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NX數字化三維產線及工廠布局設計

發布日期:2020/04/21

1. NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案綜述


通過西門子NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案,可以實現對生產線的全三維設計和完全的可視化。集成的西門子 PLM軟件平臺可以輕易實現產線布局與制造規劃的關聯。制造規劃與產線設計的緊密集成允許用戶高效管理整個制造過程。通過定義每一個生產步驟直至管理任何一個單一的制造資源,如機器人或者工裝等,用戶可以輕易的優化制造過程。通過使用與制造規劃相關聯的參數化資源可以執行 的影響分析并驅動高效的變更管理。擁有一套與制造規劃緊密集成的產線級別設計的完整解決方案是定義優化的生產制造過程必不可少的前提條件。NX單一解決方案覆蓋了從概念設計到生產制造的全面的數字化產品研制過程,并為全球行業客戶提供了經實踐驗證的面向未來的體系架構,滿足企業未來數字化企業的發展需要。

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圖1 三維產線與工廠布局設計及制造過程規劃的工作流程


利用NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案完成對實際物理工廠的三維數字化建模后,進一步借助西門子數字化制造解決方案Tecnomatix的虛擬調試模塊,可實現在實際的物理設備投入運行之前,在虛擬工廠環境下,對工廠自動化設備的可編程邏輯控制器(PLC)代碼進行修改和調整。通過自動化設備的虛擬仿真驗證,確保采用合適的優化的工序,并顯著削減系統調試時間及盡早發揮設備生產力。通過使用西門子 的PLM平臺實現高效的變更管理和直接訪問企業共享制造資源庫,可重用的 *佳實踐可跨解決方案實現同步。用戶可以進一步擴展該解決方案以高效地與供應商及系統集成商協同工作。


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圖2 通過工藝過程仿真對數字化產線布局設計進行虛擬驗證

 

2. 數字化三維產線及工廠布局設計在數字化制造規劃過程中的關鍵作用


NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案涵蓋了與產品制造規劃相關的生產線及工廠布局設計的所有行業需要。例如用戶可以從共享工廠資源庫內快速搜索、調用和放置產線布局所需要的設備及生產單元,可以對所需的各種制造設備進行參數化建模,快速生成制造所需的工程圖紙及各種文檔,對與產品制造相關的各種設備進行分析和評估。同時因為西門子數字化三維產線與工廠布局設計與PLM平臺緊密集成應用,因此可以實現 的變更管理,并打通與制造相關的所有業務環節、流程和數據鏈。

 

通過與Bentley的戰略合作伙伴關系,在進行數字化三維產線及工廠布局設計的同時,可以隨時從工廠規劃部門獲取重要的工廠信息,因此可以在具有實際工廠規劃信息的虛擬環境下對整個制造布局進行驗證。

 

NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案包含完整的工廠及制造資源規劃設計模塊,可以規劃生產線3D模型,工裝/夾具3D模型以及整個工廠模型,并提供各種模型庫:工具庫、機器人、通用設備模型庫、生產設施庫以及基建模型庫等,并可直接編輯操作各種模型并對這些模型進行管理和擴展定制。

 

從西門子數字化制造整體解決方案角度,NX數字化三維產線及工廠布局的作用如下:


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圖3 產線及工廠布局設計在數字化制造整體方案中的作用


說明:

  • 應用NX數字化三維產線及工廠布局設計完成整個工廠的全三維概念布局及詳細產線設計,包括工廠結構BOE及資源BOM并儲存至PLM,同時生成符合ISO標準的輕量JT數據。

  • 利用數字化制造的工藝規劃器進行可視化裝配工藝BOP設計,完成BOP設計后,將各工藝分配至上一步驟生成的工廠結構內并與工廠資源相關聯。所有操作均可利用NX產線設計生成的輕量數據三維模型并在可視化環境下完成。

  • 利用Tecnomatix的工藝仿真對所關注的工位或工段的自動化設備的運行情況、機器人的可達性、碰撞及干涉情況等進行仿真驗證,以及對整個裝配過程的順序和時間、節拍、人因工程等進行仿真驗。

  • 利用Tecnomatix的車間仿真對整個工廠布局情況進行物流仿真和優化。

  • 利用Tecnomatix虛擬調試對產線設備的運行情況進行虛擬調試。

 

NX數字化三維產線及工廠布局設計-制造工藝規劃-BOP集成應用及數據傳遞過程如下:


