（机械电子工程专业论文）基于成组技术的质量控制管理系统的研究与开发.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文首先分析了质量管理的重要意义和发展现状，针对多品种小批量生产过程 中的特点和存在的问题，引入了成组技术和统计质量控制技术。应用成组工序族和 数据变换，通过控制图和过程能力指数监控生产过程。基于对以上理论的研究，本 文介绍基于成组技术的质量控制管理系统的开发，采用a s p n e t 技术b s 三层结构， 系统架构合理，实现简单，体现了基于n e t 平台开发b s 模式数据库应用的优越 性，并且对一些重点和难点问题给出了实现代码。本课题有着重要的现实意义。 关键词：成组技术，统计质量控制，多品种小批量，a s p n e t a b s t r a c t t h j st h e s i sf i r s ta n a l y z e st h es i g n i f i c a n c ea n dd e v e l o p m e n tc o n d i t i o no fq u a l i 锣 m a n a g e m e m a i ma tt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n de x i s t e n c eo fp r o b l e m si nm u l t i p l es p e c i e s a n ds m a l lb a t c hm 跚u f a c t u 】：i n g ，g r o u pt e c h o l o g ya n ds t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r 0 1 i s i n t r o d u c e d a p p l yt ot h ef a m i l yu s i n gp r o c e s sd i v i d i n ga n dm ed a t at r a n s f o m ，m o n i t o r t h em 觚u f a c t u r i n gp r o c e s sb yc o n t r o lc h a n sa i l dp r o c e s sc a p a b i l i t ) ri n d e x t l l r o u 曲t l l e s t l l d yo fa b o v et e c h n o i o g y ，血i st e x ti n t r o d u c t i o nt h ed e v e l o p m e n to fq u a l 时c o m r o l m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng r o u pt e c h n o l o g y u s i n ga s p n t ta i l d b st h r e e c o n f i g u r a t i o n ，a d o p t i o nt l l ea s p 。n e tt e c h n i q u eb st h r e es t n l c t l l r e ，t h i sm a d et h e c o n s t r u c t o ri sm o r er e a s o n a b l ea n dr e a l i z a t i o ni ss i m p l e r t os o m ek e ya n dd i 筒c u l t y p r o b l e m ，t h er e a l i z a t i o nc o d ei sp r e s e n t e d t h i st o p i ch a si m p o r t a n c eo fr e a l i t ) rm e a n i n g h o uj i a 咖i n g ( m e c h a n t r o n i c se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f f a nx i a o l i a n g k e yw o r d s ：g r o u pt e c h n o i o g y ，s t a t i s t i c a lp i o c e s sc o n t r o l ，m u l t i p l es p e c i e sa n d s m a ub a t c h ，a s p e t 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文首先分析了质量管理的重要意义和发展现状，针对多品种小批量生产过程 中的特点和存在的问题，引入了成组技术和统计质量控制技术。应用成组工序族和 数据交换，通过控制图和过程能力指数监控生产过程。基于对以上理论的研究，本 文介绍基于成组技术的质量控制管理系统的开发，采用a s p n e t 技术b s 三层结构， 系统架构合理，实现简单，体现了基于n e t 平台开发b s 模式数据库应用的优越 性，并且对一些重点和难点问题给出了实现代码。