DigitalTwinFactory第三章工藝應用第一節軟件工藝模塊簡介DesignedByJ&C軟件自帶工藝項目DTF軟件自帶多個工藝場景項目。上圖為DTF軟件自帶工藝項目之一，這個項目較為簡單，工藝流程包含輸送線轉運、機器人搬運、人工操作，流程單一，無需過多自定義編輯，可用于初學練習。軟件自帶工藝項目DTF軟件自帶多個工藝場景項目。上圖為DTF軟件自帶較復雜的工藝項目，包含多個工藝流程，虛擬工人、堆垛機、輸送線、AGV小車、工業機器人等設備通過工藝節點連接。工藝頁面菜單欄工藝模塊菜單欄如上圖。其中，剪切板、操作、網格捕捉、工具前四項功能與開始頁面相同，此處不再贅述。下面按操作過程逐步介紹。“編輯器”是工藝模塊最核心的功能，具備“產品”、“工藝”、“流動”三個選項。“產品”用于定義整個工藝項目涉及的生產目標。利用此功能，可以快捷地定義某個節點的產品種類，直觀地表現產品從原料到成品的變化過程；“工藝”用于修改某個節點的工藝程序，例如模擬加工、產品類型轉變、拆分、組合產品模型等；“流動”用于設定某個產品類型的工藝流程，對應實際加工過程。產品類型編輯器“產品類型編輯器”，上左圖中“Parts”、“Assembly”表示兩種流動組。流動組“Parts”的“Spacer”、“BrakeDisk”、“DriveGear”代表產品類型，表示該流動組涉及的產品，“Inventories”為產品裝配步驟。一種流動組代表一條工藝流程，不同流動組的產品類型可以相同。上右圖為“流動”功能鍵對應的“工藝流動編輯器”，“工藝步驟”連接工藝節點，連接方式代表產品的轉運方式。工藝模型位置工藝項目的設備模型，需具備工藝節點屬性。軟件自帶多種工藝項目模型。如機床、組件發生器、堆垛機、立體倉庫、叉車、AGV小車、路徑規劃等，這些模型主要保存“PM”開頭的文件夾內。DigitalTwinFactory第三章工藝應用第二節工藝場景搭建蕪湖安普機器人產業技術研究院有限公司DesignedByJ&C案例展示1243產品序號標識1產品12產品23產品34產品4當前案例中設計了四種類型的產品，每一種產品對應一條輸送和分揀路線，同時表示不同的處理方法。人工搬運產品1至工作臺，經過一段時間人工處理(模擬)，再由人工轉運至另一條輸送線。產品2到達輸送線末端后，機器人轉運產品2至機床，二次加工(模擬)，加工結束得到產品3，即第三條分揀輸送線末端為產品3。機器人轉運產品3至托盤，每個托盤容納2層，每層4行4列，共32個產品，托盤再由AGV小車接收。產品4到達輸送線末端后，堆垛機轉運產品4至立體倉庫。本項目包含較多生產設備，同時含有人工操作。通過工藝運行過程仿真，分析產線布局的合理性、物流效率和原料供應等生產因素，能夠為產線設計開發提供極大幫助，降低研發和設計成本。。工藝項目開發首先，設置目標產品。在數字孿生軟件的電子目錄中，找到文件夾“PMFlowComponents”內工藝組件發生器(Feeder)，添加到虛擬世界。在文件夾“ProductsandContainers”中找到“LatheComp1”、“LatheComp2”、“LatheComp3”、“FastProduct”，分別添加到虛擬世界，作為四種目標產品，分別對應前面描述的產品1至產品4。為了方便分辨四種產品，可在“物料”選項卡內修改屬性，各產品模型標識不同顏色，如左圖所示。工藝項目開發接下來將產品模型與流動組對應起來，即設置產品類型編輯器。刪除舊的流動組，重新添加新的流動組，并選擇對應產品模型。工藝項目開發按照上述操作，四個流動組中的產品類型分別與四種產品模型關聯。接下來，四種產品類型設定為組件發生器的生成目標。選中組件發生器，切換其屬性至“ProductCreator”一欄，其中“供給模式”改為“分布”，代表組件發生器隨機生成四種產品，再按圖修改其他參數。