面向產(chǎn)業(yè)園區(qū)的工業(yè)機(jī)器人協(xié)同研發(fā)制造解決方案

工業(yè)機(jī)器人作為高端制造裝備，能提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，降低人員成本，從而提升企業(yè)綜合實(shí)力和產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本方案是基于航天全三維下廠模式面向機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的協(xié)同研發(fā)制造解決方案，并結(jié)合華天軟件國(guó)產(chǎn)自主工業(yè)軟件SINOVATION、InforCenter等，為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園提供從機(jī)器人設(shè)計(jì)、仿真、管理、制造到供銷、服務(wù)于一體的協(xié)同研發(fā)制造解決方案，實(shí)現(xiàn)惠及企業(yè)、服務(wù)企業(yè)的目的。

本方案支持工業(yè)機(jī)器人的全三維設(shè)計(jì)過程。提供工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、動(dòng)力學(xué)仿真、靜力學(xué)仿真、電機(jī)選型等功能，三維輕量化協(xié)同功能，搭建機(jī)器人設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，提升機(jī)器人設(shè)計(jì)和管理能力，大幅提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。提供項(xiàng)目管理、設(shè)計(jì)流程管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、三維工藝規(guī)劃與制造管理等功能。提供在線發(fā)布新聞動(dòng)態(tài)、技術(shù)服務(wù)、供需發(fā)布、社區(qū)交流、活動(dòng)展示、軟件服務(wù)等功能。

圖1  機(jī)器人云服務(wù)平臺(tái)

SINOVATION是體現(xiàn)國(guó)際最先進(jìn)設(shè)計(jì)制造水平的自主版權(quán)三維CAD/CAM軟件，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的三維建模、裝配、出圖等操作。特征造型、參數(shù)化設(shè)計(jì)、混合建模、直接建模等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人零部件快速設(shè)計(jì)；高效快捷的裝配操作、干涉檢查、實(shí)時(shí)的裝配評(píng)價(jià)與運(yùn)動(dòng)模擬，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人整體的快速裝配；易操作的工程圖創(chuàng)建功能，提供剖視圖、BOM表快速創(chuàng)建等功能。

 圖2  機(jī)器專用設(shè)計(jì)平臺(tái)

機(jī)器人仿真的任務(wù)是在不接觸實(shí)際機(jī)器人及其工作環(huán)境的情況下，通過計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)提供機(jī)器人進(jìn)行交互作用的虛擬環(huán)境。在設(shè)計(jì)階段對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬并計(jì)算運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)的力矩等參數(shù)，進(jìn)而完成電機(jī)、減速器的選型，可以有效避免機(jī)器人與環(huán)境干涉、運(yùn)動(dòng)不可達(dá)、電機(jī)參數(shù)不合適等問題。機(jī)器人專用仿真平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)Delta機(jī)器人、串聯(lián)機(jī)器人、搬運(yùn)碼垛機(jī)器人等機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、動(dòng)力學(xué)仿真、靜力學(xué)仿真等功能。

機(jī)器人模型庫(kù)：包含了三種常用的機(jī)器人，串聯(lián)機(jī)器人、Delta機(jī)器人以及碼垛機(jī)器人，用戶可根據(jù)自身需求自定義桿件長(zhǎng)度參數(shù)等。

 圖3  機(jī)器人模型庫(kù)

運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真：用戶可以通過鼠標(biāo)拖拽，改變機(jī)器人各關(guān)節(jié)的自由度、從而改變機(jī)器人的姿態(tài)，根據(jù)自身需要定義機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡并使機(jī)器人按照所設(shè)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

圖4  運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真界面

動(dòng)力學(xué)仿真：用戶可以定義運(yùn)動(dòng)軌跡，使機(jī)器人按照該軌跡仿真運(yùn)行。軟件集成Modelica通過計(jì)算仿真運(yùn)行過程中各關(guān)節(jié)的力矩，實(shí)現(xiàn)電機(jī)、減速器選型。

圖5  動(dòng)力學(xué)仿真界面

靜力學(xué)仿真：通過剖分分元對(duì)機(jī)器人零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置約束點(diǎn)、載荷點(diǎn)及受力大小，進(jìn)行求解計(jì)算，并通過云圖顯示的方式描述靜力學(xué)分析結(jié)果。

