车间工艺过程成组技术与设备配置研究

目录
目录 (1)
1 前言 (2)
1.1成组技术理论原理 (2)
1.2成组技术的发展现状和意义 (3)
1.3本文的研究内容 (4)
2 成组技术的应用基础 (5)
2.1零件编码法则及分类编码系统 (5)
2.1.1零件编码法则与编码系统的概念 (5)
2.1.2分类编码的作用与任务 (6)
2.3成组技术的应用 (10)
3车间工艺过程的成组技术研究 (11)
3.1成组技术的必要性 (11)
3.2多品种、小批量生产面临的问题 (11)
3.3某试验机厂零件的分组 (13)
3.4成组生产基本组织形式 (17)
4通过生产能力计算解决设备配置问题 (18)
4.1粗能力计划 (18)
4.2某试验机厂的设备计算 (21)
5 结论 (29)
参考文献 (30)
1前言
如今竞争激烈的社会,市场经济迅速发展，产品更新的周期变短，对生产制造与管理等也越来越严格要求。

近年来，伴随着计算机深入到各个中小型企业，在国内外越来越多的应用，成组技术作为一门生产技术科学，与计算机结合起来，对实现企业生产高度自动化，提高企业生产效率有十分重要的意义。

成组技术（group technology）是工程技术科学，它基于相似性原理，用来合理地组织生产、进行产品生产制造。

成组技术的生产对象不是单一产品，它的生产依据是产品的结构和加工工艺的相似性，将相似的问题归并分类成组，找到解决这一组问题的相对最优的方案，最终达到所期望的效果。

成组技术（GROUP TECHNOLOGY）是一门工程技术科学，它建立在相似性原理的基础上，是合理地组织生产设备、进行产品生产制造的一种方法。

成组技术不是以单一产品为生产对象，而是按照若干产品的结构和加工工艺的相似性组织生产，就是把相似的问题归类成组，从而寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，最终达到所期望的经济效益。

目前成组技术还没有统一严格的定义，本文认为成组技术，也被称做成组生产、成组加工和成组工艺等，为了使多品种小批量生产有效进行，把某种形状、结构、或加工工艺相似的零件汇集成组，从而使工艺设计合理化，便于对各个零件组提供合适的工艺和生产设备，实现增加批量生产，减少工序之间的搬运、等待时间，最终提高生产效率的一种组织生产的科学方法[1]。

而且它主要是应用接近大量生产的手段方法，针对多品种、小批量的生产，满足了人们对产品的多样化的需求。

1.1成组技术理论原理
成组工艺是把有相似结构的零件组成一个零件组，按零件组进行加工制造，制造工艺的相似性是应用成组技术的条件，利用相似性原理，对工艺过程进行编码，对零件组进行分类，设计工艺装备，组织加工生产线，成组工艺是成组技术的核心。

国内对成组技术基本理论和应用的研究正在进行，零件分类编码系统、计算机辅助编码、工艺设计、生产管理等方面的软件正在开发[2]。

20世纪80年代后期配合计算机的发展，我国成组技术的应用向更深的方向发展，新的成组技术理论逐步形成。

日本美国等许多国家不仅限于在零件编码、分组和建立生产单元等工作中借助于计算机，而是把成组技术与计算机技术、自动化技术结合起来发展成柔性制造系统，将成组技术与CAPP（计算机辅助工艺过程设计）系统结合，与MRP（生产计划与库存控制）结合、与FMS和CIM（计算机集成制造）结合，使多品种、中小批量生产实现高度自动化。

成组技术是对传统生产技术和组织的一项改革，通过成组技术与设备配置的课题研究，使更多的生产者和管理者
关心成组技术，提高产品的标准化、规范化程度，同时也使零件的工艺继承性和零件加工的相似性得到提高，为中小批量生产采用合理的设备配置提供工艺依据，最终提高工厂生产效率。

