一、成組技術(shù)的基本概念

　　在現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域中，由于新工藝新技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)需求的多樣化，產(chǎn)品更新周期的日益縮短，使得多品種小批量生產(chǎn)的企業(yè)大量增加。而單件、小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)率低、成本高、制造周期長(zhǎng)、工藝手段落后、管理也復(fù)雜。能改變多品種小批量生產(chǎn)企業(yè)的落后狀況，提高生產(chǎn)率，又能充分利用設(shè)備，降低產(chǎn)品成本的有效辦法，就是利用成組技術(shù)。

　　成組技術(shù)就是將企業(yè)的多種產(chǎn)品、部件或零件，按一定的相似性準(zhǔn)則，分類(lèi)編組，并以這些組為基礎(chǔ)，組織生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)多品種小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理的合理化。從而克服了傳統(tǒng)小批量生產(chǎn)方式的缺點(diǎn)，使小批量生產(chǎn)能獲得接近大批量生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

　　對(duì)于零件設(shè)計(jì)而言，許多零件都具有相似的形狀，那些相似的零件可以歸并成設(shè)計(jì)族。一個(gè)新零件可以通過(guò)修改一個(gè)現(xiàn)有的同族零件而形成。應(yīng)用這個(gè)概念，可以確定出復(fù)合零件。復(fù)合零件是包含一個(gè)設(shè)計(jì)族的所有特征的零件。它由設(shè)計(jì)族內(nèi)零件所有幾何要素組合而成。圖10-9所示是一綜合零件例子。

　　對(duì)機(jī)械制造工藝而言，成組技術(shù)的應(yīng)用顯得比零件設(shè)計(jì)更重要。不僅結(jié)構(gòu)特征相似的零件可歸并成組，結(jié)構(gòu)不同的零件仍可能有類(lèi)似的制造過(guò)程。例如，大多數(shù)箱體零件都具有不同的形狀和功能，但它們都要求鏜孔、銑端面、鉆孔等。因此，可以得出它們都相似的結(jié)論。這樣可以把具有相似加工特點(diǎn)的零件也歸并成族。由此出發(fā)，工藝過(guò)程設(shè)計(jì)工作便可得到簡(jiǎn)化。由于同族零件要求類(lèi)似的工藝過(guò)程，于是可建立一個(gè)加工單元來(lái)制造同族零件。而對(duì)每個(gè)加工單元只需考慮具有類(lèi)似加工特點(diǎn)的零件加工，于是可使生產(chǎn)計(jì)劃、工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)組織和管理等項(xiàng)工作的水平得以提高。

　　另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，成組技術(shù)也已成為計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

　　二、成組技術(shù)中的零件編碼

　　（一）零件分類(lèi)編碼的基本原理

　　分類(lèi)是一種根據(jù)特征屬性的有無(wú)，把事物劃分成不同組的過(guò)程。編碼能用于分類(lèi)，它是對(duì)不同組的事物給予不同代碼。成組技術(shù)的編碼是對(duì)機(jī)械零件的各種特征給予不同的代碼。這些特征包括:零件的結(jié)構(gòu)形狀，各組成表面的類(lèi)別及配置關(guān)系、幾何尺寸、零件材料及熱處理要求，各種尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面粗糙度等要求。對(duì)這些特征進(jìn)行抽象化，格式化，就需要用一定的代碼（符號(hào)）來(lái)表述。所用的代碼可以是阿拉伯?dāng)?shù)字、拉丁字母，甚至漢字，以及它們的組合。最方便，最常見(jiàn)的是數(shù)字碼。

　　對(duì)于工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，希望代碼能唯一地區(qū)分產(chǎn)品零件族。當(dāng)設(shè)計(jì)或確定一種編碼方案時(shí)，有兩種性質(zhì)必須保證，即代碼必須是:①不含糊的；②完整的。這就需要對(duì)代碼所代表的意義作出明確的規(guī)定和說(shuō)明，這種規(guī)定和說(shuō)明就稱(chēng)為編碼法則，也稱(chēng)為編碼系統(tǒng)。將零件的各種有關(guān)特征用代碼表示，實(shí)際上也對(duì)零件進(jìn)行分類(lèi)。所以零件編碼系統(tǒng)也稱(chēng)為分類(lèi)編碼系統(tǒng)。

