精益生产是多品种、小批量条件下的最优生产方式，实施精益生产会给企业带来巨大的收益，因而被誉为第二次生产方式革命。本文主要阐述了车身工艺基于事件信号触发的生产线仿真对精益生产的影响。

精益生产以丰田汽车公司为代表，其主要特征是对市场变化的快速反应能力、同一条流水线可以生产不同的产品、适时供应、多技能和具有团队精神的劳动力以及对生产过程不断改进的动力与能力。精益生产是多品种、小批量条件下的最优生产方式，实施精益生产会给企业带来巨大的收益，因而被誉为第二次生产方式革命。时至今日，随着制造和管理技术的不断提高，精益生产的含义也已经超越了当初。

实现精益生产，最基本的一条就是要消灭浪费。精益生产将企业生产活动按照是否增值划分为三类：增值活动、不增值尚难以消除的活动以及不增值可立即消除的活动。精益生产将所有的非增值活动都视为浪费，减少非增值活动，追求最大程度的精益生产是各个企业不断追求的目标。

长期以来，人们重视增值活动的效率改善而忽视对非增值活动的挖潜。而研究表明，物资从进厂到出厂只有10％的时间是增值的，精益生产成功的秘诀就在于将提高效率的着眼点转移到占90％时间的非增值活动上去。基于事件（信号）的Line Simulation正是以减少浪费为出发点，优化车身车间工艺机器人工艺中的增值活动，减少非增值活动，触发精益生产的有效工具。

增值时间与非增值时间

1.车身车间的增值时间

针对车身车间来讲，增值时间，就是增加车身价值的时间；从另一个角度理解，也可以认为是客户愿意支付费用的时间，比如：焊接、涂胶以及上料等。从精益生产角度来讲，优化增值时间是我们需要优先考虑的问题。

2. 车身车间的非增值时间

车身车间的非增值时间与增值时间相对应，是指不能增加车身价值的时间，比如：操作工的走动、休息以及机器人之间的等待等。从精益生产角度来讲，减小非增值时间是我们需要优先考虑的问题。

3. 生产线仿真

Line Simulation是指用基于事件（信号）触发仿真进程的仿真过程，信号控制的软件基础是Process Simulation软件的事件触发机制。事件触发机制是指由工艺过程中的逻辑和发生事件触发的信号来决定仿真进程的方法。定义好的工艺顺序只是整个逻辑模块定义中的一个元素，由于在一个仿真中发生的事件可以有很多种，同一个工艺的每一个仿真过程都可以是独一无二的，图1为Process Simulation 软件的信号控制对话框。

在Siemens PLM Software公司Tecnomatix方案的Process Simulation仿真软件中，机器人仿真模块Robotics必须和机器人控制器联接起来才能有效工作。仿真软件中使用RRS（Realistic Robot Simulation）作为默认机器人控制器，控制机器人仿真的运行。RRS是仿真软件对机器人真实控制器的模拟，和机器人的真实控制器还有一定的区别，因此精度较低。机器人厂商提供RCS是实际机器人控制器的软件模型，与实际机器人控制器相对应，与仿真软件自带的机器人控制模块结合后，可以有效提高仿真精度。在与机器人控制器RCS连接后，精确验证机器人路径和时间后，可以进行OLP离线编程（Off Line Programming），机器人仿真控制模块的关系图如图2所示。

4. 生产线仿真与增值时间/非增值时间的关系

基于信号触发的生产线仿真，最大程度模拟了车身车间生产线的实际情况，通过仿真，可以有效地减少非增值时间，提高车身车间的效率，实现精益生产。

生产线仿真与精益生产

1. Line Simulation对增值时间的仿真

（1）Line Simulation对焊接时间的模拟

对于车身车间来讲，焊接操作时间是最重要的一种增值时间，这种增值时间能优化么？工程师往往认为这是必要的时间，不能优化，其实不然。以伺服焊枪焊接为例，焊接过程可以大致分为4步：焊枪臂打开状态，进枪→焊枪臂闭合，在焊点位置与零件接触→焊枪加压→焊枪臂打开，退枪（见图3）。在这个过程中，第二步和第三步是由软件自动控制的，这样仿真工程师可以关注第一步和第四步。

由于焊枪臂移动时间是焊枪臂移动距离与焊枪臂移动的速度的比值，相同焊枪的焊枪臂移动速度也相同，所以焊枪臂移动的时间就和焊枪臂移动的距离息息相关。移动距离越短则移动的时间越短。在车身车间，焊点位置不同，相关的焊枪臂移动距离可以按照需要调整。对于GEO定位焊接工位，由于焊点较为分散，夹头等定位基准较多，焊枪焊接不同焊点的时候需要避开定位基准，绕过有遮挡的零件，这样可以把焊枪臂的移动距离调整大一点，但最大不超过焊枪的最大开档；对于补焊工位，由于焊点较为集中，夹头等定位基准较少，焊接过程不需要避让太多定位基准，可以把焊枪臂的移动距离调整小一点，这样可有效减少焊接时间。进枪出枪过程中，焊枪臂的开档参数可以在仿真软件中的机器人示教器（Teach Pendant）中进行调整（见图3）。

