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基于数字化工厂的齿轮箱传动轴生产线仿真及优化
| 论文题名： | 基于数字化工厂的齿轮箱传动轴生产线仿真及优化 |
| 关键词： | 汽车数字化工厂;齿轮箱传动轴生产线;仿真技术;虚拟调试;装配效率 |
| 摘要： | 齿轮箱传动轴是汽车的关键零部件，其生产线的设计涉及产线规划、自动化控制和交互设计等多学科领域。当前齿轮箱传动轴生产线的设计方式为传统串行设计方式，存在设计交互障碍、生产率低等问题。针对上述问题，本文提出一种基于数字化工厂的齿轮箱传动轴生产线设计仿真和优化方法。通过数字化工厂仿真技术，并行设计齿轮箱传动轴生产线，完成设备布局规划，采用软件在环的虚拟调试技术，完成对生产线I/O信号的虚拟映射和工艺仿真，最后对传动轴的机器人装配轨迹进行分析，完成装配机器人轨迹优化，提高装配效率。主要工作如下： (1)通过对齿轮箱传动轴生产线需求和生产目标进行分析，基于控制层、连接层、模型层、功能层四个方面建立齿轮箱传动轴生产线的数字化工厂框架，为传动轴数字化工厂的建立提供基础支撑和理论依据。 (2)根据数字化工厂框架和建立的机器人、AGV等生产线部件模型，通过数字化仿真技术，完成传统轴生产线的整体设计及布局，在此基础上完成了模型定义、路径规划和干涉检查等生产线仿真基础工作，最终获得了齿轮箱传动轴生产线数字化工厂模型。另一方面在齿轮箱传动轴生产线数字化工厂模型层上完成了生产工艺仿真，验证了传动轴装配过程的可行性。 (3)根据传动轴生产线数字化工厂模型，采用OPC信号接口，用软件在环的虚拟调试技术，在齿轮箱传动轴生产线设计阶段，完成生产线的电气与PLC控制。提前模拟和验证了传动轴产线的现场调试过程，有效缩短现场调试周期。 (4)在数字化工厂功能层，选取工业机械人装配环节为应用场景，针对该场景下机器人装配传动轴装配过程中机器人效率低、运行不稳等问题，采用3-5-3分段多项式插值在关节空间中进行轨迹规划，实现了装配机器人平滑运行特性，利用一种改进粒子群算法，以时间为适应度函数，有效的将3-5-3多项式插值函数与粒子群算法相结合，提升装配过程中机械臂的效率。经仿真实验对比表明本文所采用的算法能够将传动轴装配效率提高两倍，完全能够满足传动轴的生产要求。 本研究课题所设计的齿轮箱传动轴生产线，基于数字化工厂技术在产线设计阶段对生产线进行仿真和虚拟调试，有效的解决了传动轴产线传统的串行设计中存在的设计周期长、交互性差及易出现返工的问题；对装配过程中机器人的轨迹进行研究，提高了传动轴的装配效率。本研究响应工业4.0政策，对推进制造业智能化改造和数字化转型具有重要意义。 |
| 作者： | 代卢凯 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 周临震 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 盐城工学院 |
| 学位年度： | 2023 |
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