　　目前使用的成組技術(shù)編碼系統(tǒng)中有三種不同類(lèi)型的代碼結(jié)構(gòu)：層次式；鏈?zhǔn)剑ň仃囀剑换旌鲜健?/P>

　　層次式也稱(chēng)為單元碼，每一代碼的含義都有前一級(jí)代碼限定。其優(yōu)點(diǎn)是用很少的碼位能代表大量信息;缺點(diǎn)是編碼系統(tǒng)很復(fù)雜。所以難于開(kāi)發(fā)。

　　鏈?zhǔn)接址Q(chēng)多元碼，碼位上每一代碼都代表某種信息，與前面碼位無(wú)關(guān)。在代碼位數(shù)相同的條件下，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)容量比層次式的少，但編碼系統(tǒng)較簡(jiǎn)單。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　混合式是層次式和鏈?zhǔn)降幕旌稀４蠖鄶?shù)編碼系統(tǒng)采用混合式。

　　目前已有一百多種成組技術(shù)編碼系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。JLBM一l分類(lèi)編碼系統(tǒng)是我國(guó)機(jī)械工業(yè)部組織制訂并批準(zhǔn)執(zhí)行的成組技術(shù)編碼系統(tǒng)。

　　（二）JLBM一1分類(lèi)編碼系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　該系統(tǒng)采用主碼和副碼分段的混合式結(jié)構(gòu)，由15個(gè)碼位組成。它的結(jié)構(gòu)如表10-2所示。

 

表10-6

 
 

　　該系統(tǒng)的一、二位碼表示零件的名稱(chēng)類(lèi)別，它采用零件的功能和名稱(chēng)作為標(biāo)志，以便于設(shè)計(jì)部門(mén)檢索，如表10-3所示。三～九位碼是形狀及加工碼，分別表示回轉(zhuǎn)體零件和非回轉(zhuǎn)體零件的外部形狀、內(nèi)部形狀、平面、孔及其加工與輔助加工的種類(lèi)，如表10-4所示。

　　十~十五碼位是輔助碼（副碼），表示零件的材料、毛坯、熱處理、主要尺寸和精度的特征。尺寸碼規(guī)定了大型、中型和小型三個(gè)尺寸組，分別供儀表機(jī)械、一般機(jī)械和重型機(jī)械等三種類(lèi)型的企業(yè)參數(shù)使用。精度代碼規(guī)定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四個(gè)檔次。在中等精度和高精度兩個(gè)檔次間，再按有精度要求的不同加工表面的組合而細(xì)分成幾個(gè)類(lèi)型，以不同特征來(lái)表示，如表10-5和表10-6所示。

　　表10-7是按照J(rèn)LBM-1對(duì)回轉(zhuǎn)零件進(jìn)行分類(lèi)編碼的實(shí)例。

　　（三）零件編碼方法

　　編碼方法有手工編碼和計(jì)算機(jī)輔助編碼兩種。手工編碼是編碼人員根據(jù)分類(lèi)編碼系統(tǒng)的編碼法則，對(duì)照零件圖用手工方逐一編出各碼位的代碼。手工編碼效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不同的編碼人員編出的代碼往往不一致。計(jì)算機(jī)輔助編碼是以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行的。對(duì)話方式可為兩種類(lèi)型，一種是問(wèn)答式，根據(jù)計(jì)算機(jī)臍幕的提問(wèn)，使用鍵盤(pán)逐個(gè)回答，一般回答“y”或“N”，就可自動(dòng)編出零件的代碼。另一種為選擇式，也稱(chēng)菜單式，根據(jù)計(jì)算機(jī)屏幕顯示的菜單，用鍵盤(pán)選擇對(duì)應(yīng)項(xiàng)的號(hào)（一般為0～9間的一個(gè)數(shù)），就能實(shí)現(xiàn)零件的編碼。計(jì)算機(jī)輔助編效率高，出錯(cuò)率低，減輕編碼人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠避免手工編碼時(shí)由于理解或判斷錯(cuò)誤而造成的編碼錯(cuò)誤。

