摘 要

现阶段各行各业都因信息技术的进步有着极大的发展，汽车领域也不例外。汽车装配是汽车生产中的重要环节，实现汽车装配线设计和管理的智能化和信息化是现阶段的研究重点，也是必然的选择。

为了实现汽车装配线设计的智能化和信息化，将三维建模方法运用到汽车装配线的设计中，并进行工艺仿真。汽车装配线三维数字化可以直接观察设备间的干涉情况，可避免重大的设计损失；工艺仿真可以对工艺方法提前验证，优化工艺方案。但是三维建模和工艺仿真在汽车装配线设计上的应用还存在一些困难，主要困难有：由于建模工作量大、任务分配不均等问题导致设计周期延长；缺少工艺仿真实施方案等。本文以某企业汽车装配线设计为例，结合该企业现状，对汽车装配线的三维数字化设计和工艺仿真进行了研究和实现。具体研究内容如下：

1. 通过对该企业在汽车装配线三维数字化实施过程中遇到的建模工期长、任务分配不均和建模重复性工作多等问题的分析，从系统化解决问题着手，提出了开发汽车装配线数字化设计系统，并构建出该系统的架构。
2. 利用模块化思想建立某汽车装配线的三维数字化模型，探讨装配线建模过程中的关键技术，为工艺仿真的实现提供模型基础。结合建模过程中的需求构建模型库，同时设计快速建模工具。
3. 在某汽车装配线三维模型基础上制作工艺数字动画，进行相应的工艺仿真，实现汽车装配工艺流程的可视化。

关键字：汽车装配线，模块化，三维数字化，工艺仿真

Abstract

At this stage, all walks of life have great development due to the advancement of information technology, and the car industry is no exception. Automobile assembly is an important part of automobile production. Realizing the intelligentization and informationization of the design and management of automobile assembly lines is the focus of research at this stage and an inevitable choice.

In order to realize the intelligent and informatization of the automobile assembly line design, the 3D modeling method is applied to the design of the automobile assembly line and the process simulation is performed. The three-dimensional digitization of the automobile assembly line can directly observe the interference between the devices and avoid the major design loss; the process simulation can verify the process method in advance and optimize the process plan. However, there are still some difficulties in the application of 3D modeling and process simulation in the design of automotive assembly lines. The main difficulties are: due to the large amount of modeling work, uneven distribution of tasks and other issues leading to the prolonged design cycle; lack of process simulation implementation programs. In this paper, taking the design of a company's automobile assembly line as an example, combined with the current situation of the company, the three-dimensional digital design and process simulation of the automobile assembly line are studied and implemented. The specific research content is as follows:

(1) Through the analysis of the long-term modeling period, uneven distribution of tasks, and repetitive modeling work that the company encountered in the process of three-dimensional digitization of automotive assembly lines, a systematic solution to the problems has been proposed to develop the automobile. The assembly line digitally designed the system and built the system architecture of the system.

(2) Establish a three-dimensional digital model of an automobile production line by using the modularization idea, discuss the key technologies in the assembly line modeling process, and provide a model basis for the realization of the following process simulation. A model library is built based on the requirements analysis in the modeling process, and a rapid modeling tool is designed.

(3) Make digital animation of the process on the basis of a three-dimensional model of a car production line and conduct corresponding process simulation. The visualization of automobile assembly process is realized through the process simulation animation of automobile assembly line.

Key Words: automotive assembly line; modularization; 3D digitization; process simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 研究现状 2

1.2.1 三维数字化研究现状 2

1.2.2 工艺仿真研究现状 3

1.3 论文主要研究内容及组织架构 3

第2章 汽车装配线三维数字化设计系统架构 5

2.1 需求分析 5

2.2 解决方案及主要内容 6

2.3 汽车装配线三维生产线架构设计 7

2.3.1 汽车装配线三维数字化设计系统模块 7

2.3.2 汽车装配线三维数字化设计系统架构 8

2.4 本章小结 9

第3章 基于SolidWorks的快速建模工具开发 10

3.1 开发环境 10

3.2 运行环境 10

3.3 开发流程 11

3.4 辊道快速建模工具功能 11

3.4.1 操作方法 11

3.4.2 功能模块 11

3.5 辊道快速建模工具代码结构 12

3.5.1 SolidWorks C#插件模版结构 12

3.5.2 辊道快速建模工具主要功能部分 13

3.6 单层直段辊道快速建模插件运行实例 16

3.6.1 新建零件实例 16

3.6.2 新建配置实例 17

3.7 本章小结 18

第4章 汽车装配线三维数字化建模 19

4.1 汽车装配线简介 19

4.2 模块化建模思想 19

4.3 汽车装配线三维模型建模要点 20

4.3.1 设备模型建模要点 20

4.3.2 装配线建模要点 21

4.4 任务分配模块与模型库 22

4.5 汽车装配线建模实例 26

4.6 本章小结 29

第5章 汽车装配线三维数字化工艺仿真 30

5.1 汽车装配线工艺仿真 30

5.2 汽车装配线工艺流程 30

5.3 汽车装配线工艺仿真动画制作 34

5.3.1 工艺动画制作流程 34

5.3.2 关键技术 35

5.4 工艺仿真动画应用场景 36

5.5 本章小结 36

第6章 总结与展望 37

6.1 论文工作总结 37

6.2 汽车装配线三维数字化生产线设计与工艺仿真研究展望 37

参考文献 39

致 谢 41

绪论

研究背景及意义

汽车作为最常用的出行工具，自十九世纪末被发明以来已有100多年历史，汽车制造业也早已由小批量手工作坊式生产模式转变为了大批量流水线生产模式。汽车制造业是综合性的组装工业，每辆汽车都是由不计其数的零部件构成，每个汽车主机厂都必须依托这许多的零部件厂，因此汽车工业与很多其他的工业部门有着密不可分的关系；汽车制造业也是衡量一个国家工业发展水平以及科技实力的重要参考依据。中国已经成为全球最大的汽车消费市场和重要的汽车生产大国，但中国汽车工业的技术与欧美日韩相比仍存在较大差距^[1]。

在汽车工业中，汽车装配线又有着举足轻重的地位。汽车装配线极大程度上影响了汽车的生产效率。因此优化汽车装配线工艺流程，缩短开发周期和降低制造成本，提升生产线柔性是现阶段的研究重点。

研究背景

本文研究内容是基于某汽车工厂设计研究院委托给武汉理工大学的科研项目，为设计院提供高效快捷的工厂规划和生产线智能设计工具。本文作者于大三下学期作为卓越班学生在该设计院实习并参与了设计院的部分工厂设计项目，在实习过程中应用该科研项目成果，并取得较好的应用效果。