成组技术基本原理及应用
成组技术基本原理及应用
随着人类生活水平的提高和社会的进步，人们追求个性化、特色化的思想日益普遍。作为提供人的日常生活所需各种产品的制造业中，大批量的产品越来越少，单件小批量的产品生产模式越来越多，约占各类机器生产的（76～85）％。
一、成组技术基本原理
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：
² 生产计划、组织管理复杂化；
² 零件从投料到加工完成的总生产时间较长；
² 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：
² 视检法；
视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。它的效果主要取决于个人的生产经验，多少带有主观性和片面性。
² 生产流程分析法；
生产流程分析法PFA（Production Flow Analysis）是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。采用此法分类的正确性与分析方法和所依据的工厂技术资料有关。采用此法可以按工艺相似性将零件分类，以形成加工族。
² 编码分类法。
图1 JLBM1系统的基本结构
按编码分类，首先需将待分类的诸零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字或数字、字母兼用）。为此，需选用或制定零件分类编码系统。由于零件有关信息的代码化，就可以根据代码对零件进行分类。应指出，采用零件分类编码系统便零件有关生产信息代码化，将有助于应用计算机辅助成组技术的实施。
JLBM1系统是我国机械工业部门为机械加工中推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统。这一系统经过先后四次修订，已于1984年正式为我国机械工业部的技术指导资料。JLBMl系统的结构可以说是OPITZ系统和KK3系统的结合。图1是JLBM1系统的基本结构图。
二、成组技术的应用
目前发展的成组技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造和管理等方面作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施成组技术以提高综合经济效益。以下将从产品设计、制造及生产管理等方面简述成组技术的应用。
1、产品设计方面
由于用成组技术指导设计，赋予各类零件以更大的相似类，这就为在制造管理方面实施成组技术奠定了良好的基础，使之取得更好的效果。此外，由于新产品具有继承性，使往年累积并经过考验的有关设计和制造的经验再次应用，这有利于保证产品质量的稳定。以成组技术为指导的设计合理化和标准化工作将为实现计算机辅助设计（CAD）奠定良好的基础；为设计信息最大程度地重复使用，加快设计速度，节约时间作出贡献。据统计，当设计一种新产品时，往往有3/4以上的零件设计可参考借鉴或直接引用原有的产品图纸，从而减少新设计的零件，这不仅可免除设计人员的重复性劳动，也可以减少工艺准备工作和降低制造费用。
2、制造工艺方面
成组技术在制造工艺方面最先得到广泛应用。开始是用于成组工序，即把加工方法、安装方式和机床调整相近的零件归结为零件组，设计出适用于全组零件加工的成组工序。成组工序允许采用同一设备和工艺装置，以及相同或相近的机床调整加工全组零件，这样，只要能按零件组安排生产调度计划，就可以大大减少由于零件品种更换所需要的机床调整时间。此外，由于零件组内诸零件的安装方式和尺寸相近；可设计出应用于成组工序的公用夹具——成组夹具。只要进行少量的调整或更换某些零件，成组夹具就可适用于全组零件的工序安装。成组技术亦可应用于零件加工的全工艺过程。为此，应将零件按工艺过程相似性分类以形成加工族，然后针对加工族设计成组工艺过程。成组工艺过程是成组工序的集合，能保证按标准化的工艺路线采用同一组机床加工全加工族的诸零件。应指出，设计成组工艺过程、成组工序和成组夹具皆应以成组年产量为依据。因此，成组加工允许采用先进的生产工艺技术。以成组技术指导的工艺设计合理化和标准化为基础，不难实现计算机辅助工艺进程设计（CAPP）及计算机辅助成组夹具设计。
3、生产组织管理方面
成组加工要求将零件按工艺相似性分类形成加工族，加工同一加工族有其相应的一组机床设备。因此，很自然成组生产系统要求按模块化原理组织生产，即采取成组生产单元的生产组织形式。在一个生产单元内有一组工人操作一组设备，生产一个或若干个相近的加工族，在此生产单元内可完成诸零件全部或部分的生产加工。因此可以认为，成组生产单元是以加工族为生产对象的产品专业化或工艺专业化（如热处理等）的生产基层单位。成组技术是计算机辅助管理系统技术基础之一。这是因为运用成组技术基本原理将大量信息分类成组，并使之规格化、标准化，这将有助于建立结构合理的生产系统公用数据库，可大量压缩信息的储存量；由于不再是分别针对一个工程问题和任务设计程序，可使程序设计优化。此外采用编码技术是计算机辅助管理系统得以顺利实施的关键性基础技术工作，成组技术恰好能满足相似类产品及分类的编码。
三、成组技术的发展现状
成组技术从50年代提出到如今已经历了近50年的发展和应用。成组技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造（CAM）和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在60年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用成组技术，并初见成效。近年来，为适应我国社会主义经济建设的需要，要求机械工业加速技术改造的步伐，尤其是需要对占重要比例的中、小型企业引进生产技术和组织管理的革新工作；因此，成组技术再度受到国家有关部、局和工厂企业，研究所及高等院校的重视。目前，正积极开展这一方面的科学研究、人材培训和推广应用等工作。原机械部设计研究院负责组织研制的全国机械零件分类编码系统JLBMI，它将对我国推广应用成组技术起到积极推进作用。近几年来，一些工厂实践经验表明，应用成组技术的经济效益是十分显著的。我国不少高等工业院校结合教学和科研工作，在成组技术基本理论及其应用方面，如零件分类编码系统、零件分类成组方法和计算机辅助编码、分类、工艺设计、零件设计、生产管理的软件系统等方面都开展了许多研究工作，并取得了不少成果。可以相信，随着应用推广和科研工作的持续开展，成组技术对提高我国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用。