生产运营 成组技术

第五章成组技术
一、成组技术的概念和发展概况
成组技术是一种可以在小批量生产条件下取得类似连续流水线生产效果的方法。

英国成组技术中心曾这样定义成组技术：它是以零件结构和工艺相似为基础，合理组织生产技术准备工作和产品生产过程的一种高效率的生产技术和管理技术。

它涉及企业的产品设计、标准化、设备选择、制造工艺、生产组织、计划管理、劳动定额、投资规划和设备布置等许多方面。

对于改变多品种、中小批量生产企业的技术和管理、提高生产经营效果，具有重要现实意义。

特别是随着电子计算机的应用，使它不仅对扩大零件生产批量、提高劳动生产率具有重大意义，而且对产品设计，提高“三化”（标准化、系列化、通用化），改善生产组织和劳动组织也具有重大意义。

二、成组技术的内容
考虑到工艺工序的相似性与被加工零件的结构形状、尺寸大小、精度要求、毛坯种类的不同特点，成组技术应包括以下内容：
1、对企业生产的所有零件，按其几何形状、尺寸大小、加工工艺、精度要求和光洁度要求以及毛坯种类的相似性，进行分类编号并划分零件组。

2、根据零件组的划分情况，建立成组生产单元和成组流水线。

成组生产单元是为了完成一组零件全部工艺过程所设置的一整套设备和工艺装备，这些设备按典型的工艺过程布置。

成组生产单元形式上与流水线相似，但不受节拍的限制，它是更高级的生产组织形式。

3、产品设计与零件选择应按照工艺的分类编号进行。

为此，要把零件的分类编号同标准化、通用化工作结合起来，按成组技术的要求编制工艺规程，设计制造工装，安排零件的加工和产品的装配。

成组加工是成组技术的一个重要组成部分，成组加工是在工艺过程典型化的基础上发展起来的，但又不同于工艺过程典型化。

三、成组技术的发展概况
成组技术应用历史不长，但其理论设想很早就被提出来了。

远在20世纪30年代，德国和苏联的工艺人员开始从理论上研究成组加工的可能性。

到了五十年代，苏联的米特洛凡诺夫首先提出以工序成组为主的成组加工，其内容是按加工类型（如车加工、铣加工……等），把加工特点相同的零件集中组织加工，取得了一定的效果。

1958年他发表了《成组技术的科学原理》一书。

60年代，成组技术传到了欧洲各国，受到了极大重视。

在英、法、德、瑞士、荷兰、捷克等国家，成组技术发展很快，特别是原西德的奥匹兹教授发表的《在单件生产和大量生产中机床利用的统计调查》，《工件统计和零件分组加工》等论文，从原理到方法上对成组技术做了更加科学的阐述。