成组技术在项目过程质量控制中应用相似性工序，通过计算机辅助制造进行生产工艺管理、生产调度；在企业信息化过程中，成组技术在成组产品设计，工艺编制、加工等方面充分发挥与计算机相结合的优势；甚至是服务行业也通过成组技术，使服务业成组化、标准化、规范化。

成组技术在改变中小型企业落后面貌，全面提高经济效益方面的作用越加明显，应用也会更加广泛。

目前应用系统工程的观点来发展成组技术，在多品种小批量生产中，整个生产系统包含设计制造和管理等方面的内容，生产活动的各个方面得到统一协调，为了提高综合经济效益要全面实施成组技术。

不仅零件加工组装等制造工艺方面常使用成组技术，而且产品零件的工艺设计，还有工厂设计、市场预测劳动量测定、生产管理等各个领域都是在应用成组技术[3]，因此成组技术成为贯穿企业生产全过程的一门综合性技术。

因此，成组技术的原理可以认为是：利用零部件的结构-工艺相似性达到工艺标准化，通过设计标准化保持不同产品间的继承性。

通过分类，成组技术把工艺标准化和设计标准化联系起来，通过充分利用零部件的结构-工艺相似性和继承性，以归并同类相似零部件，达到以下目的：使生产技术准备能够简化，使生产批量能有效的扩大，使零件的专业化生产得到应有的经济效益。

1.2成组技术的发展现状和意义
目前企业中对于成组技术的应用越来越多，例如史峰、郑晶对成组技术在化工机械厂中的应用的研究，利用成组技术的计算机辅助工艺设计可以促进生产系统的运行，利用成组生产组织形式对车间进行规划，都可以使车间生产物流符合实际，比较合理。

还有韩晓燕在论文成组技术在轴类零件加工制造中应用，提到成组技术的分类编码，和在生产管理中的应用，使得劳动生产率提高，保证产品的质量。

张宇焱的成组技术在汽车配件生产工艺及管理中的应用论文中，分析了成组技术的原理和加工单元的生产组织形式，在生产多品种小批量的汽车配件时，提出了一种基于成组技术的加工单元在加工车间生产管理的方案。

二十一世纪制造业更加发达，制造技术也不仅仅限于传统模式，而是从利用成组技术进行大规模生产，使得产品设计模块化，产品制造专业化。

总之，现代机械工业的发展与成组技术的研究密不可分。

车间工艺过程成组技术与设备配置这一课题的提出，对于车间生产质量的提高和精益生产都有很大的意义。

如果采用传统的机群式设备方式将相同类型的机
床排列在一起，在产品多、批量小的情况下，对于零件，按批投放物料、按批次移动，使得工艺路线繁杂，运输距离长，导致机床加工时间长，使产品生命周期延长。

成组技术的应用对于提高工序的专业化程度，物料的方便管理和搬运的简单化都有积极的意义，而且在同一工序上，工人的技术熟练程度也会有相应的提高。

在人机工程这方面，减少了人为因素对生产的质量效益的影响，而且可以保证产品的稳定性。

根据物料需求、生产计划与控制及车间生产工艺过程，成组技术与设备配置的研究对于提高企业的生产效率，减少物料、搬运、库存等的浪费有很大意义，使企业最终能获得比较好的利润收入。

制造业的目标是低成本、快速的满足用户的质量的需求，成组技术正是实现产品创新和大批量定制的基本方法之一。

工厂要生存下去除了引进生产技术，还必须进行技术创新、管理创新，同时还要减少生产工人，通过降低成本来提高劳动生产率，达到迅速占有市场提高竞争力的目的，尽可能少的投入达到比较高的产量。

1.3本文的研究内容
前面通过对成组技术原理及应用的介绍，综合国内外关于成组技术应用的研究，车间工艺过程成组技术与设备配置的研究是比较可行的，工厂期望用较低的投入来获得比较大的产量，通过降低成本来提高经济效益，成组技术对于这个目标的实现是比较积极的。

