成组技术GT

成组技术GT（Group Technology）是一门生产技术科学，它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性，并对其进行充分利用。

即把相似的问题归类成组，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。

成组技术应用与机械加工方面，乃是将多种零件按其工艺的相似性分类成组以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。

成组技术将品种众多的零件按其相似性分类以形成为数不是很多的零件族，把同一零件族中诸零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量。

这样，成组技术就巧妙地把品种多转化为“少”，把生产量小转化为“大”，由于主要矛盾有条件的转化，这就为提高多品种、小批量生产的经济效益提供了一种有效的方法。

成组技术的基本原理是符合辩证法的，所以它可以作为指导生产的一般性方法。

实际上，人们很早以来就在应用成组技术的哲理指导生产实践，诸如生产专业化、零部件标准化等皆可以认为是成组技术在机械工业中的应用。

现代发展的成组技术已广泛应用于设计、制造和管理等各个方面，并取得了显著的效益。

与生产事务的相关性是客观存在的，这不仅为人的一般常识所认可，而且也为统计学所证实。

国外通过对机床零件的统计分析，发现产品（同类型或相近类型）的更新换代将不会影响成组技术的继续实施，这就科学的证明了成组技术实施的延续性。

零件统计学是实施成组技术过程中充分认识和利用有关事物相似性的有用的科学方法，为成组技术的创立提供了可以信赖的科学依据。

成组技术基本原理要求充分认识和利用客观存在着的有关事物的相似性，按一定的相似标准将有关事物归类成组。

二、成组技术的分类方法
目前，将零件分类成组常用的方法有：
1、视检法
视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。

它的效果主要取决于个人的生产经验，多少带有主观性和片面性。

2、生产流程分析法
生产流程分析法PFA（Production Flow Analysis）是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件，
通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。

生产流程分析法的有效性与所依据的工厂技术资料有关。

采用此法可以按工艺相似性将零件分类，以形成加工族。

3、编码分类法
按编码分类，首先制定零件分类编码系统，将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字或数字、字母兼用），把分类的零件进行编码，待零件有关信息代码化后，就可以根据代码对零件进行分类，零件有关生产信息代码化将有助于应用计算机辅助成组技术的实施。

三、成组技术的应用
目前发展的成组技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施成组技术以提高综合经济效益。

以下将从产品设计、制造及生产管理等方面简述成组技术的应用。

1、产品设计方面
由于用成组技术指导设计，赋予各类零件更大的相似类，这就为在制造管理方面实施成组技术奠定了良好的基础，使之取得更好的效果。

此外，由于新产品具有继承性，使往年累积并经过考验的有关设计和制造的经验再次应用，这有利于保证产品质量的稳定。

以成组技术为指导的设计合理化和标准化工作将为实现计算机辅助设计（CAD）奠定良好的基础，为设计信息最大程度的重复使用，加快设计速度，节约时间做出贡献。

据统计，当设计一种新产品时，往往有3/4以上的零件设计可参考借鉴或直接引用原有的产品图纸，从而减少新设计的零件，这不仅可免除设计人员的重复性劳动，也可以减少工艺准备工作和降低制造费用。

2、制造工艺方面
成组技术在制造工艺方面最先得到广泛应用。

开始是用于成组工序，即把加工方法、安装方式和机床调整相近的零件归结为零件组，设计出适用于全组零件加工的成组工序。

成组工序允许采用同一设备和工艺装置，以及相同或相近的机床调整加工全组零件，这样，只要能按零件组安排生产调度计划，就可以大大减少由于零件品种更换所需要的机床调整时间。

此外，由于零件组内诸多零件的安装方式和尺寸相近，可设计出应用于成组工序的公用夹具――成组夹具，只要进行少量的调整或更换某些零件，成组夹具就可适用于全组零件的工序安装。

成组技术亦可应用于零件加工的全工艺过程。

为此，应将零件按工艺过程相似性分类以形成加工族，然后针对加工族设计成组工艺过程。

成组工艺过程是成组工序的集合，能保证按标准化的工艺路线采用同一组机床加工全加工族的诸零件。

设计成组工艺过程、成组工序和成组夹具皆应以成组年产量为依据，成组加工允许采用先进的生产工艺技术，以成组技术指导的工艺设计合理化和标准化为基础，可以轻松实现计算机辅助工艺进程设计（CAPP）及计算机辅助成组夹具设计。

3、生产组织管理方面
成组加工要求将零件按工艺相似性分类形成加工族，加工同一加工族有其相应的一组机床设备。

因此，很自然成组生产系统要求按模块化原理组织生产，即采取成组生产单元的生产组织形式，在一个生产单元内有一组工人操作一组设备，生产一个或若干个相近的加工族，在此生产单元内可完成诸零件全部或部分的生产加工。

