（机械设计及理论专业论文）大冷工艺设计成组技术研究.pdf

大连理工大学工程硕士学位论文 摘要 本文主要针对大冷工艺编制中存在的一些问题，研究如何在工艺设计上进行 成组技术应用的关键问题。其中本文成组技术的研究主要涉及到产品零件的结构 一工艺相似性问题、零件的分组、零件分类编码系统的建立、成组工艺的生成等 多方面的问题。 。 本文通过对成组技术的应用背景、发展历程以及成组技术现状的简单介绍， 并且对比企业工艺设计中存在的实际问题，提出了在工艺设计中应用成组技术的 必要性。本论文同时还简述了成组技术的原理、有关概念以及它在产品设计、工 艺过程、成组夹具等方面的应用，同时对成组技术应用的载体- c a p p 系统的特点 以及它在企业应用情况进行了简单介绍。 本文在研究应用成组技术时，首先通过企业的产品零件在结构设计和工艺规 程方面的相似性，分析出零件存在分组的条件，提出了建立大冷零件分类编码系 统的方案一采用1 3 位的零件编码规则，零件分类编码系统的建立为工艺文件的 生成和检索提供了新的途径和方式。同时本文还着重介绍了如何针对划分好的零 件组。利用复合工艺路线法生成成组工艺的过程。最后通过具体实例的分析应用， 充分证明了成组技术在工艺设计中的真实作用，不仅大大提高了工艺设计的工作 效率，同时也为企业优化生产组织提供了可靠的依据，带动企业整个生产率的提 高。 论文的研究得到大连冷冻机股份有限公司技术部的大力支持。在大冷c a p p 系统实际开发和应用中，以及在部门实际工艺规程的设计中，初步证明本文研究 成果的有效性和实用性 大冷工艺设计成组技术研究 r e s e a r c h i n go nt h eg r o u pt e c h n o l o g yo f p r o c e s sp l a n n i n gi nd a l e n g a b s t r a c t t h eg r o u pt e c h n o l o g y ( g t ) o f p r o c e s s p l a n n i n gi sr e s e a r c h e di nt h ep a p e r ，w h i c h i n c l u d e st h es t r u c t u r e s i m i l a r i l y ，c l a s s i f i c a t i o n ，m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n d c o d i n gs y s t e m ，a s w e l la st h e g r o u pp r o c e s s o ft h e t y p i c a lp a r t s o fg t p r o c e s s p l a n n i n gi nd a l e n g a t b e g i n n i n g o ft h e p a p e r ，b a c k g r o u n do fg ti si n t r o d u c e d ，n o to n l yf o r a p p l i c a t i o nb u ta l s of o rd e v e l o p m e n te v e nt h ee f f e c t i o no ne n t e r p r i s e a n da l s o ，t h e c o n c e p t so fg t ，s u c ha sp r o d u c td e s i g ni ng t ，p r o c e s s p l a n n i n gi ng t ，m a n u f a c t u r i n g t o o l sa n df i x t u r ei ng ta r ee x p l a i n e di nd e t a i l a n dt h e n ，t h ep r o c e s s p l a n n i n go f p a r t si nd a l e n gi se x t e n s i v e l ya n a l y s i z e da n dc o m p a r e dw i t ht h a to fg t ，w h i c hl e a d s t ot h a tt h eu s u a l p r o c e s sp l a n n i n gi nd a l e n gh a st ob ec h a n g e d h o w e v e r ，an e w s o f t w a r e ，c o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) i s a p p l i e d i ng ta n d i t s c h a r a c t e r i s t i c sa r e s i m p l yi n t r o d u c e d m e a n w h i l e ，t h ep a r t so fp r o d u c t i o n ，w h i c hb e l o n g st ot w os e r i a lp r o d