第七章 成組技術(shù)

成組技術(shù)

GROUPTECHNOLOGY基本概念現(xiàn)代生產(chǎn)的主要方式:

多品種,中小批量生產(chǎn)(機(jī)械產(chǎn)品:75％-80％的是以中小批生產(chǎn)方式制造的)。傳統(tǒng)中小批量生產(chǎn)方式的缺點(diǎn)：產(chǎn)量小，生產(chǎn)周期長，限制了先進(jìn)技術(shù)的采用，生產(chǎn)效率低,產(chǎn)品成本高，市場競爭能力差。生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。生產(chǎn)計劃、組織管理復(fù)雜化。零件的相似性原理和成組技術(shù)的誕生大量統(tǒng)計資料表明，機(jī)械產(chǎn)品中相似件占70%（結(jié)構(gòu)形狀和加工工藝等相似）成組技術(shù)正是研究和利用了有關(guān)事物的相似性，將企業(yè)的各種產(chǎn)品、部件和零件，按一定的相似性準(zhǔn)則分類編組，并以這些組為基礎(chǔ)，組織生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計、制造、管理的合理化。圖1成組技術(shù)基本原理示意產(chǎn)品分解歸并標(biāo)準(zhǔn)化零件分類之前與分類之后成組技術(shù)GT定義：是一門生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)，它研究如何識別和發(fā)掘生產(chǎn)活動中有關(guān)事務(wù)的相似性，并對其進(jìn)行充分利用。即把相似的問題歸類成組，尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用：機(jī)械加工方面，乃是將多種零件按其工藝的相似性分類成組以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生產(chǎn)量匯集成較大的成組生產(chǎn)量，從而使小批量生產(chǎn)能獲得接近于大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效果。成組技術(shù)將品種眾多的零件按其相似性分類以形成為數(shù)不是很多的零件族，把同一零件族中諸零件分散的小生產(chǎn)量匯集成較大的成組生產(chǎn)量。這樣，成組技術(shù)就巧妙地把品種多轉(zhuǎn)化為“少”，把生產(chǎn)量小轉(zhuǎn)化為“大”，由于主要矛盾有條件地轉(zhuǎn)化，這就為提高多品種、小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益提供了一種有效的方法。

成組技術(shù)的應(yīng)用

產(chǎn)品設(shè)計方面

由于用成組技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計，賦予各類零件以更大的相似類，這就為在制造管理方面實(shí)施成組技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)，使之取得更好的效果。此外，由于新產(chǎn)品具有繼承性，使往年累積并經(jīng)過考驗(yàn)的有關(guān)設(shè)計和制造的經(jīng)驗(yàn)再次應(yīng)用，這有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。以成組技術(shù)為指導(dǎo)的設(shè)計合理化和標(biāo)準(zhǔn)化工作將為實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）奠定良好的基礎(chǔ)；為設(shè)計信息最大程度地重復(fù)使用，加快設(shè)計速度，節(jié)約時間作出貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)設(shè)計一種新產(chǎn)品時，往往有3/4以上的零件設(shè)計可參考借鑒或直接引用原有的產(chǎn)品圖紙，從而減少新設(shè)計的零件，這不僅可免除設(shè)計人員的重復(fù)性勞動，也可以減少工藝準(zhǔn)備工作和降低制造費(fèi)用。制造工藝方面

成組技術(shù)在制造工藝方面最先得到廣泛應(yīng)用。開始是用于成組工序，即把加工方法、安裝方式和機(jī)床調(diào)整相近的零件歸結(jié)為零件組，設(shè)計出適用于全組零件加工的成組工序。成組工序允許采用同一設(shè)備和工藝裝置，以及相同或相近的機(jī)床調(diào)整加工全組零件，這樣，只要能按零件組安排生產(chǎn)調(diào)度計劃，就可以大大減少由于零件品種更換所需要的機(jī)床調(diào)整時間。此外，由于零件組內(nèi)諸零件的安裝方式和尺寸相近；可設(shè)計出應(yīng)用于成組工序的公用夾具——成組夾具。只要進(jìn)行少量的調(diào)整或更換某些零件，成組夾具就可適用于全組零件的工序安裝。成組技術(shù)亦可應(yīng)用于零件加工的全工藝過程。為此，應(yīng)將零件按工藝過程相似性分類以形成加工族，然后針對加工族設(shè)計成組工藝過程。成組工藝過程是成組工序的集合，能保證按標(biāo)準(zhǔn)化的工藝路線采用同一組機(jī)床加工全加工族的諸零件。應(yīng)指出，設(shè)計成組工藝過程、成組工序和成組夾具皆應(yīng)以成組年產(chǎn)量為依據(jù)。因此，成組加工允許采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)。以成組技術(shù)指導(dǎo)的工藝設(shè)計合理化和標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，不難實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助工藝進(jìn)程設(shè)計（CAPP）及計算機(jī)輔助成組夾具設(shè)計。生產(chǎn)組織管理方面