因此可以认为成组生产单元是以加工族为生产对象的产品专业化或工艺专业化（如热处理等）的生产基层单位。

成组技术是计算机辅助管理系统技术基础之一。

这是因为运用成组技术基本原理将大量信息分类成组，并使之规格化、标准化，这将有助于建立结构合理的生产系统公用数据库，可大量压缩信息的储存量，由于不再是分别针对一个工程问题和任务设计程序，可使程序设计优化。

此外，采用编码技术是计算机辅助管理系统得以顺利实施的关键性基础技术工作，成组技术恰好能满足相似类产品及分类的编码。

第二节成组技术
市场竞争日趋激烈，产品更新换代越来越快，产品品种增多，而每种产品的生产数量却并不很多。

世界上75％~80％的机械产品是以中小批生产方式制造的。

与大量生产企业相比，中小批生产企业的设备工装多、劳动生产率低，生产周期长，产品成本高、生产管理复杂，市场竞争能力差。

大批大量生产相比，小批量生产方式无论在技术水平上还是经济效益方面都不能适应生产发展和低成本的需要。

能否把大批量生产的先进工艺和高效设备以及生产方式用于组织中小批量产品的生产，一直是国际生产工程界广为关注的重大研究课题。

成组技术（Group Technology－GT）便是为了解决这一矛盾应运而生的一门新的生产技术。

也是针对生产中的这种需求发展起来的一种生产和管理相结合的科学。

成组技术已渗透到企业生产活动的各个环节，如产品设计、生产准备和计划管理等，并成为现代数控技术、柔性制造系统和高度自动化的集成制造系统的技术基础。

一、成组技术的基本原理
充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术问题，这样就可以发挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低生产成本的目的，这种技术统称为成组技术（Group Technology 简称GT）。

加工零件虽然千变万化，但客观上存在着大量的相似性。

有许多零件在形状，尺寸、精度、表面质量和材料等方面具有相似性，从而在加工工序、安装定位，机床设备以及工艺路线等各个方面都呈现出一定的相似性。

成组技术就是对零件的相似性进行标识、归类和应用的技术。

其基本原理是根据多种产品各种零件的结构形状特征和加工工艺特征，按规定的法则标识其相似性，按一定的相似程度将零件分类编组。

再对成组的零件制定统一的加工方案，实现生产过程的合理化，如图8-7所示。

成组技术基本原理是利用事物相似性的原理，进行相似性的处理，具体做法是通过找出一个代表性零件(代表零件也可以是假拟的)，即主样件。

通过主样件解决全组（族）零件的加工工艺问题，设计全组零件共同能采用的工艺装备，并对现有设备进行必要的改装等。

成组技术首先是从成组加工发展起来的。

划分为同一组的零件可以按相同的工艺路线在同一设备、生产单元或生产线上完成全部机械加工。

一般加工工件的改变就只需进行少量的调整工作。

图8-7 成组技术原理简图
实践证明，在中小批量生产中采用成组技术，可以取得最佳的综合经济效益。

归纳起来，实施成组技术可以带来以下好处：
1）将中小批量的生产纲领变为大批大量或近似于大批大量的生产，提高生产率，稳定产品质量和一致性；
2）减少加工设备和专用工装夹具的数目，降低固定投入，降低生产成本；
3）促进产品设计标准化和规格化，减少零件的规格品种，减轻产品设计和工艺规程编制工作量；
4）利于采用先进的生产组织形式和先进制造技术，实现科学生产管理。

二、常见分类编码系统
为了对机械产品的零件进行科学的分类，便于计算机贮存和识别，必须把各种零件的数据信息化。

用一串数字和英文字母来描述零件的设计和工艺基本特征信息，称为零件的编码。

它是标识相似性的手段，依据编码按一定的相似性和相似程度再将零件划分为加工组，因此它是成组技术的重要内容，其合理与否将会直接影响成组技术的经济效果。

为此各国在成组技术研究和实践中都首先致力于分类编码系统的研究和制定。

分类编码方法的制定应该同时从设计和工艺两个方面来考虑。

从设计角度考虑应使分类编码方法有利于零件的标准化，减少图纸数量，也就是减少零件品种，统一零件结构设计要素。

从工艺角度考虑则应使具有相同工艺过程和方法的零件归并成组，以扩大零件批量。

但是考虑到零件的工艺过程在很大程度上决定于零件的结构形状，而工艺方法又是在不断改进提高的，因此可以把编码数字分为以设计特征为基础的主码和以工艺特性为基础的辅码。

目前国外采用的常用分类方法有20多种，编码位数一般为4~9位。

也有多达26位数字和字母的，把零件特征分得很细，但实际使用比较复杂。

主要分类方法有西德的Opitz和ZAFO，英国的Brisch，日本的KK-3和丰田分类法，苏联的BEPTH和我国的JLBM-1机械零件编码法则、BLBM兵器零件编码法则。