“供給模式”中的“單項”表示組件發生器只生成一種產品，“批處理”和“表格”用于人為設定規則，生成多種不同產品。工藝項目開發完成上述設定后，需要搭建簡單結構來驗證設置是否正確從“Conveyors”文件夾中，拖拽一條直線輸送線(Conveyor)至虛擬世界，輸送線與組件發生器用PNP方式連接。運行項目，觀察組件發生器，隨機生成設定的四種產品，表示組件發生器設定正確，可以后續操作。工藝項目開發設定第一條分揀線。從“Conveyors”文件夾中，拖拽分揀輸送線(ConveyorY-divert)、轉彎輸送線(CurveConveyor)至虛擬世界，再分別設定二者屬性，使分揀輸送線支路通過轉彎輸送線，連接至最后添加的直線輸送線，修改其長度為合適值，本例修改為了3500mm，再用PNP方式連接。關于分揀輸送線的分揀設定，涉及具體產品類型，后續詳細介紹。工藝項目開發按照相同操作方法，拖拽分揀輸送線、轉彎輸送線、直線輸送線至虛擬世界，分別設置長度、分揀輸送線及轉彎輸送線角度等屬性。最后，用PNP方式連接。工藝項目開發此時，每一段分揀輸送線還要設置運輸規則，才能控制四種產品流入不同的輸送線。以組件發生器側為基準，從左到右為1號至4號輸送線，對應產品類型1至產品類型4。以1號輸送線為例，介紹設定方法，其他輸送線操作方法相同。選中1號輸送線，將右側屬性欄切換至“Materials”。在“RoutingRule”中，修改“類型”為“產品類型規則”，單擊下方“添加連接或者規則”按鈕，新添加的規則變量設置為“產品類型#1”，連接設置為“Side”。此時，產品類型1自動流入1號輸送線。其他分揀輸送線，只要修改產品類型規則中的規則變量。工藝項目開發接下來，針對每種產品類型，設定一個加工方式。針對該加工方式，布局生產設備。產品類型1，包含操作工作業的加工過程，需要添加操作工模型(Human，位于PMResources文件夾)、操作臺(ManualWorkstation，位于PMFlowComponents文件夾)。另外，還需要使用驅動器(HumanTransportController，位于PMTransportControllers文件夾)，控制操作工動作。設定路徑區間(PathwayArea，位于PMResourcesUtilities文件夾)，規定操作工移動范圍和方向。設定待機位置(IdleLocation，位于PMResourcesUtilities文件夾)，確定操作工無工作任務狀態的等待點。切換至“交互”模式，可以調節路徑區間(PathwayArea)大小。勾選屬性中的“OneWay”，設定該段區間為單向路徑，同時設定路徑方向，在項目運行時確保操作工模型按設定方向移動。最后，添加一段直線輸送線，接收加工得到的產品，注意輸送線擺放的方向。移動各組件，確保布局合理。工藝項目開發在本項目設計中，3號產品源于2號產品的加工品。在布局規劃時，要兼顧兩種產品類型的操作。對于產品類型2，采用機器人搬運，移動至機床待加工。加工結束后，得到與產品類型3，再由機器人取走，搬運至另一條輸送線的托盤上。產品類型3不加工，由機器人直接轉運至另一條輸送線的托盤上。兩種產品均由機器人搬運，因此要添加機器人地軌(GenericServoTrack，位于RobotPositioners文件夾)，再添加一款運動范圍合適的機器人。這里選擇IRB2400L，同時添加一個工具夾爪(Generic3-JawGripper，位于RobotTools文件夾)，以PNP方式連接至機器人末端。在工藝項目中，通過機器人驅動器(RobotTransportController，位于PMTransportControllers文件夾)實現機器人程序自動生成，無需手動編程。