成组技术在工业生产中的应用及组织形式

1.成组技术的基本概念

成组加工、成组工艺、成组技术和成组生产统称为成组技术GT。

成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法且提高了劳动生产率。零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。

2.成组技术中零件编码

（1）零件分类编码的基本原理

分类是一种根据特征属性的有无，把事物划分成不同组的过程。编码能用于分类，它是对不同组的事物给予不同代码。成组技术的编码是对机械零件的各种特征给予不同的代码。这些特征包括：零件的结构形状，各组成表面的类别及配置关系、几何尺寸、零件材料及热处理要求，各种尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度等要求。对这些特征进行抽象化、格式化，就需要用一定的代码（符号）来表述。所用的代码可以是阿拉伯数字、拉丁字母，甚至汉字以及它们的组合。最方便、最常见的是数字码。

对于工艺过程设计，希望代码能唯一地区分产品零件族。当设计或确定一种编码方案时，有两种性质必须保证，即代码必须是：①不含糊的；②完整的。这就需要对代码所代表的意义给出明确的规定和说明，这种规定和说明就称为编码法则，也称为编码系统。将零件的各种有关特征用代码表示，实际上也对零件进行分类。所以零件编码系统也称为分类编码系统。

目前使用的成组技术编码系统中有三种不同类型的代码结构：层次式、链式（矩阵式）、混合式。

层次式也称为单元码，每一代码的含义都由前一级代码限定。其优点是用很少的码位能代表大量信息；缺点是编码系统很复杂，所以难于开发。

链式又称多元码，码位上每一代码都代表某种信息，与前面码位无关。在代码位数相同的条件下，链式结构容量比层次式的少，但编码系统较简单。

混合式是层次式和链式的混合，大多数编码系统采用混合式。目前已有一百多种成组技术编码系统在工业生产中应用。

（2）零件编码方法

编码方法有手工编码和计算机辅助编码两种。手工编码是编码人员根据分类编码系统的编码法则，对照零件图用手工方法逐一编出各码位的代码。手工编码效率低，劳动强度大，不同的编码人员编出的代码往往不一致。计算机辅助编码是以人机对话方式进行的。对话方式可为两种类型：一种是问答式，根据计算机屏幕的提问，使用键盘逐个回答，一般回答“Y”或“N”，就可自动编出零件的代码；另一种为选择式，也称菜单式，根据计算机屏幕显示的菜单，用键盘选择对应项的号（一般为0～9间的一个数），就能实现零件的编码。计算机辅助编码效率高、出错率低，可减轻编码人员的劳动强度，能够避免手工编码时由于理解或判断错误而造成的编码错误。

3.零件分类成组的方法

目前零件的分类成组有以下几种方法：视检法、生产流程分析法和编码分类法。

（1）视检法

视检法是由有经验的工艺师根据零件图样或实际零件及其制造过程，直观地凭经验判断零件的相似性，对零件分类成组。这种方法简单，作为粗分类是有效的方法。例如将零件划分成回转体类、箱体类、杆件类等，但要给出详细的分类就较困难，所以目前应用较少。

（2）生产流程分析法

生产流程分析法是一种按工艺特征相似性分类的方法。首先可根据每种零件的工艺路线卡，列出如表7-5的工艺路线表。表中的“√”记号表示该种零件要在该机床上加工，然后通过对生产流程的分析、归纳、整理，可将表7-5转换成表7-6的形式。从表7-6中可以明显地看出，给出的20种零件可编为三组，每一组都有相似的工艺路线。生产流程分析法是一种应用很普遍的方法。

表7-5　工艺路线

表7-6　工艺路线

（3）编码分类法

零件经过编码，已经实现了很细的分类，但如果仅仅把编码完全相同的零件分为一组，则每组零件的数量往往很少，达不到扩大工艺批量的目的。实际上代码不完全相同的零件，往往也有相似的工艺过程而能属于同一组。为此，对已编码的零件还可用两种方法分组：特征码位法和码域法。

