第9章 成组技术 9.1 成组技术的基本原理 9.1.1 成组技术基本原理 传统的单件小批量生产模式主要有下列一些问题： （1）生产计划、组织管理复杂化 （2）零件从投料至加工成成品和总生产时间（生产周期）较长 （3）生产准备工作量极大 （4）产量小限制了先进生产技术的采用 成组技术GT （Group Technology）就是为了解决这些问题而产生和发展起来的一项新技术。它是一门生产技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，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。,9.1.2 成组技术的发展 50年代末60年代初，成组技术传入东欧和西欧各国。 60年代以后，日本、美国也积极采用成组技术，并取得效果。 数控机床自1952年在美国问世以来，近30年的生产实践显示了它的一系列优越性。 分类编码方法和技术文件的统一化，使各级计算机管理系统便于联网，由此可实现技术经济信息这一社会智力资源的共享。 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。 进入80年代成组技术在我国得到广泛应用。机械设计研究总院组织研制了全国机械零件分类编码系统JLBM-1,9.2 零件的分类编码系统 9.2.1 零件的代码 1零件的识别码 产品中每种基本零件都必须有自己的“识别码”，借以与产品中的其它零件相区别。这种零件的识别码，也就是零件的件号或图号。零件的识别码是唯一的，即每种基本零件只应有、也只能有一个件号或图号。 2零件的分类码 零件的分类码是推行成组技术时才提出的, 这是因为： （1）单有零件的识别码，并不能按成组技术要求组织生产。 （2）为了推行成组技术的需要，零件除了必须拥有自己唯一的识别码外，还必须拥有分类码。,9.2.2零件分类编码的作用 在实施成组技术的步骤中，首先要建立符合企业生产特点的零件分类编码系统。零件分类编码系统并非只对零件的分类分组有用，其作用和意义远比分类分组深刻得多。对产品零件进行分类分组，那只是零件分类编码系统的功能之一。何况，零件的分类分组也并非单纯依靠零件分类编码系统便可完全解决的。此处必须强调的是，除了能对零件分类分组外，零件分类编码系统的主要功能还在于能搜集和检索有关零件从设计、工艺到生产的各种信息。其主要表现在以下几个方面：,(1)利用零件分类编码结果得出企业的零件频谱 汇总全部产品中自制零件的分类码，并统计出其中每个码位上的每个代码的出现频率，便可得出企业产品零件总体在每个结构一工艺持祉上的统计分。这些统计分布便构成企业的产品零件频谱，或简称零件谱。,（2）零件分类编码的结果是实现设计一工艺标准化的基础 通过整理零件分类编码的结果，便能汇集出相似结构一工艺的零件组。这就为实现相似零件的结构标准化、通用化和系列化，以及为制造相似零件所用的工艺规程及其工艺装备的标准化、专业化、自动化奠定了基础，从而能显著提高企业在产品设计和工艺准备方面的标准化水平。,（3）零件分类编码的结果提供了有效的检索手段 利用分类编码结果，按类组整理已有的有关零件的各种技术相生产方面的资料，然后便可按零件的分类码进行检索提取。这样便能使大量已有的、并被证明是十分可靠的资料，能够得到重复利用，因而便可大大节约不必要的重复劳动，充分做到物尽其用，杜绝一切可能的浪费。这样也有利于提高企业的经济效益。,(4) 零件分类编码系统的推广应用有利于实现专业化生产 如果零件分类编码系统的应用不是局限于个别企业，而是延伸到整个行业，乃至整个部门。则能从行业的或部门的产品中找出更多的结构一工艺相似曲军部件来，组织成先进的按零部件专业化的集中生产，以克服历来将相似零部件按产品专业比分散生产的弊病。,（5）零件分类编码系统的应用有助于生产信息管理 人类社会正步入一个崭新的信息时代。