成组技术 Group Technology

1. 成组技术Group Technology

2. 目录 • GT产生的背景 • GT的客观基础 • GT的定义 • GT的原理 • 发展概况 • 我国GT发展概况 • 零件分类编码系统 • 成组技术中的零件分组 • 成组技术在产品设计中的应用 • 成组技术在管理中的应用 • 成组技术与现代先进的制造技术与制造模式的关系 • 成组技术发展中存在的问题

3. GT产生的背景 多品种、中小批量生产中存在的问题 • 批量法则 在大批量生产中，由于采用专用、高效和自动化的生产设备，可以获得高的生产率，低的生产成本，短的生产周期；而多品种、小批量生产则相反。 • 机床利用率 例：CA6140 车床，最大加工直径φ400 ，实际加工 90％ 以上工件直径不足 100mm，机床利用率极低。 • 制造周期 在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间的约5％，其余 95％均为周转等待时间；加工时间中真正进行切削的时间不足30%。

4. 加工时间 运输与等待时间 制造周期 5％ 95％ 30％ 70％ 加工时间 调整、装夹、对刀、检测等 切削 图1 多品种、中小批量生产的时间分配 • 目前，单件小批量生产的产品占机械产品总数的 70％ 以上，并有继续增大的趋势。解决多品种、中小批量生产的有效途径是采用 GT技术。

5. 二次相似性 GT的客观基础 • 机械零件之间存在相似性 这种相似性主要表现在三个方面： 结构（形状、尺寸、精度…） 材料（材质、毛坯、热处理…） 工艺（加工方法、加工设备…） • 机械产品中各类零件出现有明显的规律性（图2） 正是由于70%左右的零件属于相似件，构成实施成组技术的客观基础。（图3 ） 一次相似性

6. 零件出现频数 零件复杂程度 20～25% 70% 5～10% 复杂件 相似件 标准件 图2 机械产品中不同复杂程度零件分布规律

7. 图 3 结构相似零件组 图 3 工艺相似零件组

8. GT的定义 • 一般性定义：GT是一门生产技术科学，研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题分类成组，寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得最佳效果。 • 机械制造领域中定义：将多种零件（部件或产品）按其相似性分类成组，并以这些零件组（部件组或产品组）为基础组织生产，实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。 • GT 被认为是一种“制造哲理”—（Manufacturing Philosophy），是现代制造技术的一个重要理论基础。

9. 产品 B C A 部件 A1 A2 A3 B1 B2 C1 C2 C3 C4 零件 零件组 图4 成组技术基本原理 GT的原理 • 将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量 • 重复使用原则： ◆ 资源重复使用，降低生产成本； ◆ 作业熟练程度增加，提高生产率

10. 零件分类之前与分类之后

11. 发展概况 • 20世纪 50年代，前苏联院士 Митрофанов在其著作“成组工艺科学原理”中首次提出“成组技术”。 • 20世纪 60年代西欧研究 GT 形成高潮，代表人物首推阿亨工业大学 Opitz 教授，他所领导的小组进行了大量的调查研究工作，为成组技术提供了重要的理论依据。 • 20世纪 70年代，美国、日本接受成组技术，并迅速与计算机技术联系在一起，使其得到更好的应用。 • 20世纪 80、90年代， GT 与各种新的制造方式相结合，成为现代制造技术的基础。 • GT发展过程：成组加工→成组工艺→成组技术→成组生产系统

12. 我国GT发展概况 ★ 20世纪50末、60初学习苏联，首先在纺织机械行业试点实行，有清华大学、西安交大等高校参与。 ★ 20世纪60年代中期以后，由于文化大革命，国民经济陷入混乱状态，GT 无从谈起。 ★ 20世纪70末、80初，文革以后，自上而下推行，机械部推出 4 个试点单位，并组织制定了两个编码系统（JCBM-1，JLBM-1），对 GT 发展起到了推动作用。 ★ 20世纪80年代中期后，计划经济向市场经济转轨，采用 GT 成为企业自发的行为。

13. 零件分类编码系统 • 基本概念——零件分类编码系统是用字（数字、字母或符号）对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。 • 分类编码系统简介 １．VUOSO分类编码系统(捷克斯洛伐克） ２．Opitz 分类编码系统（德国） ３．JLBM-1 分类编码系统

14. I II III IV 级 组 类 型 毛坯类型、材料、热处理 附在轮廓形状上的结构要素 尺寸大小、基本轮廓形状 回转体或非回转体、基本轮廓形状 VUOSO分类编码系统(捷克斯洛伐克） 特点：（成组技术中最早出现的零件分类编码系统） • 类：描述零件基本轮廓形状。它决定了零件的主要工艺过程和主要表面的加工。 • 级：巧妙地用两个尺寸参数（D与L/D）进一步描述了零件的几何形状，同时也确定了零件的安装方法和所应选用的机床。 • 型：描述次要的结构要素。它们是依附于主要轮廓形状上。因此，它们必须在主要轮廓形状经过粗或半精加工后方可加工。 这个系统的结构属于10进制4位码

15. VUOSO分类编码系统图 型 组

16. 类 级

17. 2. Opitz 分类编码系统（德国） 特点： 1）结构简单，使用方便 2）对零件形状（特别是回转类零件）描述较完善 3）适用范围较广（设计、工艺、管理 …） 4）工艺信息反映不够充分 5）对非回转类零件描述较粗糙 Opitz分类编码系统的基本结构图： P30 图片

