生产系统学-2成组技术
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% 100 80 60 40 20 0
MA MB MC
90% [MA],[MB],[ MC] 60% [MA,MB],[ MC] 30% [MA, MB,MC]
图 2-5 单链聚类二叉树图
第四节 成组技术中的零件分组 2．排序聚类法
方法是将原始机床－零件矩阵表中的每一行都 看成一个二进制数 并将矩阵中的行序按二进制的大小依递减顺序 重新排列 同样，也可将每一列的顺序按照大小重排（参 见图 2-6） 机床－零件的原始矩阵经重新排序后，将会在 矩阵中形成界线明确的方块图形显示出相应的 机床－零件组。
第一节 成组技术的发展
成组技术的核心问题:充分揭示和利用生产系 统中出现的各种相似性信息，使工厂企业以 最有效的工作方式得到统一的数据和信息， 从而为企业建成现代化的集成信息系统打下 基础。 成组技术已成为CAD、CAM、CAPP、FMS、 CIMS的基础。
第二节 成组技术的基本原理
基本原理：利用事物的相似性。由于许多问题是 相似的，把相似的问题归并成组，便可以找到一 个单一的解决一组问题的解答，从而节省了时间 和精力，这就是成组技术(Group Technology简 称GT)。
根据这些对应关系，编制出各类关系中间 的最佳作业顺序。这里主要讨论车间流程 分析，找出制造单元（机床组）与对应的 零件组。
第四节 成组技术中的零件分组 １．单链聚类分析
在聚类分析法中，常用作分类依据的数学统计量是相 似性系数。它是用来判别车间流程分析中一对机床I和 J的相似程度，由此确定这一对机床可否聚为一类。 这里相似性系数ＳIJ可用下式表示： KIJ KIJ─ 表示同时通过机床I和机床J SIJ＝ 的零件种数； KIj＋KiJ＋KIJ KIj─ 表示只通过机床I的零件种数；
JLBM-1系统名称类别矩阵表
第三节 零件分类编码系统
JLBM-1系统 编码示例
名称：锥套 材料：45钢锻件
第三节 零件分类编码系统
JLBM-1系统 编码示例 名称：连接板 材料：HT150
第四节 成组技术中的零件分组
关键工作：将零件按相似性准则进行归类成组 相似性准则与企业各部门的要求和使用场合密 切相关
第三节 零件分类编码系统 迄今为止，世界上已有70多种分类编码 系统。现介绍以下两种编码系统：
德国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统 我国的JLBM-1分类编码系统
第三节 零件分类编码系统 奥匹兹分类编码系统 德国阿亨工业大学奥匹兹教授领导并由 德国机床协会（VDM)资助制定的通用零 件分类和编码系统。对世界各国的分类 编码系统影响极大。 系统由九位代码组成，每一位都设有10 个特征码。 前5位：形状码—主码。 后4位：辅助码—副码。
第三节 零件分类编码系统
奥匹兹分类编码系统
第二节 制造系统的组成原理 奥匹兹分类编码系统
形状码
第一位：零件的种类和尺寸特征 第二位：零件外部的主要结构特征 第三位：零件的内部形状特征 第四位：平面加工 第五位：辅助孔及齿
特征码的数字越大： 表示形状要素越复杂
辅助码：
第二节 成组技术的基本原理
由此可见，成组加工其本质就是将各个产品中 工艺上相似的零件集中在一起，以扩大零件的 批量，使大批大量生产行之有效的高效率工艺 方法和设备可以应用到中、小批生产中去。
第二节 成组技术的基本原理 成组技术可以促进：
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，保证企业具有竞争力； 利用相似性，有效扩大生产批量，使多品种小 批量生产企业能经济而合理地采用先进的生产 技术和先进的生产组织管理方法； 归并同类相似零部件，有利于发展零部件的专 业化生产。
1972年由McAuley提出 将SIJ为最大的一对机床用一水平线在聚类 图上连接起来，构成一个聚类 按SIJ的高低逐个相连，构成单链聚类二叉 树图（图2-5） 根据分类目的和车间环境条件规定相似程 度界限值—“阈值” 二叉树分支在阈值之上的可以合并成组
第四节 成组技术中的零件分组 单链聚类二叉树：
第四节 成组技术中的零件分组
KAB
3
SAB＝
KAb＋KaB＋KAB KBC
＝
1 + 0 + 3
＝ 0.75
