第七章成组技术及CAPP

1、 成组技术概述 一. 批量法则 法则，就是方法和准则。 批量法则，就是不同生产批量企业在企业生产管理工作中必须遵守的基本方法和准则。 在工业经济时代，企业必须遵守这个法则。 20 世纪末，世界经济从后工业经济向知识经济过渡，制造业的市场特征发生了变化，动摇了批量法则 。 生产类型 大批量生产 中小批生产产品品种 很少或单一 很多每种产品的产量 很大 很少或单个工作地负担工序数目 很少（12道工序） 很多（40道工序）生产设备 广泛采用高效率专用设备 大多采用通用设备 设备的布置 流水线或自动线 机群式布置设备利用率 高 低工艺装备 采用高效率专用工装 大多采用通用工装工装系数 大 小产品设计

2、“三化”程度高，零件互换性好 “三化”低，零件互换性差劳动生产率 高 低成本 低 =3040% A 高 （A）适应市场的应变能力 低 高 1 .市场需求的多样化、分散化和个性化2. 经济全球化3. 质的短缺 基于现代管理科学的多品种小批量生产管理模式层出不穷，全球兴起了第二次管理革命。1. 敏捷制造（AM）2. 精益生产（LP）3. 高效快速重组生产系统（LAF）4. 大量定制生产5. 准时生产（JIT）6. 成组技术（GT） 1. 相似性原理 相似性指不同类型、不同层次的系统间存在某些共有的物理、化学、生物或功能等方面的具体属性或特点。形状不同的零件可以合并成同一加工族结构相似的零件组工艺相

3、似的零件组 零件的相似性：指零件所具有各种特征的相似。 相似性只提供了零件分组的一种判据；GT的效益来源于制造资源的重复使用(Reuse) 柔性(Flexibility)：通常指制造系统适应产品对象修改或更改后的适应能力，即适应加工多品种产品的能力。3. 柔性原由 传统GT的缺陷 新GT：GT与FMS、CIMS的结合一 . 概念 成组技术，就是根据相似性原理,通过编码、分组，将结构工艺相似的零部件归类，扩大生产批量，以采用先进制造技术和管理方法的技术。二. 成组技术的内容及其技术经济效果 1. 内容：成组设计 成组工艺 成组工装设计和成组生产管理 2 . 技术经济效果 GT的可行性取决于各相似

4、的零件族是否有一个稳定的基础在各类产品中，各种形状零件的出现率是否有明显的规律？ 零件分类编码系统是用字符（数字、字母或符号）对零件各种特征或属性进行描述、识别的一套特定规则。 1. 零件分类编码系统的结构 构造编码系统时，优先考虑以下因素： 编码内容应表示的详细程度； 编码系统的结构：链式、树式和混合式； 每一码位选用的字符。编码系统的结构 链式结构:各码位的特征或属性具有独立含义，与前位或后位码无关。 设链式结构码位数为N，每个码位上的特征项数为M，则所包含信息量为： Cc=MN树式结构：码位之间是递阶隶属关系，即除第一码位的特征码外，其后各码位特征含义都要根据前一位确定。 1NkkkMC

5、 混合结构1NkkkMMNC例：有一分类编码系统，其结构为混合式，码位共9位，前3位为树式结构，后6位为链式结构，均用十进制表示各特征项，求此编码系统所包含的信息容量。 解：此编码结构为混合式结构，故其信息容量 树式结构部分：N=3M, M=10 链式结构部分： N=6, M=10 故1170601010106101032131kkkC此分类系统包含的分类环节总数，即所含信息容量为1170。n（1） Opitz零件分类编码系统20世纪的60年代由德国阿亨工业大学机床与生产工程实验室研制。n由9位十进制数字代码组成，前5位（15码位）称主码，表示零件的几何形状特征，称形状码。后4位（69码位）称

6、为辅助码。每个码位包含10项特征码，用数字09分别表示零件的特征。1码位码位零件类别零件类别 零件类别回转体（05） 非回转体（69)不带偏异回转体（0，1，2） 扁平件 (6)带偏异回转体（3、4） 长条件 (7)特殊回转体 (5) 方体件 (8) 特殊非回转体(9) 回转体其主要表面（外形）由回转面构成的零件 不带偏异回转体（0、1、2） 凡能满足下列条件者，属于不带偏异的回转体：a.只有一个回转轴线b.几何轴线与回转轴线相重合c.垂直于回转轴线的各处横截面都是圆的或环形的或两者组合例： 按长度与直径（最大直径）比（L/D）分为0、1、2三种 带偏异的回转体包括下列零件：a. 有若干回转轴