现在奥匹兹编码法已被世界各国广泛地采
用，而且在成组技术和计算机技术有效地结合上也有了新的发展。

70年代，美、日的成组技术才开始发展。

在政府的支持下，日本很快研究出了KC、KK几种编码系统。

美国特别重视成组技术和计算机辅助制造的配合以及自动编制工艺系统和成组零件生产过程的研究。

70年代美国将成组技术和数控技术结合，大大充实了成组技术的内容，从而取得了更好的技术经济效果。

现在，世界各国越来越多的企业接受了成组技术，认为成组技术是多品种、中小批量生产企业的改造方向，有利于生产手段数控化和生产管理电子计算机化。

在成组生产单元的基础上，发展成了流水线，开创了成组技术和电子计算机控制相结合的集成制造系统和柔性制造系统，向着无人化工厂的方向发展。

我国在50年代，少数企业实验过成组加工，60年代终止了。

70年代末又有少数企业开始研究和实验。

在北京、沈阳、济南组织了试点。

许多单位相继投入了大批力量从事研究。

成组技术是生产过程组织的新概念，它不是工艺过程本身的改变，而是把按产品组织生产过程，变成了以相似零件为对象建立生产单元的组织机构和组织方法。

成组技术的基本原理适用于各种制件加工业。

世界上的事物虽然千差万别，其中许多事物必有相似之处，把相似的一系列问题一起处理，就可以节省人、财物，提高经济效果。

第二节零件分类及分类系统
一、零件分类的可能性:
各种制造加工、装配的产品，尽管极不相同，但构成不同产品的零件却有其相似性，且零件的出现是有规律的。

（一）各种类型的零件在整个产品结构组成中，都有一定的出现频率。

任何制品，都可以分为标准件、相似件和专用件三大类。

如果以这些零件的复杂性作为横坐标，不同零件出现的数量作为纵坐标，可以画出“零件数量分布图”和“零件的再用性与复杂性同数量的关系图”。

从图中可以看出，零件的复杂性和它的再用性成反比。

零件愈复杂，在其它产品上的再用性就愈少，而螺钉、螺母这些简单件，它们在任何产品上都可以使用，再用性最高且已经大批量生产。

所以图中A、C两类不属于成组技术研究范围，B是重点。

据国外统计（前西德曾统计了机床、发动机、仪器仪表……等25个不同性质的工厂中，选取45000件零件进行检测、分析研究），A类件约占5—10%，C类件约占25%左右，B类件约占70%左右。

不同国家生产的同类产品中，各种零件的出现频率一致性比较好，这是推行成组技术的客观基础。

400
300
零
件
数200
100
形状复杂性
不同复杂程度零件的数量分布曲线
零
件
数
零件类
不同程度复杂零件的再用性和复杂性
（二）在制造、加工、装配的产品中，同类产品零件的结构及尺寸分布具有相对稳定性。

上述两条，决定了采用成组技术的可能性。

即使单件小批生产类型企业，只要做好产品零件的分类编号和分组工作，也可以按零件编制典型工艺和成组工艺。

典型工艺：以相似零件具有共同的工艺过程为基础编制的典型化工艺，编制零件分类表和制定典型工艺规程，是应用典型工艺最主要的准备工作。

典型工艺规程包括：毛坯图、典型过程卡、典型工序卡、典型工序调整卡、定额卡、工具一览表等。

二、零件分类编号的方法
零件分类是建立在零件几何形状和加工工艺相似性的基础上的。

分类方法很多，归纳起来可分为三类：
（1）目测法：这是最简单的分类方法，主要凭经验和目测把形状、尺寸、工艺方法相似的零件归在一起。

（2）生产流程分析法：分析工厂全部零件的工艺过程卡，按所用机床的类型性，把工序相同的零件归成自然零件组（合并同类项）。

这种方法要求每个零件都有准确的工艺过程卡。

一般来说，零件的加工方法与其形状相联系，但也有一定程度的分离性。

这种方法，适用于零件形状与制造方法联系不密切的非切削加工。

以上两种方法均属于无编号分类法。

（3）编号分类法，这是零件分类成组的基本方法。

即“以数代形，按数归组”，各种零件的形状尺寸等特征是用图纸表示的。

若改用对应的数字（编号）表示，零件特征便转换成数字信息（例：自行车打钢印、身份证、邮政编码……）。

然后，根据编号的相同或相近，将零件分类，这就为计算机分类创造了条件。

怎样用数字来表示零件的特征呢？从设计角度，要考虑零件的几何形状、尺寸大小、结构要素和材料；从工艺角度，要考虑定位装夹、加工精度、表面光洁度、毛坯处理；从生产管理角度，要考虑设备负荷、交货期限等问题。

目前世界上已有几十种零件分类系统。

按分类所依据的主要特征来看，有以下三类分类系统：
（1）按零件结构特征分类；
（2）按零件工艺分类；
（3）既按零件结构、又按工艺分类。

（一）按零件结构特征分类（布里奇（Brisch）分类系统）
目前，世界上（Brisch）分类系统已广泛地应用于英、法等国。

它以零件的结构作为分类的主要标志，采用五类分类，即每个零件经过分类后能得到一组五位数（31467）的表示。

每级用1 ~ 9表示不同的结构特征，各位数字代表的含义如下：
第一位数：按产品零件获得的方法划分为“类”，即原材料（1）、外构件（2）、制造件（3）、装配件（4）、……；
第二位数：按零件的材料种类、毛坯制造方法等划分为“级“；
第三位数：按零件的主要结构划分为“支级”；
第四位数：按零件的次要结构划分为“组”；
第五位数：按零件的主要结构尺寸划分为“型”。