1
SBC＝
KBc＋KbC＋KBC KAC SAC＝
＝
2 + 2 + 1
＝ 0.20
2
＝
＝ 0.40
2 + 1 + 2
KAc＋KaC＋KAC
SAB > SAC > SBC
第四节 成组技术中的零件分组 单链聚类二叉树：
第二节 成组技术的基本原理
从机械加工来讲，成组加工就是将被加工零件，根据其 几何形状、 结构及 加工工艺相似性 进行分类分组； 并根据各组零件加工工艺要求，将机床分成若干机床组； 按照被加工零件组的工艺流程排列各机床组内的机床， 即零件组与机床组一一对应； 被纳入同一组的零件可按照共同的工艺过程在同一机床 组中稍加调整后加工出来，以减少调整时间与加工时间， 这样就可以大大地提高生产率；
第四节 成组技术中的零件分组
类别码 形状码 辅助码
精度 毛坯原始形状 材料种类
尺寸 辅助孔，齿形,成形加工 平面要素与加工 内部形状要素 外部形状要素 零件类别 按此规定，编码为043063072、041103070、047023072的这三个零件可划为同一组
图 2-3 特征码位
第四节 成组技术中的零件分组
KiJ─ 表示只通过机床J的零件种数；
SIJ的值在0与1之间，SIJ值愈大,机床I和J之间在加工 零件方面的相似性程度愈高，在这两台机床上加工零 件的种类也愈多。
第四节 成组技术中的零件分组
举例：
3台机床MA,MB,MC 5种零件P1,P2,P3,P4,P5
表2-3：机床—零件原始关系表
机床 代号 MA MB MC 零 件 P1 P2 P3 1 1 1 1 1 1 1 序 号 P4 P5 1 1 1
第四节 成组技术中的零件分组
二、生产流程分析法
以生产过程或工艺过程为主要依据的分 类方法 通过相似的物料流找出相似的零件集合 与生产设施或加工设备的集合的对应关 系 既能确定零件族，也同时能得到加工该 零件族的生产流程和设备组
第四节 成组技术中的零件分组 生产流程分析法包括：
工厂流程分析 车间流程分析 单元流程分析 单台设备流程分析
第五节 成组技术在生产系统中的应用
成组加工——把形状相似的零件放在一台机 床上进行加工。 成组工艺——把工艺相似的零件放在个制造 单元内进行加工。 成组编码——将零件特征数字化，用数字描 述零件的几何形状、尺寸、材料、精度和工 艺特征。 成组技术——把“成组”概念扩大到产品设 计、制造过程、生产管理及其它企业领域。
成组技术≠成组加工≠成组工艺≠成组编码
2. 码域矩阵法 码域矩阵法是将每个码位上的若干个特征项确定 下来，作为每一码位上特征项允许变动范围（见 图2-4中为1的范围） 凡零件的代码在这个允许范围内的，就属于这个 零件组 这个码域也必须根据零件的分类目的和具体环境 条件来确定 在实际使用时，通常将上述两种方法结合，即采 用特征码位与矩阵—既按要求确定相应的特征码 位，又确定这些码位上特征项允许变动的范围
第五节 成组技术在生产系统中的应用 一、成组技术的应用领域
在产品设计方面SmarTeam.ppt 在制造工艺方面 在生产管理方面
第五节 成组技术在生产系统中的应用 拟订零件组的工艺过程
成组工艺过程是针对一个零件组设计的，适 用于零件组内的每一个零件。在拟订成组工 艺过程时，首先需设计一个能集中反映该组 零件全部结构特征和工艺特征的综合零件， 它可以是组内的一个真实零件，也可以是人 为综合的“假想”零件。 制订综合零件的工艺过程，作为该零件组的 成组工艺过程，可加工组内的每一个零件。 成组工艺路线常用图表格式表示
第五节 成组技术在生产系统中的应用 拟订零件组的工艺过程
第五节 成组技术在生产系统中的应用 机床的选择与布置
第五节 成组技术在生产系统中的应用
成组加工所用机床有下列不同布置方式：
成组单机 可用一个单机设备完成一组零件 的加工，该设备可以是独立的成组加工机床 或成组加工柔性制造单元 成组生产单元 一组或几组工艺上相似零件 的全部工艺过程，由相应的一组机床完成 成组生产流水线 机床设备按零件组工艺流 程布置，各台设备的生产节拍基本一致。与 普通流水线不同的是在生产线上流动的不是 一种零件而是一组零件，有的零件可能不经 过某一台或某几台机床设备
设计部门：结构相似零件族 制造部门：工艺相似零件族 生产计划部门：同一调整零件族、同期投产零件族
分组方法 视检法 编码分类法 生产流程分析法
第四节 成组技术中的零件分组 一、编码系统分类法
1.