成組加工要求將零件按工藝相似性分類形成加工族，加工同一加工族有其相應(yīng)的一組機(jī)床設(shè)備。因此，很自然成組生產(chǎn)系統(tǒng)要求按模塊化原理組織生產(chǎn)，即采取成組生產(chǎn)單元的生產(chǎn)組織形式。在一個生產(chǎn)單元內(nèi)有一組工人操作一組設(shè)備，生產(chǎn)一個或若干個相近的加工族，在此生產(chǎn)單元內(nèi)可完成諸零件全部或部分的生產(chǎn)加工。因此可以認(rèn)為，成組生產(chǎn)單元是以加工族為生產(chǎn)對象的產(chǎn)品專業(yè)化或工藝專業(yè)化（如熱處理等）的生產(chǎn)基層單位。成組技術(shù)是計算機(jī)輔助管理系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)之一。這是因?yàn)檫\(yùn)用成組技術(shù)基本原理將大量信息分類成組，并使之規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化，這將有助于建立結(jié)構(gòu)合理的生產(chǎn)系統(tǒng)公用數(shù)據(jù)庫，可大量壓縮信息的儲存量；由于不再是分別針對一個工程問題和任務(wù)設(shè)計程序，可使程序設(shè)計優(yōu)化。此外采用編碼技術(shù)是計算機(jī)輔助管理系統(tǒng)得以順利實(shí)施的關(guān)鍵性基礎(chǔ)技術(shù)工作，成組技術(shù)恰好能滿足相似類產(chǎn)品及分類的編碼。成組技術(shù)實(shí)質(zhì)：按零件的形狀、尺寸、制造工藝的相似性，將零件分類歸并成組（族），擴(kuò)大零件的工藝批量，以便采用高效率的工藝方法和設(shè)備，使中小批量生產(chǎn)也能獲得類似大批量流水生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益成組技術(shù)成了CAD、CAPP、CAM、FMS等的技術(shù)基礎(chǔ)

根據(jù)上述原理，可以看出：

成組技術(shù)能對同類問題給出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)解決辦法

由此避免產(chǎn)生解決同類問題方法的不統(tǒng)一與不必要的多樣化

從而可重復(fù)利用解決同類問題已有的信息與資源正因?yàn)槌山M技術(shù)具有這些特點(diǎn)，所以它可以：

簡化生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，加快新產(chǎn)品的開發(fā)和上市速度

有效擴(kuò)大批量，以利經(jīng)濟(jì)合理地采用先進(jìn)制造技術(shù)

可以方便地組織專業(yè)化生產(chǎn)

實(shí)際上，成組技術(shù)是一種使企業(yè)生產(chǎn)合理化和現(xiàn)代化的制造哲理。

上世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)學(xué)者M(jìn)itrofanov首先提出成組技術(shù)原理

然后迅即在東歐（捷克等國）得到推廣應(yīng)用

及至上世紀(jì)60年代，繼而在西歐（德、法、英等國）和中國、日本傳播應(yīng)用

美國則在上世紀(jì)80年代才接受GT

GT經(jīng)歷了：

成組加工

成組工藝

成組技術(shù)的發(fā)展過程

成組技術(shù)與現(xiàn)代先進(jìn)的制造技術(shù)與制造模式的關(guān)系成組技術(shù)是它們?nèi)〉贸尚У囊豁?xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。因?yàn)槌山M技術(shù)為它們創(chuàng)造了生產(chǎn)合理化的條件。只有在生產(chǎn)合理化的前提下，才能最大限度地發(fā)揮它們的效用。