最后，添加一款機床(FTC-350，位于Machines文件夾)，以及一條直線輸送線，用于生成托盤，高度、長度、寬度設置為合適值，本節教程高度設置為500，寬度設置為1300。將機器人、地軌、驅動器用PNP方式連接。注意驅動器與地軌PNP連接后，高度會變成0；調節機器人地軌的長度為合適值，確保機器人能夠抓取到兩條分揀輸送線末端的產品。上述設備擺放至合適位置。工藝項目開發這里，機器人搬運產品至直線輸送線托盤處。那么，托盤滿載后，將需要下一步轉運，所以還需要一輛AGV小車，用于接收滿載的托盤。添加一輛AGV小車(MiR100，位于PMMobileUtilities文件夾)，與添加操作工類似。AGV小車同樣需要驅動器控制，添加AGV小車驅動器(MobileRobotTransportController，位于PMTransportControllers文件夾)；路徑區間(PathwayArea，位于PMResourcesUtilities文件夾)，限定AGV小車活動范圍和方向，以及模擬實際生產中AGV小車充電區域的待機位置(IdleLocation，位于PMResourcesUtilities文件夾)。該組件需要放置在小車活動范圍內，布局如圖所示。工藝項目開發為豐富本項目的工藝流程，產品類型4采用堆垛機取料，搭配立體倉庫，完成入庫工藝操作，如圖所示。故需要添加堆垛機(StackerCrane-Single，位于PMCranes文件夾)，堆垛機控制器軌道(SingleRailTransportController，位于PMTransportControllers文件夾)，立體倉庫(WarehouseShelf，位于PMWarehousing)。工藝項目開發堆垛機和控制器通過PNP方式連接，堆垛機可以在控制器軌道上移動。因此需要修改控制器長度，保證堆垛機能夠到達所有倉位，教程修改為12000，調整好控制器軌道相對于輸送線的位置；再設定立體倉庫的屬性，確保倉位尺寸適合當前產品。工藝項目開發完成工藝布局，整個布局中包含出料單元、輸送單元、加工單元、AGV單元、立體倉庫單元等仿真機構，可以幫助學生充分了解實際生產場景，理解工藝流程設計的意義。DigitalTwinFactory第三章工藝應用第三節工藝流程編輯DesignedByJ&C工藝節點設定在每一條輸送線末端添加工藝節點，輸送線(FromConveyorProcess，位于PMFlowComponents文件夾)；該節點可以運用PNP方式連接至輸送線末端。注意PNP連接成功后，箭頭起始處三角形連接指示變為綠色，則連接正確，表明該工藝節點可以正常接收產品。另外，工藝節點正確連接后，仍可以改變角度。節點帶有位置指示，表示操作工取料位置。為了合理設定操作工與物取料相對位置，即操作工站位設在輸送線末端，面對運行方向，此工藝節點旋轉90度，如圖所示。工藝節點設定按照同樣操作方法和注意事項，添加其余輸送線工藝節點。運輸托盤輸送線，需要添加一個自定義工藝節點，自行編程控制工藝動作。添加自定義工藝節點(ProcessNode，位于PMFlowComponents文件夾)，與輸送線通過PNP方式連接，并移動至合適位置，如圖所示。設定托盤初始位置，保證機器人可以擺放產品至托盤。工藝節點設定前面在設計產品類型1工藝時，計劃利用一條輸送線接收人工處理后的產品。所以，要在接收產品輸送線入口處添加工藝節點，輸送線(ToConveyorProcess，位于PMFlowComponents文件夾)，PNP方式連接至輸送線入口位置。同樣注意箭頭方向末端三角形指示器由黃色變為綠色，則代表連接正確，如圖所示。