特征码位分组法
所谓特征码位分组法就是将对某种目的要求影响最大的 码位作为划分零件组的依据，而不考虑那些影响不大的 码位。 如制造部门从加工要求的相似性出发，往往把影响最大 的零件类别、外形、尺寸和材料等码位作为特征码位。 如果采用奥匹兹系统，即将一、二、六、七码位作为特 征码位（如图2-3所示中打阴影线的四个码位）,零件只 要在这些码位上的特征项相同，不论其他码位上的特征 项怎样，都认为属于同一零件组。
生产系统学
第二章 成组技术
第一节 成组技术的发展
五十年代：苏联米为共用工艺装备，减少并简化调 整设备费用，充分显示出成组加工的卓越经 济效益。---成组加工/成组工艺。 六十年代初：捷克斯洛伐克的卡洛茨和德国 的奥匹兹(Opitz)提出了分类编码系统 ---成 组工艺扩展 六十年代中期：英国伯别奇提出了生产流程 分析原理 ---成组技术(Group Technology， 简称GT)。
第一位：尺寸 第二位：材料 第三位：原始形状（毛坯形式） 第四位：精度特征
同一码位有多个形 状要素和工艺特征： 选择要素最复杂和工 艺难度最大的特征编 码
第三节 零件分类编码系统
奥匹兹分类编码系统
表2-1：形状码部分内容。 表2-2：辅助码部分内容。
第三节 零件分类编码系统 奥匹兹分类编码系统特点：
码位少、应用方便 基本反映了零件的设计与工艺的特征信息 留有一定余地，使用灵活 对复杂零件的描述不够详细，有时会造成多义性
第三节 零件分类编码系统
JLBM-1分类编码系统
机械工业部1982年组织制定 适用于机械制造企业在设计、工艺、制 造和生产管理部门推行成组技术 采用主、辅码分段的混合式结构 系统由15位代码组成，每一位有10个特 征码
第三节 零件分类编码系统 JLBM-1分类编码系统 零件分类（名称矩阵） 形状及加工特征（内、外部形 第3-9位： 状与加工、平面、端面和辅助 加工） 辅助码（材料、毛坯、热处理、 第10-15位： 主要尺寸与精度） 第1-2位：
第三节 零件分类编码系统 JLBM-1系统结构
第三节 零件分类编码系统
第三节 零件分类编码系统
采用分类编码的方法来描述零件的相似 特征，它就是将零件特征数字化,用数字 来描述零件的几何形状、尺寸、材料、 精度和工艺特征。
代表零件特征的每一个数字码称为特征码。
第三节 零件分类编码系统
分类的作用
提高设计工作的标准化与合理化，可建立零件 图册，实现产品零、部件标准化、合理化，并 扩大零件通用化程度，减少设计工作量。 有助于工件分类归并成组(族)，推行成组加工。 利用适宜的零件分类系统，可以划分零件组， 制定成组零件的工艺路线，选好设备进行成组 加工。 有利于生产管理科学化，利用分类编码系统， 可借助计算机实现生产管理科学化和现代化。
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—工艺 相似性 结构—工艺继承性是设计标准化的前提 结构—工艺相似性则是工艺标准化的基础。
第二节 成组技术的基本原理
相似零件
结构相似（形状、尺寸） 材料相似 工艺相似
第二节 成组技术的基本原理
MA MB MC
90% [MA],[MB],[ MC] 60% [MA,MB],[ MC] 30% [MA, MB,MC]
图 2-5 单链聚类二叉树图
第四节 成组技术中的零件分组 2．排序聚类法
方法是将原始机床－零件矩阵表中的每一行都 看成一个二进制数 并将矩阵中的行序按二进制的大小依递减顺序 重新排列 同样，也可将每一列的顺序按照大小重排（参 见图 2-6） 机床－零件的原始矩阵经重新排序后，将会在 矩阵中形成界线明确的方块图形显示出相应的 机床－零件组。
第一节 成组技术的发展
成组技术的核心问题:充分揭示和利用生产系 统中出现的各种相似性信息，使工厂企业以 最有效的工作方式得到统一的数据和信息， 从而为企业建成现代化的集成信息系统打下 基础。 成组技术已成为CAD、CAM、CAPP、FMS、 CIMS的基础。