本课题有着重要的现实意义。 关键词：成组技术，统计质量控制，多品种小批量，a s p n e t a b s t r a c t t h j st h e s i sf i r s ta n a l y z e st h es i g n i f i c a j l c ea n dd e v e l o p m e n tc o n d i t i o no fq u a l i 锣 m a n a g e m e m a i ma tt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n de x i s t e n c eo fp r o b l e m si nm u l t i p l es p e c i e s a n ds m a l lb a t c hm 跚u f a c t u 】：i n g ，g r o u pt e c h n o l o g ya n ds t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r o l i s i n t r o d u c e d a p p l yt ot h ef a m i l yu s i n gp r o c e s sd i v i d i n ga n dt h ed a t at r a n s f o m ，m o n i t o r t h em 砚u f a c t u r i n gp r o c e s sb yc o n t r o lc h a n sa l l dp r o c e s sc a p a b i l i t ) ri n d e x t l l r o u 曲t l l e s t l l d yo fa b o v et e c h n o i o g y ，血i st e x ti n t r o d u c t i o nt h ed e v e l o p m e n to fq u a l 时c o n t r o l m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng r o u pt e c h n o l o g y u s i n ga s p n t ta n db st h r e e c o n f i g u r a t i o n ，a d o p t i o nt l l ea s p 。n e tt e c h n i q u eb st h r e es t n l c t l l r e ，t h i sm a d et h e c o n s t m c t o ri sm o r er e a s o n a b l ea n dr e a l i z a t i o ni ss i m p l e r t os o m ek e ya n dd i m c u l t y p r o b l e m ，t h er e a l i z a t i o nc o d ei sp r e s e n t e d t h i st o p i ch a si m p o r t a n c eo fr e a l i t ) rm e a n i n g h o uj i a 咖i n g ( m e c h a n t r o n i c se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f f a nx i a o l i a n g k e yw o r d s ：g r o u pt e e h n o i o g y s t a t i s t i c a lp i o c e s sc o n t r o l ，m u l t i p l es p e c i e sa n d s m a ub a t c h ，a s p n e t 声明尸 p 月 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于a s p 的网络制造平台设计与运 营模式研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：堡坚塑 日期：! 坚三：生 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，臣p ：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：堡坚塑 日 期：竺：墨：竺 导师虢磕易庞导师签名：坦型丝 日期： 垒星：! ：! ! 华北电力大学硕士学位论文 1 1 质量控制的重要意义 第一章绪论 当今，质量已经成为全世界共同的工程语言，是现代工商界及全社会和各国绍 济发展中一个受到普遍关注的突出问题。不论是发达国家还是发展中国家，都提出 要高度重视产品质量和服务质量，并且，正在努力寻求提高产品质量和服务质量能 有效途径，不断地改进质量已成为企业最基本的，不懈追求的目标【1 卜【4 1 。 