u c t i o n s i n d a l e n g ，a r ee x t e n s i v e l ya n a y s i z e d ，i n c l u d i n gt h e s i m i l a r i t y o f p a r t s i n s t r u c t u r ea n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s a n dt h e n ，an e wr u l ef o rt h ec l a s s i f i c a t i o n a n dc o d i n gs y s t e mi n d a l e n gi sp r e s e n t e d ，w h i c hi n c l u d e s1 3b i t sc o d ea n dt h e m e a n i n g sf o re a c hb i ta r ee x p l a i n e di nd e t a il i tp r o v i d e sag r o u n dw o r kf o r a p p l i c a t i o no fg ti nd a l e n g a sar e s u l t ，t h eg r o u p so fp a r t sf o rt w op r o d u c t i o n s i nd a l e n gc a nb er o u g h l yd e t e r m i n e da n dt h ec o d e sc a nb eg e n e r a t e db yt h er u l e f i n a l l y ，s o m ee x a m p l e sa r eg i v e nf o rt h ea p p l i c a t i o n so fg ti nd a l e n g i no r d e r t os h o wh o wt ow o r k o u tp r o c e s sw i t hm u l t i p l ep r o c e s s sr o u t i n gm e t h o db a s e do n g t ，t h es t e p so fg ta n di n d e xo ft e c h n o l o g ya r eg i v e na n dt h ea 1 1m a n u f a c t u r i n g p r o c e s sr o u t i n ga r el is ti nt h ep a p e r i ts h o w sag r e a te f f i c i e n c yw i t hl o wc o s t a n ds h o r tt i m ei nm a n u f a c t u r i n g t h ep r o j e c tis s u p p o r t e db yt h et e c h n i c a ld e p a r t m e n to fd a l i a nr e f r i g e r a t i o n c o ，l t d t h e r e s u l t so f a p p li c a t i o n s h o w st h a tt h es o f t w a r eo fc a p pa n d p r o c e s s p l a n n i n gb yg ti nt h ed e p a r t m e n ta r ee f f e c t i v ea n dp r a c t i c a b l e k e y w o r d s ：g r o u pt e c h n o i o g y ：p a r t so l a s s i f i c a t i o n a n d g o d i n g s y s t e m ： g r o u pp r o c e s s ； c a p p i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研 究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含 为获得大连理工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明 并表示了谢意。 作者签名：塑i 窒垦日期： 劲o i 、 大连理工大学工程硕士学位论文 1 绪论 1 1 成组技术的应用背景 随着市场竞争的加剧和中国加入w t o ，我国制造业面临着新的机遇和挑战，如何 在薪的挑战面前以最快的上市速度，最好的质量，最低的成本，最优质的服务，来满足 不同客户对产品的需求和企业可持续发展的要求，是制造业所面临的新难题由于随着 我国经济的高速发展，社会对机械产品需求多样化的趋势也越来越明显，丽一些企业的 产品设计、工艺编制、生产组织和管理的着重点还放在生产类型是大批量生产方面，忽 视了多品种，小批量生产类型的产品、工艺设计研究，这与现在生产发展方向不吻合， 必然导致生产计划，组织管理的复杂化，信息传递、反馈缓慢，生产过程难以有效控制 等问题发生 1 。 