Brisch分类系统采用单独的表格表示分类，除去“类”和型以外，“级”、“支级”、“组”，均各自编成一张分类表，构成Brisch代号手册。

按结构特征分类对推行成组加工有很大益处，根据它建立的成组加工零件组所提供的线索，可以了解零件结构的特点。

这对实现成组工艺过程作用很大。

（二）按工艺特征分类（米特洛凡诺夫分类系统）
它以零件的工艺因素作为分类的主要特征，只有两个分类环节：“类”和“组”。

其分类方法是：首先把零件按加工所需的设备类型划分为“类”，然后按工艺装备，调整方法，统一的要求划分为“组”。

如下图所示：
某车间生产的零件
机加工机床划分的零件类
自动车床六角车床普通车床铣床类磨床类其它机床类
将各类零件划分成组
在同一机床上完只有个别工序可以在不同机车上完成
成加工的零件组成组加工的零件组加工过程的零件组
1组2组3组4组5组6组7组
米特洛凡诺夫零件分类系统示意图
这种分类法，以成组要求为根据，主要考虑了工艺过程方面的特征。

在划分“组”时，要考虑到零件的几何形状，加工表面的一致性，加工精度及表面光洁度，毛坯的一致性，零件批量和工艺过程的经济性。

按结构分类或按工艺分类各有利弊，取两者优点建立综合的分类系统是目前世界各国的努力方向。

（三）按零件结构和工艺特征分类（奥匹兹Opitz 分类系统）
西德Opitz分类系统，是由西德阿亨大学在德国机床协会的协助下，针对整个机械行业而设计的此分类系统，被世界各国采用。

方法是：每个零件有9位数字表示，前五位称为形状编号，后四位称为辅助编号。

五位形状编号分别代
表零件的类别、主要形状、回转加工、平面加工、辅助孔。

辅助编号分别表示尺寸、材料、毛坯、精度。

在每个位数上皆分成0 ~ 9 十个数，分别表示其再分特征。

第一位数：代表零件的类别。

号数0 ~ 5代表回转体零件，号码6 ~ 9 代表非回转体零件。

回转体零件按其长度、直径比L \ D 分类。

当L \ D ≤ 0.5 时，第一位数是0，称为短件或盘形件；当0.5<L \ D <3 时，第一位数为1，称为中长件和圆柱形零件；L \ D ≥3时，第一位数为2，称为长件和长圆柱形零件；而第一位数为3或4的那些零件，一般不用棒料制成。

非回转体零件，按长、宽、高（分别有A、B、C表示）比例分类。

当A/B ≤3、 A/C ≥ 4时，第一位数为6，称为平板件；当A/B > 3时，第一位数是7，称为长条件；当A/B< 3、 A/C < 4时，第一位数为8，称为方体件。

以上一位数已占用0、1、2、3、4、5、6、7、8，还剩5、9，分别代表特殊件（以上共十个数）。

第二位数~ 第五位数：分别表示主要形状、回转面加工、平面加工、辅助孔（4个数代表四种类型）。

第六位数~ 第九位数：为辅助编号，分别表示尺寸、材料、毛坯、精度（4个数代表上述四种类型）。

每个数都有0 ~ 9 共十个号码表示其特征，这样，总共有90 个数，可以描绘千千万万形形色色的各种零件。

以上对三类系统做了简单介绍。

不论哪种分类方法，都要根据零件的结构、形状、尺寸大小、材料、加工精度、毛坯种类、性能，处理这些基本要素，这也决定了零件生产过程的加工工艺和设备的选用。

目前我国机床行业的编号系统已经制定了。

1980年中国制定了机床零件分类编码系统——JCBM号系统，作为企业确定自己编号的依据。

在行业内通用的编号系统没有制定之前，企业可以先行制定符合本企业需要的编号法则，在此基础上再制订行业通用的编号系统。

随着科学的发展，也有可能冲破目前机械行业的专业分工形式，把现有企业改成生产通用编号的某种零件族的专业加工厂和某种机器整机装配专业厂。

即把加工和装配分成两大类企业，走出一条通向专业化生产的新路子。

主要编号
辅助编号
一位数二位数三位数四位数五位数
辅孔加工一二三四
齿形加工位位位位零件类主要形状回转面加工平面加工成形加工数数数数
奥匹兹分类系统的基本组成
第三节成组加工的生产组织
一、成组加工的组织方式
一共有五种：六角车床成组加工零件属此。