众所周知，日本的企业的成功经验就是从理念与实物管理的“管理突破 ( m a n a g e m e n tb r e a k t h r o u g h ) 开始的。2 0 世纪5 0 年代，日本从美国引进了质量爸 理( q u a l i t yc o n t r 0 1 ) ，1 9 5 1 设立了戴明奖，1 9 6 0 年开展“质量月 活动，创建了日 本式的全面质量管理( t 0 t a lq u a l i t yc o n t r o l ，t q c ) 。1 9 8 7 年1 0 月在日本召开的第一匕 届世界质量大会的主题是“质量第一，永远第一。这一口号，得到世界各国的公 认。事实上，日本的质量管理给全世界一个极好的启示。 近十年来，在美国，由于全球企业经营环境的迅速变化，以及日益激烈的市场 竞争，美国企业也同样面临着前所未有的挑战。曾经表现优秀的许多大公司，由于 不能适应市场的急剧变化，做出快速反应，而遭遇亏损、裁员，甚至被兼并的命运。 这些现象引起了全美国企业界的严重关注，纷纷反思现代企业经营管理之道。于是， 管理学家们提出了“求变的生存法则 。从市场经济的普遍规律出发以顾客导向为 精髓的“全面质量管理”，引起美国工商界的高度重视。因此，继第二次世界大战 之后，2 0 世纪8 0 年代末，在美国又掀起了“质量革命的“第三次浪潮。现代质 量管理的新思想同美国企业的实际紧密结合，产生了令全世界瞩目的精神和物质成 果。 在欧洲，早在8 0 年代初期，专设的英国内阁协商委员会，就对英国的产品质 量进行了一次周密的调查，写了一份有关质量问题的报告。同时，建立了全国性的 质量信息中心，确定了国家对优质产品的奖励措施。并进一步加强了标准化工作， 建立了产品的质量保证体系，以提高产品在市场竞争能力。在德国，也有越来越多 的企业以世界一流企业为楷模，为了持续的经营发展，他们特别重视产品质量和标 准化工作，对质量管理十分严格，为了要确保用户对产品的质量信誉，他们宁可惜 生产量，也决不放松质量。 面对这样急速向前发展的国际形势，我国的有识之士也越来越深刻地认识到当 前的国际市场竞争十分激烈，要想在这样的市场上争得一席之地，并求得发展，必 须保证质量优良、价格合理、交货及时，即所谓紧紧抓住市场竞争的“三要素”。 华北电力大学硕士学位论文 而产品质量的优良又居“三要素之首 。我国是一个人均资源并不丰富的国家，要 让有限的资源发挥更大的作用，关键是提高质量，提高产品的附加值。我国加入 w t o ，我国市场将进一步对外开放，国内企业原有的各种保护屏障逐渐被撤除，国 内商品将更方便地进入我国市场，因此，必然对质量提出更高的要求，质量将直接 决定我国民族工业的生死存亡。因此，1 9 9 2 年9 月2 日在北京举行的“迎接2 1 世 纪挑战中国质量战略高层研讨会上明确提出，应该把产品质量问题作为一个战略 问题抓好，应该把“质量第一 确立为我国的基本国策之一。 产品质量代表一个国家的形象，体现一个民族的精神，反映一个民族的素质。 总之，提高生产企业的管理与控制水平才是当务之急。采用先进的技术和管理方法， 提高企业质量水平，适应新时代质量的需求是企业的重要战略决策。因此，研究在 现代企业，特别是制造企业在激烈市场竞争环境下的质量控制技术对于提高企业的 竞争力有着重要的意义。 1 2 质量管理与控制的发展历程 质量的控制一直受到人们的关心，人们采取一切可能措施来提高产品的质量。 质量管理学作为一门实践性较强的管理科学，伴随着现代管理科学的理论和实践， 经历了半个多世纪的时间，逐步发展成为一门独立的学科。就机械产品的质量控制 史来说，大体经历了以下三个阶段【5 卜【10 1 。 1 2 1 质量检验阶段 质量检验阶段也称为传统质量管理阶段。2 0 世纪初，美国工程师泰勒 ( f w t a y l o r ) 主张用科学检验法代替世袭的经验法，创建了“泰勒制度。其中 心思想是：计划与执行必须分开，执行是要加强检查和监督，使产品的检查与制造 分开，使检查成为一道独立工序，并建立检查机构主管其事，称之为“事后检查 ， 也有人称为“检验员的质量管理。这对当时企业的生产发展起了巨大的积极推动 作用，加强了生产者的责任心和不断提高自身技术水平的要求。一方面为企业产品 出厂质量监督把关，另一方面，减少了流通领域的不良产品，有利于提高企业信誉。 1 2 2 统计质量控制阶段 统计质量控制就是将数理统计原理和方法应用于质量管理，其特点是在生产工 序间进行质量控制，从而预防不合格品的大量生产。1 9 4 6 年e l g r a n t 出版统计 质量管理，西哈特理论认为，产品质量不是检验出来的，而是生产制造出来的， 质量控制( q u a l i t ) ，c o n t r 0 1 ) 的重点应该在制造阶段，从而将质量控制从事把关提前 到制造阶段。这种方法具有专用性，不是多数人都需要或能够掌握的。主要工具是 基于现代的科学检测、可接收质量水平以及补救措施的质量措施。休哈特的贡献在 2 华北电力大学硕士学位论文 于：应用他所提出的“6 盯”质量管理图能够在生产线上科学地保证预防原则的实现。 应用“6 盯”管理图能够及时发现异常波动，当发现异常波动时需要尽快采取纠正措 施，并保证它不再出现。