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1、上海交通大学 硕士学位论文 作业设计与仿真分析技术在Gen3发动机项目中的应用 姓名：唐一 申请学位级别：硕士 专业：工业工程 指导教师：周炳海;吉祺炜 20091101 上海交通大学工程硕士学位论文 摘 要 I 作业设计与仿真分析技术在 Gen3 发动机项目中的应用 摘 要 在传统的制造系统规划中，工程师们大多只关注于工艺的实现，而对 制造系统的效率和精益运作研究不足，特别随着制造系统的日趋复杂，由 于有效方法或工具的欠缺，设计分析往往较为粗略，无法进行最优的规划 与评估，进而可能导致投产后的效能无法满足要求、或运作成本居高，从 而可能又需要投入大量成本进行改造。本论文中，我将结合我在上海通
2、用 汽车动力总成部的 Gen3 发动机项目的规划工作，基于工业工程方法和实 际工具应用， 阐述制造系统规划中的效能设计， 着重从“基础作业设计”和“系 统仿真分析”两方面来介绍。“基础作业设计”是运用工业工程方法为标准化 作业和实际生产运作进行工作研究、时间研究，生产线平衡、劳动负荷平 衡、人员配置等进行规划；进而“系统仿真分析”在项目生产系统规划和作 业设计的基础上，对系统进行全面的模拟测试和评估，逐步帮助完善制造 系统规划和生产运作模式的设计。 通过基于工业工程方法的基础作业研究和系统仿真分析，能够有效地 对系统规划和生产运作进行全面、准确、快速的分析评估，进而优化系统 设计，对新项目的成
3、功实施奠定坚实基础。 关键词 工作研究,方法研究,时间研究,仿真分析,Witness 上海交通大学工程硕士学位论文 ABSTRACT II WORK STUDY AND SIMULATION ANALYSIS TECHNOLGY IN GEN3 ENGINE PROGRAM ABSTRACT In the traditional manufacturing system planning, engineers are merely concentrating on the implementation of the manufacturing process, but to the manuf
4、acturing system efficiency and lean operations research. In particular roiling the manufacturing system is becoming increasingly complex, associated analysis methods and tools are often lacking, in turn may lead to ineffectiveness after production, which may also invest enormous rebuilding cost. Thi
5、s paper, I will combine my work in Shanghai GM Powertrain Gen3 engine program with emphasis on “Work Study” and “Simulation Analysis”. “Work Study” is to use for standardized work, motion study, time study, line balance, labor workload balancing, staffing. “Production Simulation” is a method for man
6、ufacturing process analysis based on computer technology, which provides system test and appraisal and help to make planning decision with low cost and high efficiency. The study object of this paper is based on a real manufacturing planning problem in a new program of Shanghai GM Power-train Plant.
7、 We used Witness, the professional and popular simulation software, to analyze the complicated problem and evaluate the feasibility of the design proposal. Furthermore, sensitive analysis method is continued to help to study throughput improve approaches. KEY WORDS: Manufacturing Planning, Witness,
8、Simulation Modeling, Simulation Analysis, Sensitive Analysis 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 课题概述 1 第一章第一章 课题概述课题概述 上海通用汽车有限公司投产于 1996 年， 是由美国通用汽车公司和上海汽车工业集 团合资组建的大型合资企业。 其中动力总成厂主要为别克和雪佛兰车型配套生产各系列 发动机和变速箱，目前拥有上海金桥和山东烟台（东岳）两个生产基地。 Gen3 Ecotec 1.6-1.8L 发动机项目是上海通用东岳动力总成厂全新引入的具有重 大战略意义的发动机项目， 发动机本体结构和管理系统具有当今国际先进技术水