18. ３. JLBM-1 分类编码系统（中国） 特点： 克服了Opitz系统的分类标志不全的缺点。 JLBM-1分类编码系统的基本结构图：

19. 成组技术中的零件分组 • 零件分组是推行成组技术工程中的一项重要工作，它是多品种小批量生产企业实现生产合理化的基础。零件的归并成组，也就是零件分组。 • 零件分组方法有两类： 　以生产流程分析为基础的分组方法。 　以零件分类编码系统为依据的分组方法。

20. 成组技术在产品设计中的应用 • 利用零件编码，检索相似零件，减小重复设计工作量（据统计，一项新产品中有70%以上的零件设计可以借鉴或直接引用原有的设计）。同样利用产品和部件的继承性，对产品及部件进行编码，通过检索、调出和利用已有相类似设计，可显著减少新设计的工作量（参数化设计技术的发展使这一效果更加显著）。 • 提高设计标准化程度（设计标准化是工艺标准化的前提。）

21. 标准化要素 标准化等级 功能要素 基本形状 主要尺寸 功能要素配置 简单标准化 基本标准化 主要标准化 完全标准化 ◎零件标准化内容 零件名称标准化 零件结构标准化 零件标准化 ◎零件结构标准化等级与标准化要素之间的关系：

22. 编码 检索 构思 2022 图册 工艺标准化 设计标准化 基本形状标准化 主要工艺过程（工艺路线）标准化 功能要素标准化 工序、工步标准化 功能要素配置标准化 次要工序及工艺顺序标准化 主要尺寸标准化 工艺装备标准化 2 0 2 2 ◎设计标准化与工艺标准化的关系： GT条件下的产品设计方法

23. 成组技术在管理中的应用 • 成组生产单元是一种先进的生产组织形式，在成组生产单元内，零件加工过程被封闭起来，责、权、利集中在一起，生产人员不仅负责加工，而且共同参与生产管理与生产决策活动，使其积极性能够得到充分发挥。 • 按成组工艺进行加工，可使零件加工流向相同，这不仅有利于减少工件运动距离，在安排作业计划时，也有规则可循。 • 要求按工艺相似零件组（而非按产品）安排生产计划，需要打破旧的生产计划方式，而代之以按零件组安排生产进度计划。除了要转变传统观念以外，采用计算机辅助生产管理方法也是必要的。

24. 成组技术与现代先进的制造技术与制造模式的关系成组技术与现代先进的制造技术与制造模式的关系 • 成组技术是它们取得成效的一项基础技术。因为成组技术为它们创造了生产合理化的条件。只有在生产合理化的前提下，才能最大限度地发挥它们的效用。 • 生产自动化有赖于成组技术 Understanding 了解现状 Simplification 简化一切 Elimination 取消一切不增值者 Automation 至此方可实现自动化 GT

25. NCP FMS CIM CE CAPP 成组技术 MCP Others LP CAD AM • CAD: Computer Aided Design • CAPP: Computer Aided Process Planning • NCP: Numerical Control Programming • FMS: Flexible Manufacturing System • CIM: Computer Integrated Manufacturing • CE: Concurrent Engineering • MCP: Mass Customization Production • LP: Lean Production • AM: Agile Manufacturing

26. 基于GT的CAPP原理 计算机辅助编制工艺规（CAPP）中应用广泛的变异式CAPP，便是按GT零件组的复合零件成组工艺的原理实现的。 复合零件的标准（成组）工艺：C-C-XJ-X-Z 右面的码域表是图5所表示的零件组的成组工艺。它代表C-C-XJ-X-Z 这样一条成组工艺。可将这种码域表储存在计算机内。当有新零件的分类码输入时，计算机便将这种码域表去匹配零件的分类码。凡是二者能匹配，即表示该零件可用此成组工艺，但需按该零件的具体情况修正。例如：1号零件只有外圆需加工，它无沟槽、平面、孔的要素，因此便无XJ,X,Z等工序，于是它的工艺便是：C-C。

27. 1 2 3 4 5 1: 0106 2: 0136 2: C-C-XJ 4: C-C-Z 3: C-C-XJ-X 1: C-C 4: 0126 3: 0136 图5：复合零件的制作过程 3 4 1 2 零件组材料 零件组尺寸范围 优质结构钢 D=0 ~ 40 棒料 L/D=1 ~ 6 5 局部淬火 复合零件

28. 成组技术发展中存在的问题 • (1)成组技术是一门横断型学科，但必须与具体专业结合，才能发挥作用。对研究者而言，成组技术不是主业．例如，搞情报信息学科的人成组技术的方法用得很多，但他们不会以搞成组技术为主业。 • (2)成组技术研究缺少相应二级学科的支持。这实际上是由成组技术的学科性质所决定的。例如，一些人的研究方向与成组技术有关，但由于其它一些学会有更宽的范围，可以包容成组技术，如工业工程、生产工程等．而这些学会与高校的二级学科专业设置有关，由于人的精力有限，往往只参加这些学会。 • (3)CAD／CAPP／CAM技术、数控技术、柔性制造技术等的发展在较大程度上提高了多品种、小批量生产的效率，乃至大批量定制的效率，对现代企业而言，对经典的成组技术需求的迫切性不如以前．也就是说，现在有更多的方法可以提高多品种、小批量生产的效率。

29. Thank you ！