成组技术论文

题目：Application case study of part grouping and optimization

摘要：揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。它已涉及各类工程技术、计算机技术、系统工程、管理科学、心理学、社会学等学科的前沿领域。日本、美国、苏联和联邦德国等许多国家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，使多品种、中小批量生产实现高度自动化。全面采用成组技术会从根本上影响企业内部的管理体制和工作方式，提高标准化、专业化和自动化程度。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，以获得最大的经济效益。

成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。

关键词：聚类分析；设施布局；经济性分析；优化

概述：成组技术所研究的问题就是如何改善多品种、小批量生产的组织管理，以获得如同大批量那样高的经济效果。成组技术的基本原则是根据零件的结构形状特点、工艺过程和加工方法的相似性，打破多品种界限，对所有产品零件进行系统的分组，将类似的零件合并、汇集成一组，再针对不同零件的特点组织相应的机床形成不同的加工单元，对其进行加工，经过这样的重新组合可以使不同零件在同一机床上用同一个夹具和同一组刀具，稍加调整就能加工，从而变小批量生产为大批量生产，提高生产效率。工业生产倾向于产品品种更加多样而每种产品生产的数量减少，以此来满足当今社会不断增长的个性化需求。工厂中分批式生产的产品占有率越来越高，预计交来占全部产品的75%左右。介于以上原因，传统意义上的加工部门（以加工工艺分类的部门），生产效率变迁非常的低，因为在各个机械加工部门间产生产品加工路径的浪费。为了缩短非加工时间，整合设计和制造阶段加工路径就显得十分必要，以便于在国际市场竞争中占据有利形势。

在本次的设计任务中，需要对125个零件进行单元成组在进行设施布局最后根据经济性原则来优化，给出的条件如下：

（1）车间实行一班制，每天8小时，每年250天；

（2）公司每年的间接费用为100000元；

（3）每件设备每年的间接费用为10000元；增加一台新设备需要20000元（4）每个工人每年的工资为50000元

（5）工序数在5道一下的（包含5）的产品每件获利500元，工序数大于5道的每件获利1000元；

（6）机器设备的最大利用率为90%；

（7）（C720F6，C616JC,CZJBD,X920，M115，M131W,ZSKW,YBXHJX）的加工时间为10分钟，其余机器均为5分钟

（8）由于可以网上订单，顾客可能会对125种零件都有所求，公司必须能提前生产，也就是说，所用设备必须要能满足生产125种零件。

分类：在本次设计中，将用到spss软件里面的聚类分析法来进行成组分类。聚类分析（Cluster Analysis），又称群分析，是根据“物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计方法方法，它们讨论的对象是大量的样品，要求能合理地按各自的特性来进行合理的分类，没有任何模式可供参考或依循，即是在没有先验知识的情况下进行的。聚类源于很多领域，包括数学，计算机科学，统计学，生物学和经济学。将数据分类到不同的类或者簇这样的一个过程，所以同一个簇中的对象有很大的相似性，而不同簇间的对象有很大的相异性。

采用聚类分析法对众多的零件进行分类，包括有大量的信息以及计算处理过程，用手工方法很难胜任，故宜借助于计算机。根据以上所述的聚类分析法零件分类过程，可归纳聚类分析法的算法如下：

（1）计算每一对零件之间的相似系数，据此建立一个相似系数矩阵；

（2）在相似系数矩阵中搜索最大相似系数值；

（3）检查终止条件是否满足？如果满足转（6），不满足转（4）；

（4）将相似系数最大的两个零件类合并为新类；

（5）计算新零件类和其余零件类之间的相似系数，修改相似系数矩阵，转（2）；（6）将聚合的各零件类整理成组；

（7）分类结束。

下面将用spss软件对这125种零件进行聚类分析，得出如下表格：

觀察值14 叢集

1:01 1 51:51 1 113:113 1 79:079 4

5:05 1 53:53 1 114:114 1 81:081 4

6:06 1 58:58 1 116:116 1 82:082 4

7:07 1 63:063 1 125:125 1 90:090 4

11:11 1 73:073 1 2:02 2 93:093 4

14:14 1 75:075 1 70:070 2 96:096 4

15:15 1 76:076 1 3:03 3 98:098 4

16:16 1 84:084 1 4:04 3 101:101 4

17:17 1 85:085 1 71:071 3 112:112 4

28:28 1 86:086 1 120:120 3 117:117 4

32:32 1 87:087 1 122:122 3 9:09 5

33:33 1 88:088 1 8:08 4 25:25 5

36:36 1 92:092 1 10:10 4 29:29 5

37:37 1 99:099 1 21:21 4 12:12 6

38:38 1 102:102 1 24:24 4 13:13 6

39:39 1 103:103 1 30:30 4 18:18 6

43:43 1 104:104 1 31:31 4 40:40 6

44:44 1 105:105 1 35:35 4 46:46 6

45:45 1 108:108 1 55:55 4 48:48 6

47:47 1 110:110 1 60:060 4 50:50 6