第4章成组技术

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1、第4章 成组技术第4章 成组技术本章导读多品种、中小批生产方式在目前和未来的机械制造业中占有重要的地位，成组技术是一门特别适用于这种生产方式的工程技术科学。实践证明应用成组技术对提高中小工厂的技术水平和经济效益十分显著。因此，学习成组技术的科学原理及其应用方法，使学生能够理解成组技术的基本概念及原理、基本方法，正确掌握基本类型零件的描述、对零件进行分类编码，为学生学习后继课程打下坚实的基础。本章重点：成组技术的基本概念及原理，基本方法，基本类型零件的描述本章难点：进行零件分类编码教学建议：本章只是介绍成组技术中一些必要的基本概念，为后续课程进一步学习成组技术打下理论基础。鼓励学生查阅成组技术的

2、发展案例及发展趋势，在教师的指导下进行一些零件的分类编码，并建议配有多媒体或录像教学资源，并提供一定量的教学实物教具。讲授课程1学时。4.1 成组技术概述成组技术（Group Technology，GT）并不是自动生产的技术策略，而是一种理念，一种适合于中小批量生产方式的制造理念。市场竞争日趋激烈，产品更新换代越来越快，产品品种增多，而每种产品的生产数量却并不很多。世界上7580的机械产品是以这种中小批生产方式制造的，中小批生产在机械工业的地位日益重要，而且，现代的制造环境还将面临一系列的问题和挑战，它包括： 为满足不同用户的需要，要求产品具有不同的规格和选项； 要求产品具有高可靠性，以及零件

3、具有高精度； 需要处理极为广泛的工件材料，包括不同的金属材料、塑性材料、陶瓷材料以及复合材料； 要求将产品的设计与制造紧密地结合起来。与大量生产企业相比，中小批生产企业的劳动生产率低，生产周期长，产品成本高，管理困难，市场竞争能力差。能否把大批量生产的先进工艺和高效设备以及生产方式用于组织中小批量产品的生产，一直是国际生产工程界广为关注的重大研究课题。针对生产中的这种需求，需要一种生产和管理相结合的科学，它就是成组技术。成组技术的基本原理是充分利用事物之间构成要素的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术问题，这样就可以发挥规模生产的优势，

4、达到提高生产效率、降低生产成本的目的。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和管理的整个生产系统，通过改变多品种小批量的生产方式获得最大的经济效益，为提高经济效益开辟了一条途径。成组技术也是一门涉及多种学科的综合性技术，其理论基础是相似性，核心是成组工艺。零件的相似性，包括零件在产品中的作用相似性和与结构相似性。作用相似性可依据零件间的装配关系及零件图纸的某些信息来推断，而零件的结构相似性则可根据零件图的信息来确定。零件相似性又可划分为结构的、材料的和工艺的三个类别。成组技术不仅用于零件加工、装配等制造工艺方面，而且还用于产品零件设计、工艺设计、工厂设计、市

5、场预测、劳动量测定、生产管理和工资管理等各个领域，成为企业生产全过程的综合性技术。4.2零件分类编码系统4.2.1 分类编码系统概述零件分类编码系统已经成为成组技术原理的重要组成部分，也是有效实施成组技术的重要手段，因此在实施成组技术的过程中，建立相应的零件分类编码系统，也就成为一项首要的准备工作。1. 分类编码系统的定义零件的分类编码就是按照一定的规则，用一组字符（数值、字母或符号），对零件的有关特征进行描述和标别。这些编码规则称为零件编码法则，所编制出的零件代码又叫GT码。例如，图4.5 a) 所示零件的VUOSO码为3820，其各码位的数字分别表示零件的类、级、组、型特征：类码为“3”表