生產(chǎn)自動化有賴于成組技術(shù)

Understanding

了解現(xiàn)狀

Simplification簡化一切

Elimination取消一切不增值者

Automation至此方可實(shí)現(xiàn)自動化

GT

CAPP:

ComputerAided

ProcessPlanning

MCP:Mass

Customization

Production

CAD:

Computer

Aided

Design

NCP:

NumericalControlProgramming

FMS:

FlexibleManufacturing

System

CIM:ComputerIntegratedManufacturing

CE:

Concurrent

Engineering

LP:

LeanProduction

AM:

Agile

ManufacturingFMSNCPCECIM成組技術(shù)CADCAPPAMLPMCPOthers成組生產(chǎn)的組織形式

根據(jù)目前成組加工的實(shí)際應(yīng)用情況，成組加工系統(tǒng)有三種基本形式成組單機(jī)；成組生產(chǎn)單元；成組生產(chǎn)流水線成組單機(jī)把一組工序相同或相似的零件族集中在一臺機(jī)床上加工特點(diǎn)：針對從毛坯到成品多數(shù)工序可以在同一類型的設(shè)備上完成的工件；也可以只完成其中某幾道工序功用：成組技術(shù)的最初形式，是成組技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)；減少機(jī)床調(diào)整時間，有一定經(jīng)濟(jì)效果成組生產(chǎn)單元指一組或幾組工藝上相似零件的全部工藝過程，由相應(yīng)的一組機(jī)床完成，該組機(jī)床即構(gòu)成車間的一個封閉生產(chǎn)單元特點(diǎn)：把幾種類型機(jī)床組成一個封閉的生產(chǎn)系統(tǒng)；完成一組或幾組相似零件的全部工藝過程；有一定的獨(dú)立性，并有明確的職責(zé)功用：設(shè)備利用率高；縮短了生產(chǎn)周期；簡化了生產(chǎn)管理零件分類編碼的基本原理

分類——把事物劃分成不同組的過程編碼——對不同組的事物給予不同的代碼零件分類編碼——抽象地反映零件名稱、功能、結(jié)構(gòu)、形狀、工藝特性、精度等信息的代碼（符號）編碼法則——對代碼代表的意義所作出的明確規(guī)定和說明成組技術(shù)的編碼原理成組技術(shù)的編碼，必須充分反映機(jī)械零件的各種特征，這些特征包括：零件的結(jié)構(gòu)和形狀、各組成表面的類別及配置關(guān)系、零件材料及熱處理、幾何尺寸、加工精度和表面質(zhì)量代碼必須能唯一地區(qū)分產(chǎn)品零件族對零件分類編碼系統(tǒng)的要求：充分、全面、準(zhǔn)確地描述零件信息系統(tǒng)邏輯層次分明，結(jié)構(gòu)合理容易被計算機(jī)理解和處理考慮與CAD、CAM的鏈接和企業(yè)的應(yīng)用要求易于被工程人員理解，易于編程代碼結(jié)構(gòu)的類型

層次式（又稱單元碼）：每一代碼的含義都由前一級代碼限定（各分支都必須定義）鏈?zhǔn)剑ň仃囀剑ㄓ址Q多元碼）：碼位上每一個數(shù)字都代表不同的信息，與前面的碼位無關(guān)混合式（層次式和鏈?zhǔn)交旌希壕C合層次式和混合式代碼的長處零件的分類編碼

零件編碼：用數(shù)字表示零件的形狀特征和工藝特征分類編碼系統(tǒng)：德Opitz、日KK、美Code、英Brisch等70多種我國機(jī)械零件分類編碼系統(tǒng)簡稱JLBM－1系統(tǒng)系統(tǒng)組成：三部分：名稱類別、形狀及加工碼、輔助碼15個碼位：第一位總體形狀，第二位功能與形狀，第三到九位形狀與加工特征，十到十五位材料毛坯主要尺寸等零件分類編碼系統(tǒng)的示例