如此逐个除去异常因素，最终可以达到只存在偶然因素而 没有异常因素的稳定状态。稳态是生产追求的目标，因为在稳态下生产，对于产品 的质量有绝对的把握，而且生产是最经济的。 1 2 3 全面质量管理阶段 全面质量管理的概念和理论起源于美国。2 0 世纪5 0 年代，美国两个著名质量 管理专家费根堡姆( a v f e i g e n b a 啪) 和朱兰( j m j u r a n ) ，首先提出了全面质量 管理的概念。费根堡姆著书全面质量控制( t o t a lq u a l 时c o n t r 0 1 ) ，在质量管理 科学发展史上，第一次系统地阐述了全面管理的理论和方法，因此被全球质量管理 界称为质量管理巨著。1 9 5 1 年，朱兰主编了质量控制手册( t o t a lq u a l i t y h a n d b 0 0 k ) 。在书中朱兰提出了“总体质量控制”的观点，描述了全面质量管理质 量螺旋的深刻涵义。全面质量管理突出的表现是人们对于质量有关的经营方面更加 关心。例如，人们普遍认为质量的经济不容忽视，质量和成本是密切相关的。产品 质量是在市场研究、设计、检验、销售、服务的全过程中形成的( 如图1 1 ) 。同时， 又在这个周而复始的全过程中不断改进和提高。所以，仅仅依靠数理统计方法控制 生产过程的产品质量是远远不够的，还需要一系列的组织管理工作。也就是说需要 全方位的综合性组织管理理论和方法。 图1 1 与质量控制工作有关的其他环节的质量 1 3 成组技术在质量控制中的应用 成组技术从2 0 世纪5 0 年代提出到如今已经历了近5 0 年的发展和应用。成组 技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设 计、计算机辅助制造( c a m ) 和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在6 0 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。近几年来，一些工厂实践经验表明，应用成组技术的经济效益是十分显著 的。按一定的相似标准将有关事物归类成组是实施成组技术的基础。目前，将零件 分类成组有3 种常用的方法。 1 视检法 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 3 华北电力大学硕士学位论文 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。 2 生产流程分析法 生产流程分析法( p r o d u c t i o nf l o wa n a l y s i s ，p f a ) 是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。采用此法可以按工艺相似性将零件分类以形成加工族。 生产流程法是以零件分类编码系统为基础，通过分析车间中零件的工艺流程( 工艺过 程) 来确定零件族的一种零件分类成组方法。利用它将具有相同或相似工艺流程的零 件归入同一组，从而根据所分的零件组来设计布置车间的制造环境。 3 编码分类法 按编码分类，首先需将待分类的诸零件进行编码，即将零件的有关设计、制造 等方面的信息转译为代码。零件的分类编码系统就是用字符( 数字、字母或符号) 对 零件各有关特征进行描述和标识的一套特定的规则和依据。按照分类编码系统的规 则用字符描述和标识零件特征的过程就是对零件进行编码，这编码叫g t 码。 质量控制的概念与实施过程监控的方法早在2 0 世纪2 0 年代就由美国的休哈特 ( w a s h e w h a n ) 提出，他所创建的质量控制图成为进行工序控制的主要手段。随 着多品种、小批量生产模式的推广，传统的质量控制图已经不能很好地对生产中的 质量问题进行预防和控制。为解决此生产模式下质量控制的问题，国内外的专家和 学者进行了一系列的研究和探索，总的说来，主要包括以下两个方面【1 1 】 【1 4 】： 1 高精度的统计方法和新型质量控制图 这种思想是力求在原来休哈特控制图的基础上作一些改进，提高控制图的灵敏 度。通过调整控制图的控制界限，使第一类错误的概率达到所希望的值。对于新型 的质量控制图，主要包括累计和( c 啪u l a t i v es u m ，c u s u m ) 控制图、指数加权滑 动平均( e x p o n e m i a lw e i g h tm o v ea y e r a g e ，e w m a ) 控制图和时间序列控制图。这 些控制图虽然在精度上有所提高，但是并没有从根本上解决小批量生产数据不足的 问题。 2 基于统计变换的质量控制方法 这种方法在实际生产中正在得到日益广泛的应用。很多专家和学者因此提出了 成组统计质量控制的概念：将相似工序的数据，即同类型分布的数据，经过统计方 法转化成为同分布的数据，积少成多，在同一张控制图上进行控制。这就为解决多 品种、小批量生产模式下质量数据不足的问题提供了一种可行的方法。 基于统计方法的过程质量控制相比上面几种方法而言，并不需要很复杂的建 4 华北电力大学硕士学位论文 模，而且相对容易在实践中应用。