另外，連接成功后，旋轉此節點，合理設定操作工與輸送線間的位置。若無法連接，應檢查輸送線方向的正確性。由于此輸送線代表轉運加工結束后的產品，后續工藝流程不再設計，此輸送線末端無需任何操作。工藝節點設定AGV小車接收滿載3號產品的托盤，因此在托盤運送輸送線末端不能使用“來自輸送線”的工藝節點，應采用自定義工藝節點(ProcessNode，位于PMFlowComponents文件夾)，PNP方式與輸送線連接，如圖所示。工藝節點設定當AGV小車接收滿載托盤后，需轉運至指定地點，模擬生產線轉運。因此，添加AGV小車轉運貨物的下沉節點(SinkProcess，位于PMFlowComponents文件夾)。注意此節點需擺放至AGV小車的路徑區間內，如圖所示。驅動器連接在本工藝項目中，選擇操作工驅動器、機器人驅動器、AGV小車驅動器、堆垛機驅動器。其中，操作工驅動器和AGV驅動器涉及動作對象、運動范圍等屬性，需要手動連接。切換至“開始”頁面，單擊“連接”工具欄“接口”選項卡，再單擊“人物驅動器”按鈕，在支持連接對象處出現連接窗口。單擊操作工模型，可完成連接，如圖所示。驅動器連接AGV需要同樣操作，連接AGV驅動器、AGV小車、路徑區間、待機點，如圖所示。連接時，可以手動連線，即單擊接口面板的灰色圓圈，按住鼠標左鍵，拖拽至待連接模型的接口；也可以直接單擊連接對象的模型，自動快速連接。需要注意，連接路徑區間只能選擇AGV運動區間，避免錯選、漏選情況。流程編輯在前面的操作中，完成了必要工藝節點的添加，接下來編輯工藝流程。單擊工具欄編輯器的“流動”按鈕，進入工藝流程編輯模式。可以觀察到，工藝節點用藍色圓點表示，驅動器用菱形圖案表示，白底表示該驅動器未激活。驅動器激活后將變為黃色，如圖所示。流程編輯在前面的操作中，完成了必要工藝節點的添加，接下來編輯工藝流程。單擊工具欄編輯器的“流動”按鈕，進入工藝流程編輯模式。可以觀察到，工藝節點用藍色圓點表示，驅動器用菱形圖案表示，白底表示該驅動器未激活。驅動器激活后將變為黃色，如圖所示。流程編輯工藝流程編輯用于按照一定規則和順序連接工藝節點。人工完成1號產品輸送線轉運作業，所以首先單擊操作工驅動器，使其處于激活狀態，再將鼠標移至1號輸送線末端節點。此時，節點將變為黃色，黃點顯示一個方框，方框顯示節點名稱等信息，如圖所示。流程編輯單擊方框內的節點名稱，選中該節點，顯示藍圈黃底的原點。同時，在下方“工藝流動編輯器”的“工藝步驟”中，出現對應的工藝節點名稱，如圖所示。流程編輯此時，根據預設工藝，單擊下一節點名稱框，即可完成一個工藝步驟編輯。但是，當鼠標移至下一個工藝節點名稱框位置時，發現出現多條虛線，如圖所示。當前設定1號輸送線產品工藝，故此現象不合理。錯誤的原因在于工藝節點名稱相同，因此需要修改各工藝節點名稱，防止名稱相同，出現流程錯誤。操作方法為切換至“工藝”編輯模式，單擊需要修改名稱的節點，在右側屬性框中修改名稱。最后，關閉彈出的工藝程序編輯窗。流程編輯完成名稱修改后，繼續前面操作。在操作工驅動器激活狀態下，依次單擊1號輸送線末端工藝節點、操作臺工藝節點、成品轉運輸送線入口工藝節點，三個工藝節點之間自動生成連線。同時，“工藝流動編輯器”的“流動組1”將出現對應步驟，每個步驟之間出現操作工驅動器標識，表示人工完成轉運工序，如圖所示，最后取消操作工驅動器的激活狀態。流程編輯項目仿真運行時，當1號產品移動至1號輸送線末端節點位置時，可以觀察到操作工取料，搬運至操作臺。產品在操作臺上停留一段時間，表示加工工序需要一定時間。最后操作工從操作臺上取走產品，搬運至下道工序輸送節點的位置，如圖所示。流程編輯2號產品輸送線，首先需在“工藝流動編輯器”中選擇“流動組#2”。流動組被選中后，底色單擊為藍色。