精益汽车发动机工厂设计的八大原则

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1、2009年 第 1 期92 发动机制造 ngine ManufacturingE 上海大众汽车有限公司发动机厂/顾永生一个工厂要实现精益生产，其工厂设计是否贯彻精益生产的理念，这点非常重要。否则，一个不是按精益生产理念设计的工厂，而想要实现精益生产，那是十分困难的。这就是本次设计从工厂设计一开始就要贯彻精益生产的原因。精益发动机工厂设计的八项原则，见图1。图1 精益发动机工厂设计的八项原则示意图原则一：精益工厂规模 工厂规模主要取决于市场规模（即市场的需求量）和市场已有的供给量。如果市场容量很大，超过了工厂的“经济规模”，理论上来讲，工厂规模可以按“经济规模”来设计，这样建成后的产品成本最低。

2、否则，市场容量很小，工厂如果盲目按“经济规模”来设计，只能导致长期亏损和能力放空，风险非常大。如果市场需求不明朗，再加上中国目前轿车市场尚不成熟，所以不能一下子就上“经济规模”。推荐先上年产30 000辆轿车左右的“起始规模”用最少的投入求得最快的产出，先赚到钱，然后再根据当时的市场需求，从3万辆/年、5万辆/年、10万辆/年滚动发展到“经济规模”（15万辆/年）我们称为“滚动发展”，见图2所示。例如上海大众等企业就是从3万辆规模开始，赢利后再滚动发展到“经济规模”。如果市场需求很大也很明朗，但是存在你的产品市场是否认可等问题，因此推荐也只能按“经济规模”来进行规划，但“起始规模”还应取得小于

3、“经济规模”，投资还是要分批投入，实施要分步进行。其原则与上面推荐的滚动发展一样。我们称之为“一次规划，分批投资，分步实施，滚动发展”。上面这两个方案是最经济，最稳妥，风险最小到达“经济规模”。这是一条“精益建厂”的正确路子。但是要实现“一次规划，分步实施，滚动发展”，则生产线必须具有模块化的能力。原则二：精益投资精益投资的原则就是杜绝浪费：该节约的必须节约，尽量使投精益汽车发动机工厂设计的八大原则932009年 第 1 期资减少；要保证高质量，对产品质量、机床可靠性等方面的投资力度必须保证。精益投资主要控制因素主要有以下几点：1.严格控制“工艺投资”在新建发动机厂的投资构成（国内某发动机厂）

4、中，其中工艺投资约占新建工厂总投资65%左右、土建投资占10%，生产辅助部门投资占10%，其他项目占10%左右。“工艺投资”是由加工设备（含工艺装备）所组成。所以在采购设备时，要严格控制设备的价格（特别要控制进口设备），可用国产设备的（含中外合资厂生产的设备），不应采用进口设备，进口设备的价格比国产设备高达510倍左右；可采用外方设计和中外方共同制造的设备，不应采用进口设备。例如发动机装配线，其价格相当于全进口装配线价格的60%70%；关键工序，国产设备无法稳定保证其加工质量的，可允许采用国外进口设备，应选用“适用性的进口设备”不应选用国外顶级进口设备。不然价格会相差很大，使投资增大。例如发动

5、机缸体等金属加工的适用性设备价格相当于顶级进口设备价格的70%80%。严格控制设备的价格后，可减少工艺投资约15%25%。2.严格控制加工深度（自制率）传统汽车发动机工厂都是加工缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴和连杆等五大件以及发动机的装配和试验。现在建设新厂时可只加工缸体、缸盖和曲轴三大件，这样可比建一个传统的发动机工厂要少投资约20%左右的工艺投资。同时适应市场变化容易，风险也小。3.认真实行精益的年时基 数六天三班制的工作制度按常规的年时基数T计算，年工作日251 天（工人与机床每周休息两天），二班制，设备开动率80%，T= 2511680% = 3212.8 h；按精益观点来确定年时基数T 计

