基于SketchUp 的可視化精密裝配車間布局研究

馬小杰，童科娜，柴艷紅，劉海東，李學(xué)文

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

引言

在以往的精密裝配車間工藝布局中，主要采用Auto CAD 繪制廠房二維工藝布局圖，但對于某些大型產(chǎn)品的精密裝配，因其產(chǎn)品及配套設(shè)施設(shè)備尺寸形狀較大，裝配過程中需要用到行車吊裝并進(jìn)行登高作業(yè)，所以二維工藝布局圖不能直觀的反映場地對高度空間的要求，且效率低、不直觀。而面對提升生產(chǎn)能力的迫切要求，急需快速、高效、可視化的工藝布局方法。

采用三維可視化工藝布局可清楚地模擬生產(chǎn)場地空間實(shí)際利用情況，模擬實(shí)際物流運(yùn)輸、產(chǎn)品吊裝周轉(zhuǎn)、機(jī)械裝配、登高作業(yè)等實(shí)際生產(chǎn)場景，可明確操作人員的工作空間、生產(chǎn)流程路線，消除空間浪費(fèi)和干涉，優(yōu)化工藝布局設(shè)計(jì)。

1 SketchUp 簡介及其在車間布局中的優(yōu)勢

1.1 SketchUp 簡介

SketchUp 又被稱之為“草圖大師”，是一款直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作過程的三維設(shè)計(jì)軟件，操作簡單、直觀，易于上手，被廣泛應(yīng)用于建筑三維設(shè)計(jì)。SketchUp 可以通過導(dǎo)入廠房AutoCAD 平面圖紙進(jìn)行快速建模，建模過程簡單迅速，通過拉伸縮放、陣列復(fù)制等操作，即可快速將平面圖紙可視化。

1.2 SketchUp 的優(yōu)勢

SketchUp 軟件的自帶導(dǎo)入導(dǎo)出功能直接導(dǎo)入Auto－CAD 等軟件繪制的二維平面圖紙，用戶通過拉伸縮放、陣列復(fù)制等命令能夠快速將二維平面圖紙轉(zhuǎn)化為三維可視化模型。與其他三維軟件相比，SketchUp 軟件界面簡潔明了，容易自學(xué)，避免了類似軟件操作復(fù)雜、初學(xué)者難以快速入門的問題。SketchUp 軟件還有對電腦配置要求相對較低的優(yōu)勢，最新版本大小僅幾百兆，運(yùn)行平穩(wěn)、體驗(yàn)極佳。另外SketchUp 軟件擁有許多擴(kuò)充性插件，可以按照自己的需求下載安裝各類繪圖、動畫制作、光影效果等插件，極大滿足了各類三維建模的需求[1-3]。

2 精密裝配車間三維布局

2.1 使用SketchUp 創(chuàng)建三維模型素材庫

采用SketchUp 軟件創(chuàng)建車間內(nèi)部生產(chǎn)所需的各類設(shè)施、設(shè)備等，也可以從軟件相關(guān)論壇下載別人共享的模型素材，如精密裝配平板、工作臺、機(jī)床、叉車、行車、貨架、登高作業(yè)車、周轉(zhuǎn)箱、工具柜以及工人模型等，從而打造精密裝配車間的常用設(shè)施設(shè)備組件庫，部分如圖1 所示。

2.2 使用SketchUp 創(chuàng)建產(chǎn)品、工裝素材庫

采用SketchUp 軟件創(chuàng)建本公司在精密裝配車間生產(chǎn)的各類產(chǎn)品及其精密裝配時(shí)所需工裝的簡化模型，也可以從設(shè)計(jì)師用UG、PROE、SoildWorks 等三維設(shè)計(jì)軟件繪制的產(chǎn)品三維模型通過簡化、文件格式轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入SketchUp，從而打造精密裝配車間生產(chǎn)的各類產(chǎn)品及工裝模型庫，部分如圖2 所示。

