第三章先进制造模式_成组技术

1、1 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 先进制造系统先进制造系统 第第 1 章章 先进制造系统总论先进制造系统总论 第第 2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 第第 4 章章 先进设计技术先进设计技术 第第 5 章章 先进制造装备及技术先进制造装备及技术 第第 6 章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术 第第 7 章章 绿色设计与制造绿色设计与制造 第第 8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统 第第 9 章章 制造系统展望制造系统展望 2 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制

2、造系统 第第3章章提要提要 本章先进制造模式（本章先进制造模式（AMM）是全书的重点）是全书的重点 内容。内容。 每一种制造模式都从属于相应的制造系统，每一种制造模式都从属于相应的制造系统， 并与相关的制造技术相互交织和相互作用。并与相关的制造技术相互交织和相互作用。 如果把制造技术比作制造系统的骨骼（硬件）如果把制造技术比作制造系统的骨骼（硬件） 和肌肉（软件），和肌肉（软件）， 那么，制造模式就是制造系统的灵魂（哲理那么，制造模式就是制造系统的灵魂（哲理 的反映）和神经（运行的规律）。的反映）和神经（运行的规律）。 3 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 第

3、第3章章提要提要 本章首先阐述了本章首先阐述了制造模式的类型和作用制造模式的类型和作用； 然后着重从然后着重从发展、原理和案例发展、原理和案例三个方面来介绍目前比三个方面来介绍目前比 较较典型的典型的AMM：并行工程（并行工程（CE）、敏捷制造（）、敏捷制造（AM）、）、 可重构制造（可重构制造（RM）、大量定制（）、大量定制（MC）、网络化制造）、网络化制造 （NM）、成组技术（）、成组技术（GT）、精益生产（）、精益生产（LP）、计算机集成）、计算机集成 制造（制造（CIM）、虚拟制造（）、虚拟制造（VM）和智能制造（）和智能制造（IM）；）； 最后分析了一些最后分析了一些AMM的联系与区

4、别的联系与区别。 本章介绍的本章介绍的AMM突出了突出了敏捷性和精益性敏捷性和精益性，它们能够，它们能够 在效率和有效性两方面产生显著作用。在效率和有效性两方面产生显著作用。 还有一些非常重要的还有一些非常重要的AMM，如柔性制造（，如柔性制造（FM）、绿色制造）、绿色制造 （GM）、微纳制造（）、微纳制造（MM）和生物制造（）和生物制造（BM）等，将在后）等，将在后 续各章中介绍。续各章中介绍。 4 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 3.1 3.1 制造模式的类型与作用制造模式的类型与作用 3.2 3.2 并行工程（

5、并行工程（CECE） 3.3 3.3 敏捷制造（敏捷制造（AMAM） 3.4 3.4 可重构制造（可重构制造（RMRM） 3.5 3.5 大量定制（大量定制（MCMC） 3.6 3.6 成组技术（成组技术（GTGT） 3.7 3.7 精益生产（精益生产（LPLP） 3.8 3.8 计算机集成制造（计算机集成制造（CIMCIM） 3.9 3.9 虚拟制造（虚拟制造（VMVM） 3.10 3.10 网络化制造（网络化制造（NMNM） 3.11 3.11 智能制造（智能制造（IMIM） 3.12 3.12 几种制造模式的比较几种制造模式的比较 5 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系

6、统先进制造系统 3.1.1 制造模式的类型制造模式的类型 3.1.2 制造模式的作用制造模式的作用 3.1 3.1 制造模式的类型与作用制造模式的类型与作用 6 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.1 GT的发展的发展 3.6.2 GT的原理的原理 3.6.3 案例案例：船用阀门的成组生产：船用阀门的成组生产 3.6 3.6 成组技术（成组技术（GTGT） 7 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 成组技术（Group TechnologyGroup Technology，GTGT） 3.6.1 GT的发展的发展 多品种中小

7、批量生产企业约占机械工业企业总数的75% 80%，如何有效地提高这些企业的劳动生产率，缩短生产 周期，降低产品生产成本，增强企业的市场竞争力，是关 系到这些企业的生存与发展的重大问题。为了解决这一问 题，最终发展了成组技术成组技术（Group Technology，GT）。其 名称虽是“技术”，但实质是一种制造模式，或应准确地 称其为成组生产成组生产（Group Production，GP）。 最早提出成组技术（GT）思想的是前苏联科学院士米特 洛凡诺夫，他在20世纪50年代出版了成组工艺科学原理 一书，对机械零件的成组加工和成组工艺进行了系统的研 究和总结。 8 第第 3 章章 先进制造模式

8、先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.1 GT的发展的发展 到了到了2020世纪世纪6060年代，年代， 西欧各国对西欧各国对GTGT的研究达的研究达 到了高潮，以到了高潮，以德国阿亨德国阿亨 工业大学工业大学OpitzOpitz教授教授为代为代 表，使表，使GTGT成为一门完整成为一门完整 的的科学理论科学理论。德国阿亨德国阿亨 工业大学通过大量的统工业大学通过大量的统 计分析表明，任何一种计分析表明，任何一种 机械产品中的组成零件机械产品中的组成零件 都可以分为三类（图都可以分为三类（图3-183-18） A特殊件 10% C标准件 20% B相似件 70% C标准件标准件 20

