第二章 成组技术

第二章成组技术2.1成组技术产生的意义2.1.1成组技术的涵义成组技术（GT-group technology）于20世纪50年代起源于前苏联与欧洲等一些国家。

20世纪五六十年代我国已有少数企业利用成组技术组织生产。

20世纪70年代柔性制造系统（FMS）出现并成为解决中小批量生产新途径后，成组生产组织的思想被融到柔性生产系统中，有效提高了生产柔性，很好地解决了多品种小批生产的问题，有很好的应用价值。

揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。

它已涉及各类工程技术、计算机技术、系统工程、管理科学、心理学、社会学等学科的前沿领域。

日本、美国、苏联和联邦德国等许多国家把成组技术与计算机技术、自动化技术结合起来发展成柔性制造系统，使多品种、中小批量生产实现高度自动化。

全面采用成组技术会从根本上影响企业内部的管理体制和工作方式，提高标准化、专业化和自动化程度。

在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，以获得最大的经济效益。

2.1.2 成组技术研究的问题成组技术所研究的问题就是如何改善多品种、小批量生产的组织管理，以获得如同大批量那样高的经济效果。

成组技术的基本原则是根据零件的结构形状特点、工艺过程和加工方法的相似性，打破多品种界限，对所有产品零件进行系统的分组，将类似的零件合并、汇集成一组，再针对不同零件的特点组织相应的机床形成不同的加工单元，对其进行加工，经过这样的重新组合可以使不同零件在同一机床上用同一个夹具和同一组刀具，稍加调整就能加工，从而变小批量生产为大批量生产，提高生产效率。

2.1.3成组技术发展的原因工业生产倾向于产品品种更加多样而每种产品生产的数量减少，以此来满足当今社会不断增长的个性化需求。

工厂中分批式生产的产品占有率越来越高，预计交来占全部产品的75%左右。

介于以上原因，传统意义上的加工部门（以加工工艺分类的部门），生产效率变迁非常的低，因为在各个机械加工部门间产生产品加工路径的浪费。

为了缩短非加工时间，整合设计和制造阶段加工路径就显得十分必要，以便于在国际市场竞争中占据有利形势。

2.1.4成组技术带来的优势1）产品设计的优势从产品设计的角度，成组技术主要的优点是它能够使产品设计者避免重复的工作。

换名话说，由于成组技术设计的易保存和易调用性使得它消除了重复设计同一个产品的可能性。

成组技术的另一个优点是它促进了设计特征的标准化，这样使得加工设备和工件夹具标准化程度大大提高。

2）刀具和装置的标准化有相关性的工件分为一族，这使得为每一族设计的夹具可以被该族中的每一个工件使用。

这样通过减少夹具的数量从而减少了夹具的花费。

显然，一个夹具为整个族的零件只制造一次，而不是为每一个工件制造一个夹具.3）提高了材料运输效率当工厂的布局是基于成组原理时，即把工厂分为单元，每个单元由一组用于生产同一族零件的各种机床组成，这时原材料的运输是很有效的，因为这种情况下零件在机床间的移动路径最短，这与以工艺划分来布局的传统意义上的加工路线形成对比。

4）分批式生产提高了经济效益通常，批量生产是指大范围的表面上看起来没有什么共同之外的各种非标准的工件的生产，因此，应用成组技术生产的工件可以获得只有在大批量生产才能够获得的很高的经济利益。

5）加工过程和非加工过程时间的减少由于夹具和材料等非加工时间的减少，使得加工过程和非加工时间相应地减少。

换句话说，由于材料传递在每一个单元内有效地进行，工件在机加工部门间有效地传送。

这与典型的以工艺布局的工厂形成对比，加工时间大大缩短。

这样，以成组技术原理设计的工厂的生产非加工时间相比以工艺布局的工厂要短的多。

6）更加快捷、合理的加工方案成组技术是趋于自动化的加工方法。

可通过合理的工件分类和编码系统来获得，在这里，对于每一个工件，通过它的编码，可以很容易地从计算机中调出有关该工件的详细加工方案。

2.2成组技术的基本原理随着我国经济的高速发展，社会对机械产品需求多样化的趋势也越来越明显。

传统的针对小批量生产的组织模式会存在一些矛盾：生产计划、组织管理复杂化；零件从投料到加工完成的总生产时间较长；生产准备工作量大。

产量小，使得先进制造技术的应用受到限制.为此，制造技术的研究者提出了成组技术的科学理论及实践方法，它能从根本上解决生产由于品种多，产量小带来的矛盾。

成组技术GT（Group Technology）是一门生产技术科学，它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性，并对其进行充分利用。

即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。

成组技术应用与机械加工方面，乃是将多种零件按其工艺的相似性分类成组以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。

成组技术将品种众多的零件按其相似性分类以形成为数不是很多的零件族，把同一零件族中诸零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量。

