数字工厂技术在汽车焊装中的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 12 日 作者简介：鄢鹤鹏（1988），男，汉族，河南遂平人，本科，工程师。-195-数字工厂技术在汽车焊装中的应用 鄢鹤鹏 合众新能源汽车股份有限公司，浙江 嘉兴 314500 摘要：摘要：数字化设备作为一种新型的制造模式。本论文主要研究了如何将数字化生产工艺引入到汽车焊接工艺中。采用数字制造技术，可使整车企业实现更高的效率与精度，进而提升整车的加工品质与效率。通过对数字化车间在车身焊接过程中的具体应用进行了详细的研究，期望能够为我国的整车装配过程中实现数字化工厂的建设和管理提供一些借鉴。关键词：关键词：汽车焊装；数字工厂；应用分析 中图分类号：中图分类号：TG44 0 引言 随着汽车工业的不断发展，制造商们在寻求不断创新以提高生产效率和产品质量的方式。数字工厂技术是一种以数字化为基础的先进制造方法，旨在通过整合信息技术和制造过程，提高生产效率、降低成本，并优化产品质量。数字工厂技术作为一种先进的制造方法，为汽车焊装过程带来了有效的创新动力。通过数字化设计、虚拟仿真和实时监控等技术的应用，数字工厂技术在汽车焊装中发挥出了关键的作用。1 数字工厂技术的基本原理 1.1 数字化设计 数字工厂的核心在于数字化设计，它是通过计算机辅助设计（CAD）软件创建虚拟模型，代替传统的纸质图纸。数字化设计既包含了造型，也包含了制造工艺的数字化建模。这样，企业就可以通过虚拟现实的方式，对产品进行动态的分析，从而对产品的性能进行最优的预测，及早地找到问题的根源，并进行有效的改进。数字产品的设计使企业能够更好地适应市场环境的多变与需求变动。1.2 虚拟仿真 利用虚拟仿真的方法，实现了对产品的数字化仿真。在此基础上，厂商可藉由模拟技术，来模拟真实的物料流动、机器运作及人工作业等情形1。这样就可以对各种备选方案进行评价，对工艺过程进行优化，降低不确定因素。同时，通过对产品进行动态模拟，使企业能够根据市场和顾客的要求，迅速地制定出相应的生产方案。1.3 实时数据监控 数字化电厂是指利用传感器、监控装置来收集不同工况下的各类信息，并对其进行实时监控。主要研究了生产效率，设备运行状况，能源消耗等方面的信息。藉由即时监测，厂商可以即时侦测到潜在的问题，降低制造故障的机率，提高自动化程度。在此过程中，通过对现场数据的监测，可以帮助企业制定合理的生产规划，优化企业的资源配置，从而有效地提升企业的运行效益。1.4 智能决策支持系统 数字工厂技术引入了智能决策支持系统，通过人工智能和机器学习技术分析大量数据，能够为管理层提供更智能的决策建议。这种系统能够预测生产过程中可能出现的问题，并提供优化建议，从而提高决策的准确性和效率2。智能决策支持系统的引入使得制造企业能够更好地应对市场变化、提高竞争力，并实现可持续发展。2 数字化生产对焊接过程的优化 2.1 数字化设计与虚拟仿真的优势 数字制造是一种以数字设计与虚拟模拟为基础的工艺优化方法。通过对焊接过程的数字化设计，使焊接过程在 CAD 中得以完成，从而达到对焊接路径、焊缝角度等重要物理量的准确调控3。通过对实际的焊接工艺进行了仿真，实现了对焊接工艺的实时仿真，实现了对焊接装备的运行以及对焊接结果的预报。这样就可以提前检测出产品中存在的问题，从而对其进行优化，从而改善产品的性能，降低产品的缺陷。中国科技期刊数据库 工业 A-196-2.2 实时数据监控与自适应控制的实施 通过实时数据监控系统对焊接过程进行全程监测，数字化生产能够实现对焊接过程的实时掌控。通过传感器技术，可以实时采集焊接过程中的关键参数，如温度、电流、电压等。这些数据通过数字化工厂的系统进行实时分析，对焊接质量进行监测4。在发现异常时，数字化生产系统可以自动作出反应，实施自适应控制，调整焊接参数，确保焊接过程的稳定性和一致性，极大程度上提高了焊接过程的可控性，降低了次品率。2.3 数据驱动的持续改进 数字化生产可以通过数据驱动的方式，实现对焊接过程的持续改进。大量的生产数据得以被集中管理和分析，从而使得制造商可以通过深入挖掘这些数据，发现潜在的改进方面。机器学习算法和数据分析工具的应用使得制造商能够更精准地识别生产过程中的规律和趋势。通过制定改进策略，及时实施改进措施，并不断监测改进效果，从而为焊接过程的优化提供持续的动力。3 数字化工厂在汽车焊装中的具体应用方式 3.1 数字化焊接工艺规划 为了有效地解决这一问题，生产厂家必须构建一套完整的数字设计平台，并借助现代 CAD 技术。