计算机辅助工艺规程设计
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43 2020/8/28
1)特征码位法 凡零件编码中相应码位的代码相同者归属于一组
的方法，称为特征码位法。 2)码域法
规定每一码位的码域(码值)，凡零件编码中每一码 位值均在规定的码域内，则归属于一组，这种方法称 为码域法。
15 2020/8/28
如图所示是按照成组工艺改造后的车间布局图。 把机床划分为一些单元，每个单元只承担一个特 定零件族的生产。这样不仅避免了车间布局的缺 点，而且实现了流水线或自动线作业。
16 2020/8/28
17 2020/8/28
3、如何将零件组合成组
1）人工识别分组法（也称视检法） 这是一种最简单、最经济的方法，它通过人工识
12 2020/8/28
二、 零件族 1、零件族用于工艺上的相似形
零件族是一些零件的集合，这些零件具有相似 的几何形状和尺寸或在加工具有相似的加工步骤。 同一族中的零件各不相同，但总有一些相似点使它 们成为同一零件族的成员。上图和下图表示两个零 件族，上图所示的零件族从几何外形是相似的。下 图所示的零件族具有相似的加工工艺，但外形上相 差较大。一般来说形状相似的工件，工艺也相似。
21 2020/8/28
1．零件的代码 在成组技术条件下，产品零件的代码是由2部分组
成的，即零件的识别码和零件的分类码。 1)零件的识别码 就是零件的件号或图号，识别码是惟一的。
22 2020/8/28
来自百度文库
2)零件的分类码 零件的分类码是在成组技术条件下提出的，可
以反映出零件固有的功能、名称、结构形状、工艺、 生产等信息；分类码对某种零件而言，并非惟一的， 不同的零件可以拥有相同的分类码。
19 2020/8/28
3）生产流程分析（Production flow analysis， 简称PFA）分组法
PFA法通过对零件现有加工工艺流程的分析， 把具有相似或相同加工工序和加工工艺流程的零 件作为一个零件族。
20 2020/8/28
三、零件分类编码系统
零件的分类编码是由代表零件的设计或制造 的特征符号组成的，一般情况下，大多数分类编 码系统是用数字来描述零件的几何特征和工艺特 征，也就是零件特征的数字化。
少了设计人员的重复劳动。 4）成组技术在CAPP系统中的应用
成组技术及其分类编码系统对于CAPP系统，特 别是派生式CAPP系统的零件信息的描述和输入、标准 工艺规程的检索与修改以及工艺文件的管理和输出都 有着重要意义。
10 2020/8/28
5）成组技术在FMS中的应用 成组技术与柔性制造技术是相辅相成的，柔
几种零件若有多个工序具有相似性，则可合并为成组 工艺。
2）成组生产单元的组织 车间内机床布置形式以及相应的生产组织形式按
成组技术的原理组织实施，即不管是单机，还是加工 单元、流水线，加工对象是针对于一组或几组工艺相 似的零件，而不是只针对于一个零件。
9 2020/8/28
3）成组技术在CAD中的应用 成组技术大大提高了设计的继承性，极大地减
别各种零件的实物或图样、照片等，将它们划分成相 似的零件族。这种方法往往需要有实际经验的工程技 术人员进行，而且分类粗糙、不准确。
18 2020/8/28
2）零件分类和编码分组法 这是三种方法中最复杂、最常用、最有效的一
种方法。它通过分类编码系统对零件的各设计特征 或制造特征进行编码，然后利用所得编码确定零件 的相似性，从而将零件分组。
7 2020/8/28
3．成组技术的定义
成组技术是一门生产技术科学和管理技术科学， 研究如何识别和发展生产活动中有关事物的相似性， 并充分利用它把各种问题按它们之间的相似性归类 成组，并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。
8 2020/8/28
3．成组技术的应用
1）成组工艺 它不强求零件结构类型和功能的同一性，而只要
27 2020/8/28
2）关联环节的分类系统——树式结构 若系统中相邻横向分类环节之间有从属关系而