大连冷冻机股份有限公司( 以下简称大冷) 作为中国制冷行业的国营大中型企业， 同样也存在着上面的问题。由于大冷的现行生产技术准备工作大部分还只针对种产 品，进行单独的产品设计和单独的工艺准备。产品设计部门和工艺准备部门都缺乏必要 可靠的手段，去检索已有的设计图纸、工艺文件、工艺装备等信息。严重忽视了产品之 间的继承性和相似性，导致原有的图纸、工艺文件和工艺装备无法重复使用。同时大家 都陷入到重复设计图纸，重复编制工艺文件，重复设计和制造工艺装备的简单重复的劳 动当中，付出了许多不该付出的时间和精力及劳动。这样不仅使新产品的生产技术准备 周期过长、劳动量大，影响新产品的及时投产，而且，新设计的图纸、新编制的工艺和 新制造的工艺装备需要重新经过生产实际的检验，影响了新产品的质爨稳定。我们还应 看到这样孤立地针对一种产品进行生产准备的专用性，往往导致这种产品因更新而停产 时，使得与此产品有关的图纸、工艺和工装大都弃废不用，造成了人力、物力、财力的 极大浪费。同时由于生产只针对一种产品进行投产，势必造成生产效率低下，往往造成 零部件不能及时加工完成，大大延长产品的生产周期和影响产品的交货期 2 。 如何把握住和完成好缩短产品开发周期、降低产品生产成本、提高产品质量等企业 面临的基本任务，以及如何在先进制造技术的基础上具备对市场需求变化的制造柔性和 快速反应能力呢? 首先必须重视生产的合理化，克服不合理的现存问题。而这些现存闯 题，只有通过产品设计的模块化、工艺准备的标准化、生产体制专业化、生产系统柔性 化的多种途径才能有效的解决。而把以上四种途径能够有效结合在一起的，就是成组技 术。成组技术是一门生产技术科学，它是利用事物之间的继承性和相似性，通过相应的 大冷工艺设计成组技术的研究 分类技术，达到将它们各自归并成组的目的。然后针对每个组，通过合理化和标准化的 处理，便可制订出为解决同组事物共同问题( 共性问题) 所必需的统一原则和统一方 法。所以成组技术是一种使杂乱无章事物合理化、柔性化、标准化的有效方法【2 ，3 o 1 2 成组技术的发展过程 成组技术虽然是最近三十几年才发展起来的一项新技术，但是早在本世纪三十年 代，前苏联的工艺工作者就开始了探讨工艺过程典型的可能性。以下参考文献【3 】，第二 次世界大战期间，前苏联、德国、瑞典等国，都对工艺过程典型化进行过试验研究，并 逐渐发展成为成组工艺，到5 0 年代中期由前苏联的米特洛范诺夫提出，当时称为成组 加工，主要用于零件的机械加工方面。到5 0 年代末，成组技术初级阶段的成组加工迅 速在前苏联以及东欧获得推广应用，同时成组加工也被传播到西欧。原来米氏只是把成 组技工局限在机械加工领域，至5 0 年代末，已经延伸到其他工艺领域，譬如锻、冲 压、热处理、装备等领域，因此成组加工也被改称为成组工艺。到了6 0 年代和7 0 年代 初，上述各国得到了广泛的应用，理论和实践均已比较完善和成熟。 在编码技术方面，由德国阿亨大学o p i t z 教授研究开发的o p i t z 分类编码系统及其 “零件统计学”对后来世界各国编码系统的制定，以及用计算机进行分类分组，提供了 极有价值的经验。目前，德国己将成组技术与计算机辅助设计( c a d ) ，计算机辅助制 造( c a m ) ，计算机辅助工艺规程设计( c a p p ) 结合起来，实现柔性自动化。该国还 在把成组技术从适用于中小批量生产推广应用到大批量生产的自动线中去。 日本的成组技术起步较晚，1 9 6 7 年由国家的机械技术研究所和产业界机械振兴学 会，联合成立了成组技术研究会后，成组技术才得到了迅速发展。他们先后制定了k c 1 ( 5 位) ，k c - 2 ( 9 位) ，k k - 1 ( 3 位) ，k k - 2 ( 1 3 位) ，k k - 3 ( 2 1 位) 等分类编码 系统。此外，一些大型企业也建立了自己的分类编码系统。目前，日本的成组技术应用 已取得了显著成效，正在大力普及以) g g i t 技术为基础的c a p p 系统和柔性制造系统 ( f m s ) ，并且在近几年已创建了两个以成组技术为基础的无人自动化工厂。 美国比日本在成组技术方面起步更晚，在前苏联和欧洲大力推行成组技术的6 0 年 代，美国则主张以数控和电子计算机技术来解决多品种，中小批量生产存在的问题，虽 然也取得了一些成绩，但是耗费巨大，并且不能缩短新产品设计周期，缩短生产准备周 期和满足新产品更新换代频繁的要求。为此。美国航天工业协会从1 9 7 2 年开始，在全 国普遍重视和推广成组技术。 由于美国的技术力量强，虽然起步晚，但发展迅速。1 9 7 7 年美国宾夕法尼亚大学 调查的1 3 3 家公司中，有5 0 家已经采用了成组技术，占被调查总数的4 4 2 ，美国不 2 大连理工大学工程硬士学位论文 少高校和学术团体在成组技术的推广应用上，起到了积极作用，取得了可观成绩，如 m i t 己研制出用电视摄像机和电子计算机结合的光学识别方法，对产品图样自动分类和 确定代号的新技术。 我国6 0 年代初引入并研究成组技术，在纺织机械、飞机、机床及工程机械等行业 得到推广应用，第一机械工业部在1 9 6 3 一1 9 7 2 年的机械加工工艺及其设备十年科学 技术发展纲要中，就明确了要在多品种、中小批量生产厂试行成组技术，并规定了分 阶段的实施目标。