1、首道工序成组加工。

如下图（A）。

2、成组工序和单独工艺联合。

如下图（B）。

此时零件的结构和工艺均复杂，这些零件并非自始至终都属于一个零件组，而是各自在不同工序上交叉成组，或者按已有的单独工艺进行加工。

为了保证生产过程有条不紊地进行，工序之间应衔接紧密，避免窝工。

这要求正确地编制生产作业计划，所以这种方式应用较少。

3、在一台设备上完成全部工艺过程的成组加工。

图（C）表示。

这种加工的零件结果很简单，如紧固件，在自动机和六角车床上加工。

4、成组工序和典型工艺工序结合。

如图（D）。

这种方式在成组工序出现在2个或2个以上采用典型工艺加工的零件之间，这些零件有各自的典型工艺过程，但是在各自的典型工艺过程中，某些工序上又
具备有组织成组加工的可能性。

5、在若干不同设备上完成全部工艺过程的成组、，如图（E）。

这种方式是成组加工的高级形式。

这里一组零件的各道工序都能组织成组加工，也就是实现成组加工过程，它是建立成组流水线的前提条件。

图例：
---- 毛坯---- 成组工序---- 典型工艺工序
---- 单独工艺工序---- 加工结束
零件几何形状简单，工艺路线不长，第图（A）一道工序完成成组加工后，其余按各自的加
工过程进行。

图（B）
图（C）
图（D）
图（E）
二、成组生产单元和成组车间
成组生产单元和成组车间的建立，直接影响零件组的划分。

合理地成立成组生产单元，是保证设备均匀负荷取得良好经济效果的重要基础。

（一）成组生产单元
成组生产单元加工的基本组织包括四种基本布置形式
1、成组流水线；
2、成组生产单元；
3、成组单机；
4、非成组生产单元和机群式（功能性）布置。

1、成组生产流水线
机床按零件工艺顺序排列，它要求零件内的零件具有较高的相似程度，批量足够大，因此机床负荷均衡，利用率高，是成组加工的高级生产组织形式。

2、成组生产单元
机床按代表零件的工艺流程顺序布置。

零件组工序较少时，可采用简单的直线布置。

但一般采用块式布置，这是因为同组内有些零件的加工是跨越式的，“块式布置”可以使零件传递总的距离缩短，有效地利用生产面积。

3、成组单机
即在同一机车上完成零件的全部加工。

4、非成组生产单元
机群式布置。

（二）成组车间
成组车间是由成组生产单元构成的。

成组车间的设备布置，即不同于机群式布置，也不像大量大批的流水线布置，而是介于二者之间的布置方式。

零件的分类和建立成组生产单元，是实施成组技术必须解决的两个重要问题，是生产管理的重要组成部分。

所以成组技术是一门综合工程技术和管理科学，是一种先进的生产过程组织。

三、顺序按批生产成组流水线及其生产过程的数学模型（略）
第四节成组技术的经济效果
成组技术的应用推广，意味着生产技术上和生产组织上的重大改革，对生产的发展有着明显的技术经济效果。

从设计和工艺上看，可以免除重复劳动，利用设计图册和数据库，可以进行设计检索和工艺检索，减低生产成本，缩短设计时间，有利于产品设计标准化、系列化、通用化。

新设计的零件70％可以利用存储工艺，减少工艺编制时间。

如果把零件的主要特征有关信息输入计算机，还可以自动编制加工工艺，保证工艺最优化。

从经营管理方面看，建立封闭的成组生产单元，在产品变换时，生产系统所
需调整的设备极少，可以提高企业适应市场变化的能力，简化管理。

同时，成组技术为电子计算机在多品种小批量企业管理中的应用创造了条件，促进了管理的科学化。

从生产方面看，扩大批量，为采用先进的加工方法和技术装备提供了条件，生产率可以大幅度提高，产量、质量稳定，保证按期交货，降低产品成本，提高企业的经济效益。

总之，成组技术是扩大生产批量，提高生产效率的一种手段，应逐步推广到企业各个方面，各个环节，即从生产技术准备工作、生产组织、计划管理等方面，从根本上改变批量小、品种多的企业的生产经营面貌。