第七章成組技術(shù)及CAPP

1、 成組技術(shù)概述 一. 批量法則 法則，就是方法和準(zhǔn)則。 批量法則，就是不同生產(chǎn)批量企業(yè)在企業(yè)生產(chǎn)管理工作中必須遵守的基本方法和準(zhǔn)則。 在工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，企業(yè)必須遵守這個(gè)法則。 20 世紀(jì)末，世界經(jīng)濟(jì)從后工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)過渡，制造業(yè)的市場(chǎng)特征發(fā)生了變化，動(dòng)搖了批量法則 。 生產(chǎn)類型 大批量生產(chǎn) 中小批生產(chǎn)產(chǎn)品品種 很少或單一 很多每種產(chǎn)品的產(chǎn)量 很大 很少或單個(gè)工作地負(fù)擔(dān)工序數(shù)目 很少（12道工序） 很多（40道工序）生產(chǎn)設(shè)備 廣泛采用高效率專用設(shè)備 大多采用通用設(shè)備 設(shè)備的布置 流水線或自動(dòng)線 機(jī)群式布置設(shè)備利用率 高 低工藝裝備 采用高效率專用工裝 大多采用通用工裝工裝系數(shù) 大 小產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2、“三化”程度高，零件互換性好 “三化”低，零件互換性差勞動(dòng)生產(chǎn)率 高 低成本 低 =3040% A 高 （A）適應(yīng)市場(chǎng)的應(yīng)變能力 低 高 1 .市場(chǎng)需求的多樣化、分散化和個(gè)性化2. 經(jīng)濟(jì)全球化3. 質(zhì)的短缺 基于現(xiàn)代管理科學(xué)的多品種小批量生產(chǎn)管理模式層出不窮，全球興起了第二次管理革命。1. 敏捷制造（AM）2. 精益生產(chǎn)（LP）3. 高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)（LAF）4. 大量定制生產(chǎn)5. 準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)（JIT）6. 成組技術(shù)（GT） 1. 相似性原理 相似性指不同類型、不同層次的系統(tǒng)間存在某些共有的物理、化學(xué)、生物或功能等方面的具體屬性或特點(diǎn)。形狀不同的零件可以合并成同一加工族結(jié)構(gòu)相似的零件組工藝相

3、似的零件組 零件的相似性：指零件所具有各種特征的相似。 相似性只提供了零件分組的一種判據(jù)；GT的效益來源于制造資源的重復(fù)使用(Reuse) 柔性(Flexibility)：通常指制造系統(tǒng)適應(yīng)產(chǎn)品對(duì)象修改或更改后的適應(yīng)能力，即適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的能力。3. 柔性原由 傳統(tǒng)GT的缺陷 新GT：GT與FMS、CIMS的結(jié)合一 . 概念 成組技術(shù)，就是根據(jù)相似性原理,通過編碼、分組，將結(jié)構(gòu)工藝相似的零部件歸類，擴(kuò)大生產(chǎn)批量，以采用先進(jìn)制造技術(shù)和管理方法的技術(shù)。二. 成組技術(shù)的內(nèi)容及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果 1. 內(nèi)容：成組設(shè)計(jì) 成組工藝 成組工裝設(shè)計(jì)和成組生產(chǎn)管理 2 . 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果 GT的可行性取決于各相似

4、的零件族是否有一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)在各類產(chǎn)品中，各種形狀零件的出現(xiàn)率是否有明顯的規(guī)律？ 零件分類編碼系統(tǒng)是用字符（數(shù)字、字母或符號(hào)）對(duì)零件各種特征或?qū)傩赃M(jìn)行描述、識(shí)別的一套特定規(guī)則。 1. 零件分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 構(gòu)造編碼系統(tǒng)時(shí)，優(yōu)先考慮以下因素： 編碼內(nèi)容應(yīng)表示的詳細(xì)程度； 編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：鏈?zhǔn)健涫胶突旌鲜剑?每一碼位選用的字符。編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu):各碼位的特征或?qū)傩跃哂歇?dú)立含義，與前位或后位碼無關(guān)。 設(shè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)碼位數(shù)為N，每個(gè)碼位上的特征項(xiàng)數(shù)為M，則所包含信息量為： Cc=MN樹式結(jié)構(gòu)：碼位之間是遞階隸屬關(guān)系，即除第一碼位的特征碼外，其后各碼位特征含義都要根據(jù)前一位確定。 1NkkkMC