7、线的零件b.垂直于回转轴的截面并不处处是圆的或环形的，也不是两者组合的零件d.原始外形是多边形，内形需进行回转加工的零件e.在加工前或加工后需弯曲或滚圆的零件c .回转加工后被分成几块扇形的回转体零件 非回转体零件其主要表面（外形）由平面或非回转体曲面构成的零件。 非回转体零件分为四类（69），其中一般非回转体零件按长（A)、宽(B)、高（C）的尺寸比分为6、7、8类： A/B3,A/C4,称扁平件,以代码6表示。 A/B3, 称为长件,以代码7表示。 A/B3, A/C26.5吨/英寸(42kg/mm 2)可热处理的低碳钢及表面硬化钢,不热处理4项2及项3的钢,热处理5合金钢(不热处理)6合

8、金钢(热处理)7有色金属8轻合金9其它材料项原始形式0圆棒,黑色1圆棒,拉光2三角形、方形、六角形及其它棒料3管子4T、U、T型类的型材5薄板材6中板及厚板7铸、锻件8焊接件9粗加工过的零件项精度所在形状码位0没有指定精度1223344552及362及472及583及49（2+3+4+5）项直径“”或边长“”mm英寸 . . . . . . . . . . . . . . .项材料0灰铸铁1球墨铸铁及可锻铸铁2钢26.5吨/英寸2(42kg/mm 2)不热处理3钢26.5吨/英寸2(42kg/mm 2)可热处理的低碳钢及表面硬化钢,不热处理4项2及项3的钢,热处理5合金钢(不热处理)6合金钢(

9、热处理)7有色金属8轻合金9其它材料 灰铸铁指HT1026和HT4068各种牌号的铸铁。 合金钢指碳钢以外的钢种，如：铬钢类、锰钢类、合金工具钢、高速钢类、不锈钢类和铬轴承钢类等 。 有色金属指除铜、铝及其合金外的其它有色金属及其合金，如铅、锌、镁、钛等及锌基合金、硬质合金等。 轻合金 其它类包括：工程塑料、陶瓷制品、橡胶制品、石墨制品等。项原始形式0圆棒,黑色（热轧）1圆棒,拉光（冷拉）2三角形、方形、六角形及其它棒料3管子4T、U、T型类的型材5薄板材（12mm以内，剪床）6中板及厚板7铸、锻件8焊接件9粗加工过的零件项精度所在形状码位0没有指定精度12（外园）23（内形）34（平面）45

10、52及362及472及583及49（2+3+4+5） 将零件集合从相似性原理出发，按一定的目的分类成组是实施GT的基本手法。按照在生产中的应用，将零件分组。零件组应用设计组零件图检索，设计标准化合理化，CAD等工艺组检索工艺资料，编制成组工艺过程及文件调整组建立成组工序，同组零件有相同的工装及调整方法数控组简化NC编程工作，将程序相似的零件并为一组管理组实现成组生产管理，合理安排作业计划，建立MIS同期投产组保证同一计划期内生产不同产品的相似零件，按照成组生产集中投产n分组的相似性“度”的要求：n a.以零件全部编码相同作为依据进行分组；n b.将相似性程度放的过宽。n 目前常用的两种用来确定

11、分组的相似性尺码的方法：n *特征码位法：根据分组的应用目标，通常只要求零件全部编码中只有若干特征码属性相似即可。n 例：click here中的零件用Opitz系统划分工艺组。零件号分类编码1 2 3 4 5 6 7 8 92 4 0 2 3 1 3 7 12 1 0 0 3 1 3 0 12 4 0 3 0 1 3 7 12 4 0 3 3 1 3 7 12 3 0 5 0 1 3 0 12 6 0 0 0 1 3 0 1零件简图123456第1组其特征码位为2613，包括零件1，3，4，6；第2组其特征码位为2313，包括零件2，5。图6-5 待分组的小轴类零件及其编码*码域法：用码域法

12、分组是指适当放宽每一码位相似特征的范围，实际上是对特征码位法的改进。图6-6是Opitz分类系统为适应某种分组需要而制定的分组矩阵码域。图中所示矩阵，每列代表分类编码的码位，每行代表分类代码的特征，矩阵中涂成黑色元素的集合就是码域。例：按照图6-6的码域判断图6-5的零件的分组情况。图6-6 Opitz系统相似性矩阵码域代码码位1 2 3 4 5 6 7 8 9 代 码01234657891，2，3，4，6可以分成一组。n生产流程分析（production flow analysis,简称PFA）是不用编码系统，也不用零件图进行分组（族）的一种方法。n应用PFA的前提是已知该零件的工艺过程，通

