2. 生产线布局任务建模
在 ROBOGUIDE 中做布局与可达性验证，第一步不是拖机器人，而是把真实产线的“任务”翻译成软件能识别的输入条件。所谓布局任务建模，就是回答四个问题：产线上有哪些设备、工件如何流动、工位承担什么作业、物流以什么方式连接。这四个问题定义清楚，后续的机器人选型、可达性测试、节拍估算才有意义；定义不清，仿真就只是好看的动画。
一、从产线需求到建模对象的映射
实际产线需求通常以工艺文件、产能目标和车间平面图的形式给出。建模时要把它们拆成可参数化的对象。以一条典型的“机加上下料+视觉检测+码垛”单元为例，需求可能是：CNC 加工中心 2 台、视觉检测台 1 个、成品码垛位 1 个、来料托盘 1 个，节拍要求 45 秒/件。这些需求对应的建模对象包括：
- 设备对象：CNC1、CNC2、视觉检测台、码垛台、来料托盘。每个设备需要记录外形尺寸、安装高度、操作面朝向、门/夹具的开口位置。
- 工件对象：毛坯、半成品、成品。需要定义几何尺寸、重量、抓取特征（如圆柱面、平面、孔位）。
- 工位对象：上料工位、CNC1 加工位、CNC2 加工位、检测工位、码垛工位。工位是设备与工件发生作业关系的逻辑位置。
- 物流关系：机器人取放路径、托盘与工位的相对位置、AGV 或输送线的接口点。
这些对象不是孤立罗列，而是通过“工件在工位间的流转”串成任务链。建模时建议先画一张任务链草图，再在 ROBOGUIDE 中按草图布置。
二、设备与工位的坐标定义
ROBOGUIDE 使用世界坐标系（World）作为全局参考，每个设备、工位、工件都可以有自己的局部坐标系。布局建模的关键是统一参照：所有设备的位置和朝向都相对于世界坐标系定义，机器人基座也放在世界坐标系中。这样当某个设备位置调整时，只需修改其世界坐标，机器人可达性分析会自动更新。
以示例单元为例，假设车间地面为 XY 平面，Z 轴向上。定义机器人基座位于世界原点 (0, 0, 0)，机器人前方为 +X 方向。设备布置如下（示例参数，仅用于教学说明）：
| 对象 | 世界坐标 (X, Y, Z) / mm | 朝向 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 机器人基座 | (0, 0, 0) | +X | 六轴机器人，臂展约 1.4 m |
| 来料托盘 | (900, -600, 0) | 面向 +X | 毛坯存放，托盘面高 150 mm |
| CNC1 | (1200, 0, 0) | 操作门朝 -X | 加工位在门内 300 mm |
| CNC2 | (1200, 800, 0) | 操作门朝 -X | 与 CNC1 并排 |
| 视觉检测台 | (600, 900, 0) | 台面朝 +X | 检测位在台面中心 |
| 码垛台 | (0, 1200, 0) | 台面朝 +X | 成品码放，托盘面高 200 mm |
坐标定义完成后，在 ROBOGUIDE 中依次导入或创建这些设备模型，并设置它们的本地坐标系原点。注意：设备的本地坐标系原点应尽量选在“与机器人交互的特征点”上，例如 CNC 的夹具中心、检测台的检测位中心、码垛台的托盘中心。这样后续示教目标点时可以直接引用设备坐标系，减少换算错误。
三、工件与物流关系的建模
工件建模不只是画一个方块。需要定义工件的抓取特征和放置特征。例如毛坯为圆柱体，直径 80 mm、高 60 mm、重 2.5 kg，机器人用两指夹爪从圆柱面抓取；成品为长方体，需要码垛到托盘上，放置精度要求 ±2 mm。这些信息决定了机器人末端执行器的选型和抓取姿态。
物流关系建模的核心是“工件从哪来、到哪去、经过哪些工位”。在 ROBOGUIDE 中可以用工件流（Part Flow）或事件（Event）来描述。示例任务链如下：
- 机器人从“来料托盘”抓取毛坯，移动到“CNC1 上料位”。
- CNC1 加工完成后，机器人从“CNC1 下料位”抓取半成品，移动到“CNC2 上料位”。
- CNC2 加工完成后，机器人抓取半成品，移动到“视觉检测台”。
- 检测合格后，机器人抓取成品，移动到“码垛台”按层码放。
这条任务链中，每个“抓取”和“放置”都是一个机器人目标点（Target）。目标点的位置、姿态和接近方向需要根据设备接口和工件特征确定。例如 CNC 上料位在夹具中心上方 100 mm 处，接近方向为 -Z；码垛放置位在托盘上方，接近方向为 -Z，放置后需要退刀 50 mm。
四、建立布局验证的输入条件
完成上述对象和关系定义后，需要整理成一份“布局验证输入条件表”，作为后续可达性分析和节拍仿真的依据。这份表至少应包含以下字段：
- 设备清单：设备名称、型号、外形尺寸、安装坐标、操作面朝向、接口点坐标。
- 工件清单：工件名称、几何尺寸、重量、抓取特征、放置精度要求。
- 工位清单：工位名称、所属设备、工位坐标、作业内容、作业时间（示例：CNC 加工 30 s，检测 8 s）。
- 物流关系：起点工位、终点工位、搬运方式、路径约束（如必须绕过 CNC 门框）。
- 机器人参数：型号、臂展、负载、重复定位精度、安装方式（地面/倒挂/壁挂）。
五、建模中的常见问题与检查点
实际建模时容易出现的错误包括：设备坐标原点选在几何中心而非交互特征点，导致示教目标点偏移；工件抓取特征未定义，导致夹爪姿态无法确定；物流路径未考虑设备门框或安全围栏的干涉。建议在建模完成后做三项检查：
- 坐标一致性检查：所有设备、工位、机器人的世界坐标是否在同一参照系下，Z 轴方向是否统一向上。
- 可达性预判：用机器人臂展和安装位置粗略判断最远工位是否在可达范围内。例如臂展 1.4 m，最远工位距离基座约 1.5 m，则存在可达性风险，需要调整布局或更换机型。
- 物流闭环检查：从毛坯到成品的每一步是否都有明确的起点和终点，是否存在“工件凭空出现或消失”的断点。
只有输入条件完整、坐标定义一致、物流关系闭环，后续在 ROBOGUIDE 中做的可达性验证和节拍分析才具有工程参考价值。布局任务建模的本质，是把真实产线的物理约束和工艺逻辑，转化为软件可计算、可验证的数据模型。