6、算，年工作日303天（机床每周休息一天，工人每周休息两天）三班制，设备开动率80%，T = 30322.580%=5454h。可见，采用精益的年时基数T 要比按常规的年时基数T可减少工艺投资约40%。4.建厂起始阶段可租赁厂 房，以减少建厂起始阶段的基 建投资5.收购社会上不景气的汽 车发动机工厂，利用其资产存 量，实行低成本扩张通过以上的分析，我们所得出的结论，见表2。由表2可知：实施要素（1）、（2）和（3）后，该精益汽车发动机厂能生产出与传统发动机厂同样的质量、成本等指标的发动机，但可节省投资约2/3。原则三：高质量质 量零缺陷精益生产的质量目标是零缺陷、无需返修。质量是准时化生表2 精

7、益投资实施精益投资因素节省率K（%）工艺总投资（RMB）节省工艺投资（RMB）未010.0亿元0实施因素（3）4010(1K3)=100.6=6.0亿元4.0亿元实施因素（2）、（3）20和4010（1K2）（1K3） =100.80.6=4.8亿元5.2亿元实施因素（1）、（2）、（3）20、40和3010（1K1）（1K2）（1K3） =100.80.80.6=3.84亿元6.16亿元图2 中国汽车工厂上经济规模的滚动发展示意图2009年 第 1 期94 发动机制造 ngine ManufacturingE产的一个重要技术支撑。具体措施包括：（1）推行6，即3.4106。（2）重视发动机装

8、配质量 关键力矩用计算机控制（主轴承盖、连杆、缸盖和飞轮的力矩）；主要力矩用电子扳手控制；压装时采用压力传感器；水道、油道等泄漏检查；曲轴摩擦力矩检查；防错技术应用。（3）检查设施的投资力度要保证 在发动机主要零件检测设施投资构成（国内某发动机厂）中，其中缸体占该零件生产线投资的6%，缸盖占3.9%，曲轴占6.1%。（4）产品质量零缺陷的体系结构见图3。图 3原则四：低成本丰田汽车公司大野耐一认为利润应由公式来决定：利润销售价成本。由此可知，销售价由市场来决定的，只有降低成本，企业才能获取利润。降低成本的办法，是消除一切无效劳动和浪费。1.JIT实现低成本的理 论基础准时化生产是精益生产的支柱

9、，精益工厂设计必须要贯彻准时化生产，准时化生产的核心是消除“生产过程中”各种非增值的无效劳动和浪费，达到降低成本，所以JIT是实现低成本的理论基础。精益工厂的JIT体系结构见图4。由图可知JIT的实质是：消灭一切浪费；严格控制库存（零库存）；零件的金属加工线实行一个流生产；发动机总成的装配线实行多品种小批量生产；保证JIT的两个技术支撑是质量和设备。要实行JIT，应抓住这五个重点。2.降低制造成本精益采 购国 内 某 汽 车 发 动 机 厂 的 发动机制造成本构成，制造费用占21.01%，直接材料费占74.32%， 直接工资占0.75%， 管理费占3.92%。 可以看出： 直接材料费， 即生产

10、发动机所需采购的毛坯、 半成品及协配件所占比重最大。 因此， 我们要想降低制造成本， 重点要降低直接材料费。 如美国福特汽车公司通过网站全球采购， 节省采购费用20%。 又如， 实施供应链管理 （SC M） 后， 可使企业总成本下降10%。3.降低制造成本提高生 产效率这里的生产效率是指生产一台发动机所需工时T。从以上我们可图 42009年 第 1 期96 发动机制造 ngine ManufacturingE见，占制造成本第二位的是制造费用，制造一台发动机的工时单价即其制造费用MTm ，由此可知，发动机的制造费用取决于生产一台发动机所需的工时。所以提高生产一台发动机工时的生产效率，即可降低制造

11、成本。原则五：柔性好精益生产的重要目的是：最大限度地满足当时市场多样化的需要；现代汽车的寿命周期也在变短，一般每隔四年要换型，因此还要满足今后变型的需要。这就要求生产系统不但能满足当时市场的多样化的需要，同时还能用尽可能短的生产准备时间和追加少量投资就能很快适应产品变更，即在原来的生产线上重新调整进行加工，以适应未来市场的需要。这种适应性强的生产系统就是敏捷柔性生产线（AFTL）。箱体零件的敏捷柔性生产线是由高速加工中心为主以及其他柔性机床所组成的生产线。所指的高速加工中心的特征是：(1) 主轴转速大于10 000r/min，现已达到16 00024 000r/min，甚至还要高。(2) 进给