本文是研究试验机厂的车间工艺过程成组技术与设备配置，通过对试验机的各个配件的工艺过程编码，利用相似性原理将多个工序成组，选定最优化的加工形式，利用所学生产计划与控制的内容，计算配件的粗能力计划，从而估算出需要的设备台数，进行设备配置。

具体内容：
1.工厂应用成组技术的理论基础；
2.应用成组技术对工艺过程进行编码；
3.运用所学的生产计划与控制内容进行粗能力计划计算；
4.计算设备台数，进行设备配置
2成组技术的应用基础
近年来，由于机床零件的生产伴随着用户多样性和随机性的要求，这样就使产品的品种变多，而且种类变化频繁，不仅仅是某种产品的需求数量的减少，有可能只是单件需求。

这种多品种小批量的生产趋势对制造系统和生产技术有较高的要求，需要他们有充分的柔性，有灵活应变和快速适应的能力[4]。

然而，多品种小批量生产的企业，在产品设计、制造、生产准备、加工和广管理等方面存在着大量的重复性劳动，企业无法应用大批量生产的比较有效的生产技术和生产管理方法。

本文就是研究试验机厂关于试验机零件的多品种、小批量生产的方法与设备配置。

成组技术针对中小批量、多品种生产，是专门的组织管理技术, 对于生产一系列的具有相似性的零件，很有必要使用成组技术，因为它不仅可以降低生产成本，而且还可以缩短生产周期，从而保证稳定的生产质量，它利用相似性原理和工艺继承性，是多品种、中小批量生产企业成批生产的有效组织管理手段。

企业生产系统中运用成组技术时，除了必要的生产准备，首先应该考虑建立零件分类编码系统，而且是适用于该企业的。

选择零件的分类和编码方法系统，要十分慎重，因为它是生产技术准备的基本任务之一。

工厂有合适的零件分类编码系统，以便于进行零件分类编码，并进一步实施车间设备布置和设备配置。

正确地进行零件的分类和编码，一方面有助于零件的结构工艺设计和工艺过程的标准化、统一化；另一方面有助于确定相对经济合理的生产组织形式。

根据零件的分类编码，可以建立相应的零件组，零件加工工艺和加工单元。

成组技术与计算机技术相结合，进行计算机辅助编码，可以使分类编码在计算机辅助下有效的进行。

本文主要是研究车间工艺过程成组技术，零件分类编码是个侧重。

2.1零件编码法则及分类编码系统
2.1.1零件编码法则与编码系统的概念
用字符（数字、字母或符号）按照一定的规则来描述零件的相应特征称为零件编码，这种编码的方法称为编码法则。

根据零件的几何形状特征，加工路线和工序的特征，以及加工尺寸和精度的特征，用字符对零件进行编码，使人们通过简单的数字符号能够认识到零件的特性，如几何形状、尺寸大小、毛坯、结构以及加工过程与设备等，这样形成的系统就是零件编码系统。

目前分类编码系统主要有两种：一种是针对各种局部问题建立的专用分类系统；另一种是针对不同的设计工作范围建立的通用分类系统。

2.1.2分类编码的作用与任务
零件分类编码并不是仅仅对零件进行分组，还可以用来进行新产品设计，并为新产品的设计减少时间投入和人力投入，主要是通过对原有的全部零件进行相似性分析，从本源处了解零件的不同，按零件的形状、材料、功能和尺寸等特点组成设计族，再按标准件、重复使用件和零件的相似类型汇编成零件图册或设计指导资料[5]。

由于在生产过程中大量的问题都有共同的设计基础，因此分类编码在单件小批量生产中，对于产品设计和工艺过程设计等建立了共同的设计基础。

根据[瑞士] E.A.阿恩所著的书《成组技术》，工艺构成设计中，分类与编码系统的任务如下图2.1
建一个统一的基础对生产过程各项任务
↓↓↓↓
零件设计→工艺过程设计→制造→装配
图2.1 工艺构成设计中，分类与编码系统的任务
2.1.3国内外所应用的分类编码系统
在成组技术中，码的结构有三种形式：
1.树式结构。