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圖4 產線及工廠布局設計與工藝規劃的數據傳遞


3. NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案的關鍵能力


3.1 在PLM平臺中 管理的生產結構單元和設備庫


NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案提供了大量的缺省工廠資源庫,全部在PLM平臺內 管理,整個企業都能實現共享。

 

在進行工廠規劃設計時,使用NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案可以快速實現生產線布局設計,并能快速直接對各種工廠設備及生產單元及建筑模型進行參數化三維建模。NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案內置了大量的智能工廠模塊對象,這些智能對象幾乎包括了工廠中所用的各種資源,種類超過一百多種,從地面和高架輸送機、通道和起重機,到物料集裝箱,一應俱全。借助這些對象,可以“拼裝”出數字化工廠布局模型,而不用再花大量時間來繪制生產設施等工廠對象三維模型。使用智能對象技術,模型存儲量比較小,避免了大數據量所造成的運行性能問題,適用于整個工廠的三維數字化布局設計。3D模型可以直接提供給可視化協同、物流分析、離散事件仿真等軟件使用,極大降低了工廠設計的時間。

 

在NX內進行工廠生產線概念布局——NX內的參數化引摯使用戶能夠高效應用所有制造組件進行工作并且輕易適應任何變化。當調整單個組件尺寸或修改布局時,所有相關組件將自動更新。

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圖5 使用NX參數化建模定義智能組件


完整的設備分類庫在產品全生命周期數據和流程管理平臺Teamcenter?內進行管理。通過連接Teamcenter數據庫環境,用戶可以直接在NX重用庫內使用強大的搜索,可視化及調用能力跨越完整的分類庫體系調用所需的工廠資源。

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圖6 通過西門子PLM軟件應用套件共享相同的工廠設備庫


3.1.1智能工廠數據對象類型


NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案內置豐富的智能工廠對象庫,包含建筑、工業、物料搬運、各類工業用傳輸帶以及車輛等。這些對象都可以進行參數化設置,以構建或配置符合企業自己實際生產環境的生產線3D模型。


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圖7 智能工廠對象庫


  • 建筑類智能對象-地面、墻面、門窗、建筑立柱、橫梁、支架、平臺、樓梯、鋼結構等。

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圖8 建筑類智能對象庫


  • 物料搬運類智能對象。

  • 工業類智能對象——管道系統、暖通系統、線架系統、導軌系統、機柜、電柜、辦公用具、安全防護、物料處理設備以及工業設備等。下圖為工業設備機器人及物料處理智能對象,可以設置眾多的參數以快速、方便地配置和創建3D生產線模型。

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圖9 工業類智能對象庫


  • 車輛類智能對象——叉車、剪力車、裝載車等??梢栽O置眾多的參數以快速、方便地配置和創建3D生產線模型。

  • 傳輸帶智能對象——汽車工業用各種托盤式傳送帶、各種軌道式傳送帶、皮帶式傳送、V形傳送帶、滾筒傳送帶等,眾多的參數可以設置,快速、方便地配置和創建3D生產線模型。

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圖10 傳輸帶智能對象庫


  • 集成完整的Cadenas在線模型庫,可直接在線調用。Catalog數據來源于超過600家供應商的幾百萬個工廠資源三維模型。

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圖11 Cadenas在線模型庫

 

3.1.2智能工廠對象的操作


可對智能工廠對象進行方便的操作,包括:

  • 采用拖、放、拉伸等直接操作方式,并可將對象自動連接在一起組合式

  • 結構單元快速定位

  • 可配置的結構單元屬性定義

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圖12 智能工廠對象的操作


  • 拉式菜單、彈出式菜單等操作方式

  • 方便定義的可重用參數化結構單元

  • 基于參數的結構單元修改,基于知識工程的結構單元,融入設計準則

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圖13 基于參數和知識工程的結構單元修改

 

3.1.3充分利用現有的設備模型和產品數據


已有的3DCAD 模型可以轉換成JT 輕量模型或STEP等中性數據文件,或使用NX, Solid Edge 及Parasolid原始數據,讀取3D模型到布局模型中。

  • 支持JT輕量化模型直接導入到布局模型中

  • 支持2D/3D視圖和輸出

  • 支持添加仿真數據和成本數據以進行物流分析

  • 可讀取PLM屬性并以HD3D可視化報告形式呈現

  • AutoCAD數據導入-導入建筑數據做為制造布局參考;移植現有布局數據

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圖14 已有模型數據的應用

 

3.1.4 工廠資源庫智能對象的定制


NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案內置產品模板創建工具,無需編程,即可輕易定制任何設備的參數化模,創建模板的同時可嵌入工程規則。