第二节 成组技术的基本原理
基本原理：利用事物的相似性。由于许多问题是 相似的，把相似的问题归并成组，便可以找到一 个单一的解决一组问题的解答，从而节省了时间 和精力，这就是成组技术(Group Technology简 称GT)。
根据这些对应关系，编制出各类关系中间 的最佳作业顺序。这里主要讨论车间流程 分析，找出制造单元（机床组）与对应的 零件组。
第四节 成组技术中的零件分组 １．单链聚类分析
在聚类分析法中，常用作分类依据的数学统计量是相 似性系数。它是用来判别车间流程分析中一对机床I和 J的相似程度，由此确定这一对机床可否聚为一类。 这里相似性系数ＳIJ可用下式表示： KIJ KIJ─ 表示同时通过机床I和机床J SIJ＝ 的零件种数； KIj＋KiJ＋KIJ KIj─ 表示只通过机床I的零件种数；
JLBM-1系统名称类别矩阵表
第三节 零件分类编码系统
JLBM-1系统 编码示例
名称：锥套 材料：45钢锻件
第三节 零件分类编码系统
JLBM-1系统 编码示例 名称：连接板 材料：HT150
第四节 成组技术中的零件分组
关键工作：将零件按相似性准则进行归类成组 相似性准则与企业各部门的要求和使用场合密 切相关
第三节 零件分类编码系统 迄今为止，世界上已有70多种分类编码 系统。现介绍以下两种编码系统：
德国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统 我国的JLBM-1分类编码系统
第三节 零件分类编码系统 奥匹兹分类编码系统 德国阿亨工业大学奥匹兹教授领导并由 德国机床协会（VDM)资助制定的通用零 件分类和编码系统。对世界各国的分类 编码系统影响极大。 系统由九位代码组成，每一位都设有10 个特征码。 前5位：形状码—主码。 后4位：辅助码—副码。
第三节 零件分类编码系统
奥匹兹分类编码系统
第二节 制造系统的组成原理 奥匹兹分类编码系统
形状码
第一位：零件的种类和尺寸特征 第二位：零件外部的主要结构特征 第三位：零件的内部形状特征 第四位：平面加工 第五位：辅助孔及齿
特征码的数字越大： 表示形状要素越复杂
辅助码：
第二节 成组技术的基本原理
由此可见，成组加工其本质就是将各个产品中 工艺上相似的零件集中在一起，以扩大零件的 批量，使大批大量生产行之有效的高效率工艺 方法和设备可以应用到中、小批生产中去。
第二节 成组技术的基本原理 成组技术可以促进：
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，保证企业具有竞争力； 利用相似性，有效扩大生产批量，使多品种小 批量生产企业能经济而合理地采用先进的生产 技术和先进的生产组织管理方法； 归并同类相似零部件，有利于发展零部件的专 业化生产。
1972年由McAuley提出 将SIJ为最大的一对机床用一水平线在聚类 图上连接起来，构成一个聚类 按SIJ的高低逐个相连，构成单链聚类二叉 树图（图2-5） 根据分类目的和车间环境条件规定相似程 度界限值—“阈值” 二叉树分支在阈值之上的可以合并成组
第四节 成组技术中的零件分组 单链聚类二叉树：
第四节 成组技术中的零件分组
KAB
3
SAB＝
KAb＋KaB＋KAB KBC
＝
1 + 0 + 3
＝ 0.75
1
SBC＝
KBc＋KbC＋KBC KAC SAC＝
＝
2 + 2 + 1
＝ 0.20
2
＝
＝ 0.40
2 + 1 + 2
KAc＋KaC＋KAC
SAB > SAC > SBC
第四节 成组技术中的零件分组 单链聚类二叉树：
第二节 成组技术的基本原理