13、过相同或相似的工艺路线将零件聚集在一起成组。nPFA是用制造数据，而非设计数据或图纸来识别零件组（族），因此能克服按零件几何形状分组带来的弊端。 PFA的基本方法及步骤。 数据采集。 工艺路线分类。 PFA图 PFA图的分析 例：a为根据25个零件（代表件）的工艺过程卡片零件机床图表。 b为采用PFA方法使零件成组后的零件机床图表。 聚类分析n聚类分析的基本概念是假设有n个需要分类的样本x1,x2,x3,xn.每个样本xi有r种特征，用yi表示，n即每个样本有y1,y2,y3,yi,yr个，用xij表示第i个样本的第j个特征指标。因此，样本和特征指标之间的关系可用一个矩阵表示，即： y1 y2

14、 yrx1x2x3xnx11x21x31xn1x12x22x32xn2x1rx2rx3rxnr所以，每个样本Xi可以由Xi=(Xi1, Xi2, Xir).2222211)(.)()(jrirjiJijiXXXXXXXX距离值愈小，样本愈相似。此距离称为相似系数。 （click here） 机床相似系数Sij可以用做零件分组判别标准。 排序聚类分析法： 1.按PFA方法准备PFA图； 2.按排序聚类法进行。 例如（click here）原始PFA矩阵12345A11B11C11D 11E11151423A11B11C11D 11E11148 10 10 36 5248104861451423A

15、11C11E111B11D11 （1）产品设计方面 （2）制造工艺方面 成组工序成组夹具计算机辅助成组夹具 （3）生产组织管理方面 成组单元。 1.CAPP的基本原理 CAPP的产生 CAPP的类型及基本原理 按基本原理分成三类： 检索式CAPP系统 派生式CAPP系统 创成式CAPP系统（click here） 零件信息的描述和输入 几何信息 工艺信息 人机交互输入法和直接从CAD系统调入。 零件信息的人机交互输入法常用的方法有成组编码描述法和型面特征描述法。 成组编码描述 型面特征描述法 2.派生式CAPP系统 零件族划分 零件族：把工艺相似、结构形状相似和尺寸相似的一些工件，划为一个零件

16、加工族，简称零件族。 复合零件和典型工艺过程。 （click here） 根据复合零件可以设计典型工艺过程。在设计典型工艺过程时应符合以下要求。 *按复合零件制订的典型工艺过程能满足零件组内所有零件的加工。 *制订的典型工艺过程应是符合企业具体生产条件的最佳方案，即是能保证优质、高效和低成本的优化方案。 l工艺数据文件库l 工艺数据文件是存放工艺过程生成中所需各种数据的文件。l *切削参数的确定l *工时定额计算 b.切削参数计算法 c.成组编码估算法 d.神经网络估算 3.创成式CAPP系统 与派生式CAPP系统的最根本区别在于事先没有存入零件或零件族的典型工艺过程。零件的工艺过程是通过逻辑

17、决策“创成”出来的，通常用决策树和决策表方法。 l决策树l 根据各种确定性条件可建立决策树，(click here)是选择加工方法的决策树举例。l 决策树很容易改写为程序流程框图，(click here)是上述决策树对应的流程图。 决策表是描述事物之间逻辑依存关系的一种表格。上述的决策树可以用决策表来表达。(click here) 决策表的设计主要有罗列法和递进法两种方法。 TOJICAP (click here) 4.智能型CAPP系统 存在的问题 CAPP系统零件信息的描述与输入问题 CAPP系统通用性问题 CAPP系统的柔性问题 工艺决策数据与知识的获取、表达和相应数据库与知识库的建造问

18、题。 探索和研究有效的工艺决策方法和系统结构等问题 工序尺寸的自动确定和工序图自动生成问题。 *集成化趋势 *工具化趋势 工艺设计的共性与个性分开处理 工艺决策方式多样化 具有功能强大、使用方便和统一标准的数据与知识库管理平台 个性化输出 *智能化趋势l发展趋势 1.CAD/CAPP/CAM系统的组成 （图4-1） (1)系统软件 (2)管理软件 (3)支撑软件 (4)应用软件 2.CAD/CAPP/CAM系统在CIMS中的地位MISQISCAD/CAPP/CAMFMS数 据 库网 络工程信息生产信息管理信息制造信息质量信息图4-2 CIMS功能模型 3.特征技术及CAD/CAPP/CAM集成 (1)特征定义及分类 在CAD、CAPP、CAM等不同领域，对于feature这一术语，人们给出不同形式的定义。 特征是零件上具有特定意义的区域； 特征是零件上具有特定形状及功能性质的集合外形域； 特征是构成零件各部分要素的功能实体； 特征是与制造过程相关的一组面域集合； 从广义上讲，将零件特征分为三大类： 1)形状特征 2)材料特征 3)精度特征 从集成角度来看，一个完整的零件特征信息模型可分为三层：零件层、特征层、几何层。 (3)零件特征模型建立 自动特征