后因政治原因中断了成组技术的推广和应用。从1 9 7 9 年开始，我国 的成组技术已重新得以进展先后召开了机床工业系统推行成组技术的交流会和该行业零 件编码法则审定会，并制定了机床零件分类编码草案( 即舳m 1 系统，该系统于1 9 8 2 年1 0 月正式定稿) ，1 9 8 4 年1 月在北京召开了“机械成组技术分类编码系统”审定 会，决定建立统一的机械工业零件分类编码法则，即i l b m - i 系统。该系统于1 9 8 5 年 由原机械工业部批准，作为指导性文件试行，以后又召开了多次学术交流会，成组技术 试点经验交流会。在我国机床，纺织机械，兵器工业等系统迅速得到了推广应用。 从1 9 8 6 年以后，我国成组技术的应用向更深的方向和向新成组技术方向发展。所 谓“新成组技术概念”是近几年由美国哈姆( h a m ) 教授提出来的。其含义是成组技术 的应用于计算机应用必须紧密结合起来，并贯穿于c a d c a p i c a m 和m p p ( 物料需 要量计划) 等各个生产环节中，使之获得最优化和集成化。这种结合称之为成组生产工 程，它是现代制造技术如c n c 哪x i m s 等的必要基础。我国在将成组技术与计算机的 结合方面取得了一些进展。如我国唐山轻工机械成组技术研究所，就在成组技术与 c a d 结合上取得了可喜成绩，处于国内领先水平。 目前我国的成组技术由初期的概念化、定性化、手工化向理论化、定量化、计算机 化转变，从学习国外的有关理论，发展到解决我国生产实际问题为主的应用和探讨。同 时，我国的成组技术研究已经从研究所、高等院校、试点厂家逐渐推广到越来越多的企 业。据不完全统计，9 0 年代初全国已经有1 0 0 多个企业实施成组技术。可以预见，随 着科学技术的发展和我们认识的提高，将会有更多的单位和企业研究和应用成组技术。 从9 0 年代以来，我国有些院校、研究所和工厂企业开始重视成组技术和c a p p 的 研究，如河北工业大学电器教研室、许昌继电器研究所、上海电器公司、许继公司、上 海电器成套厂、保定继电器厂等单位，都做了不少工作，取得一定的效益。 应用成组技术开发c a p p 系统，重要的是利用零件的相似性，通过分类编码把零件 分类成组，按零件组制定工艺集( 也称工序工步词典) 。这样，派生式c a p p 系统可以 通过检索相似零件组的工艺集进行工艺派生，并可进行人机交互加以修改和编辑而成； 3 大冷工艺设计成组技术的研究 创成式c a p p 系统可根据相似零件组的工艺集为索引建立决策规则，从而建立工艺知识 库。由于我国c a p p 技术的一些关键问题如工艺决策逻辑的收集、整理和模块化，各种 制造工程数据的收集、描述和统一数据库的建立以及系统集成化、标准化等工作尚来真 正展开。因此，当前的开发模式应该综合应用成组技术以及其他模式的优点，采用多层 次，多种决策方式并存的分布式结构，应用多种手段，才能解决多i 铬种生产企业的实际 问题。 综上所述，要使计算机技术能在机械制造领域中得到有效而广泛的应用，关键在于 必须与成组技术相结合，成组技术己经成为c a d 、c a m 、c a p p 、p m s 等工程实施的 基础，只有二者紧密的结合，才能相得益彰，才能使一切先进制造技术获得最大的技术 经济效益 1 3 成组技术的应用现状 也许很多的企业都能认识到实施成组技术能带来很多的直接和间接或者潜在的经济 效果。但实施成组技术的难度却非常大，在企业中应用成功的也很少。原因有很多，首 先成组技术中最重要的一部分零件分类编码系统的建立就是企业面临的棘手问题之一。 零件分类编码系统的成功与否，对成组技术的实施起着关键的作用，如果企业自行开发 的话，需要花费较多的人力、物力、财力，同时还要花费较长的时间。如果采用商用系 统，需要支付很大的代价，而且必须接受苛刻的附带条件。同时成组技术的实施必须得 有计算机技术的支撑和结合才能发挥作用，因为手工分类处理十分繁重，而且容易出 错，资料检索也十分困难，。但有关计算机技术( 如c a p p 、p d m 等) 的实施却又受 许多企业的客观条件制约对于那些企业信息化建设不是很完善的企业来说，就给成组 技术的实臆带来了困难。另外企业要实拖成组技术，最终都必须通过定的生产组织形 式( 包括成组单杌与成组封闭、机床单元、成组流水线等三种形式) 加以落实和贯彻， 否则无法取得其巨大的经济效益，但要通过以上三种形式来组织生产和布置车同，就需 要大量的资金，同时也影响生产。另一方面现在企业虽然是小批量多品种，但是车间的 组织却是比较混乱，一个机床干一种零件的现象不多，而是一个机床干了很多种不同的 零件。当然对于成组技术的认识还有很多的误区，这些认识同样也阻碍成组技术的发 展。具体表现如下【4 】： 1 种观点以为成组技术( 简称g t ) 已被c i m 等先进制造技术所替代。8 0 年代到9 0 年代相继出现了一系列先进制造技术如计算机集成制造( c m d 、敏捷制造 ( 加旧、精益生产等，国内一部分企业误以为o t 将会被这些先进制造技术所 替代。事实上，在我国c i m 应用成功的企业大多都是继承应用g t 技术比较成功 一4 大连理工大学工程硕士学位论文 的企业。