1 前言
以豐田汽車公司為代表的精益生產生產方式，其主要特征是對市場變化的快速反應能力、同一條流水線可以生產不同的產品、適時供應、多技能和具有團隊精神的勞動力、對生產過程不斷改進的動力與能力。精益生產是多品種小批量條件下的最優生產方式，實施精益生產會給企業帶來巨大的收益，因而被譽為第二次生產方式革命。時至今日，隨著制造和管理技術的不斷提高，精益生產的含義已經超越了當初的含義。
實現精益生產，最基本的一條就是消滅浪費。精益生產將企業生產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是各個企業不斷追求的目標。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，物資從進廠到出廠，只有10%的時間是增值的，精益生產成功秘訣就在于將提高效率的著眼點轉移到占90%時間的非增值活動上去。基于事件（信號）的Line Simulation正是以減少浪費為出發點，優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，觸發精益生產的有效工具。
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。從精益生產角度來講，優化增值時間是我們需要優先考慮的問題。
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，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。從精益生產角度來講，減小非增值時間是我們需要優先考慮的問題。
2.3生產線仿真
Line Simulation是指用基于事件（信號）觸發仿真進程的仿真，信號控制的軟件基礎是Process Simulation軟件的事件觸發機制。事件觸發機制，是指由工藝過程中的邏輯和發生事件出發的信號來決定仿真進程的方法。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，與仿真軟件自帶的機器人控制模塊結合，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，可以進行OLP離線編程（Off Line Programming）。
圖2 機器人仿真控制模塊的關系圖
2.4 生產線仿真與增值時間/非增值時間的關系
基于信號觸發的生產線仿真，最大程度的模擬了車身車間生產線的實際情況，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。
3 生產線仿真與精益生產
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。增值時間能優化么？工程師往往忽略了這個問題，認為這是必要的時間，不能優化。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，進槍；（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。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，相關的焊槍臂移動距離可以按照需要調整。對于GEO定位焊接工位，由于焊點較為分散，夾頭等定位基準較多，焊槍焊接不同焊點的時候，需要避開定位基準，繞過有遮擋的零件，可以把焊槍臂的移動距離調整的大一點，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，夾頭等定位基準較少，焊接過程不需要避讓太多定位基準，可以把焊槍臂的移動距離調整的小一點，可以有效減少焊接時間。進槍出槍過程中，焊槍臂的開檔參數可以在仿真軟件中機器人示教器（Teach Pendant）調整（見圖4）。
圖4 焊槍臂開檔的設置
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系在一起的。而機器人的姿態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，不必多說，仿真工程師在仿真過程中重點關注的內容就是機器人姿態。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），進行機器人配重設置。
圖5 機器人配重設置對話框
3.2 line simulation對非增值時間的仿真
3.2.1 line simulation對路徑點的優化
路徑點，是機器人從一個工作姿態轉化到下一個工作姿態的時候，繞過障礙物或者變化機器人姿態添加的過程點。這些點消耗了機器人的時間，但并沒有創造價值。我們可以通過優化路徑，在機器人運動沒有干涉的情況下盡量減少路徑點。同時，優化機器人各個關節的角度，也可以有效提高機器人的運行速度。
3.2.2 line simulation對工藝的優化
車身工藝工程師，在初分配焊點的時候，考慮到定位基準、機器人的可達性等因素，會將距離較近的點分在一起，尤其是補焊工位。例如，門檻板區域的焊點（見圖6）。一部分焊點的法向投影為車身坐標Z方向，另一部分焊點的法向投影為車身坐標的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不同，焊槍需要轉一定的角度，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，可以根據焊接姿態進行工藝上的調整和優化，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 不同焊點對應的不同焊接姿態
4 生產線仿真模式對精益生產的影響
生產線仿真把車身車間的生產工藝與邏輯控制模塊建立起聯系，使用信號控制仿真的進程，使仿真過程更接近生產現場的實際情況，與傳統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，維修和操作上的問題等因素，具有以下明顯的優勢：
4.1 精確計算工位節拍（Cycle time）
傳統的單工位robcad仿真，對于基于信號控制的工藝無法進行有效的模擬。例如，多機器人焊接工位，機器人之間存在干涉區，機器人需要等待對方機器人發出的不在干涉區的信號A，來觸發自身繼續工作進入干涉區（Seg*cont go）的信號B。傳統的基于時間的仿真，只能通過volume計算靜態的機器人包絡線之間是否有干涉，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模塊后的節拍仿真精度可以達到95%。
4.2 分析和優化復雜生產模式的工藝
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聯系起來，因此，它可以分析不同車型混線生產，每隔一定時間換電極帽，換焊槍，維修設備等等非每一個循環都發生事件的復雜情況的仿真，得出更為精確的生產節拍。以計算數值為基礎，而不是已估計數值和預留余量為基礎，分析復雜工藝，可以減少車身工藝工時浪費，精益生產。
5 結束語
基于事件（信號）的Line Simulation，相比傳統的基于時間的仿真前進了一步，它更貼近現實，對真實的復雜的車身工藝指導意義更大。生產線仿真的過程，從傳統的驗證可達性進一步提升，能夠減少工藝過程中的等待，優化車身工藝，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有重要的指導意義。
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