从机械加工来讲，成组加工就是将被加工零件，根据其 几何形状、 结构及 加工工艺相似性 进行分类分组； 并根据各组零件加工工艺要求，将机床分成若干机床组； 按照被加工零件组的工艺流程排列各机床组内的机床， 即零件组与机床组一一对应； 被纳入同一组的零件可按照共同的工艺过程在同一机床 组中稍加调整后加工出来，以减少调整时间与加工时间， 这样就可以大大地提高生产率；
第四节 成组技术中的零件分组
类别码 形状码 辅助码
精度 毛坯原始形状 材料种类
尺寸 辅助孔，齿形,成形加工 平面要素与加工 内部形状要素 外部形状要素 零件类别 按此规定，编码为043063072、041103070、047023072的这三个零件可划为同一组
图 2-3 特征码位
第四节 成组技术中的零件分组
KiJ─ 表示只通过机床J的零件种数；
SIJ的值在0与1之间，SIJ值愈大,机床I和J之间在加工 零件方面的相似性程度愈高，在这两台机床上加工零 件的种类也愈多。
第四节 成组技术中的零件分组
举例：
3台机床MA,MB,MC 5种零件P1,P2,P3,P4,P5
表2-3：机床—零件原始关系表
机床 代号 MA MB MC 零 件 P1 P2 P3 1 1 1 1 1 1 1 序 号 P4 P5 1 1 1
第四节 成组技术中的零件分组
二、生产流程分析法
以生产过程或工艺过程为主要依据的分 类方法 通过相似的物料流找出相似的零件集合 与生产设施或加工设备的集合的对应关 系 既能确定零件族，也同时能得到加工该 零件族的生产流程和设备组
第四节 成组技术中的零件分组 生产流程分析法包括：
工厂流程分析 车间流程分析 单元流程分析 单台设备流程分析
第五节 成组技术在生产系统中的应用
成组加工——把形状相似的零件放在一台机 床上进行加工。 成组工艺——把工艺相似的零件放在个制造 单元内进行加工。 成组编码——将零件特征数字化，用数字描 述零件的几何形状、尺寸、材料、精度和工 艺特征。 成组技术——把“成组”概念扩大到产品设 计、制造过程、生产管理及其它企业领域。
成组技术≠成组加工≠成组工艺≠成组编码
2. 码域矩阵法 码域矩阵法是将每个码位上的若干个特征项确定 下来，作为每一码位上特征项允许变动范围（见 图2-4中为1的范围） 凡零件的代码在这个允许范围内的，就属于这个 零件组 这个码域也必须根据零件的分类目的和具体环境 条件来确定 在实际使用时，通常将上述两种方法结合，即采 用特征码位与矩阵—既按要求确定相应的特征码 位，又确定这些码位上特征项允许变动的范围
第五节 成组技术在生产系统中的应用 一、成组技术的应用领域
在产品设计方面SmarTeam.ppt 在制造工艺方面 在生产管理方面
第五节 成组技术在生产系统中的应用 拟订零件组的工艺过程
成组工艺过程是针对一个零件组设计的，适 用于零件组内的每一个零件。在拟订成组工 艺过程时，首先需设计一个能集中反映该组 零件全部结构特征和工艺特征的综合零件， 它可以是组内的一个真实零件，也可以是人 为综合的“假想”零件。 制订综合零件的工艺过程，作为该零件组的 成组工艺过程，可加工组内的每一个零件。 成组工艺路线常用图表格式表示
第五节 成组技术在生产系统中的应用 拟订零件组的工艺过程
第五节 成组技术在生产系统中的应用 机床的选择与布置
第五节 成组技术在生产系统中的应用
成组加工所用机床有下列不同布置方式：
成组单机 可用一个单机设备完成一组零件 的加工，该设备可以是独立的成组加工机床 或成组加工柔性制造单元 成组生产单元 一组或几组工艺上相似零件 的全部工艺过程，由相应的一组机床完成 成组生产流水线 机床设备按零件组工艺流 程布置，各台设备的生产节拍基本一致。与 普通流水线不同的是在生产线上流动的不是 一种零件而是一组零件，有的零件可能不经 过某一台或某几台机床设备
设计部门：结构相似零件族 制造部门：工艺相似零件族 生产计划部门：同一调整零件族、同期投产零件族
分组方法 视检法 编码分类法 生产流程分析法
第四节 成组技术中的零件分组 一、编码系统分类法
1.