如北京第一机床的c i m s 工程，在其指导思想中明确“以成组技术思想贯 穿c i m s ”，济南第一机床厂正是因为“七五”期间g t 应用成就而成为首批国 家c i m s 试点的四个单位之一，沈阳鼓风机厂正是有多年应用g t 的经验和基础 才成功地开发和应用c i m s 1 。从国外的应用情况来看，美国的j o b i l e e e r e 公司 是世界上最大的农机制造商，也是第一家获得c a s a s m e “工业领先奖”( 1 9 8 1 年) 实旖c i m s 的企、皿它的最主要特点就是引进和开发了成组技术，现在人们提 出的精益生产( 聃) ，其理论模式是g t + j i t + 全面质量管理t q m + 并行工程c e 综 合而成【4 】。许多企业在c a d c a p p c a m 的基础上进一步开发g t - c a d 、g t 。 c a p p 和g t c a m 等等。由此可见，g t 并不是被其他先进制造技术所代替、所 淘汰，而是相辅相成，相互溶合，相得益彰。 2 有一种观点认为计算机与信息技术的发展、数控技术与加工中心的应用无需成 组技术。计算机信息处理技术的发展c a d 甚至a u t o c a d 、c a p p 的应用无疑 极大地缩短了产品设计、零部件设计及其工艺设计的周期。成组技术的思想就 是根据产品、零部件的相似性特征借鉴设计，在手工设计时代可以缩短设计周期 在计算机时代，运用g t - c a d 、g t - c a p p 无疑也能缩短设计周期。同时。与一件 。产品、一个零件单独c a d 、c a p p 相比，g t - c a d 、g t - c a p p 能够极大减少计 算机处理的信息量，实现信息资源共享，节约计算机资源1 提高计算机的有效利用 率。同时，计算机信息处理技术的发展为g t 广泛深入的应用提供了有效的工 具。数控机床与加工中心的应用能缩短零件加工周期，提高生产过程的柔性 如果 与g t 结合应用，无疑是“锦上添花”。g t 的核心是按照零件的相似性特征划 分零件组、减少加工零件的种类、增加一次加工零件的数量、减少加工的准备 与结束时间。显然，g t 的应用会提高数控机床、加工中心的利用率。同时，采用 数控机床、加工中心也为g t 的应用创造了更好的条件。 3 过分强调通过加工设备的搬迁和重新布置来建立g t 生产单元或g t 车间地成 为了阻碍应用成组技术的多数观点。在应用g t 的初飙企业根据成组技术的原 理，认为不仅要成组设计、成组工艺，更要建立g t 生产单元或g t 车间才是完整 意义上的g t ，往往不顾自身的基础条件想“一步到位”的效益会更显著。但是 建立g t 车间和生产单元又需要雄厚的资金保证，而且对旧的车间管理提出新 的挑战，所以在我国的一些工厂中建立起来的g t 生产单元或车间后来又被逐 渐撤消，有些单位在建立g t 生产单元或车间时阻力很大而迟迟得不到实施。 从以上的众多观点和误区当中，我们可以看出成组技术是许多先进技术应用的基础 一5 - 大冷工艺设计成组技术的研究 但是由于我国的具体国情和经济发展的客观条件，我们可以看出在企业中完全应用成组 技术来设计产品工艺编审卜一组织生产，要走的路还很长。但随着计算机技术的快 速发展，把成组技术和计算机结合起来应用，已经为成组技术在企业中的实施开辟了新 的天地。作者相信，成组技术的实施虽然匿难很大，但发展前景非常光明。 14 课题来源及本文工作 14 1 课题来源 现代计算机技术所具有的处理信息快，储存容量大，检索方便灵活的特点与成组技术 融为一体，会彻底克服常规工艺设计的弊端，借助于计算机技术的成组技术首先实现工 艺设计的标准化，消除同类零件工艺设计的重复性和多样性，进而实现工艺设计的自动化， 使工艺人员从重复性劳动中解放出来，将主要精力用于具有开创性的工艺研究上来。 随着大连理工大学开发的以成组技术思想为基础的c a p p 系统在大冷厂技术部的广 泛应用，得到了大家的一致认可，c a p p 系统不仅大大提高了工艺编制的工作效率、资 源共享，而且也使工艺文件更加规范、更具标准化、更安全，为大冷厂全面实施信息化 提供了有力数据保障和技术支持。应该说c a w 系统为大冷厂生产工艺的改进和创新提 供了一个开阔平台，如何借助这个平台发挥成组技术在企业中的积极作用，特别是其在 工艺设计过程的应用，是一个比较有意义的课题。 1 4 2 本文工作 本文以大冷c h p p 系统的开发和应用为背景，同时结合大冷企业工艺工作的实际特 点，充分发挥成组技术在工艺设计中的作用，为以后成组技术在产品设计、组织生产上 的实旖提供依据和数据保障。本文主要研究内容如下： 1 ) 对成组技术进行一些基础性研究； 2 ) 研究大冷厂零件的相似性和进行零件分组； 3 ) 建立适应大冷厂的零件编码系统； 4 ) 利用复合路线法，建立相似零件族的成组工艺； 5 ) 利用编码检索生成所需的工艺文件； 本文的研究成果在国有大中型企业一大连冰山集团大连冷冻机股份有限公司 c a p p 系统的实际研制开发中获得了应用，并表现出了良好的效果。 