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機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。中國(guó)已連續(xù)10年成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，未來(lái)，工業(yè)機(jī)器人將更廣泛、更深入地應(yīng)用到各行各業(yè)。而隨著工業(yè)自動(dòng)化競(jìng)爭(zhēng)的加劇，企業(yè)不僅要應(yīng)用更多的機(jī)器人，更要在機(jī)器人生產(chǎn)中要求更高的效率、更低的成本和更高的質(zhì)量。

“現(xiàn)在一款新機(jī)型的研發(fā)周期是多長(zhǎng)？”在2023年的一個(gè)行業(yè)會(huì)議上，研發(fā)工程師是這么回答的：“幾年前可能需要24個(gè)月左右。但現(xiàn)在借助虛擬仿真軟件，機(jī)器人的研發(fā)周期可以縮短三分之一，需要試制的零部件減少了，研發(fā)成本也得以大幅降低。”

目前，多家企業(yè)的研發(fā)人員已經(jīng)愈發(fā)認(rèn)可了虛擬仿真軟件在實(shí)際應(yīng)用中幫助企業(yè)降本增效的能力與價(jià)值虛擬仿真在新型工業(yè)化下的國(guó)內(nèi)外機(jī)器人研發(fā)中正起著愈發(fā)重要的作用，尤其是在新技術(shù)的導(dǎo)入方面更是一個(gè)“加速器”。

一、虛擬仿真意義愈發(fā)凸顯

虛擬仿真軟件是一種基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，主要利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建出一個(gè)可以真實(shí)模擬現(xiàn)實(shí)世界的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的虛擬操作，以及對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的顯示和交互操作。

就現(xiàn)實(shí)情況而言，由于構(gòu)建用于實(shí)驗(yàn)和教學(xué)的物理機(jī)器人套件可能非常昂貴、耗時(shí)且占用資源，虛擬仿真經(jīng)常與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)結(jié)合，可以更加有效地預(yù)測(cè)和模擬機(jī)器人的模型，使用仿真軟件能減少對(duì)物理硬件生產(chǎn)的需求以及相關(guān)的環(huán)境影響，而且仿真軟件可以輕松地放大或縮小模型，使研究人員能夠研究機(jī)器人在各種場(chǎng)景和環(huán)境中的行為，大幅減少了重復(fù)投入。

這不僅提供了研究人員測(cè)試和完善機(jī)器人設(shè)計(jì)和算法的新方式，而且虛擬仿真能為機(jī)器人實(shí)際測(cè)試和調(diào)試提供了一個(gè)安全的環(huán)境，沒(méi)有損壞設(shè)備或造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)人員甚至無(wú)需物理原型，節(jié)省了大量時(shí)間和金錢。

二、機(jī)器人仿真與虛擬孿生解決方案

達(dá)索系統(tǒng)基于3DEXPERIENCE（3D體驗(yàn)平臺(tái)）的機(jī)器人仿真與虛擬孿生解決方案，提供了一個(gè)集機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備規(guī)劃與驗(yàn)證為一體的虛擬環(huán)境，能夠模擬機(jī)器人在真實(shí)環(huán)境中的工作情況，具有邏輯驅(qū)動(dòng)設(shè)備技術(shù)和集成的真實(shí)機(jī)器人仿真技術(shù)。

通過(guò)3D體驗(yàn)平臺(tái)，機(jī)器人工程師可基于三維虛擬環(huán)境高效地進(jìn)行編程、仿真、優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人的行為和任務(wù)。企業(yè)可根據(jù)專業(yè)需要、按需選擇，模擬和管理機(jī)器人搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴涂等專業(yè)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行仿真和離線編程，可以驗(yàn)證設(shè)備程序和機(jī)器人邏輯，并輸出機(jī)器人控制器可識(shí)別的程序，以提早周期、避免返工，縮短上市時(shí)間。

01、多專業(yè)、場(chǎng)景、行業(yè)的機(jī)器人仿真平臺(tái)

3DEXPERIENCE平臺(tái)提供了一個(gè)集成的虛擬環(huán)境高效地進(jìn)行編程、仿真并優(yōu)化工業(yè)機(jī)器人的行為和任務(wù)，同時(shí)所有仿真過(guò)程基于統(tǒng)一的三維沉浸式環(huán)境完成。平臺(tái)內(nèi)包括超過(guò)1500多種工業(yè)機(jī)器人模型和標(biāo)準(zhǔn)焊槍，具備搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、機(jī)加、噴涂、鉚接、噴丸等多樣性專業(yè)作業(yè)仿真能力，工程師可以基于特定作業(yè)類型非?？焖俚剡M(jìn)行機(jī)器人的離線編程和仿真。