互相关联，则这样的横向分类环节称作关联环节。 它们之间的关系用“<”表示。由关联环节组成的分 类系统一般称为树式结构，如图所示。
28 2020/8/28
29 2020/8/28
3）混合环节的分类系统——混合结构 这种分类系统中的横向分类环节既有独立环
13 2020/8/28
14 2020/8/28
2、零件族用于车间的布置
一个传统小批量加工车间布局图中，按机床类 型将车间布置为车床、铣床、钻床和磨床等若干个 工段。在对一个零件进行加工时，工件必须在各个 工段间来回运送，有时同一个零件需要多次进入同 一个工段。这样势必增加工件的搬运工作量和库存 量，导致制造周期延长，成本提高。
4 2020/8/28
第一节 成组技术（GT）
一、 概述
1．成组技术的发展概况 1950年代：成组技术（Group Technology）概念
起源。 1959年；苏联科学家S.P.Mitrofanor在《成组技
术科学原理》一书中，正式提出“成组技术”一词。 1960年，原西德和英国科学家开始对成组技术进行深 入研究，以探讨成组技术在生产中的实用性。
第7章 计算机辅助工艺规程设计
Ⅶ Computer Aided Process Planning （CAPP）
CAPP（Computer Aided Process Planning）－借助计算机 来完成毛坯设计，工艺规程设计，工装设计等任务。
2020/8/28
CAPP的功能模型
零件几何信息
零件工艺信息
6 2020/8/28
2．成组技术的基本原理
1）基本原理： 对相似的零件进行识别和分组，相似的零件归
入一个零件组或零件族，并在设计和制造中充分利 用它们的相似点，以获得所期望的经济效益。 2）零件的相似性
设计性质（如几何形状和尺寸等）方面的相似 性和制造性质（如加工工艺）方面的相似性。零件 的相似性是零件分族的基础。
39 2020/8/28
下图所示是JLBM-1分类编码系统的基本结构， 其结构与OPITZ系统基本相同，但克服了OPITZ系统 码位少、分类标志不全的缺点。该系统有十五个码 位，每个码位用0～9十个数字表示不同的特征项号。 在十五个码位中，第一、二个码位是名称类别码， 第三到九个码位是形状与加工码，第十到十五个码 位是辅助码
38 2020/8/28
6、其它分类编码系统简介 1）JLBM-1零件分类编码系统 JLBM-1系统是我国原机械工业部颁布的机械零
件分类编码系统，后经多次修订，于1984年正式作 为我国原机械工业部的技术指导资料。它是在我国 第一个分类编码系统JLBM系统的基础上，结合OPITZ 系统和KK-3系统的优点并根据我国机床行业的具体 情况而发展起来的。适用于产品设计、工艺设计、 加工制造和生产管理等方面。
5 2020/8/28
1963年，成组技术首先在原苏联应用于实际生产并获 得成功。 1970年，日本政府也开始在国内推广成组技术。 1970年代末，成组技术在美国得到广泛接受和应用。 到1995年，美国使用成组技术的企业达到了50%～75%。
由于成组技术的应用可以使企业在当今品种多、 中小批量生产、质量要求高的制造环境中缩短生产周 期，提高生产效率和产品质量，加强企业的竞争力， 所以成组技术能够如此迅速的得到推广和应用。
42 2020/8/28
合理制定各零件族相似性标准是按编码分类 取得满意结果的关键。相似性标准不能太高，要 求过严，零件不易汇集成组；也不能太低，过于 粗略，归属于同一组的零件种数太多，差异太大， 也会妨碍很好地利用零件的相似性。
制定零件族相似性标准，有特征码位法、码 域法和特征位码域法等3种方法。
广泛应用于机械制造、设计及生产管理。
32 2020/8/28
1)系统结构 最早的OPITZ系统只有5位代码，也即目前所
称的形状码。为了完善自己的系统，Opitz教授在 原来5位形状码之后，又增补了4位所谓的辅助码 。
33 2020/8/28
34 2020/8/28
35 2020/8/28
36 2020/8/28
40 2020/8/28
41 2020/8/28
四、 零件分类成组方法——编码分类法