5、 混合結(jié)構(gòu)1NkkkMMNC例：有一分類編碼系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為混合式，碼位共9位，前3位為樹式結(jié)構(gòu)，后6位為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，均用十進(jìn)制表示各特征項(xiàng)，求此編碼系統(tǒng)所包含的信息容量。 解：此編碼結(jié)構(gòu)為混合式結(jié)構(gòu)，故其信息容量 樹式結(jié)構(gòu)部分：N=3M, M=10 鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)部分： N=6, M=10 故1170601010106101032131kkkC此分類系統(tǒng)包含的分類環(huán)節(jié)總數(shù)，即所含信息容量為1170。n（1） Opitz零件分類編碼系統(tǒng)20世紀(jì)的60年代由德國(guó)阿亨工業(yè)大學(xué)機(jī)床與生產(chǎn)工程實(shí)驗(yàn)室研制。n由9位十進(jìn)制數(shù)字代碼組成，前5位（15碼位）稱主碼，表示零件的幾何形狀特征，稱形狀碼。后4位（69碼位）稱

6、為輔助碼。每個(gè)碼位包含10項(xiàng)特征碼，用數(shù)字09分別表示零件的特征。1碼位碼位零件類別零件類別 零件類別回轉(zhuǎn)體（05） 非回轉(zhuǎn)體（69)不帶偏異回轉(zhuǎn)體（0，1，2） 扁平件 (6)帶偏異回轉(zhuǎn)體（3、4） 長(zhǎng)條件 (7)特殊回轉(zhuǎn)體 (5) 方體件 (8) 特殊非回轉(zhuǎn)體(9) 回轉(zhuǎn)體其主要表面（外形）由回轉(zhuǎn)面構(gòu)成的零件 不帶偏異回轉(zhuǎn)體（0、1、2） 凡能滿足下列條件者，屬于不帶偏異的回轉(zhuǎn)體：a.只有一個(gè)回轉(zhuǎn)軸線b.幾何軸線與回轉(zhuǎn)軸線相重合c.垂直于回轉(zhuǎn)軸線的各處橫截面都是圓的或環(huán)形的或兩者組合例： 按長(zhǎng)度與直徑（最大直徑）比（L/D）分為0、1、2三種 帶偏異的回轉(zhuǎn)體包括下列零件：a. 有若干回轉(zhuǎn)軸

7、線的零件b.垂直于回轉(zhuǎn)軸的截面并不處處是圓的或環(huán)形的，也不是兩者組合的零件d.原始外形是多邊形，內(nèi)形需進(jìn)行回轉(zhuǎn)加工的零件e.在加工前或加工后需彎曲或滾圓的零件c .回轉(zhuǎn)加工后被分成幾塊扇形的回轉(zhuǎn)體零件 非回轉(zhuǎn)體零件其主要表面（外形）由平面或非回轉(zhuǎn)體曲面構(gòu)成的零件。 非回轉(zhuǎn)體零件分為四類（69），其中一般非回轉(zhuǎn)體零件按長(zhǎng)（A)、寬(B)、高（C）的尺寸比分為6、7、8類： A/B3,A/C4,稱扁平件,以代碼6表示。 A/B3, 稱為長(zhǎng)件,以代碼7表示。 A/B3, A/C26.5噸/英寸(42kg/mm 2)可熱處理的低碳鋼及表面硬化鋼,不熱處理4項(xiàng)2及項(xiàng)3的鋼,熱處理5合金鋼(不熱處理)6合

8、金鋼(熱處理)7有色金屬8輕合金9其它材料項(xiàng)原始形式0圓棒,黑色1圓棒,拉光2三角形、方形、六角形及其它棒料3管子4T、U、T型類的型材5薄板材6中板及厚板7鑄、鍛件8焊接件9粗加工過的零件項(xiàng)精度所在形狀碼位0沒有指定精度1223344552及362及472及583及49（2+3+4+5）項(xiàng)直徑“”或邊長(zhǎng)“”mm英寸 . . . . . . . . . . . . . . .項(xiàng)材料0灰鑄鐵1球墨鑄鐵及可鍛鑄鐵2鋼26.5噸/英寸2(42kg/mm 2)不熱處理3鋼26.5噸/英寸2(42kg/mm 2)可熱處理的低碳鋼及表面硬化鋼,不熱處理4項(xiàng)2及項(xiàng)3的鋼,熱處理5合金鋼(不熱處理)6合金鋼(

9、熱處理)7有色金屬8輕合金9其它材料 灰鑄鐵指HT1026和HT4068各種牌號(hào)的鑄鐵。 合金鋼指碳鋼以外的鋼種，如：鉻鋼類、錳鋼類、合金工具鋼、高速鋼類、不銹鋼類和鉻軸承鋼類等 。 有色金屬指除銅、鋁及其合金外的其它有色金屬及其合金，如鉛、鋅、鎂、鈦等及鋅基合金、硬質(zhì)合金等。 輕合金 其它類包括：工程塑料、陶瓷制品、橡膠制品、石墨制品等。項(xiàng)原始形式0圓棒,黑色（熱軋）1圓棒,拉光（冷拉）2三角形、方形、六角形及其它棒料3管子4T、U、T型類的型材5薄板材（12mm以內(nèi)，剪床）6中板及厚板7鑄、鍛件8焊接件9粗加工過的零件項(xiàng)精度所在形狀碼位0沒有指定精度12（外園）23（內(nèi)形）34（平面）45