6 大连理工大学工程硕士学位论文 2 成组技术基础 成组技术是揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物能够 采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术。为了分析机械零件的相似性，就需要对 零件的相似性特征进行描述。而零件编码系统就是描述相似特征的规则和方法。它是标 识相似性的重要手段，按一定的分类相似眭标准，将零件分类组成零件组( 族) 。成组 技术在设计的应用使设计参数和结构更加规范、标准，成为其他技术应用的保障，而成 组技术的核心成组工艺更是为工艺工作提供了新的应用模式，为工艺流程、生产准备的 的优化，为设计产品的规范化、标准化提供了发展平台。推动着成组夹具、车间管理等 多元化技术的开展，加快了企业在产品工艺生产过程的信息传递，为企业的生 产效率、生产质量、供货周期等方面提供有效保障。c a p p ( 计算机辅助工艺过程设 计) 作为c a d 与c a m 、e 即的过渡桥梁，是成组技术和计算机结合的产物，通过它的应 用，不仅改变了过去传统的工艺编制模式，为工艺工作提供了更广阔的发展空间，同时 也作为c a m 和e r p 等等企业信息化建设的桥梁发挥了很大作用【5 ，6 】。 本章主要阐述了成组技术的原理及相关知识( 参考文献【7 】) 。分析了零件分类编 码系统的发展和应用，同时也指出了成组技术应用的平台c a p p 系统的作用：就是 巴成 组技术思想和系统的模块结合起来，通过编制成组工艺，来实现快速、有效的检索和生 成工艺的手段。通过它在大冷厂的成功运行，为成组技术的实旅铺平了道路。 2 ，1 成组技术的原理及应用 人们在长期时间中逐渐形成了对相似性的规律性认识，为了确定的目的，基于事物 固有的相似性，按照适宜的原则将有关事物分类成组，继而采用相似的手段，处理同组 事物的共性问题，减少了不必要的重复劳动，提高了效率，获得比较好的效益。成组技 术就是这种哲理的延伸。分析多品种小批量生产中现行生产技术准备体制所存在的问 题，可以看出，最根本的问题，就在于它严重忽视产品之间的继承性和相似性，造成了 相同或相似零件的机构和工艺的多样化和重复性。而成组技术( g r o u pt e c h n o l o g y ) 就 是研究如何识别和挖掘生产活动有关事物的相似性，并充分利用它的生产技术。成组技 术能把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题的最优方案，以取得所期望的经济效 益，将企业的多品种产品、部件和零件，按一定的相似性准则分类编组，并以这些组为 基础组织生产各环节，从而实现多品种中小批量生产的产品设计，制造和管理的合理化 的一种先进技术，成组技术以产品设计为对象，把同类零件归并在一起，用相同相似的 方法成组地进行处理，以消除多品种生产中设计、工艺、制造和管理中的大量重复性作 - 7 查堡三苎堡塑塑塾查盟婴塑 一一 业。在零件的加工过程中缩短了周转距离和时间，减少了生产技术准备工作量，提高了 效率，以期形成更多的相似形状族。 概括讲成组技术就是依靠设计标准化而有效地保持不同产品之间的结构工艺继承 性，通过工艺标准化而充分利用零部件之间的结构一工艺相似性。结构一工艺继承性是设 计标准化的前提，结构一工艺相似性是工艺标准化的基础。 可以说，成组技术能够有效地解决机械制造工业所面临的现存问题，应用成组技术 可以取得以下经济效益。 简化生产技术准备工作，使企业能经济而迅速地开发新产品； 提高设计标准化和工艺标准化的水平； 有效地扩大批量，使企业能采用先进锘4 造技术和先进生产组织管理方法； 同类相似零部件的集中生产，可以显著减少频繁变更加工对象所引起的调正 时间损失。 2 1 1 成组技术在产品设计中的应用 产品设计工作的重要性，不仅在于它是企业准备投产时组织生产、核算生产力，编 制生产预算等的重要原始依据，而且还在于它影响着企业的经济效益。目前企业在产品 设计中出现的一些问题，主要和产品设计工作所沿用的传统体制和方法有关。传统的产 品设计体制和方法是：来一项新产品的设计任务，便孤立地围绕这项任务展开设计，另 一方面加上产品零部件的通用化、标准化、规格化、系列化的水平都很低，过去在设计 信息的管理上，又缺乏为设计人员提供有效的检索已有设计信息的手段，因此，除非设 计人员本人有心积累和善于总结，随时可以找至q 可供参考和借用的资料，对于般不善 于设计积累资料的人和新参加工作的设计人员来说，要找到自己所需要的资料，就非常 费事费力，而且还不一定找得到。所以与其花费很多精力和时间到图纸档案室去查资 料，还不如自己做下来重画一张颏图省事。这样，结构一样、尺寸相似的图纸就有很 多，重复性和多样性就不可避免。如何避免新产品设计准备周期长，设计准备劳动量过 多，设计准备费用过大的缺点，比较有效的方法之一就是在企业中实行成组技术，改革 传统的产品设计工作体制和方法，使之适应不断开发新产品的需要，坚决杜绝或者减少 不必要的重复性或多样性 成组技术在产品设计中的应用，主要是为产品设计的标准化提供有效的方法和手 段，即在产品设计工作中实施零部件的通用化、标准化、规格化、系列化和模块化，控 制在新产品设计准备工作中，少出或者不出新的零件图纸。尽可能减少新产品的基本零 件数。