一、成組技術(shù)的基本概念

　　在現(xiàn)代機械制造領(lǐng)域中，由于新工藝新技術(shù)的飛速發(fā)展，社會需求的多樣化，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、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，按一定的相似性準則，分類編組，并以這些組為基礎(chǔ)，組織生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)多品種小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計、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，使小批量生產(chǎn)能獲得接近大批量生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟效果。

　　對于零件設(shè)計而言，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)計族。一個新零件可以通過修改一個現(xiàn)有的同族零件而形成。應(yīng)用這個概念，可以確定出復(fù)合零件。復(fù)合零件是包含一個設(shè)計族的所有特征的零件。它由設(shè)計族內(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。

　　對機械制造工藝而言，成組技術(shù)的應(yīng)用顯得比零件設(shè)計更重要。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似的制造過程。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的零件也歸并成族。由此出發(fā)，工藝過程設(shè)計工作便可得到簡化。由于同族零件要求類似的工藝過程，于是可建立一個加工單元來制造同族零件。而對每個加工單元只需考慮具有類似加工特點的零件加工，于是可使生產(chǎn)計劃、工藝準備、生產(chǎn)組織和管理等項工作的水平得以提高。

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

　　二、成組技術(shù)中的零件編碼

　　（一）零件分類編碼的基本原理

　　分類是一種根據(jù)特征屬性的有無，把事物劃分成不同組的過程。編碼能用于分類，它是對不同組的事物給予不同代碼。成組技術(shù)的編碼是對機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。對這些特征進行抽象化，格式化，就需要用一定的代碼（符號）來表述。所用的代碼可以是阿拉伯數(shù)字、拉丁字母，甚至漢字，以及它們的組合。最方便，最常見的是數(shù)字碼。

　　對于工藝過程設(shè)計，希望代碼能唯一地區(qū)分產(chǎn)品零件族。當設(shè)計或確定一種編碼方案時，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。這就需要對代碼所代表的意義作出明確的規(guī)定和說明，這種規(guī)定和說明就稱為編碼法則，也稱為編碼系統(tǒng)。將零件的各種有關(guān)特征用代碼表示，實際上也對零件進行分類。所以零件編碼系統(tǒng)也稱為分類編碼系統(tǒng)。

　　目前使用的成組技術(shù)編碼系統(tǒng)中有三種不同類型的代碼結(jié)構(gòu)：層次式；鏈式（矩陣式）；混合式。

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

　　鏈式又稱多元碼，碼位上每一代碼都代表某種信息，與前面碼位無關(guān)。在代碼位數(shù)相同的條件下，鏈式結(jié)構(gòu)容量比層次式的少，但編碼系統(tǒng)較簡單。#p#分頁標題#e#

　　混合式是層次式和鏈式的混合。大多數(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分類編碼系統(tǒng)是我國機械工業(yè)部組織制訂并批準執(zhí)行的成組技術(shù)編碼系統(tǒng)。

　　（二）JLBM一1分類編碼系統(tǒng)簡介

　　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類別，它采用零件的功能和名稱作為標志，以便于設(shè)計部門檢索，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，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、中型和小型三個尺寸組，分別供儀表機械、一般機械和重型機械等三種類型的企業(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檔次。在中等精度和高精度兩個檔次間，再按有精度要求的不同加工表面的組合而細分成幾個類型，以不同特征來表示，如表10-5和表10-6所示。

　　表10-7是按照JLBM-1對回轉(zhuǎn)零件進行分類編碼的實例。

　　（三）零件編碼方法

　　編碼方法有手工編碼和計算機輔助編碼兩種。手工編碼是編碼人員根據(jù)分類編碼系統(tǒng)的編碼法則，對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，勞動強度大，不同的編碼人員編出的代碼往往不一致。計算機輔助編碼是以人機對話方式進行的。對話方式可為兩種類型，一種是問答式，根據(jù)計算機臍幕的提問，使用鍵盤逐個回答，一般回答“y”或“N”，就可自動編出零件的代碼。另一種為選擇式，也稱菜單式，根據(jù)計算機屏幕顯示的菜單，用鍵盤選擇對應(yīng)項的號（一般為0～9間的一個數(shù)），就能實現(xiàn)零件的編碼。計算機輔助編效率高，出錯率低，減輕編碼人員的勞動強度，能夠避免手工編碼時由于理解或判斷錯誤而造成的編碼錯誤。