①特征码位法。从零件代码中选择其中反映零件工艺特征的部分代码作为分组的依据，就可以得到一组具有相似工艺特征的零件族，这几个码位就称为特征码位。见表7-7，规定1、2、6、7四个码位相同的零件划分为一组。可以看出这组零件的特征为轴类零件具有双向阶梯的外圆柱面，直径d＞20～50 mm，材料为优质钢。所以这组零件可以在相同的机床上用相同的装夹方法进行加工。零件4虽然第Ⅱ位代码是6而不是4，但是它与上面三个零件相比仅多了一个功能槽，故也可归并在这一类中。(www.xing528.com)

表7-7　用特征码位法分组

②码域法。码域法是对零件代码各码位的特征规定几种允许的数据，用它作为分组的依据，将相应码位的相似特征放宽了范围。表7-8的零件族特征矩阵表上，横向数字表示码位，纵向数字表示各个码位上的代码，图中“×”表示的范围称为码域。表7-8是根据大量统计资料和生产经验而制定的零件相似性特征矩阵表，凡零件各码位上的编码落在该码域内，即划为同一零件组。表7-8中3个零件即为一组，或称为一个零件族。

表7-8　码域法分组

4.成组生产组织形式

根据目前成组加工的实际应用情况，成组加工系统有如下三种基本形式：成组单机、成组生产单元、成组生产流水线。这三种形式介于机群式和流水式之间的设备布置形式。机群式适用于传统的单件小批量生产，流水式则适用于传统的大批量生产。成组生产采用哪一种形式，主要取决于零件成族后，同族零件的批量大小。

（1）成组单机

成组单机是在机群式布置的基础上发展起来的，它是把一些工序相同或相似的零件族集中在一台机床上加工。它的特点主要是针对从毛坯到成品多数工序可以在同一类型的设备上完成的工件，也可以用于仅完成其中某几道工序的加工。

这种组织形式是成组技术的最初形式，由于相似零件集中加工，批量增大，减少了机床调整时间，故获得了一定的经济效果。对于较复杂的零件加工，需要在多台机床上加工时，效果就不显著了。但随着数控机床和加工中心机床的应用，特别是柔性运输系统的发展，成组加工单机的组织形式又变得重要起来。

（2）成组生产单元

成组生产单元是指一组或几组工艺上相似的零件全部工艺过程，由相应的一组机床完成，该组机床即构成车间的一个封闭的生产单元。

成组生产单元的主要特点是由几种类型机床组成一封闭的生产系统，完成一组或几组相似零件的全部工艺过程。它有一定的独立性，并有明确的职责，提高了设备利用率，缩短了生产周期，简化了生产管理等一系列优点，所以为各企业广泛采用。

（3）成组生产流水线

成组生产流水线是成组技术的较高级组织形式。它与一般流水线的主要区别在于生产线上流动的不是一种零件，而是多种相似零件。在流水线上各工序的节拍基本一致，其工作过程是连续而有节奏的。但对于每一种零件而言，它不一定经过流水线上的每一台机床加工，所以它能加工的工件较多，工艺适用范围较大。

5.成组技术的应用

（1）成组技术在企业产品设计中的应用

设计是实现任何一种生产方式的前提，有关的研究表明，尽管产品的设计费用只占产品总成本的5%左右，但是却决定了产品成本的70%～80%。产品设计不仅是企业生产准备和成本预算的重要依据，而且还影响产品投放市场后的经济效益。在现代企业中，要对客户的个性化需求做出快速的反应，如果对客户的多品种、小批量的产品进行重新设计，则会浪费大量的成本和时间。在产品设计中应用成组技术首先要对企业中已设计、制造过的零部件编码成组，建立起设计图纸和资料的检索系统。当为新产品设计零件图纸时，设计人员将设计零件的构思，如零件的结构形状、尺寸大小等，转化成相应的分类代码，然后按该代码对其所属零件组的设计图纸和资料进行检索，从中选择可直接采用或者稍加修改便可采用的零件图。只有当原有的零部件图纸均不能利用时，才重新设计新的零部件图纸。在企业产品的设计过程中遇到最多的是“变异设计”，就是在原有产品基础上进行系统的改型设计。采用计算机进行变异设计，可以从图库与数据库中调出相类似的、已成熟的产品图样和数据，在此基础上进行修改设计，通过“留同变异”的方式能够很快地完成新产品的设计，并能省略一些不必要的零部件的性能试验，减少整个设计所承担的风险。

