1 前言
以豐田汽車公司為代表的精益生產(chǎn)生產(chǎn)方式，其主要特征是對市場變化的快速反應(yīng)能力、同一條流水線可以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品、適時供應(yīng)、多技能和具有團(tuán)隊精神的勞動力、對生產(chǎn)過程不斷改進(jìn)的動力與能力。精益生產(chǎn)是多品種小批量條件下的最優(yōu)生產(chǎn)方式，實施精益生產(chǎn)會給企業(yè)帶來巨大的收益，因而被譽為第二次生產(chǎn)方式革命。時至今日，隨著制造和管理技術(shù)的不斷提高，精益生產(chǎn)的含義已經(jīng)超越了當(dāng)初的含義。
實現(xiàn)精益生產(chǎn)，最基本的一條就是消滅浪費。精益生產(chǎn)將企業(yè)生產(chǎn)活動按照是否增值劃分為三類：增值活動、不增值尚難以消除的活動、不增值可立即消除的活動。精益生產(chǎn)將所有的非增值活動都視為浪費，減少非增值活動，追求最大程度的精益生產(chǎn)是各個企業(yè)不斷追求的目標(biāo)。長期以來，人們重視增值活動的效率改善而忽視向非增值活動的挖潛。研究表明，物資從進(jìn)廠到出廠，只有10%的時間是增值的，精益生產(chǎn)成功秘訣就在于將提高效率的著眼點轉(zhuǎn)移到占90%時間的非增值活動上去�；谑录ㄐ盘枺┑腖ine Simulation正是以減少浪費為出發(fā)點，優(yōu)化車身車間工藝機器人工藝中的增值活動，減少其非增值活動，觸發(fā)精益生產(chǎn)的有效工具。
2 增值時間與非增值時間
2.1 車身車間的增值時間
針對車身車間來講，增值時間顧名思義，增加車身價值的時間，從另一個角度理解，可以認(rèn)為是客戶愿意支付費用的時間。比如：焊接、涂膠、上料等等。從精益生產(chǎn)角度來講，優(yōu)化增值時間是我們需要優(yōu)先考慮的問題。
2.2 車身車間的非增值時間
針對車身車間來講，非增值時間，與增值時間相對應(yīng)，指不能增加車身價值的時間。比如：操作工的走動、休息，機器人之間的等待等等。從精益生產(chǎn)角度來講，減小非增值時間是我們需要優(yōu)先考慮的問題。
2.3生產(chǎn)線仿真
Line Simulation是指用基于事件（信號）觸發(fā)仿真進(jìn)程的仿真，信號控制的軟件基礎(chǔ)是Process Simulation軟件的事件觸發(fā)機制。事件觸發(fā)機制，是指由工藝過程中的邏輯和發(fā)生事件出發(fā)的信號來決定仿真進(jìn)程的方法。定義好的工藝順序只是整個邏輯模塊定義中的一個元素。由于在一個仿真中發(fā)生的事件可以有很多種，同一個工藝的每一個仿真過程都可以是獨一無二的。
圖1 Process Simulation 軟件的信號控制對話框
在西門子公司Tecnomatix軟件的Process Simulation仿真軟件中，機器人仿真模塊Robotics必須和機器人控制器連起來才能有效工作。仿真軟件中使用RRS（Realistic Robot Simulation）作為默認(rèn)機器人控制器，控制機器人仿真的運行。RRS是仿真軟件對機器人真實控制器的模擬，和機器人的真實控制器還有一定的區(qū)別，因此其精度較低。機器人廠商提供RCS是實際機器人控制器的軟件模型，和實際機器人控制器相對應(yīng)，與仿真軟件自帶的機器人控制模塊結(jié)合，可以有效提高仿真精度。在與機器人控制器RCS連接后，精確驗證機器人路徑和時間后，可以進(jìn)行OLP離線編程（Off Line Programming）。
圖2 機器人仿真控制模塊的關(guān)系圖
2.4 生產(chǎn)線仿真與增值時間/非增值時間的關(guān)系