编码分类是根据零件的编码进行分类成组，并用 特征矩阵形式表示。在分类之前，首先需要合理地 制定各零件族的相似性标准，以便将众多的待分类 零件进行分选，使之归属于相应的零件族。
编码分类法实质就是让零件编码与各零件族特 征矩阵逐个地匹配比较，若零件编码与某一零件族 特征矩阵相匹配，则该零件就应归属于此零件族
CAPP
工艺路线文件 工艺内容文件
零件毛坯图、工序图 工时定额文件
工 艺 知 识
数 据 库
图 形 系 统
计 算 机 硬 件
系 统
2
独立的CAD和CAPP、CAM系统之间的信 息传递框图
设计任务
CAD
产品样图、 技术文档
人工 转换
零件几何形状、 精度、材料
CAPP
工艺过程 工序图
2020/8/28
人工 转换
节又有关联环节，因此属于兼有链式结构和树式结 构的混合结构。不少实际的零件分类系统都由这种 混合环节组成的。图所示即是此种分类系统。
30 2020/8/28
31 2020/8/28
5．OPITZ零件分类编码系统 OPITZ系统是一个十进制的9位代码的混合结
构分类编码系统。它是由联邦德国Aachen工业大 学H.Opitz教授领导的机床和生产工程实验室开发 的，随着这一系统的完善而被用于成组技术中， 习惯上都称此为0PITZ系统。
待加工面
形状及精度
NC程序
CAM
3
第七章 计算机辅助工艺设计
内容简介
CAPP（Computer Aided Process Planning）－借助计算机来完成 毛坯设计，工艺规程设计，工装设计等任务。
本章主要介绍了如下方面内容：
➢成组技术 ➢CAPP系统的发展概况和工作原理 ➢CAPP系统零件系统的描述、输入和输出 ➢派生式CAPP系统 ➢创成式CAPP系统 ➢CAPP专家系统简介
25 2020/8/28
4、零件分类编码系统的结构 1）独立环节的分类系统——链式结构
若系统内各横向分类环节之间彼此安全独立而 互不相干，则这样的横向分类环节便是独立环节。 由独立环节组成的分类系统一般称为链式结构，如 图所示。横向分类环节用罗马数字表示，它们之间 的关系用“-”表示。
26 2020/8/28
在按成组技术组织生产时，必须同时将零件的识 别码与分类码结合应用。
23 2020/8/28
2．零件分类的基本依据
零件分类是依据零件的各方面特征来进行的，一 般按以下3个方面的特征分类。 1)结构特征 零件的几何形状、尺寸大小、结构功能 和毛坯类型等。 2)工艺特征 零件的毛坯形状、加工精度、表面粗糙 度、加工方法、材料、定位夹紧方式，选用的机床类 型等。 3)生产组织与计划特征 加工批量、制造资源状况 和工艺过程跨车间、工段及厂际协作等情况。
性制造技术推动了成组技术的发展，而在柔性制 造系统或柔性设备上采用成组技术将提高FMS的利 用率，使系统发挥更大的效益。
11 2020/8/28
3．成组技术的优点
➢有利于零件设计标准化，减少设计工作的重复。 ➢有利于工艺设计的标准化， ➢降低生产成本，简化生产计划，缩短了生产周期。 ➢有利于CAD系统与CAM系统连接，实现CAD/CAM系统 的集成。
2)系统特点 ➢ 系统的结构比较简单，仅有9个横向分类环节， 因此便于记忆和手工分类。 ➢ 系统的分类标志虽然形式上偏重零件结构特征、 形状要素，但是实际上隐含着工艺信息。
37 2020/8/28
➢虽然系统考虑了精度标志，但是由于零件的精度 概念比较复杂，它既有尺寸精度，又有几何形状 精度和相互位置精度，所以单用一个横向分类环 节来表示似嫌不够。 ➢系统的分类标志尚欠严密和准确。 ➢从总体结构上看系统虽属简单，但从局部结构上 看仍旧十分复杂。
24 2020/8/28
3、零件分类编码系统的基本类型
零件分类编码系统主要可分为三类： ➢面向零件设计特征的分类编码系统。这类系统适用 于设计部门进行设计检索和提高设计标准化。 ➢面向零件制造特征的分类编码系统。这类系统适用 于生产部门进行计算机辅助工艺规程设计、工装设 计以及与生产有关的工作。 ➢面向零件设计和制造的分类编码系统。这类系统综 合了以上两种系统的功能和优点，是一种独立的编 码系统。
1)特征码位法 凡零件编码中相应码位的代码相同者归属于一组
的方法，称为特征码位法。 2)码域法