通过该系统，可以实现汽车焊接过程中焊接轨迹、速度和角度等重要信息的建模。因此，设计人员必须充分掌握焊接技术知识，才能保证所建立的仿真模型符合实际情况。在此基础上建立的三维实体模型，还需对其进行虚拟模拟。在此阶段，利用计算机对焊接工艺进行了数值计算，并综合了材料特性、设备性能和环境条件等多种影响因素。通过模拟计算，可以对各种方法的实施进行评价，找出可能存在的问题，进而对其进行改进。基于此，焊接技术人员可以根据焊接过程中的各种重要参数，对焊接过程进行优化，例如调整焊接路径，调整焊接速度，优化焊接角度等5。为了改善焊缝的品质，降低焊缝中的裂纹，进行了工艺参数的调节。设计人员在调试时，要从生产效率、成本及质量等方面综合考量，寻找出最优的工艺参数组合。最后，提出了一种新的焊缝成形方法。为了保证虚拟模拟的可信度和实用性，厂商可以在小批量的批量生产中进行测试。在试验阶段，技术人员要对整个焊接工艺进行实时监测，并针对具体的工艺条件做出相应的调节。此过程中的信息反馈是提高数字焊接过程设计的关键。在决定了最优的焊接过程参数之后，生产商应当在实际的生产中设置一个实时的监视体系来对整个焊接过程进行连续的监视。在焊接工艺中采用了多种检测手段，如温度，压力，速度等参数。通过对焊缝进行在线监测，可以有效地检测出存在的问题，保证了焊缝的平稳运行。在此基础上，企业要将产品的实时信息与产品的真实情况进行信息反馈，并将其信息传递给数字产品的开发平台。通过这种方法，可以使工程技术人员持续地对测试结果进行分析，找出可能存在的改进之处，从而做出修正。通过不断改善的周期，保证了焊接过程的有效性和适用性。3.2 智能焊接设备 在采用智能化的焊接装备来完成焊接作业前，首先要做的就是集成各种先进的传感技术。该传感器主要包括：温度传感器、压力传感器和视觉传感器等，实现了对焊接工艺各个参数的监控。将多个传感器集成在一起，实现了对焊缝进行实时采集，为实现焊缝的智能控制奠定了坚实的基础。因此，为了实现对各种检测结果的及时处理和及时调节，必须要有一套完善的自动化控制系统。常见的控制系统有嵌入式系统和PLC等控制装置。为了适应各种工艺及工件的要求，必须采用较高的编写程序。该装置能依据被测对象的特点及焊接工艺需求，对焊接速度、电流等进行自动调节，使焊接品质达到最佳。该系统具有较强的适应性，可有效地调整产品种类，增加产品的柔性6。此外，该智能化的焊接装备具有内部的缺陷探测装置，利用实时的数据监测以及可视化的传感方法，实现了对焊缝中的缺陷的实时探测。当出现不正常现象时，该装置能及时做出相应的动作，例如调整焊接参数或暂停焊接，从而防止不良品的出现。该系统能有效地降低系统中出现的品质问题，并能有效地改善成品的品质。此外，智能化的焊接装置还可以进行遥控监测和维修。生产厂家可以通过网络对装置的运行状况进行实时的监测，并对数据进行输出。这样就方便了生产经理们对生产状况的实时掌握，对其进行远程故障诊断与维修，同时还能增加设备的利用率和生产线的稳定度。需要指出的是，智能化焊机的生产并非一项简单的工作，而是一项不断进行的工作。为了满足新中国科技期刊数据库 工业 A-197-的工艺和产品的要求，厂商必须不断地完善和更新系统，不断地更新装备的硬件和软件。从而保证了该公司一直处于业界的领导地位。3.3 虚拟现实培训 虚拟现实培训是数字工厂技术在汽车焊装中的一项关键应用，通过模拟真实的焊接场景，为操作员提供了交互式、实践性的培训体验。实施虚拟现实焊接培训的第一步是建立一个全面的虚拟仿真平台。这需要使用先进的虚拟现实技术和软件工具，包括虚拟现实头戴设备、交互式控制器等。随后，通过建立完善的虚拟仿真平台是，为操作员提供了逼真的模拟环境，使其能够身临其境地进行汽车焊装的模拟实操。在虚拟仿真平台上，焊接场景得以准确模拟，包括焊接设备、工件、焊接材料等。通过准确的 3D 模型构建与实体发动机等方法，确保仿真场景的真实性与可操作性，实现操作者在虚拟环境中亲身经历实际焊接，增强训练的实效性与针对性7。此外，该系统还注重人机交互的教学经验，使操作者能够利用该系统来仿真实际的电焊刀具，并能与其交互。通过人机互动，实现了对焊接装备的真实操作，锻炼了焊接技术，同时也获得了实时的仿真信息。这样的交互经验帮助提升了操作者的职业技巧及焊接技巧。此外，该系统还可以对不同的焊接材料、不同的环境条件进行仿真。藉由导入此项变革，让员工学习处理不同的情形，提升弹性与处理问题的技巧。