10、52及362及472及583及49（2+3+4+5） 將零件集合從相似性原理出發(fā)，按一定的目的分類成組是實(shí)施GT的基本手法。按照在生產(chǎn)中的應(yīng)用，將零件分組。零件組應(yīng)用設(shè)計(jì)組零件圖檢索，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化合理化，CAD等工藝組檢索工藝資料，編制成組工藝過程及文件調(diào)整組建立成組工序，同組零件有相同的工裝及調(diào)整方法數(shù)控組簡(jiǎn)化NC編程工作，將程序相似的零件并為一組管理組實(shí)現(xiàn)成組生產(chǎn)管理，合理安排作業(yè)計(jì)劃，建立MIS同期投產(chǎn)組保證同一計(jì)劃期內(nèi)生產(chǎn)不同產(chǎn)品的相似零件，按照成組生產(chǎn)集中投產(chǎn)n分組的相似性“度”的要求：n a.以零件全部編碼相同作為依據(jù)進(jìn)行分組；n b.將相似性程度放的過寬。n 目前常用的兩種用來確定

11、分組的相似性尺碼的方法：n *特征碼位法：根據(jù)分組的應(yīng)用目標(biāo)，通常只要求零件全部編碼中只有若干特征碼屬性相似即可。n 例：click here中的零件用Opitz系統(tǒng)劃分工藝組。零件號(hào)分類編碼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 1零件簡(jiǎn)圖123456第1組其特征碼位為2613，包括零件1，3，4，6；第2組其特征碼位為2313，包括零件2，5。圖6-5 待分組的小軸類零件及其編碼*碼域法：用碼域法

12、分組是指適當(dāng)放寬每一碼位相似特征的范圍，實(shí)際上是對(duì)特征碼位法的改進(jìn)。圖6-6是Opitz分類系統(tǒng)為適應(yīng)某種分組需要而制定的分組矩陣碼域。圖中所示矩陣，每列代表分類編碼的碼位，每行代表分類代碼的特征，矩陣中涂成黑色元素的集合就是碼域。例：按照?qǐng)D6-6的碼域判斷圖6-5的零件的分組情況。圖6-6 Opitz系統(tǒng)相似性矩陣碼域代碼碼位1 2 3 4 5 6 7 8 9 代 碼01234657891，2，3，4，6可以分成一組。n生產(chǎn)流程分析（production flow analysis,簡(jiǎn)稱PFA）是不用編碼系統(tǒng)，也不用零件圖進(jìn)行分組（族）的一種方法。n應(yīng)用PFA的前提是已知該零件的工藝過程，通

13、過相同或相似的工藝路線將零件聚集在一起成組。nPFA是用制造數(shù)據(jù)，而非設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖紙來識(shí)別零件組（族），因此能克服按零件幾何形狀分組帶來的弊端。 PFA的基本方法及步驟。 數(shù)據(jù)采集。 工藝路線分類。 PFA圖 PFA圖的分析 例：a為根據(jù)25個(gè)零件（代表件）的工藝過程卡片零件機(jī)床圖表。 b為采用PFA方法使零件成組后的零件機(jī)床圖表。 聚類分析n聚類分析的基本概念是假設(shè)有n個(gè)需要分類的樣本x1,x2,x3,xn.每個(gè)樣本xi有r種特征，用yi表示，n即每個(gè)樣本有y1,y2,y3,yi,yr個(gè)，用xij表示第i個(gè)樣本的第j個(gè)特征指標(biāo)。因此，樣本和特征指標(biāo)之間的關(guān)系可用一個(gè)矩陣表示，即： y1 y2

14、 yrx1x2x3xnx11x21x31xn1x12x22x32xn2x1rx2rx3rxnr所以，每個(gè)樣本Xi可以由Xi=(Xi1, Xi2, Xir).2222211)(.)()(jrirjiJijiXXXXXXXX距離值愈小，樣本愈相似。此距離稱為相似系數(shù)。 （click here） 機(jī)床相似系數(shù)Sij可以用做零件分組判別標(biāo)準(zhǔn)。 排序聚類分析法： 1.按PFA方法準(zhǔn)備PFA圖； 2.按排序聚類法進(jìn)行。 例如（click here）原始PFA矩陣12345A11B11C11D 11E11151423A11B11C11D 11E11148 10 10 36 5248104861451423A