图4  机器人配重设置

（2）Line Simulation对机器人运动时间的模拟

机器人的有效工作时间是和机器人的速度密切联系在一起的。而机器人的姿态和机器人配重又是机器人运行速度的重要影响因素。机器人的姿态不必多说，仿真工程师在仿真过程中重点关注的内容就是机器人姿态。机器人配重有些时候往往被仿真工程师所忽略，因为人们一般认为机器人配重的正确与否并不直接影响机器人的可达性，看似影响不大。实际上，机器人配重的变化会对机器人的速度有影响，且负重越大速度越慢。在仿真软件中，连接机器人的真实控制器的软件模块RCS，可以较为准确地计算出配重对机器人速度的影响。在机器人属性中，可通过Payload definition对话框（见图4）进行机器人配重设置。

2. Line Simulation对非增值时间的仿真

（1）Line Simulation对路径点的优化

路径点是机器人从一个工作姿态转化到下一个工作姿态时，绕过障碍物或者变化机器人姿态添加的过程点。这些点消耗了机器人的时间，但并没有创造价值。我们可以通过优化路径，在机器人运动没有干涉的情况下尽量减少路径点。同时，优化机器人各个关节的角度，也可以有效提高机器人的运行速度。

图5  不同焊点对应的不同焊接姿态

（2）Line Simulation对工艺的优化

车身工艺工程师在初分配焊点的时候，考虑到定位基准、机器人的可达性等因素，会将距离较近的点分在一起，尤其是补焊工位，例如：门槛板区域的焊点（见图5）。一部分焊点的法向投影为车身坐标Z方向，另一部分焊点的法向投影为车身坐标的Y方向。虽然这些焊点离的很近，但是机器人带焊枪焊接时的姿态不同，焊枪需要转一定的角度，在翻枪的过程中花费了一定的时间，这个时间也属于非增值时间。

仿真工程师在验证焊点的时候，可以根据焊接姿态进行工艺上的调整和优化，进而有效地减少不必要的时间，将Cycle time（精确计算工位节拍）最大程度地用在焊接上。

3. 生产线仿真模式对精益生产的影响

生产线仿真把车身车间的生产工艺与逻辑控制模块建立起联系，使用信号控制仿真的进程，使仿真过程更接近生产现场的实际情况。与传统的基于时间的仿真相比，考虑到了更多的因素，如：失效模式、混线生产、维修和操作上的问题等因素，具有以下明显的优势：

（1）精确计算工位节拍

传统的单工位robcad仿真对于基于信号控制的工艺无法进行有效的模拟，例如：多机器人焊接工位，由于机器人之间存在干涉区，机器人需要等待对方机器人发出的不在干涉区的信号A以及来触发自身继续工作进入干涉区（Seg cont go）的信号B。传统的基于时间的仿真，只能通过volume计算静态的机器人包络线之间是否有干涉，不能计算机器人运动过程的干涉，更不能计算机器人通信需要的时间，也就无从准确计算整个工位的时间。基于事件（信号）仿真的Line Simulation，可以通过信号精确控制机器人运动并准确计算工位时间。

基于事件（信号）仿真的Line Simulation，还可以通过连接机器人控制模块（RCS），模拟机器人的初始化时间和伺服焊枪开口大小对节拍的微小影响。以Tecnomatix的Process Simulaiton软件为例，连接Funac机器人的RCS模块后的节拍仿真精度可以达到95％。

（2）分析和优化复杂生产模式的工艺

基于事件（信号）的Line simulation仿真，具有逻辑控制模块，可以把工位用到的资源和控制系统联系起来。因此，它可以分析不同车型混线生产，每隔一定时间换电极帽、换焊枪以及维修设备等非每一个循环都发生事件的复杂情况的仿真，得出更为精确的生产节拍；以计算数值为基础，而不是已估计数值和预留余量为基础，分析复杂工艺，可以减少车身工艺工时浪费，精益生产。

结语

基于事件（信号）的Line Simulation，相比传统的基于时间的仿真前进了一步，它更贴近现实，对真实的复杂的车身工艺指导意义更大。生产线仿真是对传统的验证可达性的进一步提升，能够减少工艺过程中的等待，优化车身工艺，提高增值时间的效率，降低非增值时间，对车身车间精益生产有重要的指导意义。