庫對象重用時,如果輸入參數違背嵌入的工程規則,系統將以HD3D可視化報告的形式生成警報信息,并可通過屏幕動態標簽快速找到報警原因。

使用規則設計創建智能對象,定制對象與對象間的互動。

可直接在三維環境下將定制完成的參數化模板或其它需要重用的對象拖拽至工廠資源庫,以實現共享和重用。

 

3.2 資源庫及資源BOM及工廠BOM的共享應用


在各業務部門及整個制造過程中,通過對制造資源、工廠資源及工廠BOM、資源BOM等數據的共享,實現單一數據源,提高協同效率。

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圖15 資源數據的共享

 

3.3 與物流仿真集成


工廠布局及產線設計完成后,可在同一平臺上,切換至工廠物流仿真環境,對整個工廠的物流環境進行仿真和優化,例如標示物流瓶頸、物料暫存區域驗證,以達到優化混線生產及物流運送的目的。

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圖16 與物流仿真的集成


3.4 與機器人離線編程及仿真集成


應用NX數字化三維產線及工廠布局設計完成的工廠數字化模型,可以通過面向數字化制造的Tecnomatix?軟件執行制造過程驗證。通過使用其工藝仿真應用,用戶可以驗證廣泛的機器人應用,其允許仿真完整的生產系統,包括生產單元驗證及機器人布置優化。通過生產過程仿真,可以定義出 *優化的制造過程。


當需要使用機器人時,如NC機床上、下料,焊接操作等,可以在工藝仿真應用內直接對NX數字化三維產線及工廠布局設計內的機器人進行仿真并進行優化,例如改進放置位置以優化可達性, 評估工時,進行能耗優化等。


3.5 多種數字化表示/高效簡化畫法


對于布局設計的每一個階段,均可以根據需要使用各種制造組件的相應數字化表示:

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圖17 數字化模型的不同表示


3.6 大裝配出圖及模型圖紙相關性


NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案的三維模型與制造需要的二維工程圖紙相關聯,當工廠三維布局發生變更時,二維工程圖紙可自動更新,提高變更效率。

  • 工廠布局設計模型內以PMI嵌有許多關鍵參數,二維工程圖紙可基于PMI自動進行圖紙標注。

  • 生成詳細施工圖(例如:設備地基孔位圖)。

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圖18 生成施工圖


3.7 參數化可擴展的結構單元庫


NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案內的工廠資源庫可以根據企業需要任意擴展,以滿足企業三維數字化產線建模需要。


3.8 管理項目進程數據/HD3D高清3D可視化報告/AWS


可視化報告及文檔-使用生產線設計工具用戶可以直接訪問在Teamcenter內集中管理的產線布局產品生命周期(PLM)信息。生產線設計可以顯示關于每一個組件相關的信息,包括種類、設計變更、供應商、投資成本及建造日期等。通過高清3D(HD3D)NX可視化報告,用戶可以瀏覽PLM數據及在交互式導航器內查看詳細信息??梢暬瘓蟾婵梢赃M行定制,用以在制造設備模型上基于數值和屬性顯示顏色編碼信息,因此可快速及交互式的可視化查看自制或采購類別的組件,識別長采購周期項目或一條完整線體設備的所有供應商信息??梢暬瘓蟾婵梢约泄芾聿⒎峙浣o整個企業共享。

  • 通過西門子基于WEB的AWS技術,用戶可以直接通過網頁瀏覽器登陸PLM平臺直找和可視化查看所需的產品及制造信息。

  • 可加強企業內部相關人員對工廠設計的了解,確保在合適的時間將合適的數據傳送到合適的人,可以容易地在單一的環境下與數字化工廠交互,觀看 *新版設計、3D 模型、文檔和結構圖等。面向對象的模塊化結構允許定制用戶界面和產品結構以滿足各自的需求,并能實現如下的功能: 2D 瀏覽、2D測量、2D 注釋、2D 比較、2D 輸入/出格式支持、3D 模型瀏覽等。

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圖19 使用NXHD3D高清可視化報告查看工廠布局數據PLM信息


3.9 虛擬工廠展示,實時渲染和虛擬現實可視化評審


可利用NX強大的實時渲染能力,對工廠在實際使用環境下的效果進行燈光、紋理等場景渲染,以用于設計評審、客戶介紹及市場宣傳等場合。

展示復雜的3D工廠布局模型,可對整個3D工廠進行實體渲染,并瀏覽、漫游和飛越等操作,在可視化環境下對工廠設計進行評估。


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圖20 三維工廠渲染效果


3.10 工廠大規模點云數據應用


NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案支持工廠大規模點云數據讀入及處理,基于Bentley技術,用于產線改造及產能優化。