 圖6  靜力學(xué)仿真界面

SView是華天軟件自主研發(fā)的瀏覽器產(chǎn)品，用于設(shè)計(jì)、制造及服務(wù)等產(chǎn)品生命周期過程中進(jìn)行三維輕量化瀏覽和評(píng)價(jià)。SView可直接瀏覽主流CAD數(shù)據(jù)，支持PMI信息、3D批注、三維工藝仿真、輕量化發(fā)布、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、嵌入式部署等功能，并可以實(shí)現(xiàn)與PDM、CAPP、MPM等系統(tǒng)的無縫集成。

圖7  機(jī)器人三維協(xié)同平臺(tái)

通過InforCenter管理平臺(tái)，建立機(jī)器人產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)環(huán)境，支持跨部門項(xiàng)目研發(fā)協(xié)作，管理機(jī)器人研發(fā)項(xiàng)目的計(jì)劃、執(zhí)行、監(jiān)控與反饋，控制項(xiàng)目任務(wù)交付質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工作流驅(qū)動(dòng)的智能項(xiàng)目任務(wù)分發(fā)和可視化進(jìn)度監(jiān)控。建立基于 InforCenter系統(tǒng)的工作流程，提供規(guī)范的電子化流程執(zhí)行手段，支持研發(fā)工作流程模板的定義和建立，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的電子化管理與發(fā)布，建立融合數(shù)模成熟度的工程設(shè)計(jì)過程管理，涉及的流程范圍包括：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（3D/2D）審批流程；技術(shù)文件（設(shè)計(jì)任務(wù)書、立項(xiàng)報(bào)告）發(fā)布流程；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件生效/作廢流程；對(duì)外數(shù)據(jù)發(fā)放審批流程；CAE分析報(bào)告發(fā)布流程；試驗(yàn)報(bào)告發(fā)布流程；項(xiàng)目工作流程；項(xiàng)目交付物流程。

圖8  機(jī)器人產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理平臺(tái)

圖9  機(jī)器人協(xié)同制造平臺(tái)

圍繞企業(yè)建立統(tǒng)一的技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，提供新聞動(dòng)態(tài)、技術(shù)服務(wù)、供需發(fā)布、社區(qū)交流、活動(dòng)展示、軟件服務(wù)等功能，更好地貼近企業(yè)、服務(wù)企業(yè)。

圖10  云平臺(tái)構(gòu)架

平臺(tái)提供最新行業(yè)資訊、產(chǎn)業(yè)園動(dòng)態(tài)、新技術(shù)研究成果等信息，企業(yè)也可以發(fā)布產(chǎn)品供求信息；企業(yè)可以享受平臺(tái)提供的軟件租賃、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)輕量化等應(yīng)用服務(wù)；平臺(tái)提供機(jī)器人三維設(shè)計(jì)資源參考、常用三維標(biāo)準(zhǔn)件、軟件下載、培訓(xùn)教程、實(shí)例等；用戶可以在線瀏覽機(jī)器人模型及標(biāo)準(zhǔn)件等數(shù)據(jù)；在平臺(tái)設(shè)有行業(yè)技術(shù)交流專區(qū)，用戶可在線進(jìn)行技術(shù)交流和討論。

圖11  云平臺(tái)服務(wù)

本方案以航天全型號(hào)研發(fā)過程定位規(guī)劃為例，體現(xiàn)了航空航天全三維下的先進(jìn)技術(shù)，服務(wù)機(jī)器人園區(qū)的企業(yè)，學(xué)習(xí)航空航天先進(jìn)技術(shù)，邁進(jìn)“中國(guó)制造2025”。方案提供軟件和技術(shù)服務(wù)贈(zèng)送，通過園區(qū)惠及企業(yè)，助力發(fā)展，并常設(shè)服務(wù)機(jī)構(gòu)，深入企業(yè)，提供技術(shù)服務(wù)和指導(dǎo)。通過整合業(yè)內(nèi)資源，對(duì)接高校、技術(shù)專家和企業(yè)，給予專業(yè)指導(dǎo)和發(fā)掘合作機(jī)會(huì)；提供諸如減速機(jī)等零部件的集中采購(gòu)、供需雙方交流的平臺(tái)，節(jié)省采購(gòu)時(shí)間、降低成本。同時(shí)，基于“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的理念，建立以應(yīng)用為核心的機(jī)器人及智能裝備設(shè)計(jì)應(yīng)用云平臺(tái)，為創(chuàng)新項(xiàng)目提供眾包、眾籌等合作方式。