6、示该零件为回转体类零件且中心线上有通孔；级码为“8”表示直径大于200mm，且长经比小于3；组码为“2”表示中心线以外有孔；型码为“0”表示材料为普通碳素钢。在实施成组技术进行零件分类编码系统时，不但要解决零件有关特征的识别和检索问题，也要解决相似零件的分类问题。因此， 对零件编码系统提出以下基本要求： 建立编码系统的目标和使用部门（设计、工艺和管理等）的需求相一致； 描述的信息应尽可能包括企业所有产品零件的各有关CAPP特征； 描述的特征应具有一定的永久性和扩充性，以适应产品更换和生产条件的改变，使之满足企业的不断发展； 每个代码的含义要保证唯一性； 分类编码系统结构应尽量简单，便于使用。2

7、. 分类编码系统的结构形式：在成组技术中，码的结构有三种形式：树式结构、链式结构以及混合式结构。图4-1 分类编码系统的结构形式（树式结构） 树式结构（分级结构） 码位之间是隶属关系，即除第一码位内的特征码外，其它各码位的确切含义都要根据前一码位来确定，如图4-1所示。树形结构的分类编码系统所包含的特征信息量较多，能对零件特征进行较详细的描述，但其结构复杂，编码和识别代码不太方便。VUOSO为10进4位的树式结构编码系统。 链式结构 也称为并列结构或矩阵结构，每个码位内的特征码具有独立的含义，与前后位无关，如图4-2所示。链式结构所包含的特征信息量比树式结构少，但结构简单，编码和识别也比较方便

8、。OPITZ系统的辅助码就属于链式结构形式。 混合式结构 编码系统中同时存在以上所说的两种结构，而大多数分类编码系统都用混合式结构，如图4-3所示。例如OPITZ系统、KK系统等。图4-2分类编码系统的结构形式（链式结构） 图4-3分类编码系统的结构形式（混合式）4.2.2 分类编码系统实例到目前为止，人们已研制出了各种各样的零件分类编码系统百余种，其中有以零件形状结构特征为基础的编码系统；有同时以零件形状结构和加工工艺为基础的编码系统。有代表性的是：原捷克斯洛伐克VUOSO系统、德国的OPITZ系统、日本的KK-3系统和我国的JLBM-1系统。一、VUOSO零件分类编码系统VUOSO零件分类

9、编码系统是成组技术中最早出现的零件分类编码系统。它是原捷克斯洛伐克金属切削机床研究所为机床行业制订的，10进制4位码结构的系统（它的基本结构如图4-4所示）。目前现有的零件分类编码系统一般都继承了VUOSO的一些特点。VUOSO系统有四个分类环节，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，以及用非机械加工工艺方法(如：弯曲、焊接、成型等)所获得的零件；第二个横向分类环节称为“级”，主要用来区分零件的大小和质量，借此也同时描述零件的基本形状；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；第四个

10、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。VUOSO系统的主要特点： 该系统的结构简单，使用方便，容易记忆。 在通用分类标志上，采用了多层次的综合分类标志，因而便能减少分类环节，使系统的结构比较紧凑。 对于回转体类零件采用D与L/D作为尺寸标志，既反映了这类零件尺寸大小的概念，又刻画出这类零件的基本形状。 对于大型零件考虑重量作为分类标志也很有意义。 系统中首先采用了“三要素完全组合”的编排分类标志的原理。 系统的不足之处在于横向分类环节数量少，因而所容纳的纵向分类环节少，以致对零件的描述较粗。下面是采用VUOSO分类编码系统对零件进行分类编码的实例：图4-5a)是一个回转

11、类零件，图4-5b)是一个非回转类零件，图中均只标注了零件的主要尺寸。图4-6是所示零件的编码结果。图4-5分类编码的示例零件a）回转体类零件 b）非回转体类零件a）b）图4-6 按VUOSO系统分类编码的结果a）图4.5a)的回转体类零件编码 b）图4.5b)的非回转体类零件二、OPITZ零件分类编码系统OPITZ系统是世界上最著名的系统，它是由西德阿亨大OPITZ教授开发。该系统简单方便、实用，已被国内外很多单位或公司采纳，作为他们的编码系统，有些编码系统则是OPTIZ系统为基础发展而来的。1OPITZ分类编码系统的结构图4-7 OPITZ分类编码系统结构示意OPITZ码（如图4-7所示）

