成組技術(shù)基本原理及應(yīng)用
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隨著人類生活水平的提高和社會的進(jìn)步，人們追求個性化、特色化的思想日益普遍。作為提供人的日常生活所需各種產(chǎn)品的制造業(yè)中，大批量的產(chǎn)品越來越少，單件小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)模式越來越多，約占各類機(jī)器生產(chǎn)的（76～85）％。
一、成組技術(shù)基本原理
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，社會對機(jī)械產(chǎn)品需求多樣化的趨勢也越來越明顯。傳統(tǒng)的針對小批量生產(chǎn)的組織模式會存在一些矛盾：
生產(chǎn)計(jì)劃、組織管理復(fù)雜化；
零件從投料到加工完成的總生產(chǎn)時間較長；
生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。
產(chǎn)量小，使得先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用受到限制
為此，制造技術(shù)的研究者提出了成組技術(shù)的科學(xué)理論及實(shí)踐方法，它能從根本上解決生產(chǎn)由于品種多，產(chǎn)量小帶來的矛盾。成組技術(shù)GT（Group Technology）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。成組技術(shù)應(yīng)用與機(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)的基本原理是符合辯證法的，所以它可以作為指導(dǎo)生產(chǎn)的一般性方法。實(shí)際上，人們很早以來就在應(yīng)用成組技術(shù)的哲理指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，諸如生產(chǎn)專業(yè)化、零部件標(biāo)準(zhǔn)化等皆可以認(rèn)為是成組技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用。現(xiàn)代發(fā)展了的成組技術(shù)已廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)、制造和管理等各個方面，并取得了顯著的效益。與生產(chǎn)事務(wù)的相關(guān)性是客觀存在的，這不僅為人的一般常識所認(rèn)可，而且也為統(tǒng)計(jì)學(xué)所證實(shí)。用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法統(tǒng)計(jì)事物某些特征屬性出現(xiàn)的頻率，可以從總體上定量地說明事物客觀存在的相似性。從對捷克和德國機(jī)床產(chǎn)品各類零件的統(tǒng)計(jì)資料表明，零件間的相似性已超越國界，它確實(shí)是客觀存在的，且遵循一定的分布規(guī)律。從對英國機(jī)床業(yè)不同時期內(nèi)幾種主要加工設(shè)備需要量的資料表明：相對穩(wěn)定的各類零件構(gòu)成比例要適應(yīng)各類機(jī)床數(shù)量。由此可以認(rèn)為，根據(jù)一定生產(chǎn)任務(wù)配備以相適應(yīng)的各類機(jī)床數(shù)量，在較長的一段時間內(nèi)是能夠滿足產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代的生產(chǎn)要求的，這就科學(xué)地證明了成組技術(shù)實(shí)施的延續(xù)性，即產(chǎn)品（同類型或相近類型）的更新?lián)Q代將不會影響成組技術(shù)的繼續(xù)實(shí)施。零件統(tǒng)計(jì)學(xué)不僅為成組技術(shù)的創(chuàng)立提供了可以信賴的科學(xué)依據(jù)，也是實(shí)施成組技術(shù)過程中充分認(rèn)識和利用有關(guān)事物相似性的有用的科學(xué)方法。成組技術(shù)基本原理要求充分認(rèn)識和利用客觀存在著的有關(guān)事物的相似性，所以按一定的相似標(biāo)準(zhǔn)將有關(guān)事物歸類成組是實(shí)施成組技術(shù)的基礎(chǔ)。
目前，將零件分類成組常用的方法有：
視檢法；
視檢法是由有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的人員通過對零件圖紙仔細(xì)閱讀和判斷，把具有某些特征屬性的一些零件歸結(jié)為一類。它的效果主要取決于個人的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，多少帶有主觀性和片面性。
生產(chǎn)流程分析法；
生產(chǎn)流程分析法PFA（Production Flow Analysis）是以零件生產(chǎn)流程及生產(chǎn)設(shè)備明細(xì)表等技術(shù)文件，通過對零件生產(chǎn)流程的分析，可以把工藝過程相近的，即使用同一組機(jī)床進(jìn)行加工的零件歸結(jié)為一類。采用此法分類的正確性與分析方法和所依據(jù)的工廠技術(shù)資料有關(guān)。采用此法可以按工藝相似性將零件分類，以形成加工族。
編碼分類法。
圖1 JLBM1系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
按編碼分類，首先需將待分類的諸零件進(jìn)行編碼，即將零件的有關(guān)設(shè)計(jì)、制造等方面的信息轉(zhuǎn)譯為代碼（代碼可以是數(shù)字或數(shù)字、字母兼用）。為此，需選用或制定零件分類編碼系統(tǒng)。由于零件有關(guān)信息的代碼化，就可以根據(jù)代碼對零件進(jìn)行分類。應(yīng)指出，采用零件分類編碼系統(tǒng)便零件有關(guān)生產(chǎn)信息代碼化，將有助于應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助成組技術(shù)的實(shí)施。
JLBM1系統(tǒng)是我國機(jī)械工業(yè)部門為機(jī)械加工中推行成組技術(shù)而開發(fā)的一種零件分類編碼系統(tǒng)。這一系統(tǒng)經(jīng)過先后四次修訂，已于1984年正式為我國機(jī)械工業(yè)部的技術(shù)指導(dǎo)資料。JLBMl系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以說是OPITZ系統(tǒng)和KK3系統(tǒng)的結(jié)合。圖1是JLBM1系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖。
二、成組技術(shù)的應(yīng)用
目前發(fā)展的成組技術(shù)是應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)，把中、小批生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)制造和管理等方面作為一個生產(chǎn)系統(tǒng)整體，統(tǒng)一協(xié)調(diào)生產(chǎn)活動的各個方面，全面實(shí)施成組技術(shù)以提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。以下將從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)管理等方面簡述成組技術(shù)的應(yīng)用。
1、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，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，也可以減少工藝準(zhǔn)備工作和降低制造費(fèi)用。
2、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)。
3、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(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，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(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。
三、成組技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
成組技術(shù)從50年代提出到如今已經(jīng)歷了近50年的發(fā)展和應(yīng)用。成組技術(shù)作為一門綜合性的生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術(shù)基礎(chǔ)。我國早在60年代初就在紡織機(jī)械、飛機(jī)、機(jī)床及工程機(jī)械等機(jī)械制造業(yè)中推廣應(yīng)用成組技術(shù)，并初見成效。近年來，為適應(yīng)我國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，要求機(jī)械工業(yè)加速技術(shù)改造的步伐，尤其是需要對占重要比例的中、小型企業(yè)引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和組織管理的革新工作；因此，成組技術(shù)再度受到國家有關(guān)部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學(xué)研究、人材培訓(xùn)和推廣應(yīng)用等工作。原機(jī)械部設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)組織研制的全國機(jī)械零件分類編碼系統(tǒng)JLBMI，它將對我國推廣應(yīng)用成組技術(shù)起到積極推進(jìn)作用。近幾年來，一些工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，應(yīng)用成組技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。我國不少高等工業(yè)院校結(jié)合教學(xué)和科研工作，在成組技術(shù)基本理論及其應(yīng)用方面，如零件分類編碼系統(tǒng)、零件分類成組方法和計(jì)算機(jī)輔助編碼、分類、工藝設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理的軟件系統(tǒng)等方面都開展了許多研究工作，并取得了不少成果。可以相信，隨著應(yīng)用推廣和科研工作的持續(xù)開展，成組技術(shù)對提高我國機(jī)械工業(yè)的制造技術(shù)和生產(chǎn)管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用。