15、11C11E111B11D11 （1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面 （2）制造工藝方面 成組工序成組夾具計(jì)算機(jī)輔助成組夾具 （3）生產(chǎn)組織管理方面 成組單元。 1.CAPP的基本原理 CAPP的產(chǎn)生 CAPP的類型及基本原理 按基本原理分成三類： 檢索式CAPP系統(tǒng) 派生式CAPP系統(tǒng) 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)（click here） 零件信息的描述和輸入 幾何信息 工藝信息 人機(jī)交互輸入法和直接從CAD系統(tǒng)調(diào)入。 零件信息的人機(jī)交互輸入法常用的方法有成組編碼描述法和型面特征描述法。 成組編碼描述 型面特征描述法 2.派生式CAPP系統(tǒng) 零件族劃分 零件族：把工藝相似、結(jié)構(gòu)形狀相似和尺寸相似的一些工件，劃為一個(gè)零件

16、加工族，簡(jiǎn)稱零件族。 復(fù)合零件和典型工藝過程。 （click here） 根據(jù)復(fù)合零件可以設(shè)計(jì)典型工藝過程。在設(shè)計(jì)典型工藝過程時(shí)應(yīng)符合以下要求。 *按復(fù)合零件制訂的典型工藝過程能滿足零件組內(nèi)所有零件的加工。 *制訂的典型工藝過程應(yīng)是符合企業(yè)具體生產(chǎn)條件的最佳方案，即是能保證優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的優(yōu)化方案。 l工藝數(shù)據(jù)文件庫l 工藝數(shù)據(jù)文件是存放工藝過程生成中所需各種數(shù)據(jù)的文件。l *切削參數(shù)的確定l *工時(shí)定額計(jì)算 b.切削參數(shù)計(jì)算法 c.成組編碼估算法 d.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算 3.創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng) 與派生式CAPP系統(tǒng)的最根本區(qū)別在于事先沒有存入零件或零件族的典型工藝過程。零件的工藝過程是通過邏輯

17、決策“創(chuàng)成”出來的，通常用決策樹和決策表方法。 l決策樹l 根據(jù)各種確定性條件可建立決策樹，(click here)是選擇加工方法的決策樹舉例。l 決策樹很容易改寫為程序流程框圖，(click here)是上述決策樹對(duì)應(yīng)的流程圖。 決策表是描述事物之間邏輯依存關(guān)系的一種表格。上述的決策樹可以用決策表來表達(dá)。(click here) 決策表的設(shè)計(jì)主要有羅列法和遞進(jìn)法兩種方法。 TOJICAP (click here) 4.智能型CAPP系統(tǒng) 存在的問題 CAPP系統(tǒng)零件信息的描述與輸入問題 CAPP系統(tǒng)通用性問題 CAPP系統(tǒng)的柔性問題 工藝決策數(shù)據(jù)與知識(shí)的獲取、表達(dá)和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫與知識(shí)庫的建造問

18、題。 探索和研究有效的工藝決策方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等問題 工序尺寸的自動(dòng)確定和工序圖自動(dòng)生成問題。 *集成化趨勢(shì) *工具化趨勢(shì) 工藝設(shè)計(jì)的共性與個(gè)性分開處理 工藝決策方式多樣化 具有功能強(qiáng)大、使用方便和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)與知識(shí)庫管理平臺(tái) 個(gè)性化輸出 *智能化趨勢(shì)l發(fā)展趨勢(shì) 1.CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)的組成 （圖4-1） (1)系統(tǒng)軟件 (2)管理軟件 (3)支撐軟件 (4)應(yīng)用軟件 2.CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)在CIMS中的地位MISQISCAD/CAPP/CAMFMS數(shù) 據(jù) 庫網(wǎng) 絡(luò)工程信息生產(chǎn)信息管理信息制造信息質(zhì)量信息圖4-2 CIMS功能模型 3.特征技術(shù)及CAD/CAPP/CAM集成 (1)特征定義及分類 在CAD、CAPP、CAM等不同領(lǐng)域，對(duì)于feature這一術(shù)語，人們給出不同形式的定義。 特征是零件上具有特定意義的區(qū)域； 特征是零件上具有特定形狀及功能性質(zhì)的集合外形域； 特征是構(gòu)成零件各部分要素的功能實(shí)體； 特征是與制造過程相關(guān)的一組面域集合； 從廣義上講，將零件特征分為三大類： 1)形狀特征 2)材料特征 3)精度特征 從集成角度來看，一個(gè)完整的零件特征信息模型可分為三層：零件層、特征層、幾何層。 (3)零件特征模型建立 自動(dòng)特征