　　三、零件分類(lèi)成組的方法

　　目前零件的分類(lèi)成組有以下兒種方法：即視檢法、生產(chǎn)流程分析法和編碼分類(lèi)法。

　　1．視檢法是由有經(jīng)驗(yàn)的工藝師根據(jù)零件圖樣或?qū)嶋H零件及其制造過(guò)程，直觀地憑經(jīng)驗(yàn)判斷零件的相似性，對(duì)零件分類(lèi)成組。這種方法簡(jiǎn)單，作為粗分類(lèi)是有效的方法。例如將零件劃分成回轉(zhuǎn)體類(lèi)、箱體類(lèi)、桿件類(lèi)等，但要作詳細(xì)的分類(lèi)就較困難。所以目前應(yīng)用較少。

　　2．生產(chǎn)流程分析法是一種按工藝特征相似性分類(lèi)的方法。首先可根據(jù)每種零件的工藝路線卡，列出表10-8所示的工藝路線表。表中的“ˇ”記號(hào)表示該種零件要在該機(jī)床上加工，然后通過(guò)對(duì)生產(chǎn)流程的分析、歸納、整理，可將表10-8轉(zhuǎn)換成表10-9的形式。從表10-9中可以明顯地看出，給出的20種零件可編為三組，每一組都有相似的工藝路線。生產(chǎn)流程分析法是一種應(yīng)用很普遍的方法。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

表10-9 工藝路線
 

　　3．編碼分類(lèi)法

　　零件經(jīng)過(guò)編碼，己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了很細(xì)的分類(lèi)，但如果僅僅把編碼完全相同的零件分為一組，則每組零件的數(shù)量往往很少，達(dá)不到擴(kuò)大工藝批量的目的。實(shí)際上代碼不完全相同的零件，往往也有相似的工藝過(guò)程而能屬于同一組。為此，對(duì)己編碼的零件還可用兩種方法分組:即特征碼位法和碼域法。

　　（1）特征碼位法

　　從零件代碼中選擇其中反映零件工藝特征的部分代碼作為分組的依據(jù)，就可以得到一組具有相似工藝特征的零件族，這幾個(gè)碼位就稱(chēng)為特征碼位。如表10-10所示，規(guī)定1、2、6、7四個(gè)碼位相同的零件劃分為一組。可以看出這組零件的特征為軸類(lèi)零件L/d＞3，具有雙向階梯的外圓柱面，直徑d＞20～5Omm，材料為優(yōu)質(zhì)鋼。所以這組零件可以在相同的機(jī)床上用相同的裝夾方法進(jìn)行加工。零件4雖然第I位代碼是6而不是4，但是它與上面三個(gè)零件相比僅多了一個(gè)功能槽，故也可歸并在這一類(lèi)中。

　　（2）碼域法

　　碼域法是對(duì)零件代碼各碼位的特征規(guī)定幾種允許的數(shù)據(jù)，用它作為分組的依據(jù)，將相應(yīng)碼位的相似特征放寬了范圍。在表10-11a所示的零件族特征矩陣表上，橫向數(shù)字表示碼位，縱向數(shù)字表示各個(gè)碼位上的代碼，圖中“×”表示的范圍稱(chēng)為碼域。表10-11a是根據(jù)大量統(tǒng)計(jì)資料和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而制定的零件相似性特征矩陣表。凡零件各碼位上的編碼落在該碼域內(nèi)，即劃為同一零件組。如表10-11b中所示3個(gè)零件即為一組，或稱(chēng)為一個(gè)零件族。

　四、成組工藝過(guò)程設(shè)計(jì)

　　零件分類(lèi)成組后，便形成了加工組，下一步就是針對(duì)不同的加工組制定出適合于組內(nèi)各零件的成組工藝過(guò)程。編制成組工藝的方法有兩種:復(fù)合零件法和復(fù)合路線法。

　　（一）復(fù)合零件法

　　按照零件組中的復(fù)合零件來(lái)設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的方法稱(chēng)為復(fù)合零件法，或樣件法。復(fù)合零件即是擁有同組零件的全部待加工表面要素的一個(gè)零件。它可以是零件組中實(shí)際存在的某個(gè)具體零件，也可以是一個(gè)假設(shè)的零件，由于它包含了組內(nèi)其它零件所具有的所有待加工表面要素，所以按復(fù)合零件設(shè)計(jì)的成組工藝，只要從中刪除一些不為某一零件所用的工序或工步內(nèi)容，便能為組內(nèi)所有零件使用，形成各個(gè)零件的加工工藝。