从质量工程的角度来看，制造过程质量控制技术 在多品种、小批量的生产模式中仍然是重点之一。事实上，在我国的多品种小批量 制造型企业中，就一个特定的加工环境来说，例如一个机加工车间，尽管它面对的 是多品种、单件小批量的加工模式，可能每次加工的零件都不尽相同，每次加工过 程中，众多的因素都处于变动之中，然而从加工过程( 工序) 的观点来看，它们之 间却具有很大的相似性。正是这种相似性，为成组过程设计提供了理论基础。同样 如果把统计监控的对象着眼于制造过程( 工序) ，利用制造过程的相似性，将不同零 件加工过程( 工序) 分组，按成组过程构造样本，扩大样本容量，就有可能使s p c 方法在多品种小批量的加工环境中得到成功的应用。这样，就可通过控制制造过程 的质量来达到控制零件加工质量的目的，这与修哈特提出的统计质量控制的基本原 理p r o c e s s 控制是一致的。， 基于上面的指导思想，本文主要集中在过程质量控制这一点，利用相似工程的 原理，构造成组过程，把成组过程作为统计的对象来研究过程的变异。所谓“成组 过程，在本文中定义为具有广义相似性的一类实际过程的抽象集合，它可映射出 造成该类实际过程质量变异的共因，通过对成组过程的统计分析，可很好地揭示出 过程的质量波动状况，预测后续具有相似性的过程的质量变异的情况，从而解决生 产中的质量问题。 1 4 本文研究的内容 八十年代以来，顾客对产品的需求从单一型向多样型转变，大部分是小批量生 产，产品种类繁多但每批次生产的产品( 零件) 相对比较少，有的甚至只有几件。 目前的发展趋势来看，质量控制研究的对象由产品质量转向对制造过程，着重控制 生产过程( 以前称之为工序) 的质量。传统的生产过程的质量控制的方法是采用休哈 特控制图，该方法在生产过程的质量控制也发生了很大的，但传统的应用于大批量 生产中的统计质量控制方式已经难以适应新的变化。传统的生产过程中，利用多种 控制图技术来监视、诊断和调整制造过程，使之在合适的过程能力下，保持生产过 程的平稳，生产出合格的产品。这种统计质量控制f s p c 在质量控制中我们通常也称 之为统计质量控制s q c ) 是基于大数定理的弱先验性和非先验性的统计理论，这种 统计方法的需要用适当的抽样手段获取足够的数据来支持统计理论的应用的假设 前提。一般情况下，每一批产品需要抽样2 5 件左右，需要抽验4 6 批产品才能做 出理想的控制图。在小批量、多品种的生产环境下，由于加工件的数量很少，有的 甚至只有几件，这样，控制图没有起到应有的预防作用，失去了运用统计方法控制 质量的意义。但是由于统计质量控制技术的特征和在大工业化时代的巨大成功，制 造工程师们一直没有放弃将s r c 技术引入的多品种、小批量的生产环境中的努力。 5 华北电力大学硕士学位论文 传统的统计质量控制方法需要作进一步改进，客观上要求寻求其它的质量控制方法 或改进统计过程控制图，设计适应小批量的管理控制图。由此可见，对多品种、小 批量生产的质量控制的研究具有现实意义和实用价值。 本文以制造过程为研究对象，研究过程控制在质量控制中的应用。多品种小批 量的生产中，每一批的样本量比较小，不足以直接运用统计质量控制方法控制质量。 针对样本量不足的矛盾，本文应用成组技术，把具有相似性的工序成组，组成成组 工序族，增大样本的容量。具体内容为： 1 从质量管理与控制的角度，分析过程质量控制中应用成组技术的基本条件 和基本方法。 2 通过统计质量数据变换的方法，把具有相似性工序的数据转化成具有同一 分布的统计数据，分析这些数据并绘制正态分布图。 3 通过绘制的正态分布图，确定过程能力指数，分析加工过程，找出存在的 问题及其隐患，及时采取措施消除。 4 管理系统的开发，包括数据库和开发平台的选择、关键技术的应用，代码 实现以及权限的分配等。 6 华北电力大学硕士学位论文 第二章成组技术的相似性研究 本章总结了生产模式的变化以及多品种小批量制造的特点，结合成组技术和相 似性原理，针对多品种小批量生产过程的质量控制的特点，提出一种基于成组技术 和相似原理的统计质量控制的方法。 2 1 多品种小批量生产的特点和要求 多品种小批量生产方式是资源配置的一种方式，是制造企业生产专业化的一 种分类，这种分类标志是一定时期内生产产品品种的数量，同种产品的数量以及其 生产的重复程度。它的出现是客户的需求和企业自身调整的需要。从制造的角度看， 小批量多品种的生产有以下特点【l 副： 1 产品的品种规格多，专用性强 产品品种繁多，规格复杂，专用性强是多品种小批量制造企业的基本特征。首 先，从企业的生产纲领来看，虽然都有一定的专业方向，但产品的种类相当繁杂， 不经常性的重复生产，而且每批量都比较小。 其次，每个品种中，又有很多小类和不同的规格。加工对象多样化，零件的尺 寸、形状、材料以及毛坯等规格多，精度要求不一样，相同零件的加工数量少。因 此，多品种小批量的制造企业的生产形式基本上是开放型的，客户需要什么就生产 什么，必须严格按照用户的规格进行，专用性很强，并且由于产品多、规格复杂， 生产周期也不尽相同，在生产组织上也相对比较复杂。在国内，航空企业和很多军 工企业都属这种情况，产品是为特定的客户定制。 但是，多品种、规格不同虽然给企业在生产组织和质量控制上带来一定的困难， 但具有这些特点的企业的生产条件正好是符合当前市场需求变化和扩大服务领域 的有利条件，符合当前客户需求多样化的特点。 