具有挑战的虚拟现实情景有助于操作人员更好地适应实际生产中的各种工作情况。同时，也可以利用虚拟实境训练平台，为操作者提供量身定做的训练方案，并针对操作者的等级与要求，提供针对性的训练方案。在训练期间，该软件能够将操作者的每个操作步骤全部录制下来，并对其进行精确、高效的操作进行分析。在完成训练之后，操作者可以回顾他们的绩效，并发现他们应该改善的地方。这个即时的回馈系统可以让操作者持续改进，同时也可以协助管理者对训练的成效进行评价。3.4 实时质量监控 采用实时数据监视技术，不断地对焊缝进行检测与分析，从而保证了焊缝的质量达到预先规定的要求。这就要求厂家构建完整的、对产品进行实时监测的体系。在此基础上，设计了一套能够实时采集、传输、存储的传感器和监控装置。该系统要求有很高的可靠性和实时性，这样才能快速地发现焊缝的不正常情况。在对焊缝进行在线监测的过程中，必须对焊缝的主要性能指标进行清晰的界定。选用适当的品质指标是保证焊缝稳定与一致性的关键。对其进行精确的测试与监测，是保证焊缝质量的前提。通过与焊接设备紧密集成的传感器和监测设备，实时数据监控系统能够实时采集焊接过程中的各项质量参数数据，以确保采集的数据具备高频率，使技术人员能够对焊接过程的每一刻都能够有详细的了解8。采集到的实时数据需要进行实时分析，并通过可视化界面呈现给生产管理人员。这有助于他们实时了解焊接过程中的质量状况，及时发现潜在问题并作出决策。可视化界面可以采用图表、趋势图等形式，清晰地展示质量参数的变化趋势。通过实时监控系统的应用，可以建立完善的数据记录与分析数据库。通过对产品的长时间的监测，企业能够对产品的品质问题进行深度剖析，找出问题的根源，并对其进行改善，使其能够持续地提升产品的品质及生产效率。3.5 数据驱动的持续改进 通过对生产资料进行统一的管理与分析，厂商可以洞察到生产流程，找出可能的改善之处，持续提升企业的竞争能力，并对市场的变动作出反应。首先，必须要有一套完整的信息采集体系，才能实现对设备的数字化。通过构建完整的数据采集体系，实现了温度、压力、流速等重要参数的实时、可靠的获取。除了资料搜集制度外，厂商还必须发展详尽的资料分析计划。这就需要清楚地界定要进行分析的主要量度与资料集合，并且要进行多长时间的分析。建立一个明确的资料分析方案，可以帮助您专注于对商业来说最重要的资料的分析，并防止被遗漏在那些没有价值的详细资料中。在对数据进行处理前，要对数据进行净化处理，对数据进行剔除、对缺失数据进行填充、归一化处理。数据净化与前处理保证了数据的准确、完整和可靠，为下一步的政策制定奠定了可靠的依据。然后，利用机器学习算法、人工智能等先进的数据处理手段，从大数据中发掘出最优决策时机。而机器学习演法则则能自动辨识图案，让厂商有更深入的了解。通过数据分析，制造商可以制定具体的改进策略，比如调整生产流程、优化设备配置、改进工艺参数等。改进策略应该根据分析的数据和挖掘的信息来制定，中国科技期刊数据库 工业 A-198-以确保对潜在问题的解决是有针对性和有效的。4 结束语 在汽车焊装领域，数字工厂技术的应用为生产过程注入了新的活力。通过数字化设计与虚拟仿真，焊接工艺得以精准优化，提高了汽车焊装工作的质量和效率。实时数据监控系统的引入使焊接过程变得更加可控，通过自适应控制降低了次品率。数据驱动的持续改进文化使制造商能够深入了解生产过程，通过优化策略和实时反馈不断提高焊接工艺。数字工厂技术为汽车焊装带来了更高水平的智能化生产，为汽车生产企业的创新发展提供了有效动力。参考文献 1刘江.数字工厂技术在汽车焊装中的应用J.科学与信息化,2023(11):130-132.2杨昆.汽车焊装车间数字化工厂关键技术研究J.机械制造,2020,58(11):28-31.3马坚,彭惠平.数字化汽车焊装智能制造转型研究和思考J.汽车工艺师,2022(10):16-19.4陈卓,刘菁茹,李永全,等.汽车制造业焊装车间数字化系统建设方案J.汽车工艺与材料,2021(12):42-48.5李林,朱俊强,宋文超.分析数字化工厂在焊装设备准备过程中的应用J.城市建设理论研究(电子版),2015(18):3399-3400.6吕妍菲.汽车焊装车间数字化工厂关键技术分析J.汽车博览,2020(23):105.7赵亮.汽车焊装车间数字化工厂关键技术研究J.汽车博览,2021(15):22-23.8张宏涛.数字化工厂技术在汽车装配工艺中的应用J.百科论坛电子杂志,2019(8):263.