9、%25% A特殊件特殊件 5%10% B相似件相似件 65%70% 图图3-18 组成机械产品的三类零件组成机械产品的三类零件 9 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.1 GT的发展的发展 20世纪70年代以后，美国、日本等国开始接受 GT思想，并与计算机技术相结合，使其得到深入 发展。 80年代以后，GT作为一种制造哲理已被人们普 遍接受，成为先进制造系统的重要理论基础之一。 在制造系统中应用GT就成为一种有特色的制造模 式。 10 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 1. GT1. GT的概念的概念 2. 2. 零件的

10、分类和编码零件的分类和编码 3. 3. 成组生产成组生产 4. 4. GTGT在制造系统中的应用及其效益在制造系统中的应用及其效益 3.6.2 GT的原理的原理 11 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.2 GT的原理的原理 成组技术成组技术是在多品种多品种的生产活动中，研究和利用有关事 物的相似性，将相似的问题分类成组，寻求解决这一组问 题的相对统一的最优方案，以取得期望的经济效益的一门 生产技术科学。这是成组技术的一般定义。 1. GT1. GT的概念的概念 成组技术，成组技术，即将一组加工工艺过程相似的零件放在一起 形成零件组，制定统一的加工工艺过

11、程。这是成组技术 在机械制造领域的定义（又称为成组工艺）。 成组加工成组加工是指将某一工序中加工方法、安装方式和机床 调整相近的零件组成零件组，放在一起加工，以减少机 床调整工作量和提高加工效率。 12 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.2 GT的原理的原理 把与生产活动有关的事物（如零件、材料、工艺、产品 等），按照一定的规则进行成组分类，是实施GT的核心和核心和 基础基础，其理论基础理论基础是相似性原理。就零件本身属性本身属性而言， 其相似性可理解为作用相似和结构特征相似作用相似和结构特征相似。 2. 2. 零件的分类和编码零件的分类和编码 要实施

12、GT必须首先建立相应的零件分类编码系统。所谓 的零件分类编码就是用数字来描绘零件的名称、几何形状、 工艺特征、尺寸和精度等，也就是零件特征的数字化。 世界上为推广世界上为推广GTGT已有的分类编码系统达已有的分类编码系统达7070多种，其中影多种，其中影 响较广的是响较广的是德国研制的德国研制的OpitzOpitz系统系统。 我国于我国于19841984年制定的年制定的“机械零件分类编码系统机械零件分类编码系统（JLBM-1JLBM-1 系统系统）” 如图如图3-193-19所示。所示。 13 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 图图319 JLBM-1分类编码

13、系统的总体结构分类编码系统的总体结构 材 料 毛坯原始形状 热 处 理 零件名称类别码 3.6.2 GT的原理的原理 2. 2. 零件的分类和编码零件的分类和编码 14 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.2 GT的原理的原理 系统的系统的特点特点零件类别按名零件类别按名 称类别矩阵划分，便于设称类别矩阵划分，便于设 计、检索；分类表简单，计、检索；分类表简单， 定义明确，容易掌握；码定义明确，容易掌握；码 位适中，具有足够描述信位适中，具有足够描述信 息的容量。其编码示例见息的容量。其编码示例见 图图3-203-20。 图图320 JLBM1 分类编码

14、系统编码示例分类编码系统编码示例 非回转类零件非回转类零件 名称：座名称：座 材料：材料：HT150 内回转加工为高精度 长度尺寸250500mm 宽度160440mm 无热处理 铸件 灰铸铁 辅助孔为单方向、直线排列 内部无平面加工 主孔为平行轴线 无外形要素 外部无曲面加工 外部有两侧平行平面加工 总体形状无弯曲，轮廓边缘由直线组成 连接板 板块 编 码 2 A 其余 1. 6 2 5 0 0.8 1 . 6 0.12. 2. 零件的分类和编码零件的分类和编码 15 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.2 GT的原理的原理 划分零件组：根据零件编码划

15、分零件组的常用方法有： 特征码域法特征码域法、生产流程分析法生产流程分析法 3. 3. 成组生产成组生产 图图321 一组外形不同而工艺相似的零件一组外形不同而工艺相似的零件 图3-21所示的一 组外形不同而工 艺相似的零件， 因都要加工一个 垂直于端面的中 孔，使用相同机 床，而归于同一 零件组。 16 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.2 GT的原理的原理 设计主样件和制定典型工艺设计主样件和制定典型工艺 成组生产的组织形式成组生产的组织形式 成组加工单机如图3-22a所示 零件成组加工机床普通机床 图图322 成组生产的组织形式成组生产的组织形式