12、速度大于40m/min，现已达到6090m/min。(3) 加速度12g。(4) 机床结构是采用电主轴、直线电动机等。这种敏捷柔性生产线与传统专机所组成的刚性生产线的设备投资比较，见图5。由图可知：加工铸铁件，其合理纲领约为15万件/年；加工铝合金件，其合理性纲领约为25万件/年。这说明用敏捷柔性生产线，在其合理性纲领条件下，比传统的刚性生产线更经济，即不用再采用传统的刚性生产线了。由敏捷柔性生产线加工箱体零件（举例：汽车发动机的缸盖）的平面布置图，见图6。由图可知：敏捷柔性生产线随着产量的增大还有可扩大的特征。所以，它还能实现“一次规划、分步实施”的能力。图6 缸盖的敏捷柔性生产线的箱体平面

13、布置图（年产23万件缸盖）原则六：生产效率高生产效率是多方面的，包括劳动量（生产一台发动机所需图5 敏捷柔性生产线与传统专机所组成的生产线加工箱体零件（缸体、缸盖等）的设备投资比较972009年 第 1 期工时）、劳动生产率、设备开动率、能源生产效率等等。精益工厂的一个主要目标是生产效率要高。生产效率高就是指以最少投入，用最少人员，最短的时间生产出品质高、成本低和速度快的产品。汽车发动机工厂的生产效率是劳动量的效率，如每台发动机生产所需的工时少，则表示其生产效率高。提高生产效率主要取决于工艺创新（先进的制造技术开发和应用）。发动机的生产效率与发动机的工艺创新的关系非常大。发动机的工艺创新的水平

14、大致要分为两个阶段（见表3）。表3 轿车发动机生产效率发展的二个阶段年份代表性的汽车厂商发动机 排量/L生产一台发动机 所需工时/h第一阶段 （20世纪80年代 以前）1984 Chrysler公司Trenton厂2.25.61984 Ford公司Dearborn厂1.65.551987 GM公司Delta厂2.35.01989 中国某发动机厂1.84.18第二阶段 （20世纪80年代 以后）2005 丰田公司在美国布法罗 的发动机厂1.882005 中国某发动机厂1.62.75轿车发动机生产功率用生产一台发动机主要五大件（缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴和 连杆）及发动机装配和生产试验所需工时来表示

15、。1第一阶段的生产效率第一阶段指的是约从20世纪20年代福特汽车公司单一品种大量流水生产开始，一直到80年代左右。这期间的工艺特征：（1）采用由专机组成的刚性生产线。（2）传统的工艺流程。（3）对保证发动机五大件和装配试验的加工质量的关键工序不断改进，开发许多先进制造工艺，如缸体采用一次定位，用CBN刀片进行半精镗（推镗）和精镗（拉镗）；缸体产用铰珩取代传统的珩磨曲轴孔；缸盖采用MAPAL枪镗刀取代枪铰导管孔并用C B N刀片加工伐座锥面；曲轴采用钻质量中心孔；曲轴主轴颈及连杆轴颈采用内铣取代多刀车削及粗磨工艺；曲轴采用精车和挤压止推面取代传统磨削工艺；凸轮轴采用C N C凸轮磨床磨削凸轮外形

16、取代传统的机械靠模磨削工艺；连杆采用同时镗削大小头孔工艺；缸体、缸盖、曲轴及连杆的油道孔采用枪钻加工；采用多工位定点清洗机来提高五大件的清洁度；关键力矩采用计算机控制力矩转角法来拧紧等等。2第二阶段的生产效率第二阶段值的是从20世纪80年代后期起到现在，这期间的工艺特征：（1）开发出由高速加工中心组成的敏捷生产线来取代过去由专机组成的刚性生产线来加工缸体、缸盖等箱体零件等；使加工生产线大大柔性化。生产效率接近刚性生产线。（2）开发出连杆分离面涨裂工艺和组装式凸轮轴。这些工艺创广告查询编号：80212009年 第 1 期98 发动机制造 ngine ManufacturingE采用信息技术明显提高了企业从产品的开发和设计、生产、销售和服务的全过程的工作效率，所以能快速响应市场的