　　三、零件分類成組的方法

　　目前零件的分類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法。

　　1．視檢法是由有經(jīng)驗的工藝師根據(jù)零件圖樣或?qū)嶋H零件及其制造過程，直觀地憑經(jīng)驗判斷零件的相似性，對零件分類成組。這種方法簡單，作為粗分類是有效的方法。例如將零件劃分成回轉(zhuǎn)體類、箱體類、桿件類等，但要作詳細的分類就較困難。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”記號表示該種零件要在該機床上加工，然后通過對生產(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#分頁標題#e#

表10-9 工藝路線
 

　　3．編碼分類法

　　零件經(jīng)過編碼，己經(jīng)實現(xiàn)了很細的分類，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，達不到擴大工藝批量的目的。實際上代碼不完全相同的零件，往往也有相似的工藝過程而能屬于同一組。為此，對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，這幾個碼位就稱為特征碼位。如表10-10所示，規(guī)定1、2、6、7四個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床上用相同的裝夾方法進行加工。零件4雖然第I位代碼是6而不是4，但是它與上面三個零件相比僅多了一個功能槽，故也可歸并在這一類中。

　　（2）碼域法

　　碼域法是對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)字表示各個碼位上的代碼，圖中“×”表示的范圍稱為碼域。表10-11a是根據(jù)大量統(tǒng)計資料和生產(chǎn)經(jīng)驗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個零件即為一組，或稱為一個零件族。

　四、成組工藝過程設(shè)計

　　零件分類成組后，便形成了加工組，下一步就是針對不同的加工組制定出適合于組內(nèi)各零件的成組工藝過程。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)合零件來設(shè)計工藝規(guī)程的方法稱為復(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零件。它可以是零件組中實際存在的某個具體零件，也可以是一個假設(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，形成各個零件的加工工藝。

　　圖10-10表示了一個零件組按其復(fù)合零件設(shè)計成組工藝的例子。這一零件組由四種零件組成，第一行為其復(fù)合零件，它包含了四個零件所具有的五種加工表面要素。根據(jù)這個復(fù)合零件設(shè)計了成組工藝，在成組工藝的基礎(chǔ)上刪除各個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，見表10-12。

（二）復(fù)合路線法

　　對于非回轉(zhuǎn)體類零件，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有的工序，一一添上，最終形成一個能滿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；成組生產(chǎn)單元；成組生產(chǎn)流水線。這三種形式介于機群式和流水式之間的設(shè)備布置形式。機群式適用于傳統(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

　　成組單機是在機群式布置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是把一些工序相同或相似的零件族集中在一臺機床上加工。它的特點主要是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，減少了機床調(diào)整時間，獲得了一定的經(jīng)濟效果。對于較復(fù)雜的零件加工，需要在多臺機床上加工時，效果就不顯著了。但隨著數(shù)控機床和加工中心機床的應(yīng)用，特別是柔性運輸系統(tǒng)的發(fā)展，成組加工單機的組織形式又變得重要起來。

　　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程，由相應(yīng)的一組機床完成，該組機床即構(gòu)成車間的一個封閉的生產(chǎn)單元。圖10-16表示一個生產(chǎn)單元的布置形式。它是由四臺機床組成，可完成六個零件組全部工序的生產(chǎn)單元。

　　成組生產(chǎn)單元的主要特點是由幾種類型機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程。它有一定的獨立性，并有明確的職責，提高了設(shè)備利用率，縮短了生產(chǎn)周期，簡化了生產(chǎn)管理等一系列優(yōu)點，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，其工作過程是連續(xù)而有節(jié)奏的。但對于每一種零件而言，它不一定經(jīng)過流水線上的每一臺機床加工，所以它能加工的工件較多，工藝適用范圍較大。