产品中大量零部件的重复使用有利于降低成本，因此实现大规模定制的企业应该将对产品成本影响较大的零部件进行标准化、规范化，对零件进行分析，将企业中相似零件进行合并、分解，提高零件的使用频率，减少企业内部的零件数，从而降低零件管理费用。

（2）成组技术在企业工艺规程设计中的应用

工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件，是指导工人进行生产和技术性操作的基本文件，也是企业编制生产计划和作业计划，进行生产调度，确定劳动组织，组织技术检查，安排原材料与毛坯供应等生产管理工作的重要技术依据。在工艺管理工作中，工艺规程占有重要地位，对产品的质量、成本及整个系统的优化都有极重要的影响。

目前国内很多企业仍多采用单独工艺，这样不但忽略了同类零件工艺的一致性，也导致了同类零件不应有的工艺多样化，致使编制出来的工艺规程多样化。用这样的工艺规程来指导生产会直接影响产品质量和生产组织工作，增加了设备布置和利用的复杂化，不利于生产系统的有序运行。然而，利用成组技术的计算机辅助工艺规程设计就可有效地避免上述弊端，采用成组工艺后，利用产品零件编码系统来识别产品的工艺特征，将特征类似的零部件进行工艺过程的统一和优化。工艺规程标准化经历了一个由按零件编码进行分类分组，到编制标准加工工艺规程的过程，然后将已编好的通用、专用工序卡及各类零件的标准工艺规程，按工艺编码系统的规定进行编码处理，以便重复使用、检索与保管。在为加工工艺规程基本相同的工序编写工艺规程时，把它们分类成组，使工艺文件标准化。在生产中使用标准化工艺文件，可缩减生产技术准备的工作量和期限，减少工艺的种类及工艺装备，提高零件的生产率和加工质量，降低生产成本。

（3）成组技术在企业生产管理中的应用

目前企业的生产管理多是按产品进行分工，按型号进行管理。每个型号都有自己的一套生产计划，生产任务紧张时，矛盾就非常突出，重复性工作量大，生产效率低。这不仅使计划目标难以实现，而且在人力、物力、财力各方面都造成了很多浪费。生产管理部门如果按专业进行成组生产系统管理，做出的计划就会比较科学并符合客观规律，就能提高企业生产力负荷的均衡性，使生产过程有序化，确保生产调度的有效和及时，使生产计划能按期、按质、按量地完成。

采用成组技术后的生产过程得到优化，使得生产环节及在零部件的加工类型上发生了变化。这也给生产组织管理带来了一系列的变化，将原来以产品封闭式的车间组织的生产方式改变成了以零件封闭单元组织的生产方式，过去以零部件与产品（装配）的纵向联系的组织生产方式改变成了以零部件的横向联系的组织生产方式。因此，在生产的组织管理中也必须采用成组技术才能与之相适应，主要反映在以下几个方面：生产布置设计时，在加工作业范围内采用成组流水线和成组单元加工，设备也做相应的布置而不再按机组布置；在确定生产计划时，应根据成组技术的原理来选择相似的产品。产品相似就容易形成零部件组，从而扩大成组加工批量，获得更好的经济效益；在确定生产过程的时间组织时，亦要根据成组批量来选择。成组后批量增大，有利于选择平行移动和平行顺序移动方式，这对缩短加工周期十分有利；在计算确定期量标准时，生产批量应用成组批量，同时机床调整时间应增加更换组内零件时对机床做的小时间的调整；在确定作业计划时，应按成组生产来确定，即编制成组作业计划。编制时要确定零件组之间的加工顺序以及组内零件的加工顺序。