持别是现代机械制造企业面对科学技术突飞猛进、社会需求多样多变、市场竞争口益激烈的严峻环境，企业为了谋求生存和发展，必须对外部环境的瞬息变化，作出迅速的决策和反应。这便需要依靠及时准确地向企业领导部门提供各种必要的信息，作为制订决策的依据。若按传统的手工作业方式来汇集和处理企业生产活动中的浩确信息，则将必然延误时机。从而使企业的经营决策因跟不上外部环境的迅速变化，而蒙受经济上的打击和损失。因此，现代企业必须重视生产经营信息，而且必须借助计算机进行信息管理。,9.2.3 零件分类编码原理和概念 1零件的分类原理和概念 本小节仅限于讨论分类原理与概念而不涉及编码。有关编码问题将在下一小节中阐述。 (1) 分类 分类是人类认识客观世界的重要工具，是科学赖以产生的基础。 (2) 分类系统 分类系统是为了达到一定分类目的和要求而采用的相应分类原理、规则和步骤所构成的一个体系的总称。 (3) 分类环节 分类环节是事物在分类过程中所经历的每个层次或步骤。 (4) 分类标志 分类标志是事物赖以进行分类的依据。分类标志往往选取被分类事物所固有的特征和属性。,2分类系统的结构形式 (1) 按横向分类环节的多少来分 1）少环节分类系统 这类分类系统的横向分类环节数量一般不超过9个。主要适用于手工分类场合，以便于记忆和实际使用。 2）多环节分类系统 这类分类系统的横向分类环节数量都在9个以上。主要宜于采用计算机辅助分类。 (2) 按横向分类环节间的相互关系来分 1）独立环节的分类系统 若系统内各横向分类环节之间彼此完全独立而互不相干，则这样的横向分类环节便是独立环节 2）关联环节的分类系统 一般地说，若系统中相邻横向分类环节之间有从属关系而互相关联，则这样的横向分类环节便称作关联环节。 3）混合环节的分类系统 这种分类系统中的横向分类环节既有独立环节又有关联环节，因此属于兼有链式结构和树式结构的混合结构。,(3) 按分类系统的用途来分 1）供设计检索用的分类系统 这种系统的主要特点在于所选用的分类标志偏重在零件结构特征方面。 2）供工艺标准化用的分类系统 此处主要偏重于零件的工艺特点。 3）设计与工艺兼顾的分类系统 目前许多分类系统都是制订成设计与工艺兼顾的。 (4) 按分类系统结构的表达形式分 1）表格式分类系统 这种用表格形式来表达的分类系统，是目前流行的表达形式。 2）决策树式分类系统 这是一种新的、有发展前途的表达形式，这种决策树的逻辑性强。,9.2.4 常用的零件分类编码系统 1VUOSO零件分类编码系统 VUOSO零件分类编码系统是成组技术中最早出现的零件分类编码系统。目前许多现有的零件分类编码系统，大体上都是以VUOSO系统演变而来的。 VUOSO系统的基本结构即如图9.8所示。 图9.8 VUOSO分类编码系统的基本结构,VUOSO系统的第一个横向分类环节称为“类”，主要用来区分：回转体类零件、非回转体类零件，以及用除机械加工以外的其它工艺方法（如：弯曲、焊接、成型等）所获得的零件。第一横向分类环节下，设有8个纵向分类环节。 VUOSO系统的第二横向分类环节称为“级”。主要用来区分零件的大小和重量，借此也同时描述零件的基本形状。对于回转体零件，此处采用最大外径D以及最大长度L与最大外径D之比，便可很容易地区分回转体类零件中的盘盖类、短轴与套筒类、长轴类。 VUOSO系统第三个横向分类环节称为“组”。主要是在上述两个横向分类环节所确定的零件基本形状的基础上，进一步描述零件结构形状的细节。 VUOSO系统中的第一、二、三个横向环节都是关联环节。 VUOSO系统的第四个横向分类环节称为“型”。主要用来表示零件所用的材料和毛坯种类。,图9.11 按VUOSO系统分类编码的示例,2OPITZ零件分类编码系统 OPITZ系统是一个十进制的九位代码的混合结构分类编码系统。 OPITZ系统的基本示意，如图9.10所示。 图9.10 OPITZ分类编码系统结构示意,OPITZ系统前面五个横向分类环节主要用来描述零件的基本形状要素。 第一个横向分类环节主要用来区分回转体类与非回转体类的零件类别。 