　　圖10-10表示了一個(gè)零件組按其復(fù)合零件設(shè)計(jì)成組工藝的例子。這一零件組由四種零件組成，第一行為其復(fù)合零件，它包含了四個(gè)零件所具有的五種加工表面要素。根據(jù)這個(gè)復(fù)合零件設(shè)計(jì)了成組工藝，在成組工藝的基礎(chǔ)上刪除各個(gè)零件所不需要的工序內(nèi)容，就得到了組內(nèi)各零件的具體工藝，見(jiàn)表10-12。

（二）復(fù)合路線法

　　對(duì)于非回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件，由于其形狀不規(guī)則，為某一零件組找出它的復(fù)合零件來(lái)常常十分困難，所以上述復(fù)合零件法一般僅適于回轉(zhuǎn)體零件。而非回轉(zhuǎn)體零件，常采用復(fù)合路線法。

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　　復(fù)合路線法是在零件分類(lèi)成組的基礎(chǔ)上，把同組零件的工藝路線作一比較，以組內(nèi)最復(fù)雜零件的工藝路線為基礎(chǔ)，然后將此路線與組內(nèi)其它零件的工藝路線相比較，凡組內(nèi)其它零件需要而作為代表的工藝路線中沒(méi)有的工序，一一添上，最終形成一個(gè)能滿(mǎn)足全組零件要求的成組工藝。表10-13是復(fù)合路線法設(shè)計(jì)成組工藝的例子。

　　五、成組生產(chǎn)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)有如下三種基本形式:成組單機(jī)；成組生產(chǎn)單元；成組生產(chǎn)流水線。這三種形式介于機(jī)群式和流水式之間的設(shè)備布置形式。機(jī)群式適用于傳統(tǒng)的單件小批量生產(chǎn)，流水線則適用于傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)。成組生產(chǎn)采用哪一種形式，主要取決于零件成族后，同族零件的批量大小。

　　1.成組單機(jī)

　　成組單機(jī)是在機(jī)群式布置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是把一些工序相同或相似的零件族集中在一臺(tái)機(jī)床上加工。它的特點(diǎn)主要是針對(duì)從毛坯到成品多數(shù)工序可以在同一類(lèi)型的設(shè)備上完成的工件，也可以用于僅完成其中某幾道工序的加工。

　　這種組織形式是成組技術(shù)的最初形式，由于相似零件集中加工，批量增大，減少了機(jī)床調(diào)整時(shí)間，獲得了一定的經(jīng)濟(jì)效果。對(duì)于較復(fù)雜的零件加工，需要在多臺(tái)機(jī)床上加工時(shí)，效果就不顯著了。但隨著數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床的應(yīng)用，特別是柔性運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展，成組加工單機(jī)的組織形式又變得重要起來(lái)。

　　2.成組生產(chǎn)單元

　　成組生產(chǎn)單元是指一組或幾組工藝上相似零件的全部工藝過(guò)程，由相應(yīng)的一組機(jī)床完成，該組機(jī)床即構(gòu)成車(chē)間的一個(gè)封閉的生產(chǎn)單元。圖10-16表示一個(gè)生產(chǎn)單元的布置形式。它是由四臺(tái)機(jī)床組成，可完成六個(gè)零件組全部工序的生產(chǎn)單元。

　　成組生產(chǎn)單元的主要特點(diǎn)是由幾種類(lèi)型機(jī)床組成一封閉的生產(chǎn)系統(tǒng)，完成一組或幾組相似零件的全部工藝過(guò)程。它有一定的獨(dú)立性，并有明確的職責(zé)，提高了設(shè)備利用率，縮短了生產(chǎn)周期，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)管理等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以為各企業(yè)廣泛采用。

　　3.成組生產(chǎn)流水線

　　成組生產(chǎn)流水線是成組技術(shù)的較高級(jí)組織形式。它與一般流水線的主要區(qū)別在于生產(chǎn)線上流動(dòng)的不是一種零件，而是多種相似零件。在流水線上各工序的節(jié)拍基本一致，其工作過(guò)程是連續(xù)而有節(jié)奏的。但對(duì)于每一種零件而言，它不一定經(jīng)過(guò)流水線上的每一臺(tái)機(jī)床加工，所以它能加工的工件較多，工藝適用范圍較大。