规定每一码位的码域(码值)，凡零件编码中每一码 位值均在规定的码域内，则归属于一组，这种方法称 为码域法。
15 2020/8/28
如图所示是按照成组工艺改造后的车间布局图。 把机床划分为一些单元，每个单元只承担一个特 定零件族的生产。这样不仅避免了车间布局的缺 点，而且实现了流水线或自动线作业。
16 2020/8/28
17 2020/8/28
3、如何将零件组合成组
1）人工识别分组法（也称视检法） 这是一种最简单、最经济的方法，它通过人工识
12 2020/8/28
二、 零件族 1、零件族用于工艺上的相似形
零件族是一些零件的集合，这些零件具有相似 的几何形状和尺寸或在加工具有相似的加工步骤。 同一族中的零件各不相同，但总有一些相似点使它 们成为同一零件族的成员。上图和下图表示两个零 件族，上图所示的零件族从几何外形是相似的。下 图所示的零件族具有相似的加工工艺，但外形上相 差较大。一般来说形状相似的工件，工艺也相似。
21 2020/8/28
1．零件的代码 在成组技术条件下，产品零件的代码是由2部分组
成的，即零件的识别码和零件的分类码。 1)零件的识别码 就是零件的件号或图号，识别码是惟一的。
22 2020/8/28
来自百度文库
2)零件的分类码 零件的分类码是在成组技术条件下提出的，可
以反映出零件固有的功能、名称、结构形状、工艺、 生产等信息；分类码对某种零件而言，并非惟一的， 不同的零件可以拥有相同的分类码。
19 2020/8/28
3）生产流程分析（Production flow analysis， 简称PFA）分组法
PFA法通过对零件现有加工工艺流程的分析， 把具有相似或相同加工工序和加工工艺流程的零 件作为一个零件族。
20 2020/8/28
三、零件分类编码系统
零件的分类编码是由代表零件的设计或制造 的特征符号组成的，一般情况下，大多数分类编 码系统是用数字来描述零件的几何特征和工艺特 征，也就是零件特征的数字化。
少了设计人员的重复劳动。 4）成组技术在CAPP系统中的应用
成组技术及其分类编码系统对于CAPP系统，特 别是派生式CAPP系统的零件信息的描述和输入、标准 工艺规程的检索与修改以及工艺文件的管理和输出都 有着重要意义。
10 2020/8/28
5）成组技术在FMS中的应用 成组技术与柔性制造技术是相辅相成的，柔
几种零件若有多个工序具有相似性，则可合并为成组 工艺。
2）成组生产单元的组织 车间内机床布置形式以及相应的生产组织形式按
成组技术的原理组织实施，即不管是单机，还是加工 单元、流水线，加工对象是针对于一组或几组工艺相 似的零件，而不是只针对于一个零件。
9 2020/8/28
3）成组技术在CAD中的应用 成组技术大大提高了设计的继承性，极大地减
别各种零件的实物或图样、照片等，将它们划分成相 似的零件族。这种方法往往需要有实际经验的工程技 术人员进行，而且分类粗糙、不准确。
18 2020/8/28
2）零件分类和编码分组法 这是三种方法中最复杂、最常用、最有效的一
种方法。它通过分类编码系统对零件的各设计特征 或制造特征进行编码，然后利用所得编码确定零件 的相似性，从而将零件分组。
7 2020/8/28
3．成组技术的定义
成组技术是一门生产技术科学和管理技术科学， 研究如何识别和发展生产活动中有关事物的相似性， 并充分利用它把各种问题按它们之间的相似性归类 成组，并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。
8 2020/8/28
3．成组技术的应用
1）成组工艺 它不强求零件结构类型和功能的同一性，而只要
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2）关联环节的分类系统——树式结构 若系统中相邻横向分类环节之间有从属关系而
互相关联，则这样的横向分类环节称作关联环节。 它们之间的关系用“<”表示。由关联环节组成的分 类系统一般称为树式结构，如图所示。
28 2020/8/28
29 2020/8/28
3）混合环节的分类系统——混合结构 这种分类系统中的横向分类环节既有独立环