码位之间是隶属关系，能够分级，特征信息量比较多，能够比
较详细的描述特征，但比较复杂，编码和识别代码不太方便。

2.链式结构。

每个码位内的各特征码具有独立的含义，所含特征信息比较少，
并列或者矩阵式的，但结构简单，编码比较方便。

3.混合结构。

系统中同时存在以上两种结构，比较常用。

例如OPITZ系统、
KK系统等。

不同的分类编码系统的形成主要由于不同的应用需求，而且采用不同的结构，当然相异的特征和码位数也促使不同的分类编码的形成。

如今，国内外已经出现了多种分类编码系统。

国外著名的分类编码系统有OPITZ系统(德)、MNTPOФAHOB(前苏联)、BRISCH系统(英)、KK—3系统(日)、CODE系统(美)、TNO-MICLASS系统(荷)等。

其中由德国阿亨工业大学OPITZ教授开发的OPITZ系统是世界上最著名的分类编码系统，OPITZ系统简单、使用方便，是一个比较完善的系统，很多公司都在使用这个系统。

在OPITZ分类编码系统中，每个零件用九位数字描述：前五位数字称为形状代码，用来表示零件的几何形状，后四位数字称为辅助代码，用来表示零件的尺寸、材料、毛坯和加工精度,具体如下图2.2
图2.2 OPITZ分类编码系统
1代表零件类别码；
2、3、4、5代表形状及加工码，用来描述零件的形状和基本特征；
6、7、8、9表示辅助码，描述尺寸、精度、原材料和毛坯形状等
虽然比较简单，OPITZ 系统也存在一些缺点，即使系统考虑了精度，但仅仅用一位码来标识是不能够充分表示出不同，该系统的分类标志不够严密、准确，整体上看结构简单，实际上局部结构复杂[6]。

我国机械工业部颁发的JBLM-1机械零件分类编码系统，在中等及中等规模以上多品种、小批量的机械加工工厂比较适用。

JLBM—1系统是指导性文件，主要是在工厂在零件的产品设计、工艺设计、加工制造和生产管理等方面应用。

JBLM-1编码系统有15个码位，该系统具有15个码位，每一个码位从0～9的10个数字表示不同的特征类别，它有九位主码，同时具有六位辅码。

第一位是名称粗分类，如轮盘类、齿轮类、箱壳体类等，第二位是名称类别细分类，如垫圈片、环等是环套类的细分类，用来反映零件的主要形状和功能。

JLBM-1系统的特点是零件类别按名称类别矩阵划分，进行设计和检索是十分方便的，它的分类比较简单，定义相对明确，比较容易掌握，而且所分组的码位适中，可以容纳较多的分类标志，所含的特征信息量大。

具体每个码位的表示如图2.3所示[6]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
零件类别
码
形状及加工码辅助码
零件名称零
件
名
称
外部形状
及加工
内部形状
及加工
平面、曲
面及加工
辅
助
加
工
材
料
毛
坯
原
始
热
处
理
直
径
或
宽
长
度
精
度
类别粗分类
别
细
分
基
本
形
式
功
能
要
素
基
本
形
式
功
能
要
素
外
平
面
端
面
内
平
面
辅
助
机
形
状
度图2.3 JLBM-1 零件分类编码系统结构简图
2.2零件的分类方法
成组工艺就是把有相似结构的零件组成一个零件组，利用相似性原理，对工艺过程进行编码，对零件组进行分类，设计工艺装备，组织加工生产线。