2.3 使用SketchUp 創(chuàng)建車間三維模型

圖1

圖2

圖3

圖4

先在AutoCAD 中，隱藏或刪除建筑平面圖紙中輪廓線以外的線條。將修改之后的AutoCAD 圖紙導(dǎo)入SketchUp 軟件中，注意比例縮放。再采用該SketchUp 軟件的推/拉、旋轉(zhuǎn)、縮放等功能建立廠房的可視化模型，然后進(jìn)行廠房模型的材質(zhì)貼圖、光照渲染等操作，圖3 即為某精密裝配車間的毛坯模型。

2.4 使用SketchUp 對精密裝配車間開展布局

采用該SketchUp 軟件以及前期準(zhǔn)備的各類素材庫，即可開展精密裝配車間的工藝布局，根據(jù)生產(chǎn)流程在車間模型內(nèi)部擺放各類工位以及主要的設(shè)備，可以清晰、快速的反映車間工藝布局改造后的實(shí)際生產(chǎn)場景，如圖4所示。

生產(chǎn)車間可視化三維布局不僅可以讓車間使用部門更深入的理解和認(rèn)識工藝布局方案，而且能讓車間使用部門也參與到工藝布局中來，讓工藝師與車間使用部門拉近距離，這種深入的溝通能讓工藝布局方案更加的合理[4]，降低了車間生產(chǎn)布局改造后局部調(diào)整的概率，有利于車間生產(chǎn)布局改造盡快開工投產(chǎn)。

另外SketchUp 還配有動畫插件，可以生成AVI 或MP4 格式的視頻動畫，進(jìn)行廠房內(nèi)生產(chǎn)場地漫游、物資周轉(zhuǎn)、生產(chǎn)裝配節(jié)奏演示。

由于車間和各類設(shè)備、設(shè)施模型均按與實(shí)際的比例1∶1 進(jìn)行三維建模，所以使用SketchUp 進(jìn)行可視化布局仿真不但直觀、而且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可作為工藝布局階段強(qiáng)有力的評估工具[5]。

通過可視化布局仿真，可以明顯的發(fā)現(xiàn)原平面工藝布局圖中的許多問題。如：

（1）平面工藝布局圖未充分考慮精密裝配工位與附近待裝零部件暫存區(qū)物流空間。

（2）平面工藝布局圖只能顯示行車平面工作的移動范圍，而只有在三維可視化模型里才能發(fā)現(xiàn)其吊裝高度面對在工裝上裝配的某些類產(chǎn)品略有不足。

（3）在平面工藝布局圖中，不能展示安全生產(chǎn)、質(zhì)量要求等文明生產(chǎn)標(biāo)志、標(biāo)語，車間文化墻等，而在三維可視化模型里可以和現(xiàn)實(shí)中一樣，可自由布置所需的標(biāo)志、標(biāo)語，評估其安裝位置，保證車間美觀。

同時(shí)由于有了常用設(shè)施設(shè)備組件庫，可以用類似搭積木的方式快速建立其他車間的可視化模型，大大提高了工藝布局設(shè)計(jì)的速度，降低了相關(guān)工程設(shè)計(jì)的難度，對于場地布局研究具有重要的參考價(jià)值。

3 結(jié)束語

基于SketchUp 的可視化精密裝配車間布局是生產(chǎn)車間工藝布局的一個(gè)積極探索，利用它能快速建立三維模型，并且能夠直觀的得到各種生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備及整體工藝流程的三面正投影圖像，變抽象為具像功能。

將SketchUp 應(yīng)用于車間工藝布局設(shè)計(jì)領(lǐng)域，建立了車間快速三維成圖的方法和構(gòu)建了本公司生產(chǎn)車間各類常用的設(shè)備設(shè)施的三維組件庫，從而可對生產(chǎn)車間根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況快速布局，并進(jìn)行三維靜態(tài)和動畫演示，解決了室內(nèi)設(shè)計(jì)施工圖表達(dá)和效果圖表達(dá)的問題，構(gòu)建了一個(gè)高效、具有良好沉浸感的室內(nèi)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，讓使用部門更直觀的了解場地工藝布局情況，讓工藝布局方案可以更好的得到實(shí)現(xiàn)，更有力的體現(xiàn)了工藝布局的價(jià)值。