圖 1-3D體驗(yàn)平臺(tái)機(jī)器人仿真專業(yè)

3DEXPERIENCE支持多樣化的機(jī)器人作業(yè)場(chǎng)景模擬，包括多機(jī)器人間的協(xié)同作業(yè)過(guò)程，以及定義變位機(jī)、傳送帶等自動(dòng)化設(shè)備以協(xié)調(diào)機(jī)器人加工單元或機(jī)器人整線的作業(yè)過(guò)程。

3DEXPERIENCE同時(shí)也支持多行業(yè)的機(jī)器人作業(yè)場(chǎng)景模擬，可以將應(yīng)用范圍拓展至帶邏輯控制的多樣性自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備。包括工廠機(jī)器人自動(dòng)化作業(yè)線、物流運(yùn)輸系統(tǒng)、大型自動(dòng)化裝備作業(yè)系統(tǒng)等。

02、基于模型的高級(jí)仿真能力

除了提供豐富的機(jī)器人庫(kù)以支持全球主流機(jī)器人品牌外，3D體驗(yàn)平臺(tái)還提供了完善的機(jī)器人自定義功能，幫助工程師快速將機(jī)器人適用于各種仿真場(chǎng)景。

工程師可直接在機(jī)器人模型上自定義復(fù)雜零部件，包括附件、刀具、外部軸等；同時(shí)平臺(tái)提供了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)定義和高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制器功能，在設(shè)置參數(shù)的過(guò)程中，基于沉浸式環(huán)境，工程師可快速示教機(jī)器人作業(yè)動(dòng)作和邏輯，以確定機(jī)器人是否滿足作業(yè)規(guī)格要求。

在定義運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的過(guò)程中，平臺(tái)支持集成剛性和柔性兩種運(yùn)動(dòng)方式，對(duì)于柔性運(yùn)動(dòng)，則可用于機(jī)器人管線包的設(shè)置和運(yùn)動(dòng)模擬。

工程師通過(guò)定義機(jī)器人任務(wù)，并設(shè)置任務(wù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系來(lái)編制復(fù)雜機(jī)器人作業(yè)過(guò)程；在編制過(guò)程中，基于系統(tǒng)提供的機(jī)器人智能示教功能，工程師可動(dòng)態(tài)設(shè)置機(jī)器人參數(shù)、定義機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，并可定義機(jī)器人高級(jí)作業(yè)邏輯和I/O信號(hào)，基于沉浸式虛擬環(huán)境體驗(yàn)機(jī)器人真實(shí)動(dòng)態(tài)作業(yè)過(guò)程。

圖2-機(jī)器人示教

同時(shí)3D體驗(yàn)平臺(tái)具備完善的機(jī)器人離線編程能力，工程師在機(jī)器人作業(yè)模擬的過(guò)程中可快速進(jìn)行離線編程，將經(jīng)過(guò)優(yōu)化和驗(yàn)證的機(jī)器人程序傳遞到車間。平臺(tái)支持使用高級(jí)控制邏輯和I/O程序，支持使用本機(jī)的機(jī)器人語(yǔ)言工具進(jìn)行程序編輯，并可結(jié)合使用生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行程序的轉(zhuǎn)換。3D體驗(yàn)平臺(tái)支持Fanuc、Kuka、ABB等20余個(gè)品牌機(jī)器人后置程序的轉(zhuǎn)換，同時(shí)支持基于VB.Net定制轉(zhuǎn)換器，大大提高了機(jī)器人程序員的編程效率。同時(shí)由于將編程工作由生產(chǎn)端提前至虛擬驗(yàn)證端，使得機(jī)器人程序準(zhǔn)確性和可用性有了質(zhì)的飛躍，生產(chǎn)周期也大大縮短。

03、多專業(yè)機(jī)器人仿真與離線編程

工業(yè)機(jī)器人作業(yè)除了搬運(yùn)、處理、施工外，以自動(dòng)化焊接、噴涂、鉚接等為主。3DEXPERIENCE平臺(tái)支持工程師定義機(jī)器人專業(yè)化作業(yè)參數(shù)和場(chǎng)景（如定義焊槍類型、設(shè)置焊接參數(shù)、定義焊縫等），基于針對(duì)作業(yè)目標(biāo)的專業(yè)化作業(yè)要素驅(qū)動(dòng)機(jī)器人仿真驗(yàn)證，同時(shí)輸出離線程序，導(dǎo)入到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人單元使用。