為幫助了解分類編碼系統(tǒng)的原理和概念，先剖析一個具體的示例。這符合由感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的規(guī)律。VUOSO分類編碼系統(tǒng)這是原捷克斯洛伐克金屬切削機(jī)床研究所為機(jī)床行業(yè)制訂的一個系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)屬于10進(jìn)制4位碼。毛坯類型、材料、熱處理IIIIIIIV類級型組附在輪廓形狀上的結(jié)構(gòu)要素尺寸大小、基本輪廓形狀回轉(zhuǎn)體或非回轉(zhuǎn)體、基本輪廓形狀回轉(zhuǎn)體零件軸線上有有齒形、花鍵軸線上有無孔盲孔通孔無孔通孔01234Dmax(L/D)max0<40<111~62>6341~80<141~45>4681~200<37>80>38>200<39其它>30VUOSO分類編碼系統(tǒng)類級VUOSO分類編碼系統(tǒng)（續(xù)）012340光滑或臺階圓柱齒有花鍵非金屬1軸線上有螺紋其它鑄件灰鑄鐵2軸線外有孔圓錐齒有花鍵球鐵或鑄鋼3有槽或平面其它有色金屬41+2蝸輪有花鍵各種型板線材和鍛件普通探鋼51+3其它優(yōu)質(zhì)和合金鋼滲炭鋼62+3多聯(lián)齒有花鍵淬硬鋼71+2+3其它熱處理鋼8錐面其它有花鍵其它合金鋼9異形其它有色金屬組型

系統(tǒng)的基本特點(diǎn)類：描述零件基本輪廓形狀。它決定了零件的主要工藝過程和主要表面的加工。級：很巧妙地用兩個尺寸參數(shù)（D與L/D）進(jìn)一步描述了零件的幾何形狀，同時也確定了零件的安裝方法和所應(yīng)選用的機(jī)床。型：描述次要的結(jié)構(gòu)要素。它們是依附于主要輪廓形狀上。因此，它們必須在主要輪廓形狀經(jīng)過粗或半精加工后方可加工。VUOSO分類編碼系統(tǒng)中名詞解釋光滑或臺階軸線上有螺紋軸線外有孔零件分類編碼的圖例2322圖2–1軸承端蓋50

75材料：QT400–17分類編碼結(jié)果分類編碼結(jié)果0176M18

25115材料：45圖2–2

軸圖2–3齒輪9040材料：40Cr分類編碼結(jié)果4606GT條件下產(chǎn)品設(shè)計的方式2022構(gòu)思編碼檢索圖冊2022現(xiàn)現(xiàn)有零件圖完全合用

現(xiàn)有零件圖需作局部修改后即可適用

現(xiàn)有零件圖無法滿足需要，只能另行設(shè)計檢索結(jié)果圖4復(fù)合零件的制作過程12345復(fù)合零件1:010612:0136233:013644:012651:C-C2:C-C-XJ3:C-C-XJ-X4:C-C-Z零件組尺寸范圍D=0~40L/D=1~6零件組材料優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼棒料局部淬火

按復(fù)合零件編制標(biāo)準(zhǔn)（成組）工藝由于復(fù)合零件集中了零件組內(nèi)的所有待加工要素，因此編制出能加工復(fù)合零件的工藝，也就能加工組內(nèi)所有其余的零件。組內(nèi)其余零件的各自工藝，其實(shí)就是在復(fù)合零件工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行刪除修改而成。

一般按復(fù)合零件編制零件組的成組工藝時，都是考慮為組內(nèi)零件各自具體工藝作減法，即從復(fù)合零件的成組工藝中刪去加工其所缺結(jié)構(gòu)要素的工序。

計算機(jī)輔助編制工藝規(guī)程（CAPP）中應(yīng)用廣泛的變異式CAPP，便是按GT零件組的復(fù)合零件成組工藝的原理實(shí)現(xiàn)的。基于GT的CAPP原理ⅠⅡⅢⅣ0123456789復(fù)合零件的標(biāo)準(zhǔn)（成組）工藝：

C-C-XJ-X-Z右面的碼域表，實(shí)際上，是圖4所表示的零件組的成組工藝。它代表的是：

C-C-XJ-X-Z這樣一條成組工藝。可將這種碼域表儲存在計算機(jī)內(nèi)。當(dāng)有新零件的分類碼輸入時，