廣州城市理工學院本科畢業設計（論文）開題報告基于NXMCD的自動組裝工作站仿真與生產應用學院機械工程專業班級機械工程姓名蘇慧杰學生學號202330157018指導教師王建春填表日期說明1．開題報告是保證畢業設計（論文）質量的一個重要環節，為規范畢業設計的開題報告，特印發此表。2．學生應在開題報告前，通過調研和資料搜集，主動與指導教師討論，在指導教師的指導下，完成開題報告。3．此表一式三份，一份交學院裝入畢業設計（論文）檔案袋，一份交指導教師，一份學生自存。4．選題需經基層教學單位（專業教研室）討論審核、學院主管院長批準、報教務處備案,方可正式進入下一步畢業設計（論文）階段。

姓名蘇慧杰指導教師王建春專業機械工程年級23班級機械工程一班論文題目中文基于NXMCD的自動組裝工作站仿真與生產應用外文SimulationandproductionapplicationofautomatedassemblyworkstationbasedonNXMCD研究背景與意義研究背景隨著全球制造業競爭的加劇和生產成本的上升，越來越多的企業開始向自動化、智能化方向發展，以提高生產效率、降低人工成本、提升產品質量，并且減少人為失誤。自動化生產線尤其在電子、汽車、家電等行業得到了廣泛應用，其中自動組裝工作站作為核心組成部分，發揮著重要的作用。自動組裝工作站通過自動化設備、機器人、傳送帶等技術完成復雜的組裝任務，替代了人工操作，顯著提升了生產效率和產品一致性。自動組裝工作站的核心功能是完成產品的組裝過程，通常涉及多個環節，如元件的搬運、裝配、檢測、緊固等任務。隨著生產工藝的不斷復雜化，自動組裝系統面臨的挑戰也日益增多。主要問題包括:系統集成與協調：自動組裝工作站需要協調多臺設備與機器人系統，確保各個環節的流暢銜接。這要求各個設備和系統之間具備良好的通訊與協作能力，任何一個環節的失誤都可能導致整個生產線的停滯。生產過程的復雜性：現代產品的結構和裝配要求越來越復雜，傳統的自動化生產線可能無法滿足多樣化的生產需求，如何靈活應對不同產品的生產成為關鍵問題。生產線瓶頸與優化問題：在實際的生產過程中，自動組裝工作站可能會因為設備故障、操作不當或物料供應不及時而出現瓶頸，影響整體的生產效率和交付周期。因此，如何實時發現并解決瓶頸問題，優化生產過程，是許多企業亟待解決的難題。設備調試與維護難度：自動組裝工作站通常需要較為復雜的設備調試，尤其在初期調試階段，由于沒有完善的仿真驗證，可能出現許多難以預見的故障與問題。此外，生產中出現的問題也往往需要頻繁的設備維修與調整，增加了維護成本和停機時間。為了解決上述問題，現代制造業逐漸采用虛擬仿真技術進行生產線的設計與優化。仿真技術可以在實際設備投入生產之前，對工作站進行全面的驗證與優化，避免了傳統方式中的高風險和高成本問題。NXMCD（NXMotionControlDesign）是由西門子（Siemens）公司推出的一個集成化仿真工具，廣泛應用于自動化生產線的建模、仿真與優化。NXMCD通過對機械臂、傳送帶、傳感器等設備的運動學、動力學分析，以及與控制系統的結合，能夠在虛擬環境中對整個自動組裝工作站進行精確的仿真和調試。因此，采用NXMCD對自動組裝工作站進行仿真與優化，不僅能在早期階段識別和解決設計中的問題，還能夠提高生產線的柔性與可靠性，從而降低生產成本，縮短生產周期。研究意義隨著NXMCD在自動化領域的應用逐漸深入，如何在自動組裝工作站的設計和生產中充分利用該工具，進行精確的仿真、優化和驗證，已成為當今制造業的一項重要課題。本研究的意義主要體現在以下幾個方面：提升工作站設計精度與效率：通過NXMCD的仿真分析，能夠在設計階段發現潛在問題并進行優化，減少了試驗調試階段的反復調整，提高了設計效率。優化生產流程與提高生產效益：通過對自動組裝工作站各環節的仿真與優化分析，能夠有效發現生產過程中的瓶頸，優化生產線的布局和作業流程，提升生產線的整體效率。推動智能制造的發展：本研究通過應用NXMCD進行自動組裝工作站的仿真與優化，不僅為自動化生產線的設計提供了科學依據，也為智能制造技術的研究和應用提供了實踐經驗。本研究不僅可以為企業提供一種高效、低成本的自動組裝工作站設計與優化方法，也能推動智能制造、工業4.0等新興技術在生產實踐中的落地與發展，對現代制造業的轉型升級具有重要的理論價值和應用意義。