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(zhǎng)，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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力差。生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。生產(chǎn)計(jì)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(jì)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(jì)、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(shí)別和發(fā)掘生產(chǎn)活動(dòng)中有關(guān)事務(wù)的相似性，并對(duì)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(duì)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(jì)方面

由于用成組技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)，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(jì)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(jì)合理化和標(biāo)準(zhǔn)化工作將為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）奠定良好的基礎(chǔ)；為設(shè)計(jì)信息最大程度地重復(fù)使用，加快設(shè)計(jì)速度，節(jié)約時(shí)間作出貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)設(shè)計(jì)一種新產(chǎn)品時(shí)，往往有3/4以上的零件設(shè)計(jì)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(jì)的零件，這不僅可免除設(shè)計(jì)人員的重復(fù)性勞動(dòng)，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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(duì)加工族設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)合理化和標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，不難實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助工藝進(jìn)程設(shè)計(jì)（CAPP）及計(jì)算機(jī)輔助成組夾具設(shè)計(jì)。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(gè)生產(chǎn)單元內(nèi)有一組工人操作一組設(shè)備，生產(chǎn)一個(gè)或若干個(gè)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(duì)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(jì)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(kù)，可大量壓縮信息的儲(chǔ)存量；由于不再是分別針對(duì)一個(gè)工程問題和任務(wù)設(shè)計(jì)程序，可使程序設(shè)計(jì)優(yōu)化。此外采用編碼技術(shù)是計(jì)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(duì)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(jiǎn)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(guó)）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(guó)）和中國(guó)、日本傳播應(yīng)用

美國(guó)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(dòng)化有賴于成組技術(shù)

Understanding了解現(xiàn)狀

Simplification簡(jiǎn)化一切

Elimination取消一切不增值者

Automation至此方可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(tái)機(jī)床上加工特點(diǎn)：針對(duì)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(shí)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(gè)封閉生產(chǎn)單元特點(diǎn)：把幾種類型機(jī)床組成一個(gè)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(jiǎn)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(duì)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(hào)）編碼法則——對(duì)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(duì)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(jì)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(jí)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(gè)數(shù)字都代表不同的信息，與前面的碼位無(wú)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(zhǎng)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(guó)機(jī)械零件分類編碼系統(tǒng)簡(jiǎn)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(gè)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(gè)具體的示例。這符合由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)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(gè)系統(tǒng)。這個(gè)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(jí)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(wú)孔盲孔通孔無(wú)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(jí)VUOSO分類編碼系統(tǒng)（續(xù)）012340光滑或臺(tái)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(jí)：很巧妙地用兩個(gè)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(shí)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(tái)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(jì)的方式2022構(gòu)思編碼檢索圖冊(cè)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(wú)法滿足需要，只能另行設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)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(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)。當(dāng)有新零件的分類碼輸入時(shí)，計(jì)算機(jī)便將這種碼域表去匹配零件的分類碼。凡是二者能匹配，即表示該零件可用此成組工藝，但需按該零件的具體情況修正。例如：1號(hào)零件只有外園需加工，它無(wú)溝槽、平面、孔的要素，因此便無(wú)XJ,X,Z等工序，于是它的工藝便是：C-C。圖5機(jī)群制的平面布置CCCCCCXXXXZZZZZZWMWMPMPM圖6GT生產(chǎn)單元

屬于流水型生產(chǎn)。零件的加工按工藝流程進(jìn)行。在制品的數(shù)量可以顯著減少。這時(shí)可按運(yùn)輸批量轉(zhuǎn)移。零件的運(yùn)輸距離縮短，在制時(shí)間縮短，因此生產(chǎn)周期短?？蓪?shí)現(xiàn)一專多能的多機(jī)床看管，有利于提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)單元可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的承包制，便于管理。是現(xiàn)代先進(jìn)制造模式—柔性制造系統(tǒng)的雛形。CXZWMPM典型的編碼系統(tǒng)

奧匹茲（Opitz）分類編碼系統(tǒng)由德國(guó)阿亨工業(yè)大學(xué)的H·奧匹茲教授領(lǐng)導(dǎo)研制成功的.以零件的結(jié)構(gòu)和工藝特征作為分類的主要標(biāo)志.Moretolearn基本結(jié)構(gòu)奧匹茲代碼采用混合式代碼結(jié)構(gòu)；由9位代碼組成，前5位為幾何碼（又稱主碼），分別代表零件的種類、基本形狀、回轉(zhuǎn)表面加工、平面加工、輔助孔、輪齒、型面加工；后4位為輔助碼，分別代表主要尺寸（直徑或邊長(zhǎng)）、材料類型、毛坯形狀、加工精度；每一個(gè)碼位有10個(gè)特征碼Moretolearn奧匹茲（Opitz）分類編碼系統(tǒng)缺點(diǎn):碼位數(shù)少對(duì)零件特征描述不完善.

JLBM-1分類編碼系統(tǒng)這是“機(jī)械工業(yè)成組技術(shù)零件分類編碼系統(tǒng)”的漢語(yǔ)拼音縮寫1985年由我國(guó)機(jī)械電子工業(yè)部設(shè)計(jì)研究總院負(fù)責(zé)制訂也是采用混合式代碼結(jié)構(gòu)；由15位代碼組成，第1、2位代碼代表零件名稱類別；第3-9位是形狀與加工碼（為主碼）；第10-15位代碼為輔助碼，分別代表材料、毛坯原始形狀、熱處理、主要尺寸、加工精度；每一個(gè)碼位有10個(gè)特征碼蘇聯(lián)的Mitrofanov:工藝特征為分類的主要特征,無(wú)編碼.先按所需設(shè)備分類(車床類,銑床類等),然后按工藝裝備,調(diào)整方法分組(1,2,3……).優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單易行,直觀,符合習(xí)慣,無(wú)需編碼.缺點(diǎn):分類界限不明確,適合工藝過程簡(jiǎn)單的零件;復(fù)雜零件跨組,管理困難;沒考慮設(shè)計(jì)方面,不利于標(biāo)準(zhǔn)化,通用化;不利于計(jì)算機(jī)處理.

Moretolearn日本的KK分類系統(tǒng)日本機(jī)械研究所,由KK-1,KK-2,KK-3三個(gè)系統(tǒng)組成.特點(diǎn):(1)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng),不偏于設(shè)計(jì),也不偏于加工.(2)適用與中等以上規(guī)模的企業(yè).(3)采用現(xiàn)有分類編碼的有用部分,碼位在10位以上.(4)信息檢索方便.英國(guó)的布