这样，成组技术就巧妙地把品种多转化为“少”，把生产量小转化为“大”，由于主要矛盾有条件地转化，这就为提高多品种、小批量生产的经济效益提供了一种有效的方法。

成组技术的基本原理是符合辩证法的，所以它可以作为指导生产的一般性方法。

实际上，人们很早以来就在应用成组技术的哲理指导生产实践，诸如生产专业化、零部件标准化等皆可以认为是成组技术在机械工业中的应用。

现代发展了的成组技术已广泛应用于设计、制造和管理等各个方面，并取得了显著的效益。

与生产事务的相关性是客观存在的，这不仅为人的一般常识所认可，而且也为统计学所证实。

用统计学的方法统计事物某些特征属性出现的频率，可以从总体上定量地说明事物客观存在的相似性。

从对捷克和德国机床产品各类零件的统计资料表明，零件间的相似性已超越国界，它确实是客观存在的，且遵循一定的分布规律。

从对英国机床业不同时期内几种主要加工设备需要量的资料表明：相对稳定的各类零件构成比例要适应各类机床数量。

由此可以认为，根据一定生产任务配备以相适应的各类机床数量，在较长的一段时间内是能够满足产品不断更新换代的生产要求的，这就科学地证明了成组技术实施的延续性，即产品（同类型或相近类型）的更新换代将不会影响成组技术的继续实施。

零件统计学不仅为成组技术的创立提供了可以信赖的科学依据，也是实施成组技术过程中充分认识和利用有关事物相似性的有用的科学方法。

成组技术基本原理要求充分认识和利用客观存在着的有关事物的相似性，所以按一定的相似标准将有关事物归类成组是实施成组技术的基础。

目前，将零件分类成组常用的方法有：1)视检法即用眼睛审视零件图样或实物，然后凭人的主观经验分行出相似零件。

它的效果主要取决于个人的生产经验，带有主观性和片。

2)生产流程分析法将使用同一组机床进行加工的零件归为一类，这一方法用于分选工艺相似的零件组时效果显著，但是用于分选结构相似的零件组时却收效甚微。

3)编码分类法当大量信息需要存储和排序时, 通常都使用分类学。

类似于图书管理员应用分类学对书库中的图书进行分类, 并按要求编码, 以便于检索。

2.3分组技术的应用2.3.1 成组技术在产品设计中的应用在产品设计实施成组技术，通过对企业中已设计、制造过的零件编码和分组，可建立起设计图纸和资料的检索系统。

当设计一个新零件时，设计人员将设计零件的构思转化成相应的分类代码，然后按此代码对其所属零件族的零件设计图纸和资料进行检索，从中选择可直接采用或稍加修改便可采用的原有零件图。

只有当原有零件图均不能利用时，才重新设计新零件。

据统计，当设计一种新产品时，往往有3/4以上的零件可直接利用或经局部修改便可利用已有产品的零件图。

这就大大减少了设计人员的重复劳动。

例如，波音(Boeing)飞机公司建立设计检索系统后，电气电子设计组在新机种设计时，有95%的零件可以由检索得到。

美国的企业中，每设计一个新零件所需的设计费用，平均约为2 000美元。

采用设计图纸和资料检索系统后，能使设计工作量减少15%左右。

如果一个企业每年要设计2 500个新零件，则每年可节省75万美元的设计费用。

在我国随着CAD技术的发展和应用，特别是“九五”期间国家大力推进机械设计“甩掉图版”，建立产品设计图库和(GTCAD)系统具有重要意义。

GTCAD系统，又叫检索式CAD系统，是指以成组技术为基础的计算机辅助设计系统。

产品设计人员在应用GTCAD系统设计新零件时，首先进行零件检索，以确定能采用原有的零件图或对原有零件图稍加修改。

新产品设计中尽量利用原有的设计，为制造工艺领域增强了相似性，使企业生产的零件品种大为减少，从而大大节省工艺过程设计、工装设计和制造的时间和费用。

生产准备周期因之缩短，某些零件的生产批量也将得到扩大。

此外，产品增加了对老产品的继承性，使老产品生产中所积累的许多经验，能在新产品生产中加以充分利用。

2.3.2 成组技术在制造工艺中的应用企业生产的多种零件在按照一定的相似性准则分类成组的基础上，按零件进行工艺准备，可以在各项工作中，以多种形式实施成组成本。

一、成组工艺过程成组工艺过程是指针对一组相似的所有零件而设计的工艺过程，其设计方法有复合零件法和复合路线法。

复合零件是一种假想的零件，它具有同组零件的全部形状特征。

复合零件法是指按复合零件设计的成组工艺过程。

复合路线法是从分析零件组(族)各零件的工艺路线入手，选择一个最复杂和最长的工艺路线为基础，然后将其他零件所特有的而又未包含在该基础工艺路线中的工序合理地安排进去，最后形成满足全组零件要求的工艺过程。

二、成组夹具在成组技术原理指导下，为完成成组工序而设计、制造的专用夹具称为成组夹具。

成组夹具不同于一般的专用夹具，它不是针对某一种零件，而是针对一组零件的同一工序而设计的夹具。

三、成组技术在CAPP及数控编程中的应用成组技术是修订式CAPP系统的基础，零件编码与分组在修订式CAPP系统中具有重要作用。

此外，在数控编程中，可以应用成组技术原理实现零件组(族)数控编程。

2.3.3成组技术在生产组织与管理中的应用在生产组织中，采用成组单元或成组流水线，可以缩短零件的运输路线，提高生产单元或系统的柔性。

在生产管理中，以零件族为基础编制生产计划和生产作业计划，以可提高生产管理的效率，提高劳动力和设备的利用率。

在产品设计和制造工艺方面实施成组技术的企业，其生产管理方法也必须相应改变。

在生产管理工作中应用成组技术，将实行按零件族组织生产，打破产品界限，改变传统的按产品组织生产的方式；以零件管理取代原来的工序管理；质量管理也由检验人员控制为主改变为生产单元自控为主；工人则从按专业工种固定劳动分工向一专多能转变，从一人一机向多机床管理发展。