以弧焊為例，3D體驗(yàn)平臺(tái)支持基于焊接產(chǎn)品的幾何設(shè)計(jì)自動(dòng)生成弧焊焊接路徑，同時(shí)焊接路徑易于編輯。在定義無(wú)干涉焊接路徑時(shí)，可以綜合考慮多個(gè)變量，包括關(guān)節(jié)配置、機(jī)器人設(shè)備和工作單元布局。工程師除了定義常規(guī)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡外，可以設(shè)置弧焊參數(shù)（包括起弧、收弧、擺焊、尋位等參數(shù)的設(shè)定），而后基于設(shè)置好的弧焊參數(shù)配置，創(chuàng)建機(jī)器人任務(wù)，并通過(guò)智能示教進(jìn)行進(jìn)一步焊接仿真工作，仿真驗(yàn)證完成后進(jìn)行離線程序輸出并發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人工位。

其他作業(yè)類型，3D體驗(yàn)平臺(tái)均支持完善的機(jī)器人仿真與離線編程功能。如點(diǎn)焊（或鉆、鉚接），系統(tǒng)支持鉆、鉚槍以及伺服槍的選擇和作業(yè)，支持定點(diǎn)操作的夾具點(diǎn)定義，基于焊點(diǎn)快速生成機(jī)器人軌跡等。

圖3-典型專業(yè)機(jī)器人仿真與離線編程

04、從虛擬到現(xiàn)實(shí)——虛擬聯(lián)調(diào)

在機(jī)器人仿真的基礎(chǔ)上，3D體驗(yàn)平臺(tái)支持機(jī)器人虛擬聯(lián)調(diào)，提供與PLC和SCADA系統(tǒng)相連接的數(shù)字化實(shí)時(shí)虛擬產(chǎn)線仿真場(chǎng)景，幫助工程師虛擬地執(zhí)行測(cè)試、驗(yàn)證、優(yōu)化和確認(rèn)機(jī)器人生產(chǎn)活動(dòng)，支持在生產(chǎn)前進(jìn)行完整的模擬和驗(yàn)證。通過(guò)虛擬聯(lián)調(diào)，工程師可將機(jī)器人真實(shí)作業(yè)場(chǎng)景和虛擬仿真場(chǎng)景連接，用于機(jī)器人控制場(chǎng)景和方案的設(shè)計(jì)，并優(yōu)化產(chǎn)線布局和優(yōu)化驗(yàn)證機(jī)器人離線程序、節(jié)拍和作業(yè)路徑。

圖4-3D體驗(yàn)平臺(tái)虛擬調(diào)試

3D體驗(yàn)平臺(tái)支持工程師測(cè)試和調(diào)試所有程序（機(jī)器人，夾具，AGV…），驗(yàn)證I/O和HMI運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)在虛擬模型中創(chuàng)建臨界狀態(tài)來(lái)測(cè)試安全性。通過(guò)虛擬聯(lián)調(diào)，可驗(yàn)證PLC程序、機(jī)器人程序、電氣/氣動(dòng)邏輯、生產(chǎn)速率等自動(dòng)化生產(chǎn)要素。

基于3D體驗(yàn)平臺(tái)，工程師可進(jìn)行多PLC的調(diào)試作業(yè)，包括創(chuàng)建虛擬PLC，連接多品牌實(shí)際PLC，軟件在環(huán)，硬件在環(huán)，且系統(tǒng)支持多種程序編程語(yǔ)言、多種PLC通訊協(xié)議。同時(shí)，3D體驗(yàn)平臺(tái)支持復(fù)雜產(chǎn)線多控制信號(hào)聯(lián)調(diào)，包括多級(jí)別虛擬調(diào)試（設(shè)備/工位/產(chǎn)線），以及虛實(shí)雙向交互控制。

圖5-復(fù)雜產(chǎn)線多控制信號(hào)聯(lián)調(diào)

根據(jù)實(shí)例驗(yàn)證，通過(guò)3DEXPERIENCE平臺(tái)虛擬聯(lián)調(diào)，企業(yè)可顯著減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，減少產(chǎn)線搭建時(shí)的錯(cuò)誤和返工，并提升產(chǎn)線質(zhì)量和可靠的PLC代碼，同時(shí)驗(yàn)證多個(gè)方案并取得最優(yōu)解。

近年來(lái)，采用有限元軟件計(jì)算評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)缸體強(qiáng)度，已經(jīng)成為各大發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)階段的主要手段。通過(guò)有限元分析明確缸體的危險(xiǎn)位置，有針對(duì)性的改進(jìn)設(shè)計(jì)，避免重復(fù)性試驗(yàn)驗(yàn)證，可以大幅度縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)約時(shí)間成本、人力成本、資源成本等。下期精彩內(nèi)容《Abaqus發(fā)動(dòng)機(jī)缸體疲勞試驗(yàn)?zāi)M分析，大幅縮短產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)周期》敬請(qǐng)關(guān)注。

走進(jìn)成都恒睿

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撰稿：成都恒睿

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