二、國內外研究現狀1.國外研究現狀在歐美和日本等工業強國，自動組裝工作站廣泛應用于汽車、電子、消費品等多個行業，特別是在汽車和電子制造領域。以汽車制造業為例，自動組裝工作站用于完成汽車的部分或全自動裝配任務，如汽車發動機的組裝、車身的焊接與裝配等，已取得顯著的生產效益和技術突破。在電子行業，自動組裝工作站已被廣泛應用于手機、電腦、家電等的元件裝配中，不僅提高了生產效率，還有效保證了產品質量和一致性。NXMCD作為西門子公司推出的運動控制仿真工具，在全球自動化行業中被廣泛應用。NXMCD能夠模擬復雜的機械運動、機器人操作和控制系統，通過虛擬仿真幫助設計工程師優化系統設計，提高工作站的效率與穩定性。2.國內研究現狀在國內，隨著制造業轉型升級和智能制造的推廣，自動化技術和仿真技術的應用逐漸取得了顯著進展。尤其在汽車、電子、機械等領域，自動組裝工作站的應用和發展取得了一定的成效。然而，整體水平與國際先進水平仍有一定差距，尤其是在高端設備和技術的自主研發方面。隨著仿真技術在國內應用的逐步推廣，國內一些大型企業和研究機構已開始在生產線設計和優化中應用仿真工具。中科院自動化研究所、華中科技大學等科研機構，在自動化與仿真技術研究方面取得了不少成果。國內的一些軟件公司，如遠景科技、中望軟件等，也在不斷推進仿真軟件的自主研發和應用。三、研究目標通過運用NXMCD平臺，建立一個符合實際生產需求的自動組裝工作站虛擬模型。該模型將包括自動化設備（如機械臂、傳送帶）的運動學和動力學特性，并能夠對各個模塊的運動行為進行仿真模擬。本次研究的自動組裝工作站仿真與生產應用，是基于NXMCD平臺進行智能自動組裝工作站的三維建模，建模包括工作站布局，傳送帶，抓取裝置以及監控識別系統的位置及數量、輸送系統、檢測設備等自動化設備。在TIAPortalV16軟件中，依據工作站的功能需求和運動特性，進行PLC控制系統的編程與設計，并對程序進行優化，以實現對產品的精準控制和實時監控。編程設計完成后，將PLC程序導入NXMCD，進行機電聯動的虛擬仿真調試，最終驗證設計單元的可行性。四、研究內容第一章緒論1.1國內研究現狀1.2國外研究現狀1.3研究意義第二章基于NXMCD自動組裝工作站的組成2.1選定工作站生產需要2.2工作站流程分析2.3設計選用工件2.4設計選用機器人（裝配手，吸盤手設計）2.5工作站整體布局2.6工作站仿真序列的創建2.7小結第三章組裝工作站控制程序設計3.1PLC選型及工作站應用3.2設計變量表3.3PLC控制程序設計3.4HMI設計3.5小結第四章組裝工作站虛擬仿真4.1NXMD信號連接4.2聯合虛擬調試4.3機電聯合虛擬結果分析4.4小結第五章組裝工作站生產應用5.1PLC外部接線5.2生產問題以及規避方案5.3實際應用5.4小結第六章總結參考文獻附錄研究內容以及技術路線通過查閱文獻案例，確定研究方向通過查閱文獻案例，確定研究方向以及設計方向確定零件參數模型以及對整體布局進行規劃在NXMCD軟件里進行定義機械概念物理屬性以及仿真環境搭建使用博圖軟件編寫PLC代碼，導入NX根據實際生產情況，調整PLC編程完成通訊，進行虛擬聯調，最后完成論文撰寫自動組裝工作站設計：對工作站的設備進行系統性分析，確定工作站的核心組件，如機器人臂、自動輸送系統、傳感器等。使用NXMCD對各個設備進行三維建模，設計自動組裝流程，包括物料搬運、裝配操作、質量檢測等過程。仿真與優化：利用NXMCD的運動仿真功能，對工作站進行動態模擬，確保機器人與設備的協同工作，驗證工作站設計的合理性。進行碰撞檢測和路徑規劃，優化機器人動作軌跡，避免機械干涉和運動沖突。分析工作站的生產效率，優化自動化設備的運行順序與協作方式，提出優化方案。生產應用與測試：將仿真優化的工作站方案應用于實際生產環境，評估仿真結果與實際生產情況的差異。通過現場測試，驗證仿真結果的準確性，檢查工作站運行的穩定性和可靠性，進行進一步的改進和優化。SHAPE優化方案與總結：綜合仿真與實際生產應用的測試結果，提出優化建議，提升工作站設計的靈活性、效率和可擴展性。SHAPE