1．Opitz分类编码系统
由西德阿亨工业大学的H·奥匹兹（H·Opitz）教授领导制定的。

由于它对扩大零件通用化和组织成组加工都较适合，在国际上获得较为广泛应用。

奥匹兹分类法采用九位数字编
码，前五位是基本代码。

第一位数字是表示零件属于回转体还是非回转体以及尺寸大小的特征，第二位数字表示结构上的区别，第三、四、五位数字表示不同表面形状和加工特征。

后四位是辅助代码，即第六位数字表示零件的基本尺寸，第七位数字表示零件材料，第八位数字表示毛坯形状，第九位数字表示被加工表面的精度。

图8-8 所示为奥匹兹编码系统结构简图。

图8-8 奥匹兹分类编码系统结构
2．JLBM-1分类编码系统
JCBM分类编码是以Opitz分类系统为基础，结合了我国机床行业具体情况编制的。

它既保留了奥匹兹系统的优点，又作了适当的改进。

例如将第一位码中回转体类减少一位给予非回转体零件——不规则形件类，辅码第七位定为长度尺寸码，有关材料和毛坯合为第八位等。

机械零件分类编码系统（JLBM-1）是由我国机械工业部组织制定并批准实施的分类编码系统，它是我国机械工厂实施成组技术的一项指导性技术文件。

它由15个码位组成，其结构形式如图8-9所示。

该系统的l、2码位表示零件的名称类别，它采用零件的功能和名称作为标志，以矩阵表的形式表示出来，不仅容量大，也便于设计部门检索。

但由于零件的名称不规范，可能会造成混乱，因此在分类前必须先对企业的所有零件名称进行统一并使其标准化。

3~9码位是形状及加工码，分别表示回转体零件和非回转体零件的外部形状、内部形状、平面、孔及其加工与辅助加工的种类。

图8-9 JLBM-1 分类编码系统结构
10~15码位是辅助码，表示零件的材料、毛坯、热处理、主要尺寸和精度的特征。

尺寸码规定了大型、中型与小型三个尺寸组，分别供仪表机械、一般通用机械和重型机械等三种类型的企业参照使用。

精度码规定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四个等级。

在中等精度和高精度两个等级中，再按有精度要求的不同加工表面而细分为几个类型，以不同的特征码来表示。

目前国内外均以人工编码为主。

随着计算机技术的发展，已有自动编码系统研制成功，不仅提高了编码速度，而且消除了人工差错，提高了对零件信息描述的确切程度和一致性。

三、成组加工的工艺准备工作
在机械加工方面实行成组技术时，其工艺准备工作包括下述五个方面的内容。

1．零件分类编码、划分零件组
各类产品的生产纲领和图纸是工艺设计的原始资料，按照拟定的分类编码法则对零件编码。

在实行成组加工的初始阶段也可以对近期产品在小范围内进行，再逐步扩大到各种产品的零件。

零件组的划分主要依据工艺相似性，因此确定相似程度很重要。

例如代码完全相同的零件划为一组，则同组零件相似性很高而批量很少，不能体现成组效果。

相似程度应依据零件特点、生产批量和设备条件等因素来确定。

零件分类成组是实施成组技术的又一项基础工作。

为了减少现有零件工艺过程的多样
性，扩大零件的工艺批量，提高工艺设计的质量，加工零件需根据其结构特征和工艺特征的相似性进行分类成组在施行成组技术时，首先必须按照零件的相似特征将零件分类编组，然后才能以零件组为对象进行工艺设计和组织生产。

零件分类成组的方法有三种：编码分类法、人工视检法和生产流程分析法。

2．拟定成组工艺路线
选择或设计主样件，按主样件编制工艺路线，它将适合于该零什组内所有零件的加工；但对结构复杂的零件，要将组内全部形状结构要素综合而形成一个主样件，通常是困难的。