9、平， 投 产前期主要为雪佛兰克鲁兹进行配套。Gen3 发动机项目，包括发动机装配线、缸体机 加工线、 缸盖机加工线和曲轴机加工线。 其生产线不仅吸收了通用全球和上海通用汽车 制造体系的实践经验， 而且大量采用先进设备和工艺， 在科技和环保上跨上一个新台阶。 根据上海通用动力总成规划，Gen3 发动机项目生产线建成后，实行三班制生产，一期 产能将达 30 万台/年。2009 年 5 月第一期建成投产，实现生产纲领目标。 汽车发动机的制造，有着制造工艺复杂、质量要求高、投资大的特点。成功的本土 化发动机制造项目，可以有效降低整车成本，提高整车的竞争能力；但面对多变的市场 需求、日趋激烈的行业竞争、
10、以及日益发展的高科技发动机技术，发动机制造系统的结 构越来越复杂，开发需要更大量的投资，发动机制造也面临着更大的挑战。因此制造规 划需要更加严谨和精细，以确保项目最终能够实现高效、精益、柔性的运作目标。 质量、成本、效率是评估制造系统水平的三大要素，在传统的粗放型生产模式下， 往往只注重从工艺角度来规划制造系统，片面地考虑三大要素，缺乏从“质量成本效 能”整体角度来进行系统性规划，尤其缺乏对制造系统的生产运作效能的精益规划。 制造系统效能规划，是基于精益生产理念，对工艺设计、质量设计、运作设计、 成本考量的综合规划，目标确保制造系统在满足工艺和质量设计的基础上，精益柔性、 低成本、高效能地运作
11、： 1. 高效能低成本的运作设计：制造系统规划需要识别和攻克系统中的潜在瓶颈， 实现均衡化生产，能够确保达到规划目标。此外，从价值流的角度分析，应消除制造过 程中的浪费，降低非增值劳动，实现精益的资源配置和经济的运作成本。 2. 精益柔性化设计：面对多变的市场需求，制造系统应基于柔性化设计基础，能 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 课题概述 2 够快速响应市场需求，及时调整工艺及资源配置，保持精益高效的生产运作。因此在制 造系统规划之时，就需结合产品生命周期曲线，为系统奠定柔性化运作基础。 1.1 课题背景及意义课题背景及意义 在制造系统规划中， 以往只片面地注重制造工艺的实现， 使得设备
12、能够加工出合格 的产品。而缺乏基于精益理念，对制造系统整体运作的效能规划，以使其满足精益、柔 性、低成本的运作要求。 制造系统的效能规划对于项目日后的实施及运行有着至关重要的影响。 在新项目规 划中， 工业工程的研究目标是对制造系统的整体以及各组成部分进行设计规划、 评估和 改进，以实现生产要素的合理配置、系统整体的优化运行，确保项目安全、经济、高效 地实现规划目标。 Gen3 发动机项目，包括发动机装配线、缸体机加工线、缸盖机加工线和曲轴机加 工线。作为上海通用的重大项目，从规划到实施，我们需要确保项目的生产运作能够精 益高效，实现产能目标。 在课题中， 将结合我在上海通用汽车动力总成部的
13、Gen3 项目工作， 运用工业工程 原理方法，并结合目前先进的分析技术，深入研究制造系统效能规划的核心“基础作 业设计”和“制造系统仿真” 。 “基础作业设计”是运用动作研究和时间研究的方法对制 造系统的标准化作业程序以及运行模式进行研究规划， 它是系统仿真的重要基础； 进而 通过“系统仿真”可以在作业设计和系统设计的基础上进行测试和优化，逐步完善生产 制造系统的规划。 “基础作业设计”，将主要结合 Gen3 项目的发动机装配线，从作业方法研究、标准 工时研究、线平衡技术、劳动负荷分析，以及精益人员配置等方面来阐述。 “制造系统仿真”， 将主要结合 Gen3 项目的缸体、缸盖、曲轴机加工线，从
14、具体 应用角度，对系统进行效能分析。 1.2 国内外现状分析国内外现状分析 1.2.1 国内外制造业比较国内外制造业比较 我国的制造业大多还停留在“粗放型”的阶段，由于我国工业化进程起步较晚，与 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 课题概述 3 国际先进水平相比，我国的制造业和制造技术还存在着阶段性差距，主要表现在： 1. 产品创新能力较差、开发周期较长。我国制造业的新产品贡献率仅占国内生产 总值的 5.9%（1997 年） ，而美国已经达到 52%左右（1995 年） ；我国大中型企业生产 的 2000 多种主导产品的平均生命周期为 10.5 年，是美国同类产品生命周期的 3.5 倍； 我
15、国有 80%以上的企业生产能力利用不足或严重不足，但同时每年还要进口数以千亿 美元计的国内短缺产品。 2. 制造工艺装备落后，成套能力不强。我国大多数企业目前还采用较落后的制造 工艺与技术装备进行生产，优质高效低耗工艺的普及率不足 10%，数控机床、精密设 备不足 5%，配有国产数控系统的中档数控机床不超过 25%，高档数控机床的 90%以 上依赖进口；我国在大型成套装备技术方面严重落后，100%的光纤制造装备、85%的 集成电路（IC）制造装备、80%的石化装备、70%的轿车工业装备都依赖进口。 3. 生产自动化和优化水平不高，资源综合利用率低。 我国平均劳动生产率为 0.263 万美元，而
16、美国、日本和印度分别为 9.37 万美元、10.47 万美元和 0.34 万美元； 我国的能源综合利用率仅为 32%左右，比国外的先进水平低 10 多个百分点；我国每万 元国民生产总值的能耗比发达国家高 4 倍多，主要产品单位能耗比发达国家高 30% 90%，工业排放的污染物超过发达国家 10 倍以上。 4. 企业管理粗放、协作能力较差、国际市场开拓能力弱 我国多数企业缺少现代 化管理的概念、方法和手段，众多的企业尚处于经验管理阶段，企业机构臃肿，富余人 员一般多达 30%40%。我国机械工业的专业化水平仅为 15%30%，而美国、西欧 诸国、日本企业的专业化水平已经达到 75%95%，小而全、大而全的“庄园式企业” 缺乏快速响应市场需求的能力。经过 20 多年的努力，我国出口商品占世界市场份额从 0.5%提高到目前的 3.5%，但是根据近三年的统计