六、研究工作基礎NXMCD仿真建模：使用NXMCD進行工作站的建模和運動仿真，借助該平臺強大的運動學分析功能，模擬工作站中各類設備的運動。SHAPE虛擬與現實對比：通過對比仿真結果與實際生產數據，分析仿真技術在實際應用中的適用性和效果。優化算法：通過數據分析與優化算法，進行工作站設計的調整和優化，確保系統的高效性和穩定性。實驗驗證：在實驗室或實際生產環境中對仿真模型進行驗證，獲取第一手數據。自動組裝工作站的仿真模型：通過NXMCD建立一個完善的自動組裝工作站仿真模型，涵蓋機器人、輸送設備、傳感器等多個組成部分，進行完整的動態仿真。優化建議與改進方案：根據仿真分析和實際應用情況，提出針對自動組裝工作站的優化建議，解決現有工作站在生產過程中可能出現的問題。仿真與生產應用的結合：通過實際生產數據的驗證，展示仿真技術在自動組裝工作站設計中的應用效果，推動工業4.0智能制造技術的普及。參考文獻[1]熊有泉,胡圣凱,許熊·奧,等.基于MCD和PLC的機器人運料和AGV小車入庫虛擬仿真控制系統設計[J].軟件,2023,44(06):15-20.[2]劉曉卉,趙衛衛,軒亮.基于KUKA工業機器人的智能制造產線包裝系統設計及優化[J].江漢大學學報(自然科學版),2024,52(05):34-42.DOI:10.16389/42-1737/n.2024.05.004[3]郭巨寶.一種KUKA機器人工件坐標系的建立及逼近方法研究[J].汽車零部件，2024，（05）22-26.DOI:10.19466/ki.1674-1986.2024.5.005..[4]馮凌云,曾祥蘋,李琴,等.基于輸送帶及視覺跟蹤的機器人分揀包裝工作站仿真[J].包裝工程,2023,44(13):227-235.DOI:10.19554/ki.1001-3563.2023.13.027.[5]王樹梅.智能倉儲控制系統設計與PLC控制技術的融合模式探析[J].江西電力職業技術學院學報,2020,33(03):19-21.[6]計詩軒,周馳.基于SolidWorks的虛擬調試系統設計與實現[J].機電工程技術,2021,50(04):30-34.[7]孟慶森,張宏偉,王新環.基于SIMIT和MCD的并聯機器人數字孿生實驗系統設計[J].實驗技術與管理,2023,40(06):135-141+161.DOI:10.16791/ki.sjg.2023.06.021.[8]陳艷芳，鄒武，魏娜莎等.智能制造時代機械設計制造及其自動化技術研究[M].北京：中國原子能出版社,2022.57-60.[9]劉夢園.基于數字孿生的碼垛工作站虛擬調試關鍵技術研究[D].河南工業大學,2024.DOI:10.27791/ki.ghegy.2024.000257.[10]Bloss,Richard.Robotsusemachinevisionandothersmartsensorstoaidinnovativepicking,packingandpalletizing[J].TheIndustrialRobot,2013,40(6):525-529.[11]Dexterity;Dexterity,Inc.IntroducesIntelligentRobotsforWarehouseAutomationthatPick,Move,PackandCollaborate[J].MedicalLetterontheCDC&FDA,2020,[12]LiuJ,ZhangK.DesignandSimulationDebuggingofAutomobileConnectingRodProductionLineBasedontheDigitalTwin[J].AppliedSciences,2023,13(8):1-22.[13]陳江波.電氣自動化設備中PLC控制系統的運用研究[J].數字通信世界,2022(10)：115-117.[14]顧和祥.運動控制系統應用及實例解析[M].北京:機械工業出版社,2022.312-315.[15]洪晴,張紅新,李唐.基于NXMCD的虛擬仿真實訓平臺構建研究[J].信息與電腦(理論版),2021,33(18):224-226.SHAPE實行計劃起止時間<項日計劃2024年11月26日-2024年11月29日研究課題的設計查閱相關材料和做一個大概了解2024年12月1日-2024年12月4日完成任務書