计算机辅助设计与制造教学课件 CAD9

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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。,9.2.3 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。

7、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。,2OPITZ零件分类编码系统 OPITZ系统是

8、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

9、，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,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

10、统的总体组成上，要比OPITZ系统简单，因此也易于使用。,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

11、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。

12、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

13、。 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，据此列出原始相似系数矩阵表，将矩阵中相似系数数值最高的一对零件聚合成新类。,9.3.2 编码分类法 1零件分类的相似性标准 按某些相似特征将零件分类，困难在于制订适宜的

14、相似性标准。在掌握相似性标准时，应注意到两个方面： (1) 相似性标准不能太高，要求过严，以致使零件不易汇集成组。 (2) 相似性标准不能太低，过于粗略，以致归属于同一组的零件种数太多，使组内零件间差异性太大，从而妨碍了很好地利用零件的相似性。 为制定零件族相似性标准有下列三种方法：特征码位法、码域法及特征位码域法。 2特征码位法 在编码中选用若干特征码位来制定分类的相似性标准，只要是特征码位代码相同的零件皆可以归属于同一零件组。,3码域法 制定相似性标准除特征码位法以外，尚可采用码域法，即适当放宽每一码位相似特征方面的范围，这样就允许编码虽不相同，但具有一定零件特征相似性的零件仍可归属于同一

15、零件组，即适当地扩大了成组的零件种数。 4特征位码域法 这种方法只要求零件在特征码位的码值在规定的码域内，它是上述两种方法的综合，因而能兼备二者的特点，即既能抓住零件分类的主要特征方面，又能适当放宽其相似性要求，以期得到满意的分类结果。,9.4 成组技术的应用 9.4.1 成组技术在设计中的应用 以成组技术基本原理指导产品设计，不仅能保证最大限度地重复使用原有的设计信息，还可以赋予产品零件部件间更高的相似性，为后继生产活动实施成组技术奠定了良好的基础。因此，为获得全面实施成组技术的综合经济效益，首先应在产品设计中应用成组技术。 在产品设计中，标准化、系列化、通用化是减少重复设计，减少基本件数的

16、基本方法。利用成组技术进行零件标准化设计可变单件小批量为中大批生产，从而提高生产效率。成组技术要求在新产品设计中，尽量采用已有产品的零件，减少零件形状，零件上的功能要素以及尺寸的离散性。下面介绍应用成组技术的零件标准化设计方法复合零件法。,9.4.2 成组技术在工艺过程中的应用 成组技术在工艺设计中应用的基本思想是着眼于零件工艺过程的相似性。只要多类零件的某一工序能在同一设备上用相同的工艺装备和调整方法进行加工，则这几类零件在这一工序上可以并成一组。常用的成组工艺设计方法有复合零件法和复合线路法。 1复合零件法 复合零件法，顾名思义是利用一种所谓的复合零件来设计成组工艺的方法。作为复合零件都必须拥有同组零件的全部待加工的表面要素。 2复合路线法 复合路线法是在零件分类成组的基础上，把同组零件的工艺过程卡收集在一起。然后从中先选出组内最复杂，也即最长的工艺路线作为代表，再将此代表路线与组内其它零件的工艺路线相比较。经过比较，便可将其它零件有的而此代表路线没有的工序一一添入。这样便可最终得出满足全组零件要求的成组工艺。,