如何达到以上的设计要求呢，基本的一点就是设计部门必须采用标准零部件图纸， 3 大连理工大学工程硕士学位论文 或者大量借用老产品中已存在的老零部件图纸，这样既可减轻设计人员的劳动量，大大加 快设计进度，也为下面的工艺准备和生产准备提供了充足的时间可以看出，种零部件 若能被不同的产品多次借用，说明这种零部件本身具有一定的继承性，而这种结构继承性， 却又是零部件标准化的前提和基础同时也为提高产品标准化创造了有利的条件 产品设计的标准化包括零件名称的规范化，零件结构设计标准化等，产品的标准化 同时也带动着企业其他标准化工作的顺利开展 s 3 ，比如：工艺标准化、生产管理的规 范化等。特别是工艺标准化，它是和设计标准化紧密相连的，其募本关系如下图所示： 设计标准化工艺标准化 1 基本形状标准化 f 主要工艺过程工片) 标准化l i 功能要素配王标准化l 1 次要i 序厦工序顺序标准化l ( 劝要素标准化 l 工席最工步杯堆化i i 主要尺寸标准化 l 设备与i 艺装备标准化t 图2 1 设计标准化与工艺标准化的关系 f i g 2 1r e l a t i o no f d e s i a ns t a n d a r d i z a t i o na n dp r o c e s ss t a n d a r d i z a t i o n 由于用成组技术指导设计，赋予各类零件以更大的相似类，这就为在制造管理方面 实旌成组技术奠定了良好的基础，使之取得更好的效果。此外，由于新产品具有继承 性，使往年累积并经过考验的有关设计和制造的经验再次应用，这有利于保证产品质量 的稳定。以成组技术为指导的设计合理化和标准化工作将为实现计算机辅助设计奠定良 好的基础；为设计信息最大程度地重复使用，加快设计速度，节约时间作出贡献。据统 计，当设计一种新产品时，往往有3 4 以上的零件设计可参考借鉴或直接引用原有的产 品图纸，从而减少新设计的零件，这不仅可免除设计人员的重复陛劳动，也可以减少工 艺准备工作和降低制造费用。 2 1 2 成组技术在工艺规程设计中应用 工艺设计是最活跃、最灵活和最富有创新成效的一个环节，同样的生产条件，不同 的工艺设计往往产生不同的生产率和效益。现在企业的工艺设计都有突出两个问题：编 制零件工艺工作的重复性和编制零件工艺工作的多样性。在多品种的生产条件下，缺乏 完善而有效的管理方法，信息的存储和检索手段比较落后，导致使用单独工艺方式逐件 9 大冷工艺设计成纽技术的研究 编制零件工艺，使工艺人员穷于应付新产品的工艺准备工作，既无时间去查阅老产品中 已有的工艺资料，又无时间去系统研究同类零件的工艺标准化问题。因此很容易就形成 一个零件编一个单独工艺，忽视了同类零件工艺的一致性和继承性，导致同类零件工艺 文件不应有的重复和多样，所以可以看出用传统的工艺设计方法设计多品种小批量生产 工艺是不科学的，必须导致生产计划，组织管理的复杂化，信息传递、反馈缓慢，生产 过程难以控制。同时使生产准备工作量增大，要分别针对一个产品或一个零件进行工艺 设计和生产准备，既是结构大同小异的零件的工艺设计也要从头开始，增加了许多重复 性的劳动，原有的工艺信息没有得以充分利用，付出了许多不该付出的时间和精力及劳 动。 针对传统编制工艺方法的缺点，解决的方法就是实行工艺标准化 8 ，9 ，在一定的 生产条件下，使结构和功用相同的同类零件，能有统一的工艺过程，防止不必要的工艺 多样性，实现所有设备和装备的专业化、机械化、自动化，可以显著提高生产效率，确 保零件加工质量和降低零件成本。 成组工艺是工艺标准化思想的发展，它着眼于构成零件的整个工艺过程的道道工 序，只要某些零件的某道工序能在同一台设备上，用相同的工艺装备和调整方法进行加 工，则这些零件在这道工序上可以归并成组。它的基本原理如下图： 图表2 。2 成组工艺的基本原理 f i g 2 - 2b a s i cp r i n c i p l eo fg r o u pp r o c e s s 成组干艺的编制，不仅为了实施感组技术的需蒙，使正在生产的、属于同一工艺相 i,ll 似零件组的零件，能够捧照所编制的戚组工艺进行生产，而且也是为了实现工艺标准 一1 0 - 大连理工大学工程硕士学位论文 化。最根本的就是为新产品服务，使新产品中的工艺相似零件，不必另外编制单独工 艺，可直接检索并沿用已有的相似零件组的成组工艺，只有这样，才能保持同类零件的 工艺继承性，防止工艺的多样性，简化新产品的工艺准备工作，缩短新产品的工艺准备 周期，加快新产品的生产步伐。随着c a p p 等信息系统的引入，编制成组工艺更是提供 了工艺数据和必需的备种标准工艺资料。而且旦完成全部工艺相似零件组的成缀工艺 编制工作，则可以逸待劳，不再有大量的编制工作了，以后只是部分地更新落后的成组 工艺或补充新建立的工艺相似零件组所需威组工艺，这种工作量是极其有限的，这样就 能使工艺人员从繁重的工艺准备工作中解脱出来。 如何编制成组工艺，编制成组工艺的深度如何，都要和企业的生产类型、产品种 类、对工艺文件的使用习惯、生产组织管理等的因素结合起来。一般成组工艺设计基本 编制方法有虚拟零件法和复合工艺路线法。 1 ) 虚拟零件法。在结构相似的零件加工族中，产生一个虚拟零件，这个虚拟零 件拥有零件加工族中全部零件需要加工的表面，然后按这个虚拟的零件进行 工艺设计； 曰马j 目审 一吲争 劂事 ( a ) 被加工零件族( b ) 虚拟零件 图2 3 零件族及虚拟零件 f i g 2 3p a r i sf a m 甜ya n dd u m m yp a r t 2 ) 复合工艺路线法。