2 生产批量小，工艺复杂 生产批量小，是多品种小批量制造企业在管理与组织上的难点所在。由于生产 批量小，不少产品的试制就产品，生产即试制，因此很多新产品设计还未定型或者 是生产还未定性就投入生产，这势必影响产品的功能、性能的稳定，给制造过程保 证产品质量带来先天性的不足，因此多品种小批量生产对研究开发以及试制提出更 高的要求，制造过程的工艺复杂多变，加工的方法和工艺参数多样化，工艺比较复 杂。 3 多品种小批量的制造多采用通用性设备 华北电力大学硕士学位论文 由于多品种小批量制造的工艺装备系数低，为了适应这一特点，大多数企业选 用通用设备进行生产，为了保证质量、高效率生产产品，通常要求设备的精度、效 率要高，而往往通用设备的精度和效率比专用设备要差，影响了产品的质量。 4 多品种小批量要求工人的技术熟练程度高 多品种小批量生产，生产产品品种变换快，甚至是多个品种同时加工，因此要 求工人一专多能，同时掌握多个产品的加工技术、方法和工艺。因此在多品种小批 量的制造企业中，工人的技艺熟练程度对产品质量影响很大。 5 制造过程的连续性不强，经常交替生，生产技术准备工作量大 由于品种多、批量小，客户的需求的多样化，不少产品都是从研究开发开始， 须经过科学试验才能提出技术任务和方案设计，因而设计图纸、工艺设计、编排工 艺规程以及工装的设计制造等往往需要从头开始做，一次性的生产技术准备工作量 相对比较大，如果稍有疏忽就会影响产品的正常生产和产品质量。 以上简中的概括了多品种小批量生产的主要特点。显然，在多品种小批量的制 造环境下的质量控制比大批量生产要困难得多，不仅影响制造过程质量的因素更多 了，而且各因素之间的关系更加复杂。 2 2 相似性分析与成组技术 相似制造工程( s i m i l a r i t ym a i l u f l a c t u r ee n g i n e e r i n g ，s m e ) 的机制、内涵：以现代 相似理论为指导，以综合应用现代科技为手段，以揭示、标识和利用企业经营过程 中的多层次相似规律为主攻方向，从更新观念、简化信息入手，通过调动全员积极 性、充分利用各种资源和优化信息流与物质流，经营过程的时间、空间组织，实现 多品种、小批量及定制生产企业经营全过程的合理化和现代化，提高企业的综合效 益和竞争能力。它简明地表示出其理论基础、适用领域、技术性质，相似规律是普 遍。相似制造工程是一个比较大的概念，在机械制造工程中多个方面，在长期的生 产实践中，利用制造工程的相似性，成功的总结出了成组技术，合理化工程技术等， 促进了现代化生产和技术进步，比较突出的是成组技术。 成组技术( g r o u pt e c l m o l o g y ，g t ) 是一门生产技术科学，它研究如何识别和发掘 生产活动中有关事务的相似性，并对其进行充分利用。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。这就为提高 多品种、小批量生产的经济效益提供了一种有效的方法。零件的相似性，包括零件 在产品中的作用相似性和与其相对应的结构相似性。其作用相似性可从零件间的装 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，它又可划分为结构、材料和工艺3 个类别。成组技术不仅用于零件加工、 8 华北电力大学硕士学位论文 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。 目前发展的成组技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造 和管理等方面作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施成 组技术以提高综合经济效益。在制造业中应用成组技术的效果是明显的。据文献记 载，应用成组技术，可以取得很大成效。具体的数据以下： 1 新设计的零件数减少5 2 2 实现零件标准化后，图纸总数减少l o 3 新绘制的工作图减少3 0 4 生产准备周期较少6 9 5 在制品库存量减少6 2 6 原材料库存量减少4 0 7 生产周期缩短7 0 8 减少工艺工作量( 1 5 2 5 ) ，减少工艺装置( 2 0 3 0 ) 9 减少返工和废料1 5 7 5 l o 缩短交货时i 司1 3 1 3 6 利用成组技术可以优化制造系统的运作，提高系统的效率，减少了跨制造单元 的零件数；单元内零件在加工设备、工艺顺序等方面的相似性比较大；产品零件的 生产成本相对低；加工时间短以及制造单元柔性高灵活性大等优点。鉴于成组技术 在多品种小批量的制造环境下的诸多优势，在生产过程中有着比较广泛的应用。 2 3 分类编码系统 成组技术是实现计算机集成制造系统c i m s 信息集成的一个方法【l6 1 。多年来， 人们一直将成组技术认为是适合多品种、小批量生产类型的一种先进生产方式。它 通过对零件分类和编码，建立成组单元，从而实现成组生产管理，提高劳动生产率。 实践已证明，利用成组思想实现信息分类与编码是一种切实可行的方案。