系统的第二个横向分类环节至第五个横向分类环节，则是针对第一个横向分类环节中所确定的零件类别的形状细节，作进一步的描述并细分。 OPITZ系统的辅助码部分，实际上是一个公用部分。即不论回转体类或非回转体类零件，均需用到这一部分，故而这一部分的横向分类环节皆为独立环节，与其前面的所谓主码部分互不相干。辅助码部分从第六个横向分类环节开始，用来划分零件的主要尺寸。 第七个横向分类环节是以材料种类作为其分类标志，但其中也附带考虑部分热处理信息。 第八个横向分类环节的分类标志为毛坯原始形状。 第九个横向分类环节，则是说明零件加工精度的分类标志,图9.13 零件OPITZ系统编码实例,3JLBM-1零件分类编码系统 JLBM-1系统是我国原机械工业部门为在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的修订已于1984年正式作为我国机械工业部的技术指导资料。 JLBM-1系统是一个十进制十五位代码的混合结构分类编码系统。它的基本结构即如图9.12所示。 JLBM-1系统增加了形状加工的环节，因而比OPITZ系统可以容纳较多的分类标志，同时，它在系统的总体组成上，要比OPITZ系统简单，因此也易于使用。,图9.14 JLBM-1分类编码系统结构示意图,图9.15 JLBM-1分类编码系统的分类编码示例,9.3 零件的分组方法 目前应用的零件分类方法主要有：视检法、生产流程分析法和编码分类法。 9.3.1 生产流程法（Production Flow AnalysisPFA） 生产流程分析是研究工厂生产活动中物料流程客观规律的一种统计分析方法。它着重分析生产过程中从原材料到产品的物料流程，研究最佳的物料流程系统。 1顺序分枝法 顺序分枝法乃是将待分类的全部零件按其工艺过程逐个地判别，使之归属于相应的各级分枝组。 为便于分析工作，应将零件工艺过程编码。为此，可采用机床（设备）或工序代码。 用顺序分枝法对零件分类包括两个过程：分枝过程和并枝过程。,若将两个分枝组之间的工艺过程相似程度定义为亲密度，则可并枝的两分枝组它们之间的亲密度关系可区分为高、中、低三级： （1）高亲密度关系 （2）中亲密度关系 （3）低亲密度关系 并枝成组时，宜于从最高级分枝组开始逐次寻求可并枝的次一级枝组。当然，最先应按高亲密度关系并枝，然后求其次按中亲密度关系并枝，最后，若需要可放宽相似性按低亲密度关系并枝，并适当地规定允许的最低并枝水平。,2聚类分析法 聚类分析法是一种数值分类方法，它是数理统计中研究物以类聚的一种多元分析方法，即用某一数学统计量定量地确定样品之间的亲疏关系，从而客观地将样品分类。 (1) 基本概念 1）样品 样品是分类对象的单一个体。 2）分类全域与类 分类全域为欲分类的样品全体。类是分类全域的一个子集。 3）相似系数 相似系数是描述两个样品之间相似程度的统计量 (2) 聚类方法和类相似系数 这种构造样品与类或类类之间相似系数统计量的法则称为聚类方法，该统计量称为类相似系数。 可以用类相似系数定义以下常用的几种聚类方法： 1）最近距离法（Single Linkage Method） 两个类之间的类相似系数定义为一个类中所有样品和另一个类中所有样品之间的各相似系数的最大值。,2）最远距离法（Complete Linkage Method） 两个类之间的类相似系数定义为一个类中所有样品和另一个类中所有样品之间的各相似系数的最小值。 3）类平均法（Average Linkage Method） 两个类分别有np及nq个样品，这两个类之间的类相似系数定义为所有npnq个样品对之间相似系数的算术平均值。 还有其他多种聚类方法，如中值法、可变类平均法及可变法等。 可以用递推的算法计算出每聚合一个新类之后该类与其他类之间的类相似系数。 (3) 聚类分析法的零件分类 本分类方法是根据规定的统计量为判据将多种零件逐次聚合成类。为此，首先应计算出零件之间的各相似系数，据