成组技术基本介绍及应用
成组技术基本介绍及应用
2008-9-23 来源： 中国机床商务网
一、成组技术的基本概念
在现代机械制造领域中，由于新工
艺新技术的飞速发展，社会需求的多样化，
产品更新周期的日益缩短，使得多品种小批
量生产的企业大量增加。而单件、小批量生
产的生产率低、成本高、制造周期长、工艺
手段落后、管理也复杂。能改变多品种小批
量生产企业的落后状况，提高生产率，又能
充分利用设备，降低产品成本的有效办法，
就是利用成组技术。
成组技术就是将企业的多种产品、
部件或零件，按一定的相似性准则，分类编
组，并以这些组为基础，组织生产各个环节，
实现多品种小批量生产的产品设计、制造和
管理的合理化。从而克服了传统小批量生产
方式的缺点，使小批量生产能获得接近大批
量生产的技术经济效果。
对于零件
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设计而言，许多零件都具有相似的形状，那些相似的零件可以归并成
设计族。一个新零件可以通过修改一个现有
的同族零件而形成。应用这个概念，可以确
定出复合零件。复合零件是包含一个设计族
的所有特征的零件。它由设计族内零件所有
几何要素组合而成。图10-9所示是一综合零
件例子。
对机械制造工艺而言，成组技术的应用显得比零件设计更重要。不仅结构特征相似的零件可归并成组，结构不同的零件仍可能有类似的制造过程。例如，大多数箱体零件都具有不同的形状和功能，但它们都要求镗孔、铣端面、钻孔等。因此，可以得出它们都相似的结论。这样可以把具有相似加工特点的零件也归并成族。由此出发，工艺过程设计工作便可得到简化。由于同族零件要求类似的工艺过程，于是可建立一个加工单元来制造同族零件。而对每个加工单元只需考虑具有类似加工特点的零件加工，于是可使生产计划、工艺准备、生产组织和管理等项工作的水平得以提高。
另外，随着计算机技术和数控技术的应用和发展，成组技术也已成为计算机辅助工艺设计、柔性制造系统、计算机集成制造系统的基础。
二、成组技术中的零件编码
（一）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作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，每一代码的含义都有前一级代码限定。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。JLBM一l分类编码系统是我国机械工业部组织制订并批准执行的成组技术编码系统。
（二）JLBM一1分类编码系统简介
该系统采用主码和副码分段的混合式结构，由15个码位组成。它的结构如表10-2所示。
表10-6
该系统的一、二位码表示零件的名称类别，它采用零件的功能和名称作为标志，以便于设计部门检索，如表10-3所示。三～九位码是形状及加工码，分别表示回转体零件和非回转体零件的外部形状、内部形状、平面、孔及其加工与辅助加工的种类，如表10-4所示。
十~十五码位是辅助码（副码），表示零件的材料、毛坯、热处理、主要尺寸和精度的特征。尺寸码规定了大型、中型和小型三个尺寸组，分别供仪表机械、一般机械和重型机械等三种类型的企业参数使用。精度代码规定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四个档次。在中等精度和高精度两个档次间，再按有精度要求的不同加工表面的组合而细分成几个类型，以不同特征来表示，如表10-5和表10-6所示。
表10-7是按照JLBM-1对回转零件进行分类编码的实例。
（三）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，根据计算机脐幕的提问，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。计算机辅助编效率高，出错率低，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。
三、零件分类成组的方法
目前零件的分类成组有以下儿种方法：即视检法、生产流程分析法和编码分类法。
1．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，但要作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，列出表10-8所示的工艺路线表。表中的“ˇ”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10-8转换成表10-9的形式。从表10-9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10-9 工艺路线
3．编码分类法
零件经过编码，己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，对己编码的零件还可用两种方法分组:即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。如表10-10所示，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L/d＞3，具有双向阶梯的外圆柱面，直径d＞20～5Omm，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I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。
（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。在表10-11a所示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10-11a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。如表10-11b中所示3个零件即为一组，或称为一个零件族。
四、成组工艺过程设计
零件分类成组后，便形成了加工
组，下一步就是针对不同的加工组制定出
适合于组内各零件的成组工艺过程。编制
成组工艺的方法有两种:复合零件法和复
合路线法。
（一）复合零件法
按照零件组中的复合零件来设计
工艺规程的方法称为复合零件法，或样件
法。复合零件即是拥有同组零件的全部待
加工表面要素的一个零件。它可以是零件
组中实际存在的某个具体零件，也可以是
一个假设的零件，由于它包含了组内其它
零件所具有的所有待加工表面要素，所以
按复合零件设计的成组工艺，只要从中删
除一些不为某一零件所用的工序或工步内
容，便能为组内所有零件使用，形成各个
零件的加工工艺。
图10-10表示了一个零件组按其
复合零件设计成组工艺的.例子。这一零件
组由四种零件组成，第一行为其复合零件，
它包含了四个零件所具有的五种加工表面
要素。根据这个复合零件设计了成组工艺，
在成组工艺的基础上删除各个零件所不需
要的工序内容，就得到了组内各零件的具
体工艺，见表10-12。
（二）复合路线法
对于非回转体类
零件，由于其形状不规则，
为某一零件组找出它的复
合零件来常常十分困难，所
以上述复合零件法一般仅
适于回转体零件。而非回转
体零件，常采用复合路线
法。
复合路线法是在
零件分类成组的基础上，把
同组零件的工艺路线作一
比较，以组内最复杂零件的
工艺路线为基础，然后将此
路线与组内其它零件的工
艺路线相比较，凡组内其它
零件需要而作为代表的工
艺路线中没有的工序，一一
添上，最终形成一个能满足
全组零件要求的成组工艺。
表10-13是复合路线法设
计成组工艺的例子。
五、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，流水线则适用于
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，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零件的全部工艺过程，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。图10-16表示一个生产单元的布置形式。它是由四台机床组成，可完成六个零件组全部工序的生产单元。
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。
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