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(duì)市場(chǎng)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(shí)供應(yīng)、多技能和具有團(tuán)隊(duì)精神的勞動(dòng)力、對(duì)生產(chǎn)過程不斷改進(jìn)的動(dòng)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(shí)施精益生產(chǎn)會(huì)給企業(yè)帶來巨大的收益，因而被譽(yù)為第二次生產(chǎn)方式革命。時(shí)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(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)，最基本的一條就是消滅浪費(fèi)。精益生產(chǎn)將企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)按照是否增值劃分為三類：增值活動(dòng)、不增值尚難以消除的活動(dòng)、不增值可立即消除的活動(dòng)。精益生產(chǎn)將所有的非增值活動(dòng)都視為浪費(fèi)，減少非增值活動(dòng)，追求最大程度的精益生產(chǎn)是各個(gè)企業(yè)不斷追求的目標(biāo)。長期以來，人們重視增值活動(dòng)的效率改善而忽視向非增值活動(dòng)的挖潛。研究表明，物資從進(jìn)廠到出廠，只有10%的時(shí)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(diǎn)轉(zhuǎn)移到占90%時(shí)間的非增值活動(dòng)上去。基于事件（信號(hào)）的Line Simulation正是以減少浪費(fèi)為出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)化車身車間工藝機(jī)器人工藝中的增值活動(dòng)，減少其非增值活動(dòng)，觸發(fā)精益生產(chǎn)的有效工具。

2 增值時(shí)間與非增值時(shí)間

    2.1 車身車間的增值時(shí)間

    針對(duì)車身車間來講，增值時(shí)間顧名思義，增加車身價(jià)值的時(shí)間，從另一個(gè)角度理解，可以認(rèn)為是客戶愿意支付費(fèi)用的時(shí)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(shí)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(shí)間

    針對(duì)車身車間來講，非增值時(shí)間，與增值時(shí)間相對(duì)應(yīng)，指不能增加車身價(jià)值的時(shí)間。比如：操作工的走動(dòng)、休息，機(jī)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(shí)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(hào)）觸發(fā)仿真進(jìn)程的仿真，信號(hào)控制的軟件基礎(chǔ)是Process Simulation軟件的事件觸發(fā)機(jī)制。事件觸發(fā)機(jī)制，是指由工藝過程中的邏輯和發(fā)生事件出發(fā)的信號(hào)來決定仿真進(jìn)程的方法。定義好的工藝順序只是整個(gè)邏輯模塊定義中的一個(gè)元素。由于在一個(gè)仿真中發(fā)生的事件可以有很多種，同一個(gè)工藝的每一個(gè)仿真過程都可以是獨(dú)一無二的。

    圖1 Process Simulation 軟件的信號(hào)控制對(duì)話框

    在西門子公司Tecnomatix軟件的Process Simulation仿真軟件中，機(jī)器人仿真模塊Robotics必須和機(jī)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(jī)器人控制器，控制機(jī)器人仿真的運(yùn)行。RRS是仿真軟件對(duì)機(jī)器人真實(shí)控制器的模擬，和機(jī)器人的真實(shí)控制器還有一定的區(qū)別，因此其精度較低。機(jī)器人廠商提供RCS是實(shí)際機(jī)器人控制器的軟件模型，和實(shí)際機(jī)器人控制器相對(duì)應(yīng)，與仿真軟件自帶的機(jī)器人控制模塊結(jié)合，可以有效提高仿真精度。在與機(jī)器人控制器RCS連接后，精確驗(yàn)證機(jī)器人路徑和時(shí)間后，可以進(jìn)行OLP離線編程（Off Line Programming）。

    圖2 機(jī)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(shí)間/非增值時(shí)間的關(guān)系

    基于信號(hào)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(shí)際情況，通過仿真，可以有效的減少非增值時(shí)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(duì)增值時(shí)間的仿真

    3.1.1 line simulation焊接時(shí)間的模擬

    對(duì)于車身車間來講，焊接操作是最重要的一種增值時(shí)間。增值時(shí)間能優(yōu)化么？工程師往往忽略了這個(gè)問題，認(rèn)為這是必要的時(shí)間，不能優(yōu)化。其實(shí)，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(diǎn)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(gè)過程中，第二步和第三步，是由軟件自動(dòng)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(dòng)時(shí)間=焊槍臂移動(dòng)距離÷焊槍臂移動(dòng)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(dòng)速度相同，那么焊槍臂移動(dòng)的時(shí)間就和焊槍臂移動(dòng)的距離息息相關(guān)。移動(dòng)距離越短則移動(dòng)的時(shí)間越短。在車身車間，焊點(diǎn)位置不同，相關(guān)的焊槍臂移動(dòng)距離可以按照需要調(diào)整。對(duì)于GEO定位焊接工位，由于焊點(diǎn)較為分散，夾頭等定位基準(zhǔn)較多，焊槍焊接不同焊點(diǎn)的時(shí)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(dòng)距離調(diào)整的大一點(diǎn)，最大不超過焊槍的最大開檔；對(duì)于補(bǔ)焊工位，由于焊點(diǎn)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(dòng)距離調(diào)整的小一點(diǎn)，可以有效減少焊接時(shí)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(jī)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(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)間的模擬

