基于SketchUp 的可视化精密装配车间布局研究

马小杰，童科娜，柴艳红，刘海东，李学文

（上海航天电子技术研究所，上海 201109）

引言

在以往的精密装配车间工艺布局中，主要采用Auto CAD 绘制厂房二维工艺布局图，但对于某些大型产品的精密装配，因其产品及配套设施设备尺寸形状较大，装配过程中需要用到行车吊装并进行登高作业，所以二维工艺布局图不能直观的反映场地对高度空间的要求，且效率低、不直观。而面对提升生产能力的迫切要求，急需快速、高效、可视化的工艺布局方法。

采用三维可视化工艺布局可清楚地模拟生产场地空间实际利用情况，模拟实际物流运输、产品吊装周转、机械装配、登高作业等实际生产场景，可明确操作人员的工作空间、生产流程路线，消除空间浪费和干涉，优化工艺布局设计。

1 SketchUp 简介及其在车间布局中的优势

1.1 SketchUp 简介

SketchUp 又被称之为“草图大师”，是一款直接面向设计方案创作过程的三维设计软件，操作简单、直观，易于上手，被广泛应用于建筑三维设计。SketchUp 可以通过导入厂房AutoCAD 平面图纸进行快速建模，建模过程简单迅速，通过拉伸缩放、阵列复制等操作，即可快速将平面图纸可视化。

1.2 SketchUp 的优势

SketchUp 软件的自带导入导出功能直接导入Auto－CAD 等软件绘制的二维平面图纸，用户通过拉伸缩放、阵列复制等命令能够快速将二维平面图纸转化为三维可视化模型。与其他三维软件相比，SketchUp 软件界面简洁明了，容易自学，避免了类似软件操作复杂、初学者难以快速入门的问题。SketchUp 软件还有对电脑配置要求相对较低的优势，最新版本大小仅几百兆，运行平稳、体验极佳。另外SketchUp 软件拥有许多扩充性插件，可以按照自己的需求下载安装各类绘图、动画制作、光影效果等插件，极大满足了各类三维建模的需求[1-3]。

2 精密装配车间三维布局

2.1 使用SketchUp 创建三维模型素材库

采用SketchUp 软件创建车间内部生产所需的各类设施、设备等，也可以从软件相关论坛下载别人共享的模型素材，如精密装配平板、工作台、机床、叉车、行车、货架、登高作业车、周转箱、工具柜以及工人模型等，从而打造精密装配车间的常用设施设备组件库，部分如图1 所示。

2.2 使用SketchUp 创建产品、工装素材库

采用SketchUp 软件创建本公司在精密装配车间生产的各类产品及其精密装配时所需工装的简化模型，也可以从设计师用UG、PROE、SoildWorks 等三维设计软件绘制的产品三维模型通过简化、文件格式转换后导入SketchUp，从而打造精密装配车间生产的各类产品及工装模型库，部分如图2 所示。

2.3 使用SketchUp 创建车间三维模型

图1

图2

图3

图4

先在AutoCAD 中，隐藏或删除建筑平面图纸中轮廓线以外的线条。将修改之后的AutoCAD 图纸导入SketchUp 软件中，注意比例缩放。再采用该SketchUp 软件的推/拉、旋转、缩放等功能建立厂房的可视化模型，然后进行厂房模型的材质贴图、光照渲染等操作，图3 即为某精密装配车间的毛坯模型。

2.4 使用SketchUp 对精密装配车间开展布局

采用该SketchUp 软件以及前期准备的各类素材库，即可开展精密装配车间的工艺布局，根据生产流程在车间模型内部摆放各类工位以及主要的设备，可以清晰、快速的反映车间工艺布局改造后的实际生产场景，如图4所示。

生产车间可视化三维布局不仅可以让车间使用部门更深入的理解和认识工艺布局方案，而且能让车间使用部门也参与到工艺布局中来，让工艺师与车间使用部门拉近距离，这种深入的沟通能让工艺布局方案更加的合理[4]，降低了车间生产布局改造后局部调整的概率，有利于车间生产布局改造尽快开工投产。

另外SketchUp 还配有动画插件，可以生成AVI 或MP4 格式的视频动画，进行厂房内生产场地漫游、物资周转、生产装配节奏演示。

由于车间和各类设备、设施模型均按与实际的比例1∶1 进行三维建模，所以使用SketchUp 进行可视化布局仿真不但直观、而且数据准确，可作为工艺布局阶段强有力的评估工具[5]。

通过可视化布局仿真，可以明显的发现原平面工艺布局图中的许多问题。如：

（1）平面工艺布局图未充分考虑精密装配工位与附近待装零部件暂存区物流空间。

（2）平面工艺布局图只能显示行车平面工作的移动范围，而只有在三维可视化模型里才能发现其吊装高度面对在工装上装配的某些类产品略有不足。

（3）在平面工艺布局图中，不能展示安全生产、质量要求等文明生产标志、标语，车间文化墙等，而在三维可视化模型里可以和现实中一样，可自由布置所需的标志、标语，评估其安装位置，保证车间美观。

同时由于有了常用设施设备组件库，可以用类似搭积木的方式快速建立其他车间的可视化模型，大大提高了工艺布局设计的速度，降低了相关工程设计的难度，对于场地布局研究具有重要的参考价值。

3 结束语

基于SketchUp 的可视化精密装配车间布局是生产车间工艺布局的一个积极探索，利用它能快速建立三维模型，并且能够直观的得到各种生产设施设备及整体工艺流程的三面正投影图像，变抽象为具像功能。

将SketchUp 应用于车间工艺布局设计领域，建立了车间快速三维成图的方法和构建了本公司生产车间各类常用的设备设施的三维组件库，从而可对生产车间根据实际生产情况快速布局，并进行三维静态和动画演示，解决了室内设计施工图表达和效果图表达的问题，构建了一个高效、具有良好沉浸感的室内设计系统，让使用部门更直观的了解场地工艺布局情况，让工艺布局方案可以更好的得到实现，更有力的体现了工艺布局的价值。