分类编码 不但在各个环节中起分类的作用，更重要的是实现了信息集成，从而为建立一个总 体最优，并具有最佳效益的c i m 系统打下坚实的基础【1 7 卜【19 1 。 2 3 1 分类编码系统简介 分类编码系统【2 0 】：是用特定符号和代码对研究对象主要特征进行规律性标识的 一套完整的规则体系。编码则是依据分类系统的有关规定，用特定符号和代码来标 识研究对象的相应特征。根据零件的相似原则，把几何形状相似和尺寸相近的零件 q 华北电力大学硕士学位论文 组织在一起，构成零件单元制造系统，不仅制造工艺可以相似，而且加工方法、安 装手段、测量工具和夹具结构也可以相同。 针对零件属性的编码在成组技术中己经有很成熟的应用，比较有代表性的是德 国的o p t i z 码，日本的k k 码，我国的前机械工业部于1 9 8 4 年制定的“机械零件分类 编码系统( j l b m 一1 ) 系统。这些编码系统虽然各有特色，但基本上均是侧重于零件特 征的表述，本文编码的主码部分是针对零件相似性的分类编码，完全可以利用上述 的编码系统，主要采用o p t i z 码。 1 0 p i t i z 系统的总体结构： o p t i z 编码系统主要由九位码组成，前五位( 1 5 位) 标识零件的形状特征。后 四位分别表示零件的尺寸、材料、原始形状和精度。每个码位内有十项( 0 9 ) ，分 别表示零件的十种特征。该系统属于链式结构为主的混合式代码结构，它用较少的 代码描述了零件多种特征属。 2 类型码：0 p t i z 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，第一位数的代码为0 、1 、2 、3 、4 、5 ，用于描述零件长径比 的范围，即用于将回转类零件按其长径比进行分类。如果回转体零件中用l 表示零 件的最大长度，d 表示零件的最大直径，则上述各代码的含义如下： ( 1 ) l d o 5( 用于表示盘形件) ( 2 ) o 5 = 3 ( 用于表示长轴件) ( 4 ) l d 2 ( 用于表示长形偏异回转体) ( 6 ) 备用( 特殊件) 对于非回转类零件，第一位的代码是6 、7 、8 、9 ，它们是按零件长、宽、高的 不同比例加以区分的。 。 31 形状码：o p t i z 编码系统第一位码是对零件进行了粗加工的分类，第二到 第五码位是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。至于非回转体零件的第二、三、四、五位数 字，分别用来表示零件的外形、主要孔及其回转表面、平面、辅助孔及齿形等特征。 4 辅助码：o p t i z 编码系统的第六位至第九位数字是辅助码。第六位数字用 1 0 华北电力大学硕士学位论文 来表示零件的基本尺寸，它有1 0 个代码( o 9 ) ，分别代表l o 个由小到大排列的 尺寸间隔。第七位数字表示零件的材料，也分成1 0 类，分别为铸铁、碳钢、合金 钢、非铁合金。第八位数字表示零件毛坯的形状，分别为棒料、管材、铸锻件、 焊接件等1 0 类。最后一位数字表示零件上高精度加工要求所在的形状码位，用0 9 这十个代码表示之。 2 3 2 分类编码系统的要求 编码体系是科学、有效地保证c i m s 成功实施的基础，通过信息编码体系标准化， 利用适合企业组成结构的分类形式，统一协调各个职能部门的信息收集，可以减少 对信息进行重复采集、加工、存储的劳动，最大程度地消除因对信息命名、描述、 编码不一致所造成的误解和分歧，从而达到使事物名称和术语含义统一、规范，保 证信息的可靠性和适用性，从而使c i m s 编码体系真正成为连接c i m s 各组成环节的 纽带f 2 卜2 2 1 。因此在编码时还应考虑如下要求： 1 编码应具有唯一性：一个编码对象只能有一个对应的码值； 2 编码应具有柔性：在编码对象的特征或数量发生变化时，编码方法无需改 动； 3 编码应具有易用性：码的形式对人而言亦理解，同时代码易录入； 4 编码应具有兼容性：编码方法或码的形式尽量与各级标准和目前的系统状 况接近； 5 编码应具有合理性：在保证对象都有对应码值的情况下，码的形式应尽量 减少机器的容量。 2 4 成组技术应用于质量控制的可行性研究 2 。4 1 成组技术在企业中的应用 目前发展的成组技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造 和管理等方面作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，另一方面， 飞速发展的电子技术、自动化技术以及计算机技术等，从生产工艺技术以及生产管 理方法两方面，使大量生产方式向多品种、中小批量生产方式的转换成为可能全面 实施成组技术以提高综合经济效益。以下从产品设计、制造及生产管理等方面简述 成组技术的应用。 l 。在产品设计中的应用 设计是实现任何一种生产方式的前提，有关的研究表明，尽管产品的设计费用 只占产品总成本的5 左右，但是却决定了产品成本的7 0 8 0 。产品设计不仅是企 1 1 华北电力大学硕士学位论文 业生产准备和成本预算的重要依据，而且还影响产品投放市场后的经济效益。