对于非回转结构的零件加工族，要想产生一个虚拟零件， 有一定难度，这时可用复合工艺路线法，从族内找出一个结构最复杂，工艺 路线最长的零件为代表，然后，将族内其他两件有的而代表两件没有的工序 也加入，获得一条满足全族零件加工要求的复合工艺路线。 - 1 1 大冷工艺设计成组技术的研究 图2 4 用复合路线法编制成组工艺 f i g 2 4w o r k i n go u tg r o u pp r o c e s sw i t hm u l t i p l ep r o c e s s sr o u t i n gm e t h o d 2 1 3 成组夹具的应用 在生产技术上采月j 先进的加工方法和先进的生产手段把利用成组技术分成零件族的 零件进行加工生产，是提高生产效率和质量的有效途径，但要想在生产设备和车间改造 上进行大量投资推行成组技术，在一般企业来说，相对困难一些或者可能性非常小，那 如何让成组技术发挥功效呢，比较可取的一条经济实惠的途径就是，积极推广应用成组 夹具。特别是在新产品的生产技术准备工作中，工艺装备跟不上新产品投产的需要，由 于工艺装备的设计、制造、装配和调试的周期长，成为新产品顺利投产、试验的巨大屏 障，如果推广成组夹具，则可以缓解上面的矛盾。 成组夹具和专用夹具有着很大的不同，成组夹具是为组零件在某道工序上加工时 所用，而专用夹具则只为一种零件在某道工序上加工时使用。专用夹具的机构属于次 使用，即只能为一种零件的一道工序服务，当加工对象改变后，则此夹具就无法在使用 了。成组夹具的结构则属于多次使用，因为它能为多种不同零件的同一工序服务。只要 零件属于同一工艺相似零件组，成组夹具结构仍可反复使用。所以成组夹具的通用性很 高。另外成组夹具和组合夹具也是有区别的。在多品种小批量的生产条件下，用组合夹 具来取代成组夹具的做法，也是可取的做法，虽然采用组合夹具虽能显著缩短夹具的设 计和制造时间，但在加工对象频繁交换的条件下，每次因变更对象而更换组合夹具所损 失的机床调整时间，也是非常长的，并且组合夹具的刚性总不如成组夹具的好，对于加 工精度要求高的零件来说，就是认真考虑的问题。成组夹具按结构和功能特点来说，一 1 2 大连理工大学工程硕士学位论文 般分为成组专业化夹具和成组通用可调夹具。都各有特点，根据自身的需要可以采用不 同的夹具形式。下面的图就是一组带孑l 的轴类零件。 惑囤e 弼翻蘧三孺 蚓三逛瑾至蕊 e 贬珊习豳 图2 5 带辅助孔的轴类零件组 f i g 2 5s h a f tp a r t sw i t hs u b - p o r e 下面是加工上面径向孔的成组夹具。 图2 6 辅助孔用的成组夹具 f i g 2 6g r o u p t o o l sw i t hs u b - p o r e 从这个示例中可以看出，成组夹具和常规的专用夹具不一样，它不是为一种零件设 计的，而是为组工艺相似的零件设计的，所以它的设计方法和步骤要比一般夹具复 杂。而且在成组夹具设计中，不仅要研究每个具体零件的定位夹紧问题，而且要考虑一 组零件定位和夹紧方式的统一，以及确定可调元件的调正范围。 。 总而言之，成组夹具的采用不仅能缓解新产品生产技术准备工作中的矛盾，有利于 新产品盼大快大上，而且能提高工效、减轻工人劳动、确保零件加工质量、降低制造成 一1 3 大冷工艺设计成组技术的研究 本。尤其是它可以在形式上依旧保持较低的工艺装备系数，而实质上却有效地提高了多 品种小批量生产的工艺装备系数，使多种不同零件可以共用一个成组夹具。对于资金不 充裕的企业来说，制造成组夹具是完全可能的，而且投资小效益高。 2 2 零件分类编码系统 现代机械工业生产中多品种生产占有优势比重，多品种生产的现状可以看作是机械 工业生产现状的一面镜子。因此，多品种生产存在的问题反映了整个机械工业存在的问 题。这些问题包括开发新产品的生产技术准备不合理、生产技术和生产组织管理十分落 后、企业求全求大，成为规模大而效益差的全能型企业模式，整个机械工业的结构体制 不利于发展零部件专业化和工艺专业化。解决这些问题可以采用的途径就是要有一种手 段来收集和分$ f r ：f f 关同类相似零部件在设计、工艺和生产方面的资料，从而使产品设计 模块化、工艺准备标准化、生产体制专业化，以及生产系统柔性化。这种手段便是产品 零件分类编码系统。 目前，将零件分类成组常用的方法有：视检法，生产流程分析法，编码分类法。其 中视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性 的一些零件归结为一类。它的效果主要取决于个人的生产经验，多少带有主观性和片面 性。而生产流程分析法p f a ( p r o d u c t i o nf l o wa n a l y s i s ) 足以零件生产流程及生产设 备明细表等技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同 一组机床进行加工的零件归结为一类。采用此法分类的正确性与分析方法和所依据的工 厂技术资料有关。采用此法