后續與1號輸送線操作方法相同，激活機器人驅動器，圖標底色由白色變為黃色，再依次2號輸送線末端節點、機床節點、托盤運送輸送線節點。觀察節點之間連接線方向的正確性，以及“流動組#2”出現的步驟，如圖所示。最后，取消機器人驅動器激活狀態。運行項目，觀察運行狀況。流程編輯在項目運行中，可以觀察到機器人自2號輸送線末端節點取料，搬運至機床，機床隨后自動加工，并耗費一段時間。加工結束后，機器人自動取走物料，擺放至收料輸送線上，如圖所示。流程編輯在前面工藝設計過程中，為了項目仿真更接近實際情況，機床完成加工后，計劃將2號產品替換為3號產品。為了實現上述工序，需要編輯工藝程序。首先在“流動組#2”中添加一個新的產品類型，此產品類型與3號產品關聯，如圖所示。流程編輯接下來，切換至“工藝”模式，單擊機床工藝標簽，選中“CustomMachineProcess”，此行語句表示機床模擬加工，加工結束的后續動作需要在“CustomMachineProcess”語句后添加，如圖所示。流程編輯添加“改變類型”語句，在右側屬性框“新類型”中，設置“產品類型#5”，如圖所示。“產品類型#5”已經與3號產品關聯，加工結束后，2號產品被替換為3號產品，實現加工結果模擬。需要注意，已知“產品類型#3”同樣關聯3號產品，但“產品類型#3”屬于“流動組#3”。因此，在設定“改變類型”語句“新類型”屬性時，如果選擇“產品類型#3”。那么，加工結束后，3號產品同樣替換2號產品，但后續無法被機器人取走。因為，機器人取料動作屬于“流動組#2”。綜上，產品替換屬于“流動組#2”工藝過程，需要在此流動組內此添加對應產品。流程編輯接下來，在輸送線添加托盤，用于接收3號產品。添加一個托盤(Pallet1200x1200，位于ProductsandContainers文件夾)，擺放至輸送線旁，如圖所示。流程編輯切換至“工藝”模式，選擇輸送線上節點(Process#1)，進入工藝程序編輯窗口，如圖所示。流程編輯這里的工藝程序創建一個托盤，并按自定義碼垛規則，接收機器人轉運的產品，這些產品同時附加到托盤上，托盤能夠攜帶產品一起移動。最后，進入該輸送線末端節點(Process#2)。刪除窗口所有語句，再依次添加以下語句，延遲、創建、運輸模式入、依附、流出等，如圖所示。為了方便觀察托盤的出現，故在第一行使用延時語句，“創建”產生一個托盤復制體，“運輸模式入”規定了機器人擺放產品的規則，“依附”附加這些產品至托盤，可以隨托盤移動，“流出”運送滿載產品的托盤至下一節點，即該輸送線末端節點。流程編輯分析上述指令語句，可以知道這一段輸送線執行托盤工藝流程，故需要創建托盤流動組和產品類型。添加新的流動組和產品類型，關聯此新產品類型與托盤，如圖所示。流程編輯準備工作完成后，可以設定每一條產線工藝程序屬性。單擊“延遲”指令，其右側屬性欄中“分布”修改為“5”，即延時5秒。單擊“創建”指令，屬性中“產品類型”修改為“產品類型#6”，“產品位置坐標框”修改為“MainFrame”。項目運行5秒后，輸送線上節點(Process#1)位置出現托盤，代表指令設定正確，如圖所示。流程編輯指令“運輸模式入”規定了機器人碼垛規則。所以，需要先創建一個坐標框，用于碼垛作業時指示機器人擺放第一個產品的位置。選中Process#1節點，再單擊“助手工具”中“創建框架”，設定框架名稱和初始位置。單擊創建按鈕，創建成功后DTF軟件下方輸出欄顯示提示信息，如圖所示。流程編輯現在需要調整坐標框“Put”位置。為了方便確定位置，項目運行到機器人擺放第一個產品節點時，暫停項目運行。選中Process#1節點，切換至“建模”頁面，可在左下方特征框看到“Put”，單擊選，坐標框處于可移動狀態，如圖所示。流程編輯碼垛規則設定為2層4行4列。根據此規則