13 2020/8/28
14 2020/8/28
2、零件族用于车间的布置
一个传统小批量加工车间布局图中，按机床类 型将车间布置为车床、铣床、钻床和磨床等若干个 工段。在对一个零件进行加工时，工件必须在各个 工段间来回运送，有时同一个零件需要多次进入同 一个工段。这样势必增加工件的搬运工作量和库存 量，导致制造周期延长，成本提高。
4 2020/8/28
第一节 成组技术（GT）
一、 概述
1．成组技术的发展概况 1950年代：成组技术（Group Technology）概念
起源。 1959年；苏联科学家S.P.Mitrofanor在《成组技
术科学原理》一书中，正式提出“成组技术”一词。 1960年，原西德和英国科学家开始对成组技术进行深 入研究，以探讨成组技术在生产中的实用性。
第7章 计算机辅助工艺规程设计
Ⅶ Computer Aided Process Planning （CAPP）
CAPP（Computer Aided Process Planning）－借助计算机 来完成毛坯设计，工艺规程设计，工装设计等任务。
2020/8/28
CAPP的功能模型
零件几何信息
零件工艺信息
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2．成组技术的基本原理
1）基本原理： 对相似的零件进行识别和分组，相似的零件归
入一个零件组或零件族，并在设计和制造中充分利 用它们的相似点，以获得所期望的经济效益。 2）零件的相似性
设计性质（如几何形状和尺寸等）方面的相似 性和制造性质（如加工工艺）方面的相似性。零件 的相似性是零件分族的基础。
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下图所示是JLBM-1分类编码系统的基本结构， 其结构与OPITZ系统基本相同，但克服了OPITZ系统 码位少、分类标志不全的缺点。该系统有十五个码 位，每个码位用0～9十个数字表示不同的特征项号。 在十五个码位中，第一、二个码位是名称类别码， 第三到九个码位是形状与加工码，第十到十五个码 位是辅助码
38 2020/8/28
6、其它分类编码系统简介 1）JLBM-1零件分类编码系统 JLBM-1系统是我国原机械工业部颁布的机械零
件分类编码系统，后经多次修订，于1984年正式作 为我国原机械工业部的技术指导资料。它是在我国 第一个分类编码系统JLBM系统的基础上，结合OPITZ 系统和KK-3系统的优点并根据我国机床行业的具体 情况而发展起来的。适用于产品设计、工艺设计、 加工制造和生产管理等方面。
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1963年，成组技术首先在原苏联应用于实际生产并获 得成功。 1970年，日本政府也开始在国内推广成组技术。 1970年代末，成组技术在美国得到广泛接受和应用。 到1995年，美国使用成组技术的企业达到了50%～75%。
由于成组技术的应用可以使企业在当今品种多、 中小批量生产、质量要求高的制造环境中缩短生产周 期，提高生产效率和产品质量，加强企业的竞争力， 所以成组技术能够如此迅速的得到推广和应用。
42 2020/8/28
合理制定各零件族相似性标准是按编码分类 取得满意结果的关键。相似性标准不能太高，要 求过严，零件不易汇集成组；也不能太低，过于 粗略，归属于同一组的零件种数太多，差异太大， 也会妨碍很好地利用零件的相似性。
制定零件族相似性标准，有特征码位法、码 域法和特征位码域法等3种方法。
广泛应用于机械制造、设计及生产管理。
32 2020/8/28
1)系统结构 最早的OPITZ系统只有5位代码，也即目前所
称的形状码。为了完善自己的系统，Opitz教授在 原来5位形状码之后，又增补了4位所谓的辅助码 。
33 2020/8/28
34 2020/8/28
35 2020/8/28
36 2020/8/28
40 2020/8/28
41 2020/8/28
四、 零件分类成组方法——编码分类法