虽然机器和设备的零件结构多种多样，但是由于有许多相似性特征，如相似的结构特征，相似的工艺特征如加工工艺过程，相似的尺寸和表面粗糙度等加工精度。

我们可以通过编码方法使这些特征系统化，这样就可以确定零件的某些共同特性，而且可以根据以上分析对零件进行按组分类。

成组制造生产零件可以有下列几种分类方法：
1.按照零件的结构工艺相似性进行分类。

这时零件可以分为套筒组，轴类组，主轴组等[7]；
2.按照组成零件的表面进行分类，可以确定表面的加工方案，最终确定整个零件的总加工工艺过程[7]。

3.按照加工的形式，即加工设备的类型和机床调整的一致性进行分类[7]。

在进行零件分类时，除了考虑上述三种大面的分类，零件的功能、结构的相似性也需要考虑，零件的精度，加工表面粗糙度，基本工艺方案的共同性，毛坯的同类性，加工路线的相似性，零件的生产产量和一些零件的表面特征都是需要考虑的。

在生产车间，可以使用几种或所有可能的零件和工艺过程分类方法。

零件的分类原则是统一的，根据零件的特征组，来对零件实施分类，从而为零件生产减少了设计工作量，缩短了零件的设计周期，为生产的顺利进行，提高效率提供了条件。

加工条件统一化程度也可以用来进行零件分组，需要对加工过程全部统一化和加工过程部分统一化零件区分。

对于第一种，加工过程或者是在一种加工形式的范围内统一化的；或者是在几种加工形式的范围内统一化，此时相应的加工是在不同类型的设备上完成的，工艺路线有共同性。

后面一种部分统一化的零件，它的统一化可以包括不同的零件的同一加工工序，也可能包含一个零件的几个工序，而且工艺路线必须邻接。

在小批和成批生产的条件下，大多数是按照所采用的加工设备类型、工
装的统一性和机床调整的共同性进行零件分类。

每一个企业都有一个适合自己的编码系统，可以根据JLBM-1零件编码系统的方法，给所研究的某试验机厂的零件分组提出相对简单的的系统。

用拉丁字母表示不同的机床类型，Ⅰ-B2012A，Ⅱ-X2010A，Ⅲ-RB-2N，Ⅳ-TX611C1，Ⅴ-Z35，Ⅵ-BPV700，Ⅶ-BZ，Ⅷ-X2010C。

每一个加工工序可能用到不同系列的机床，分别用阿拉伯数字表示。

列表如下2.1：
表2.1横梁的分组编码系统
零件件号ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩ
√√√√
YAW-300B-1004
√√√√
YAW-300B-1022
√√√√√
WAW-2000D-1226
√√√√√
WAW-2000D-1202
√√√√√
WE-600D-1101 √
√√√√√
WE-600D-1109
√√√√√
WDW-600E-1101
√√√√
WDW-600E-1201 √√
√√
WE-600-1011
√√√√
YE-2000C-1011
YE-2000D-1202√√√√√
以上以横梁加工工艺过程为例，根据JBLM-1编码系统的启示，将它们的加工过程分类，可以把零件分类成组，后面的主要大件的分类都可以用这种方法。

后续章节会具体应用。

2.3成组技术的应用
通过零件分类编码，一方面可以自动检索出所需要的零件，为生产准备提供便利，另一方面还可以把零件设计所给的代码应用到生产过程的工艺设计、制造、组织管理等方面。

1、产品设计方面
用成组技术指导设计，会使设计合理化，各类零件被划分更大的类别，而且为在制造和管理方面实施成组技术奠定了基础。

充分认识零件的结构和功能，根据产品所具有继承性和标准化程度，可以应用曾经累积的行之有效的设计和制造经验，这样对于保证产品质量的稳定性非常有利[7]。

用成组技术替代传统的设计方法，指导设计标准化和合理化，可以使设计信息最大程度的重复使用，最大限度的减少新设计的零件种数，可以节约设计时间。

根据有关统计，进行一种新产品的设计时，一般会有3/4以上的零件设计可以参考或直接引用原来的产品图纸，来增加零件的相似性[8]，一方面可以减少零件设计的工作量，减少工艺装备，另一方面还可以降低重复性劳动，并且降低制造费用。