特征码位分组法
所谓特征码位分组法就是将对某种目的要求影响最大的 码位作为划分零件组的依据，而不考虑那些影响不大的 码位。 如制造部门从加工要求的相似性出发，往往把影响最大 的零件类别、外形、尺寸和材料等码位作为特征码位。 如果采用奥匹兹系统，即将一、二、六、七码位作为特 征码位（如图2-3所示中打阴影线的四个码位）,零件只 要在这些码位上的特征项相同，不论其他码位上的特征 项怎样，都认为属于同一零件组。
生产系统学
第二章 成组技术
第一节 成组技术的发展
五十年代：苏联米为共用工艺装备，减少并简化调 整设备费用，充分显示出成组加工的卓越经 济效益。---成组加工/成组工艺。 六十年代初：捷克斯洛伐克的卡洛茨和德国 的奥匹兹(Opitz)提出了分类编码系统 ---成 组工艺扩展 六十年代中期：英国伯别奇提出了生产流程 分析原理 ---成组技术(Group Technology， 简称GT)。
第一位：尺寸 第二位：材料 第三位：原始形状（毛坯形式） 第四位：精度特征
同一码位有多个形 状要素和工艺特征： 选择要素最复杂和工 艺难度最大的特征编 码
第三节 零件分类编码系统
奥匹兹分类编码系统
表2-1：形状码部分内容。 表2-2：辅助码部分内容。
第三节 零件分类编码系统 奥匹兹分类编码系统特点：
码位少、应用方便 基本反映了零件的设计与工艺的特征信息 留有一定余地，使用灵活 对复杂零件的描述不够详细，有时会造成多义性
第三节 零件分类编码系统
JLBM-1分类编码系统
机械工业部1982年组织制定 适用于机械制造企业在设计、工艺、制 造和生产管理部门推行成组技术 采用主、辅码分段的混合式结构 系统由15位代码组成，每一位有10个特 征码
第三节 零件分类编码系统 JLBM-1分类编码系统 零件分类（名称矩阵） 形状及加工特征（内、外部形 第3-9位： 状与加工、平面、端面和辅助 加工） 辅助码（材料、毛坯、热处理、 第10-15位： 主要尺寸与精度） 第1-2位：
第三节 零件分类编码系统 JLBM-1系统结构
第三节 零件分类编码系统
第三节 零件分类编码系统
采用分类编码的方法来描述零件的相似 特征，它就是将零件特征数字化,用数字 来描述零件的几何形状、尺寸、材料、 精度和工艺特征。
代表零件特征的每一个数字码称为特征码。
第三节 零件分类编码系统
分类的作用
提高设计工作的标准化与合理化，可建立零件 图册，实现产品零、部件标准化、合理化，并 扩大零件通用化程度，减少设计工作量。 有助于工件分类归并成组(族)，推行成组加工。 利用适宜的零件分类系统，可以划分零件组， 制定成组零件的工艺路线，选好设备进行成组 加工。 有利于生产管理科学化，利用分类编码系统， 可借助计算机实现生产管理科学化和现代化。
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—工艺 相似性 结构—工艺继承性是设计标准化的前提 结构—工艺相似性则是工艺标准化的基础。
第二节 成组技术的基本原理
相似零件
结构相似（形状、尺寸） 材料相似 工艺相似
第二节 成组技术的基本原理