的應用,在車型設計階段,與設計部門協同工作,提前進行噴漆能力的評估,節省了大量調試樣車,并對漆膜均勻覆蓋和噴涂軌跡的優化提供了有效的參考。

       隨著計算機技術的不斷發展,虛擬仿真技術在新車型開發過程中扮演著越來越重要的作用。作為產品設計和產品制造之間的橋梁,在產品設計階段,通過仿真驗證,工藝部門與設計部門實現同步工作,參與產品的設計過程,提出專業的意見進行產品更改,使設計到生產制造之間的不確定性降低,使生產制造過程在數字空間中得以檢驗,減少了項目后期的更改,避免了時間和成本的浪費,縮短了從設計到生產的轉化時間。

      上海良時智能始終跟進表面處理涂裝行業各種技術的進步發展,認真研究相關工藝與設備并適時應用于具體工程產品與系統化方案,不斷滿足各行業客戶日益變化的對表面處理實際需求。

        關于良時智能 About Liangshi IntelRobot:
        上海良時智能科技股份有限公司(股票代碼:837430 厚積薄發 持續創新),為全球客戶提供表面處理系統解決方案,從業20多年,是一個集研發、設計、制造、工程安裝、工程咨詢于一體的專業化制造及自動化智能控制系統集成公司,能為客戶解決:
        Shanghai Liangshi IntelRobot Technology Corporation (Stock Code: 837430 Accumulate richly and break forth vastly; innovate continuously) provides surface treatment sandblasting system solution for global customers. By engaging in this industry for more than twenty years, we're a professional manufacturing and automatic intelligent control system corporation, which integrates researching, designing, manufacturing, project installation and project consulting. We can provide our customers with:
        1、表面處理噴拋丸、噴丸強化設備、熱噴涂和涂裝設備工藝系統解決方案和工藝裝備;
              We provide process system solution and process equipments of surface treatment sandblasting shot blasting, shot peening, enameling, thermal spraying, coating equipment.
        2、自動化和機器人應用工藝系統解決方案和工藝裝備;
              We provide professional system solution and process equipments of automation and robot technology application.
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              We provide professional integrated solution for pressure bearing system in fields of food dairy, biopharmaceutical, refrigerating, petrochemical, marine engineering, energy, paper-making, fabrics, etc.
        4、涂裝環保設備:VOC廢氣、廢水、粉塵處理和噪音治理系統工藝解決方案和工藝裝備。
              We provide environment protection blasting and painting equipment: process solution and equipment of VOCs waste gas, waste water, dust, noise treatment system.
        企業主導產品如下 The leading products of our company are as follows:
        主營業務:表面處理工程系統集成的設計、研發、生產和銷售。
        Main business: design, research, production and sales of surface treatment engineering system integration.
        六類主要產品:自動化涂裝生產線、智能機器人噴涂系統、自動化噴拋丸生產線、智能機器人噴拋丸強化系統、自動化熱噴涂系統、涂裝節能環保設備。
        Six main product categories are: automatic painting production line, intelligent robot painting system, automatic shot/wheel blasting production line, intelligent robot shot peening system, automatic thermal spraying system, energy saving and environmental protection equipment for painting.
        產品主要應用于:新材料、新能源、工程機械、汽車制造、集裝箱、船舶海洋工程、航空航天、港口橋梁、電子電氣、環保工程、印刷造紙機械、醫療機械、紡織機械等領域。
        The products are mainly applied in: new materials, new energy, engineering machinery, automobile manufacturing, containers, marine engineering, aeronautics and astronautics, port bridges, electronic and electrical, environmental protection engineering, printing and papermaking machinery, medical machinery, textile machinery and so on.
        公司生產的表面工程系統集成具備智能、自動化的特點,可實現工業生產過程自動化控制,因而屬于自動化裝備。根據《高端裝備制造業“十二五”規劃》中對高端裝備的定義“主要包括傳統產業轉型升級和戰略性新興產業發展所需的高技術高附加值裝備”,公司產品屬于高端裝備,是為國民經濟其他行業提供技術裝備的戰略性產業。
        The surface engineering system of our company integrates the characteristics of intelligence and automation, it can realize the automatic control of industrial production process, so it belongs to automatic equipment. According to the definition of premium-end equipment of 《The 125th programme of premium-end equipment manufacturing industry》, “it mainly includes the high technology and high value-added equipment required by traditional industrial transformation upgrading and the development of strategic new-emerging industries”. The company's products belong to the premium-end equipment, which is a strategic industry that provides technical equipment for the other industries of the national economy.
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