    機(jī)器人的有效工作時(shí)間，是和機(jī)器人的速度密切聯(lián)系在一起的。而機(jī)器人的姿態(tài)和機(jī)器人配重又是機(jī)器人運(yùn)行速度的重要影響因素。機(jī)器人的姿態(tài)，不必多說，仿真工程師在仿真過程中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容就是機(jī)器人姿態(tài)。機(jī)器人配重，有些時(shí)候，往往被仿真工程師所忽略。因?yàn)闄C(jī)器人配重的正確與否，并不直接影響機(jī)器人的可達(dá)性，看似影響不大。實(shí)際上，機(jī)器人配重的變化，會(huì)對(duì)機(jī)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(jī)器人的真實(shí)控制器的軟件模塊RCS，可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算出配重對(duì)機(jī)器人速度的影響。在機(jī)器人屬性中，可通過PaylOAd definition對(duì)話框（見圖5），進(jìn)行機(jī)器人配重設(shè)置。

    圖5 機(jī)器人配重設(shè)置對(duì)話框

    3.2 line simulation對(duì)非增值時(shí)間的仿真

    3.2.1 line simulation對(duì)路徑點(diǎn)的優(yōu)化

    路徑點(diǎn)，是機(jī)器人從一個(gè)工作姿態(tài)轉(zhuǎn)化到下一個(gè)工作姿態(tài)的時(shí)候，繞過障礙物或者變化機(jī)器人姿態(tài)添加的過程點(diǎn)。這些點(diǎn)消耗了機(jī)器人的時(shí)間，但并沒有創(chuàng)造價(jià)值。我們可以通過優(yōu)化路徑，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)沒有干涉的情況下盡量減少路徑點(diǎn)。同時(shí)，優(yōu)化機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度，也可以有效提高機(jī)器人的運(yùn)行速度。

    3.2.2 line simulation對(duì)工藝的優(yōu)化

    車身工藝工程師，在初分配焊點(diǎn)的時(shí)候，考慮到定位基準(zhǔn)、機(jī)器人的可達(dá)性等因素，會(huì)將距離較近的點(diǎn)分在一起，尤其是補(bǔ)焊工位。例如，門檻板區(qū)域的焊點(diǎn)（見圖6）。一部分焊點(diǎn)的法向投影為車身坐標(biāo)Z方向，另一部分焊點(diǎn)的法向投影為車身坐標(biāo)的Y方向。雖然這些焊點(diǎn)離的很近，但是機(jī)器人帶焊槍焊接時(shí)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(fèi)了一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間也屬于非增值時(shí)間。仿真工程師在驗(yàn)證焊點(diǎn)的時(shí)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(shí)間，將cycle time最大程度的用在焊接上。

    圖6 不同焊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不同焊接姿態(tài) 

4 生產(chǎn)線仿真模式對(duì)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(hào)控制仿真的進(jìn)程，使仿真過程更接近生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，與傳統(tǒng)的基于時(shí)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(shì)：

    4.1 精確計(jì)算工位節(jié)拍（Cycle time）

    傳統(tǒng)的單工位robcad仿真，對(duì)于基于信號(hào)控制的工藝無法進(jìn)行有效的模擬。例如，多機(jī)器人焊接工位，機(jī)器人之間存在干涉區(qū)，機(jī)器人需要等待對(duì)方機(jī)器人發(fā)出的不在干涉區(qū)的信號(hào)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(hào)B。傳統(tǒng)的基于時(shí)間的仿真，只能通過volume計(jì)算靜態(tài)的機(jī)器人包絡(luò)線之間是否有干涉，不能計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程的干涉，更不能計(jì)算機(jī)器人通訊需要的時(shí)間，也就無從準(zhǔn)確計(jì)算整個(gè)工位的時(shí)間�；�于事件（信號(hào)）仿真的line Simulation，可以通過信號(hào)精確控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確計(jì)算工位時(shí)間。

    基于事件（信號(hào)）仿真的line Simulation，還可以通過連接機(jī)器人控制模塊（RCS），模擬機(jī)器人的初始化時(shí)間，伺服焊槍開口大小對(duì)節(jié)拍的微小影響。以Siemens Tecnomatix 的Process Simulaiton軟件為例，連接Funac機(jī)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(hào)）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(shí)間換電極帽，換焊槍，維修設(shè)備等等非每一個(gè)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(jì)算數(shù)值為基礎(chǔ)，而不是已估計(jì)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(shí)浪費(fèi)，精益生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

    基于事件（信號(hào)）的Line Simulation，相比傳統(tǒng)的基于時(shí)間的仿真前進(jìn)了一步，它更貼近現(xiàn)實(shí)，對(duì)真實(shí)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(yàn)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(shí)間的效率，降低非增值時(shí)間，對(duì)車身車間精益生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：基于事件信號(hào)觸發(fā)的生產(chǎn)線仿真與精益生產(chǎn)JIT

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