16、 成组生产单元如图3-22b所 示 成组流水线如图3-22c所示 成组柔性制造系统 设计成组工艺装备设计成组工艺装备 3. 3. 成组生产成组生产 17 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.2 GT的原理的原理 GTGT在在产品设计方面产品设计方面的应用的应用 ：应用GT的主要手段是制定成 组零件设计图册。应用GT，75%的零件可利用现有图纸或 只进行局部修改就可以利用，从而提高设高设计标准化程度， 确保设计质量。 4. GT4. GT在制造系统中的应用及其效益在制造系统中的应用及其效益 GTGT在在加工工艺加工工艺方面的应用：方面的应用：采用成组加工和

17、成组工艺， 有利于设计和使用成组工艺装备；在CAPP中利用GT进行零 件的工艺信息编码是多数CAPP系统常采用的编码方法。 GTGT在在生产管理方面生产管理方面的应用的应用：在成组生产单元内，零件加工 过程被封闭起来，责、权、利集中在一起，生产人员不仅负 责加工，而且共同参与生产管理与生产决策活动，使其积极 性能够得到充分发挥。 18 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.2 GT的原理的原理 GTGT实施的效益实施的效益 根据有关资料介绍，实施成组技术后， 新设计零件数减少52%，新绘制的工作图 减少30%，生产准备时间减少69%，生产 周期缩短70%，

18、在制品贮存量减少62%， 废品率下降90%，零件总成本降低43%， 经济效益十分明显。 4. GT4. GT在制造系统中的应用及其效益在制造系统中的应用及其效益 19 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.2 GT的原理 GTGT在我国的推广应用情况并不理想，在我国的推广应用情况并不理想，原因原因在于：在于： 实施实施GTGT必须要有一支熟悉必须要有一支熟悉GTGT的专业队伍，并且要有的专业队伍，并且要有 相应的基本建设投资和健全的管理体制。相应的基本建设投资和健全的管理体制。 实施实施GTGT必须打破按产品制定生产计划的传统模式，必须打破按产品制定生产计

19、划的传统模式， 而代之以按零件族安排生产计划，这在一定程度上会给而代之以按零件族安排生产计划，这在一定程度上会给 人工制定生产计划带来不便，这是某些企业推行人工制定生产计划带来不便，这是某些企业推行GTGT遇到遇到 的一个障碍。的一个障碍。 因此，要求企业决策人能够正确处理当前利益与长远利因此，要求企业决策人能够正确处理当前利益与长远利 益的关系，重视益的关系，重视GTGT的推广应用，持之以恒，才能从的推广应用，持之以恒，才能从GTGT中中 获取可观的经济效益。获取可观的经济效益。 4. GT4. GT在制造系统中的应用及其效益在制造系统中的应用及其效益 20 第第 3 章章 先进制造模式先进

20、制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.3 案例：船用阀门的成组生产案例：船用阀门的成组生产 我国某厂对船用阀我国某厂对船用阀 门实施门实施GTGT时，其盘时，其盘 套零件组（第套零件组（第6 6组）组） 的部分零件如图的部分零件如图3-3- 2323所示。对于图中所示。对于图中 的零件组，原来采的零件组，原来采 用普通机床加工，用普通机床加工， 实施实施GTGT后，采用成后，采用成 组加工单机的生产组加工单机的生产 组织形式，将原来组织形式，将原来 长 期 闲 置 不 用 的长 期 闲 置 不 用 的 C336-1C336-1转塔车床充转塔车床充 分利用起来，显著分利用起来，显著 提高了

21、产品质量与提高了产品质量与 生产率。生产率。 图图3-23 盘套零件组的部分零件盘套零件组的部分零件 21 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.3 案例：船用阀门的成组生产案例：船用阀门的成组生产 图图3-243-24是该组的主样件。是该组的主样件。 对于图对于图3-233-23中的零件组，中的零件组， 原来采用普通机床加工，原来采用普通机床加工， 实施实施GTGT后，采用后，采用成组加工成组加工 单机单机的生产组织形式，将的生产组织形式，将 原 来 长 期 闲 置 不 用 的原 来 长 期 闲 置 不 用 的 C336-1C336-1转塔车床充分利用转

22、塔车床充分利用 起来，显著提高了产品质起来，显著提高了产品质 量与生产率。量与生产率。 图图3-24 盘套零件组的主样件盘套零件组的主样件 22 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6.3 案例：船用阀门的成组生产案例：船用阀门的成组生产 图图3-253-25是加工船用阀门零件的两个成组生产单元的是加工船用阀门零件的两个成组生产单元的平面平面 布置图布置图。第一单元。第一单元加工阀杆加工阀杆，第二单元，第二单元加工套盘加工套盘。 图图325 成组生产单元平面布置图成组生产单元平面布置图 23 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 3.6 END 24 第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 先进制造系统先进制造系统 11 11 解释：构形、构件、重构、静态重构、动态重构、解释：构形、构件、重构、静态重构、动态重构、 外部组织重构、内部组织重构。外部组织重构、内部组织重构。 12 12 可重构制造系统的定义是什么？试给出可重构制造模式的定义。可重构制造系统的定义是什么？试给出可重构制造模式的定义。 13 13 单元级和企业级的可重构制造系统各由哪几个子系统组成？单元级和企业级的可重构制造系统各由哪几个