在现 代企业中，要对客户的个性化需求做出快速的反应，如果对客户的多品种、小批量 的产品进行重新的设计会浪费大量的成本和时间。在产品设计中应用成组技术首先 要对企业中已设计、制造过的零部件编码成组，建立起设计图纸和资料的检索系统。 当为新产品设计零件图纸时，设计人员将设计零件的构思，如零件的结构形状，尺 寸大小等，转化成相应的分类代码，然后按该代码对其所属零件组的设计图纸和资 料进行检索，从中选择可直接采用或者稍加修改便可采用的零件图。只有当原有的 零部件图纸均不能利用时，才重新设计新的零部件图纸。在企业产品的设计过程中 遇到最多的是“变异设计，就是在原有产品基础上进行系统的改型设计。采用计 算机进行变异设计，可以从图库与数据库中调出相类似的、已成熟的产品图样和数 据，在此基础上进行修改设计，通过“留同变异的方式能够很快地完成新产品的 设计，并能省略一些不必要的零部件的性能试验，减少整个设计所承担的风险。 产品中大量零部件的重复使用有利于降低成本，因此实现大规模定制的企业应 该将对产品成本影响较大的零部件进行标准化、规范化，对零件进行分析，将企业 中相似零件进行合并、分解，提高零件的使用频率，减少企业内部的零件数，从而 降低零件管理费用。 2 在工艺规程设计中的应用 成组技术在制造工艺方面最先得到广泛应用。开始是用于成组工序，即把加工 方法、安装方式和机床调整相近的零件归结为零件族，设计出适用于全组零件加工 的成组工序。成组工序允许采用同一设备和工艺装置，以及相同或相近的机床调整 加工全组零件，这样只要能够按照零件组安排生产调度计划，就可以大大减少由于 零件品种更换所需要的机床调整时间。此外，由于零件族内诸零件的安装方式和尺 寸相近，可以设计出应用于成组工序的公用夹具成组夹具。只要进行少量的调 整或更换某些零件，成组夹具就可以适用于全组零件的工序安装。成组技术亦可以 应用于零件加工的全工艺过程。为此，应将零件按照工艺过程相似性分类以形成加 工族，然后针对加工族设计成组工艺过程。成组工艺过程是成组工序的集合，能够 保证按照标准化的工艺路线采用同一组机床加工全加工族的诸零件。应该指出，设 计成组工艺过程、成组工序和成组夹具皆应以成组年产量为依据。因此，成组加工 允许采用先进的生产工艺技术，以成组技术指导的工艺设计合理化和标准化为基 础，不难实现计算机辅助工艺规程设计以及计算机辅助成组夹具设计。 3 在生产组织管理方面 成组加工要求将零件按工艺相似性分类形成加工族，加工同一加工族有其相应 的一组机床设备。因此，很自然成组生产系统要求按模块化原理组织生产，即采取 成组生产单元的生产组织形式。在一个生产单元内有一组工人操作一组设备，生产 1 2 华北电力大学硕士学位论文 一个或若干个相近的加工族，在此生产单元内可完成诸零件全部或部分的生产加 工。因此可以认为，成组生产单元是以加工族为生产对象的产品专业化或工艺专业 化( 如热处理等) 的生产基层单位。成组技术是计算机辅助管理系统技术基础之一。 这是因为运用成组技术基本原理将大量信息分类成组，并使之规格化、标准化，这 将有助于建立结构合理的生产系统公用数据库，可大量压缩信息的储存量；由于不 再是分别针对一个工程问题和任务设计程序，可使程序设计优化。此外采用编码技 术是计算机辅助管理系统得以顺利实施的关键性基础技术工作，成组技术恰好能满 足相似类产品及分类的编码。 采用成组技术后的生产过程得到优化，使得改进过的生产环节优于过去的生产 环节，达到了优质高效的效果。其主要是因为改进过的生产环节利用了成组技术的 优点，把零部件按其相似性分组，组成零部件族，实现一系列的成组：零件成组一 一工艺成组一一工具装备成组机床成组工人成组。从另一个角度说，零部 件加工的工序批量代替了零部件的批量，使加工生产的类型发生了变化。这也给生 产组织管理带来了一系列的变化，使原来以产品封闭式的车间组织生产方式，变成 了以零件封闭单元组织的生产方式。过去零部件与产品( 装配) 的纵向联系组织生产 改变成了横向联系的组织生产方式，因此，生产的组织管理( 生产布置设计、生产 计划确定、生产过程的组织时间确定、期望标准确定、作业计划确定) 也必须采用 成组技术才能与之相适应。 2 4 2 成组技术应用在质量控制中的方法 己有的成组技术的分类方法和成组原则都是面向加工制造，基于零件的加工方 法和加工工艺相似，不能充分反映工序相似的信息。因此，应用成组技术进行质量 控制需要研究面向质量分析、基于质量变异相似的工序分类方法。根据生产的特点， 识别生产过程质量变异来源和相似性，形成工序族。利用工序族内质量特性变异的 相似性，选择合适的控制方法可以弥补数据不足，从而实现和大批量生产相似的质 量控制。 在机械加工系统中，同样存在大量的相同或相似加工过程。就一个特定的加工 车间来看，尽管它面对的是多品种、小批量加工，很多因素都处于变动之中，然而 就过程而言，则是相对稳定的。因此，从工艺过程的观点来看，尽管具体的加工对 象不同，工艺参数不一样，甚至加工设备也有差异，但它们之间具有很大的相似性。 由相似工程学可知，正是这种相似性为成组生产过程设计提供了理论基础。若把统 计监控的对象着眼于加工对象的生产过程，通过控制加工过程的质量来达到控制零 件加工质量的目的，则使成组技术在质量控制中的应用成为可能。基于成组技术的 过程质量控制以质量变异相关的过