12、由9位数字组成，前15位数字用于描述零件的形状，69用于描述零件的尺寸、精度和材料。在这9位码之后，用户还可根据自己的需要设计扩充若干码位（一般不超过4位），用于表示零件的生产操作类型和顺序等。2类型码 OPTIZ分类编码系统的第一位是类型码，用于描述零件的总体类型。对于回转类零件，第一位数的代码用于15表示回转类零件零件的长径比范围，即回转类零件的长径比L/D分类（L表示零件的最大长度，D表示零件的最大直径），代码具体的含义如下：代码L/D零件类型00.5用于表示盘形件10.5L/D3用于表示短轴件23用于表示长轴件32用于表示长形偏异回转体5 备用对于非回转转类零件，第一位的代码是69，它

13、们是按零件长、宽、高的不同比例加以区分的。若长宽高分别用A、B、C表示，则用A/B与A/C（ABC）来区分杆状、板状和块状类零件。3形状码 OPTIZ编码系统第一位码只是对零件进行了粗略分类，第二第五码位用于对零件各主要形状特征作进一步的描述。回转体零件第二位的代码用于描述零件外部的主要形状，如零件外表面是否带有台阶，是一端有台阶还是两端都有台阶，是否带有圆锥表面台阶表面上是否还有其他形状要素等。第三位数字表示零件的内表面形状，其内容与外表面的内容大致相似，即是否有台阶孔、台阶孔的方向以及是否有圆锥孔等。第四位数字表示零件是否有平面和槽。第五位数字表示零件上是否有辅助孔和齿形等。至于非加转体零

14、件的第二、三、四、五位数字，分别用来表示零件的外形、主要孔及其他回转表面、平面加工、辅助孔及齿形加工等特征。4辅助码 OPTIZ编码系统的第六位至第九位数字是辅助码。第六位数字用来表示零件的基本尺寸，它有10个代码（09），分别代表10个由小到大排列的尺寸间隔。第七位数字表示零件的材料（10类）、第八位数字表示零件毛坯的形状（10类）、第九位位数字表示零件上高精度加工要求（IT7和Ra0.8以上）所在的形状码位。5示例 下面举例说明如何用OPTIZ分类编码系统对零件进行分类编码。图4-6a)是一个回转类零件，图4-6b)是一个非回转类零件。图4-8是所示零件的编码结果。6Opitz系统的特点可

15、以归纳如下： 系统的结构较简单，便于记忆和手工分类。 系统的分类标志虽然形式上偏重零件结构特征，但是实际上隐含着工艺信息。例如，零件的尺寸标志，既反映零件在结构上的大小，同时也反映零件在加工中所用的机应和工艺设备的规格大小。 虽然系统考虑了精度标志，但只用一位码来标识是不够充分的。 系统的分类标志尚欠严密和准确。 系统从总体结构上看，虽属简单，但从局部结构看，则仍旧十分复杂。图4-8 Opitz编码结果三、KK-3零件分类编码系统KK-3系统是由日本通产省机械技术研究所提出的草案，复经日本机械振兴协会成组技术研究会下属的零件分类编码系统分会多次讨论修改而成。它是一个供大型企业使用的十进位制21位代码混合结构分类编码系统。四、JLBM-1零件分类编码系统JLBM-1系统是我国原机械工业部为在机械加工中推广成组技术而开发的一种零件分类编码系统，这个系统先后经过4次修订，于1984年作为我国机械工业系统的技术指导性文件颁布。JLBM-1系统是在分析了OPITZ系统和KK-3系统的基础上，吸取了两系统的优点，克服了OPITZ系统分类标志不全和KK3系统环节过多的缺点，并根