基于信號觸發(fā)的生產(chǎn)線仿真，最大程度的模擬了車身車間生產(chǎn)線的實際情況，通過仿真，可以有效的減少非增值時間，提高車身車間的效率，精益生產(chǎn)。
3 生產(chǎn)線仿真與精益生產(chǎn)
3.1 line simulation對增值時間的仿真
3.1.1 line simulation焊接時間的模擬
對于車身車間來講，焊接操作是最重要的一種增值時間。增值時間能優(yōu)化么？工程師往往忽略了這個問題，認(rèn)為這是必要的時間，不能優(yōu)化。其實，這里面大有文章。以伺服焊槍焊接為例：焊接過程可以大致分為4步：（1）焊槍臂打開狀態(tài)，進(jìn)槍；（2）焊槍臂閉合，在焊點位置與零件接觸；（3）焊槍加壓；（4）焊槍臂打開，退槍（見圖3）。在這個過程中，第二步和第三步，是由軟件自動控制的，仿真工程師可以關(guān)注第一步和第四步。
公式1 焊槍臂移動時間=焊槍臂移動距離÷焊槍臂移動的速度
圖3 焊接過程圖
根據(jù)公式1，相同焊槍的焊槍臂移動速度相同，那么焊槍臂移動的時間就和焊槍臂移動的距離息息相關(guān)。移動距離越短則移動的時間越短。在車身車間，焊點位置不同，相關(guān)的焊槍臂移動距離可以按照需要調(diào)整。對于GEO定位焊接工位，由于焊點較為分散，夾頭等定位基準(zhǔn)較多，焊槍焊接不同焊點的時候，需要避開定位基準(zhǔn)，繞過有遮擋的零件，可以把焊槍臂的移動距離調(diào)整的大一點，最大不超過焊槍的最大開檔；對于補焊工位，由于焊點較為集中，夾頭等定位基準(zhǔn)較少，焊接過程不需要避讓太多定位基準(zhǔn)，可以把焊槍臂的移動距離調(diào)整的小一點，可以有效減少焊接時間。進(jìn)槍出槍過程中，焊槍臂的開檔參數(shù)可以在仿真軟件中機器人示教器（Teach Pendant）調(diào)整（見圖4）。
圖4 焊槍臂開檔的設(shè)置
3.1.2 line simulation對機器人運動時間的模擬
機器人的有效工作時間，是和機器人的速度密切聯(lián)系在一起的。而機器人的姿態(tài)和機器人配重又是機器人運行速度的重要影響因素。機器人的姿態(tài)，不必多說，仿真工程師在仿真過程中重點關(guān)注的內(nèi)容就是機器人姿態(tài)。機器人配重，有些時候，往往被仿真工程師所忽略。因為機器人配重的正確與否，并不直接影響機器人的可達(dá)性，看似影響不大。實際上，機器人配重的變化，會對機器人的速度有影響。負(fù)重越大速度越慢。在仿真軟件中，連接機器人的真實控制器的軟件模塊RCS，可以較為準(zhǔn)確的計算出配重對機器人速度的影響。在機器人屬性中，可通過PaylOAd definition對話框（見圖5），進(jìn)行機器人配重設(shè)置。
圖5 機器人配重設(shè)置對話框
3.2 line simulation對非增值時間的仿真
3.2.1 line simulation對路徑點的優(yōu)化
路徑點，是機器人從一個工作姿態(tài)轉(zhuǎn)化到下一個工作姿態(tài)的時候，繞過障礙物或者變化機器人姿態(tài)添加的過程點。這些點消耗了機器人的時間，但并沒有創(chuàng)造價值。我們可以通過優(yōu)化路徑，在機器人運動沒有干涉的情況下盡量減少路徑點。同時，優(yōu)化機器人各個關(guān)節(jié)的角度，也可以有效提高機器人的運行速度。
3.2.2 line simulation對工藝的優(yōu)化
車身工藝工程師，在初分配焊點的時候，考慮到定位基準(zhǔn)、機器人的可達(dá)性等因素，會將距離較近的點分在一起，尤其是補焊工位。例如，門檻板區(qū)域的焊點（見圖6）。一部分焊點的法向投影為車身坐標(biāo)Z方向，另一部分焊點的法向投影為車身坐標(biāo)的Y方向。雖然這些焊點離的很近，但是機器人帶焊槍焊接時的姿態(tài)不同，焊槍需要轉(zhuǎn)一定的角度，在翻槍的過程中花費了一定的時間，這個時間也屬于非增值時間。仿真工程師在驗證焊點的時候，可以根據(jù)焊接姿態(tài)進(jìn)行工藝上的調(diào)整和優(yōu)化，可以有效減少不必要的時間，將cycle time最大程度的用在焊接上。
