基于Emulate3D 的非标产线设计及仿真验证

在制造业中，非标自动化产线因其高度定制化和灵活性，成为满足个性化生产需求的重要手段。然而，传统非标产线设计依赖二维图纸和经验判断，存在设计周期长、验证困难、沟通效率低等问题，难以适应现代制造业快速发展的需求。随着数字化技术的兴起，利用虚拟仿真和三维建模工具优化非标产线设计成为可能 [2]。Emulate3D 软件凭借其强大的三维建模、动态仿真和虚拟演示功能，为非标产线的方案设计与优化提供了高效、直观的解决方案。本文以 Emulate3D 软件为工具，以某项目焊接、喷漆、烘干集成工作站点为基础，研究其在非标产线设计优化中的应用，旨在通过数字化手段提升设计效率、缩短项目周期，并为非标产线设计提供新的思路和方法 [3]。

1. 工作站点工艺需求

该工作站工艺内容包含焊接、喷漆、烘干固化，工艺流程如下所示：

焊接：对来料产品底部使用激光焊进行焊接，保证产品结合稳定，在后期使用过程中结实耐用；

喷漆：在产品表面喷涂水性漆，提升产品后期在盐雾使用环境下的耐腐蚀性；

烘干固化：对喷漆后的产品进行加热烘干，提高漆层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。

1.1 工序实现设计：

1.1.1 上料：为提升站点自动化程度，降低站点人员参与率，使用机器人进行在制品上料；1.1.2 焊接：设计焊接工作台，半成品置于工作台上，机器人末端配置快换装置，通过更换焊枪持取机构，实现上下料夹具与焊枪的快速切换，提升机器人的应用灵活性，实现其多任务处理能力；

1.1.3 喷漆：使用机器人+ 夹具作为工件持取机构，夹取产品伸入自动喷漆框内，完成喷漆后，自动退出；

1.1.4 烘干固化：使用机器人+ 夹具作为工件持取机构，夹取产品伸入加热室内，完成烘干固化后，自动退出；

1.1.5 下料：使用机器人+ 夹具作为工件持取机构，将产品放回输送线，进行流转生产。

2. 站点布局规划

站点为多工序集成工位，为实现工位功能的高度集成，同时提高站点的空间使用率，设计采用 U 型布局形式，设计焊接台、喷漆、烘干、机器人末端夹具放置台，同时设计防护隔离门作为工位与环境隔离，避免焊接、喷漆、烘干作业过程中，对外部环境造成声、光、污染物等污染情况。

3. 站点模型搭建

根据站点工艺布局规划，通过Emulate3D 内置模型库，对站点布局建立仿真模型；站点由输送线、隔离门、机器人、地轨、焊接台、喷漆盒、烘干固化盒、机器人末端工具放置架等组成；

根据规划设计需求，对各模块进行参数设置及程序写入；

对吸盘及焊枪进行重置事件代码写入，确保模型重置后，两个末端夹具处于初始化位置；

设置喷漆、烘干作业路径；吸盘将工件抓起，机器人通过地轨向喷漆工序移动一定距离，然后将货物放置于喷漆工序示意内（为便于后序观察加工状态，此处对工件颜色进行修改），完成喷漆后，将货物移出，送至烘干工序，完成后，将工件放置于输送机上，完成工件该工位全部加工，进行下一工件加工。

设置机器人更换末端工具；吸盘工具移动到 ToolNestA，再将吸盘工具放置于 ToolNestA 上，吸盘的父级设置为 ToolNestA，机器人移动到 ToolNestB，取焊枪；焊接完成后，把焊枪放回工具架，设置焊枪的父级为 ToolNestB， 然后取吸盘回到 TeachPoint0， 设置机器人的Tool 为吸盘。

设置焊枪移动路径；通过新增 TeachPoint，编写移动程序，完成焊接动作；

设置喷漆、烘干作业路径；吸盘将工件抓起，机器人通过地轨向喷漆工序移动一定距离，然后将货物放置于喷漆工序示意内（为便于后序观察加工状态，此处对工件颜色进行修改），完成喷漆后，将货物移出，送至烘干工序，完成后，将工件放置于输送机上，完成工件该工位全部加工，进行下一工件加工。

4. 站点仿真展示

设置机器人末端吸盘工具移动及工件属性；吸盘工具移动到 TeachPoint0（ 焊接台上面 ），然后吸盘工具移动到 TeachPoint4，箱子的颜色变为红色，再把箱子的物理属性关闭，之后箱子的父级设为scene，吸盘工具再移动到TeachPoint0。

5. 结束语

本文通过建立基于 Emulate3D 的工作站点模型，进行站点工序动作模拟，实现了方案的动态化展示。同时，对机器人选型后的可达范围验证，确保了站点结构及设备选型设计的有效性及可行性，避免了基于理论设计缺少数模验证的矛盾性。仿真为设计提供了有力支撑，为后期产线设计规划或站点设计提供了清晰的思路和参考，具有重要的实际应用价值。

参考文献：

[1] 王雷顶 ， 高长水 ， 程晓鑫 . 基于 Emulate3D 的某汽车总装线仿真 [J]. 机械制造与自动化 ，2017.[2017-04-20]

[2] 张红兵. 智能制造技术在工业自动化生产线中的应用[J]. 造纸装备及材料，2022（01）

[3] 李杰林. 基于Demo3D 沉浸式开发环境的智能工厂工艺规划. 第十六届中国航空测控技术年会论文集，2019.[2019-07-12]

作者简介：龙超，（1992.09-），男，汉族，大学本科，职称：助理工程师，研究方向：非标产线设计规划