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圖21 基于讀入的工廠點云數據進行產線設計


3.11 高效處理超大規模工廠數據及復雜數據


NX提供了第四代設計(4GD)及輕量數據JT?格式的 技術?;诮M件的第四代設計技術4GD使用戶能夠在多種配置條件下進行并行設計,并且對于具有大量組件的產線布局具有伸縮性和可擴展性。JT是一種輕量數據技術,提供高性能的可視化及協同能力。

 

4. NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案的應用模式

 

NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案分為兩種應用模式即BVR模式及4GD模式,當需要與PS/MPP集成應用時,使用BVR模式,其它使用4GD模式,企業可根據情況靈活應用。


術語解釋:

  • BVR = BOMView Revision

  • 4GD = 4thGeneration Design

  • MPP =Manufacturing Process Planner

  • PS =Process Simulate

 

4.1 BVR模式典型應用流程


BVR模式的典型應用流程如下:

  • 創建共享項目文件夾

  • 創建新工廠結構的項層節點(例如XXX工廠)

  • 增加MEWorkarea節點以表示工廠地面(例如墻壁,立柱等)。如果是2D規劃圖,建議把相關曲線加入至模型引用集內

  • 增加結構節點(例如區域,產線,工位等)及對其定位

  • 增加設備及定義屬性:

     。概念設計階段:僅填加 *重要/相關的設備并粗略定位
     。詳細設計階段: 填加所有需要的設備,并 *終 定位
  • 使用生命周期管理能力(版本,工作流,狀態等)以文檔化里程碑或以其它方式觸發變更管理(例如工裝設計等)

  • 生成文檔

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圖22 三維產線及工廠布局設計的BVR模式


4.2 4GD模式典型應用流程


4GD模式典型應用流程如下:

  • 項目準備

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圖23 三維產線及工廠布局設計4GD模式的項目準備


  • 4GD布局設計

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圖24 三維產線及工廠布局設計4GD模式的布局設計


5. NX數字化三維產線及工廠布局設計解決方案實施及應用要點

  • 工廠資源數據數據準備-設備、結構單元、工裝 …

  。搜集和整理工廠資源數據,并進行系統生的分類和整理

  。工廠資源三維參數化建模

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圖25 工廠資源數據準備


  • 工廠資源庫定制-分類結構搭建、PTS、參數化模板……

  。根據企業實際對工廠資源庫進行客戶化定制-類結構調整、擴充種類、增加PTS模板
  • 應用環境定制——種子文件、模板、HD3D報告…

    。形成標準/規范化NX 工廠設計應用環境

    。定制各種用于工廠數據生命周期管理的3D可視化報告模板

    。各種屬性定義

  • 檢查規則定義-制造/裝配/工程規則……

    。制定各種檢查規則并嵌入建模應用過程,當設計與制造或工程規則時,自動報警

    。確保設計可行性

  • 二維工廠規則圖(NX/異構CAD)

    。導入已有二維規劃圖

    。應用NX二維布局設計

    。直接在NX LD環境內進行二維規劃和三維布局設計

  • 根據規劃,搭建工廠BOM結構

    。4GD及BVR兩種應用模式

  • 4GD及BVR兩種應用模式(FRL-Factory Resource Library)

    。FRL中已有類-拖拽添加并調整位置及參數

    。FRL中無,但有幾何模型-導入

    。FRL中沒有或無現有模型-NX建模

  • 工廠結構優化-細化/調整

    。對工廠模型進行優化、AWS

    。工廠數據發布 HD3D

    。生成符合ISO標準的JT輕量化模型,用于設計/制造協同

    。工藝仿真/工廠仿真直接使用NX LD BOM數據


7. NX字化三維產線及工廠布局設計解決方案的收益總結


基于各種設備的高效設計數據管理與更改管理,幫助企業實現跨部門的更改管理( 例如:銷售、規劃、設計、仿真、驗證、施工)

 

的、參數化的結構單元和設備庫,在工藝規劃、生產線設計、工藝仿真、工裝設計, … 等部門共享,減少庫管理工作和數據同步的繁瑣流程

 

智能的、基于知識的結構單元和設備,捕捉企業 *佳實踐,確保一次試車成功

 

保持三維模型、定位位置和工程圖紙的關聯

 

減少更改作業的時間大型工廠規劃設計能力,管理超大規模數據,減少數據轉換時間

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