编码分类是根据零件的编码进行分类成组，并用 特征矩阵形式表示。在分类之前，首先需要合理地 制定各零件族的相似性标准，以便将众多的待分类 零件进行分选，使之归属于相应的零件族。
编码分类法实质就是让零件编码与各零件族特 征矩阵逐个地匹配比较，若零件编码与某一零件族 特征矩阵相匹配，则该零件就应归属于此零件族
CAPP
工艺路线文件 工艺内容文件
零件毛坯图、工序图 工时定额文件
工 艺 知 识
数 据 库
图 形 系 统
计 算 机 硬 件
系 统
2
独立的CAD和CAPP、CAM系统之间的信 息传递框图
设计任务
CAD
产品样图、 技术文档
人工 转换
零件几何形状、 精度、材料
CAPP
工艺过程 工序图
2020/8/28
人工 转换
节又有关联环节，因此属于兼有链式结构和树式结 构的混合结构。不少实际的零件分类系统都由这种 混合环节组成的。图所示即是此种分类系统。
30 2020/8/28
31 2020/8/28
5．OPITZ零件分类编码系统 OPITZ系统是一个十进制的9位代码的混合结
构分类编码系统。它是由联邦德国Aachen工业大 学H.Opitz教授领导的机床和生产工程实验室开发 的，随着这一系统的完善而被用于成组技术中， 习惯上都称此为0PITZ系统。
待加工面
形状及精度
NC程序
CAM
3
第七章 计算机辅助工艺设计
内容简介
CAPP（Computer Aided Process Planning）－借助计算机来完成 毛坯设计，工艺规程设计，工装设计等任务。
本章主要介绍了如下方面内容：
➢成组技术 ➢CAPP系统的发展概况和工作原理 ➢CAPP系统零件系统的描述、输入和输出 ➢派生式CAPP系统 ➢创成式CAPP系统 ➢CAPP专家系统简介
25 2020/8/28
4、零件分类编码系统的结构 1）独立环节的分类系统——链式结构
若系统内各横向分类环节之间彼此安全独立而 互不相干，则这样的横向分类环节便是独立环节。 由独立环节组成的分类系统一般称为链式结构，如 图所示。横向分类环节用罗马数字表示，它们之间 的关系用“-”表示。
26 2020/8/28
在按成组技术组织生产时，必须同时将零件的识 别码与分类码结合应用。
23 2020/8/28
2．零件分类的基本依据
零件分类是依据零件的各方面特征来进行的，一 般按以下3个方面的特征分类。 1)结构特征 零件的几何形状、尺寸大小、结构功能 和毛坯类型等。 2)工艺特征 零件的毛坯形状、加工精度、表面粗糙 度、加工方法、材料、定位夹紧方式，选用的机床类 型等。 3)生产组织与计划特征 加工批量、制造资源状况 和工艺过程跨车间、工段及厂际协作等情况。
性制造技术推动了成组技术的发展，而在柔性制 造系统或柔性设备上采用成组技术将提高FMS的利 用率，使系统发挥更大的效益。
11 2020/8/28
3．成组技术的优点
➢有利于零件设计标准化，减少设计工作的重复。 ➢有利于工艺设计的标准化， ➢降低生产成本，简化生产计划，缩短了生产周期。 ➢有利于CAD系统与CAM系统连接，实现CAD/CAM系统 的集成。
2)系统特点 ➢ 系统的结构比较简单，仅有9个横向分类环节， 因此便于记忆和手工分类。 ➢ 系统的分类标志虽然形式上偏重零件结构特征、 形状要素，但是实际上隐含着工艺信息。
37 2020/8/28
➢虽然系统考虑了精度标志，但是由于零件的精度 概念比较复杂，它既有尺寸精度，又有几何形状 精度和相互位置精度，所以单用一个横向分类环 节来表示似嫌不够。 ➢系统的分类标志尚欠严密和准确。 ➢从总体结构上看系统虽属简单，但从局部结构上 看仍旧十分复杂。
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3、零件分类编码系统的基本类型
零件分类编码系统主要可分为三类： ➢面向零件设计特征的分类编码系统。这类系统适用 于设计部门进行设计检索和提高设计标准化。 ➢面向零件制造特征的分类编码系统。这类系统适用 于生产部门进行计算机辅助工艺规程设计、工装设 计以及与生产有关的工作。 ➢面向零件设计和制造的分类编码系统。这类系统综 合了以上两种系统的功能和优点，是一种独立的编 码系统。