此时可采用流程分析法，即分析组内各零件的工艺路线，综合成为一个工序完整、安排合理、适合全组零件的工艺路线，编制出成组工艺卡片。

3．选择设备并确定生产组织形式
成组加工的设备可以有两种选择，一是采用原有通用机床或适当改装，配备成组夹具和刀具，二是设计专用机床或高效自动化机床及工装。

这两种选择相应的加工工艺方案差别很大，所以拟定零件工艺过程时应考虑到设备选择方案。

各设备的台数根据工序总工时计算，应保证各台设备首先是关键设备达到较高负荷率，一般可以留10%~15％的负荷量供扩大相似零件加工之用。

此外设备的利用率不仅是指时间负荷率，还包括设备能力的利用程度，如空间、精度和功率负荷率。

4．设计成组夹具、刀具的结构和调整方案
这是实现成组加工的重要条件，将直接影响到成组加工的经济效果。

因为改变加工对象时，要求对工艺系统只需少量的调整。

如果调整费事，相当于生产过程中断，准备终结时间延长，就体现不出“成组批量”了。

因此对成组夹具、刀具的设计要求是改换工件时调整简便、迅速、定位夹紧可靠，能达到生产的连续性，调整工作对工人技术水平要求不高。

5．进行技术经济分析
成组加工应做到在稳定地保证产品质量的基础上，达到较高的生产率和较高的设备负荷率（60%~70％）。

因此根据以上制订的各类零件的加工过程，计算单件时间定额及各台设备或工装的负荷率，若负荷率不足或过高，则可调整零件组或设备选择方案，四．成组生产组织形式
随着成组加工的推广和发展，它的生产组织形式已由初级形式的成组单机加工发展到成组生产单元、成组生产线和自动线，以至现代最先进的柔性制造系统和全盘无人化工厂。

1．成组单机
在转塔车床、自动车床或其它数控机床上成组加工小型零件，这些零件的全部或大部分加工工序都在这一台设备上完成，这种形式称为单机成组加工。

单机成组加工时机床的布置虽然与机群式生产工段类似，但在生产方式上却有着本质上的差异，它是按成组工艺来组织和安排生产的。

2．成组生产单元
在一组机床上完成一个或几个工艺相似零件组的全部工艺过程，该组机床即构成车间的一个封闭生产单元系统。

这种生产单元与传统的小批量生产下所常用的“机群式”排列的生产工段是不一样的。

一个机群式生产工段只能完成零件的某一个别工序，而成组生产单元却能完成一定零件组的全部工艺过程。

成组生产单元的布置要考虑每台机床的合理负荷。

如条件许可，应采用数控机床、加工中心代替普通机床。

成组生产单元的机床按照成组工艺过程排列，零件在单元内按各自的工艺路线流动，缩短了工序间的运输距离，减少了在制品的积压，缩短了零件的生产周期；同时零件的加工和输送不需要保持一定的节拍，使得生产的计划管理具有一定的灵活性；单元内的工人工作趋向专业化，加工质量稳定，效率比较高，所以成组生产单元是一种较好的生产组织形式。

3．成组生产线
成组生产线是严格地按零件组的工艺过程组织起来的。

在线上各工序节拍是相互一致的，所以其工作过程是连续而有节奏地进行的。

这就可缩短零件的生产时间和减少在制品数量。

一般在成组生产线上配备了许多高效的机床设备，使工艺过程的生产效率大为提高。

成组生产线又有两种型式：成组流水线和成组自动线。

前者工件在工序间的运输是采用滚道和小车进行的，它能加工工件种类较多，在流水线上每次投产批量的变化也可以较大。

成组自动线则是采用各种自动输送机构来运送工件，所以效率就更高。

但它所能加工的工件种类较少，工件投产批量也不能作很大变化，工艺适应性较差。

五、成组工艺过程制订
零件分类成组后，便形成了加工组，下一步就是针对不同的加工组制订适合于组内各件的成组工艺过程。

编制成组工艺的方法有两种：复合零件法和复合路线法。

复合零件又称为主样件，它包含一组零件的全部形状要素，有一定的尺寸范围，它可是加工组中的一个实际零件，也可以是假想零件。

以它作为样板零件，设计适用于全组的用工艺规程。

如前所述图8-10中A即为复合零件。

图8-10 零件组和主样件的确定
1—外圆2－倒角3－外圆4－外圆5－退刀槽6－外螺纹7－螺纹倒角
8－内锥面（1）9－内锥面（2）10－内圆（1）11－滚花面12－倒圆13－外倒角14－内螺纹退刀槽15－内螺纹16－内螺纹倒角17－内圆（2）18－内倒角
在设计复合零件的工艺过程前要检查各零件组的情况，每个零件组只需要一个复合零件对于形状简单的零件组，零件品种不超过100为宜，形状复杂的零件组可包含20种左右的件。

这样设计出的复合零件不会过于复杂或过于简单。

设计复合零件时，对于零件品种数少的零件组，应先分析全部零件图，选取形状最复杂的零件作为基础件，再把其它图样上同的形状特征加到基础件上，就得到复合零件。

对于比较大的零件组，可先分成几个小的件组，各自合成一个组合件，然后再由若干个组合件合成整个零件组的复合零件。

进行工件设计时，要对零件组内各零件的工艺仔细分析，认真总结，每一个形状要素都应考虑在内，满足该零件组所有零件的加工。

复合路线法是从分析加工组中各零件的工艺路线人手，从中选出一个工序最多、加工过程安排合理并有代表性的工艺路线。

然后以它为基础，逐个地与同组其它零件的工艺路线比较，并把其它特有的工序，按合理的顺序叠加到有代表性的工艺路线上，使之成为一个工序齐全，安排合理，适合于同组内所有零件的复合工艺路线。