2、制造工艺方面
制造过程中的成组技术，一般称为成组加工或零件族制造。

结构特征不同的零件组成的一组零件，它们共同的工序称作成组工序，把安装方式、加工方法等相近的零件划分成组，设计出适合于整组零件加工的成组加工工艺，即成组工序的应用。

成组工序允许使用同一工作中心和加工工艺装置，以及相近的机床调整加工全组零件，虽然夹具或装备频繁更换，这样仍然能减少机床调整时间。

另外，成组夹具的产生，主要是因为零件组内有许多尺寸和安装方式相似的零件，使用成组夹具时要完成全组零件的工序安装工作，可能只需要局部调整或者更换少数零件。

零件加工的整个工艺过程都可以用成组工序来解决。

所以，应该把零件按照工艺过程相似性分类形成加工族，根据所形成的加工族来设计形成成组工艺过程[9]。

成组工艺过程是一个或几个零件组成组工序的集合，在成组工艺路线的条件下，某些零件或零件组能够允许缺少某些个别工序。

3、生产组织管理方面
生产管理是工厂生产活动的重要环节，生产管理的方式和内容,在实施成组技术的过程中需要时时更新。

根据相似性，成组加工需要把零件分类形成加工族，相同的加工族进行生产时有与之相应的机床设备。

采取成组加工单元的生产加工形式，满足了成组加工系统按照模块化原理生产的要求，就是一组工人在一个生产单元内操作一组设备，完成一个系列的零件的全部或者部分生产加工[10]。

因此，成组加工单元是实施成组技术的一种行之有效的生产和劳动组织。

成组技术是计算机辅助管理系
统技术的基础之一，有利于形成便于管理的数据库。

应用成组技术，简化物料和信息的流程，减少机动时间，更方便使用现代化的生产管理方法，缩短生产周期，降低成本，提高企业效率。

3车间工艺过程的成组技术研究
3.1成组技术的必要性
实际上，车间进行零件的生产制造时，会遇到各种问题，比较突出的就是忽视零件生产工艺流程中的相似性与继承性，本文所要解决的也就是生产准备方面的问题，即是成组技术在多品种、小批量生产中的中应用。

成组技术就是利用事物之间存在的相似性与继承性，将看起来比较凌乱的事物，甚至是没有关联的事物，通过所选取的合理的分类方法，使其能够归并成组。

再把分类的组别进行合理化和标准化的处理，最终制定出适用于同组事物的相对统一的原则和方法。

就像是对于车间生产工艺过程，可以将工艺相似的零件归并成组，通过制定相关的零件编码分类法，简化生产过程，缩短生产周期。

可见对于中小型企业的生产，成组技术的应用是必要的。

过去车间生产，对于相似或相同的问题一般单独解决，这样就会导致不必要的重复和浪费。

如果把相同或相似功能的零件工艺编制不相同，或者是把它们的结构设计成不相同的，虽然达到了零部件工艺和结构的多样化，但是会给生产管理带来复杂性。

如果对于相同或相似功能的零件，在生产准备过程中零部件的结构或者工艺的重复，即是相同工艺重复编制，相同结构重复设计，这样最终导致资源浪费。

3.2多品种、小批量生产面临的问题
许多机床零件在结构和工艺上比较相似，那么生产组织需要随时调整，批量大小和交货期安排是单一产品生产的依据，企业的生产过程一般都是非单一产品，工艺过程的安排和零件生产就要依靠成组技术。

对于小批量多品种生产的企业，企业资源需要在一定范围灵活改变，因为品种和批量一直在变化。

多品种小批量生产条件下，由于产品产量比较小，尽管企业所生产的产品的种类比较多，基本上还是按照用户的订货需求来组织生产，这样就会导致产品的结构与工艺有。