圖6 不同焊點對應(yīng)的不同焊接姿態(tài)
4 生產(chǎn)線仿真模式對精益生產(chǎn)的影響
生產(chǎn)線仿真把車身車間的生產(chǎn)工藝與邏輯控制模塊建立起聯(lián)系，使用信號控制仿真的進(jìn)程，使仿真過程更接近生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，與傳統(tǒng)的基于時間的仿真相比，能夠考慮到了更多的因素，如：失效模式，混線生產(chǎn)，維修和操作上的問題等因素，具有以下明顯的優(yōu)勢：
4.1 精確計算工位節(jié)拍（Cycle time）
傳統(tǒng)的單工位robcad仿真，對于基于信號控制的工藝無法進(jìn)行有效的模擬。例如，多機器人焊接工位，機器人之間存在干涉區(qū)，機器人需要等待對方機器人發(fā)出的不在干涉區(qū)的信號A，來觸發(fā)自身繼續(xù)工作進(jìn)入干涉區(qū)（Seg*cont go）的信號B。傳統(tǒng)的基于時間的仿真，只能通過volume計算靜態(tài)的機器人包絡(luò)線之間是否有干涉，不能計算機器人運動過程的干涉，更不能計算機器人通訊需要的時間，也就無從準(zhǔn)確計算整個工位的時間�；谑录ㄐ盘枺┓抡娴膌ine Simulation，可以通過信號精確控制機器人運動，準(zhǔn)確計算工位時間。
基于事件（信號）仿真的line Simulation，還可以通過連接機器人控制模塊（RCS），模擬機器人的初始化時間，伺服焊槍開口大小對節(jié)拍的微小影響。以Siemens Tecnomatix 的Process Simulaiton軟件為例，連接Funac機器人的RCS模塊后的節(jié)拍仿真精度可以達(dá)到95%。
4.2 分析和優(yōu)化復(fù)雜生產(chǎn)模式的工藝
基于事件（信號）的line simulation仿真，具有邏輯控制模塊，可以把工位用到的資源和控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，因此，它可以分析不同車型混線生產(chǎn)，每隔一定時間換電極帽，換焊槍，維修設(shè)備等等非每一個循環(huán)都發(fā)生事件的復(fù)雜情況的仿真，得出更為精確的生產(chǎn)節(jié)拍。以計算數(shù)值為基礎(chǔ)，而不是已估計數(shù)值和預(yù)留余量為基礎(chǔ)，分析復(fù)雜工藝，可以減少車身工藝工時浪費，精益生產(chǎn)。
5 結(jié)束語
基于事件（信號）的Line Simulation，相比傳統(tǒng)的基于時間的仿真前進(jìn)了一步，它更貼近現(xiàn)實，對真實的復(fù)雜的車身工藝指導(dǎo)意義更大。生產(chǎn)線仿真的過程，從傳統(tǒng)的驗證可達(dá)性進(jìn)一步提升，能夠減少工藝過程中的等待，優(yōu)化車身工藝，提高增值時間的效率，降低非增值時間，對車身車間精益生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。
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本文標(biāo)題：基于事件信號觸發(fā)的生產(chǎn)線仿真與精益生產(chǎn)JIT
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