二、GT 与 CIMs 关系

在实施 CIMs 的过程中，首先在各单元技术中，均需投入大量资金和人力，还需解决许多集成中的关键技术。这些难题的解决，一方面，要依赖于计算机技术软、硬件方面的高技术发展；另一方面，则是要做好许许多多的基础工作。而做基础工作最有效的方法之一是利用 GT 原理和技术。因为，在数据的获取、数据的组织、数据的转换和数据的分配方面，在系统的简化、要素化和标准化方面，GT 能起到极有效的作用。在实施各单元技术的集成时，GT 也是一个很重要的纽带。对于暂时不包括在 CIMS 集成范围内的部分，也可以用 GT 方法来弥补，为以后的集成打好基础，使企业得到实效。

下面分别论述 GT 在 CIMS 各单元技术中的应用以及它们之间的关系。

（一）GT 与 CAD 的关系。

CIMS 的核心是“集成”，这不仅是硬件的集成，更重要的是软件的集成。而软件的集成，实质上是为了实现信息的集成。信息的集成是使 CIMS 各个环节实现集成的基础。从生产车间到上层管理部门，从设计部门到制造部门，直至产品市场，无不是以信息相联系的。为此，必须提高数摒采集、传输、转换、处理及贮存的效率，以及信息的及时性、准确性、可靠性和共享性。要实现信息的集成，就必须建立一个统一的、标准的、共享的信息系统。其先决条件是必须减少信息源，限制信息的繁殖，消除冗余信息，避免信息爆炸。因此，应简化生产信息的源泉一产品，既要简化产品结构，又要重视零件尺寸和形状要素的简化和统一化，以及零件的系列化、标准化、通用化和模块化。

现代生产的特点之一是生产的产品品种多，而且变换和更新频繁。如果一个产品有几百种乃至上千种零件，那么，多品种生产的工厂就可能有上万种零件。零件种数多，带来了两个后果：（1）零件的设计工作量特别大，造成产品设计跟不上产品更新的要求；

（2）投入生产的新零件种数增多，使生产组织和计划工作复杂化，从而造成了生产成本的增加。怎样减少新设计和新投产的零件种数？行之有效的办法就是：提高产品的继承性和零件的标准化程度。以往在产品设计中，虽然也一再强调这一点，但当时仅仅凭设计人员的经验，很难在成千上万个零件中。找到适用的、或同所要设计的零件相似的零件，而应用成组技术之后，就解决了这个问题。

成组技术用于产品设计时，在新产品设计之前，预先惜助于零件的分类编码系统，对原有产品的全部零件进行相似性分析，按零件的形状、材料、功能和尺寸等特点组成设计族，进一步再接标准件，重复使用件和零件的相

似类型，汇编成零件图册或设计指导资料，并建立其相应的数据库。由于有了这些以科学分析为基础和便于检索的零件图形和特征要素数据库，在进行零件设计时，就不像过去那样，先画零件图，而是将待设计的零件转化为编码，按此零件编码直接从数据库中检索合适的零件。如果有完全适用的，就重复使用，不必重新设计；如果部分适用，就可以作适当的修改；如果实在找不到适用的类似零件而需作重新设计时，也还可以从特征体素数据库中，找到各种相似的功能要素，将相应的特征要素组合起来，结合系数化设计方法，就可较快地得到所需的新零件图形，并能同时输出 CAPP 所需的特征信息，为实现 CAD 与 CAPP 的集成创造了条件。上述设计过程可用图 5—24 来表示。

在设计工作中应用成组技术，据统计，在设计系列新产品时，约有 3/4 的零件图纸可以直接利用或稍加修改便可利用原有的零件图纸，仅有 1/4 的零件需要重新设计。这样就大大减少了产品设计的工作量，缩短了设计周期，节省了设计费用，使设计人员摆脱了一般性的重复劳动，集中力量抓关键性的零部件设计，提高设计工作质量。

（二）GT 与 CAPP 的关系。cAPP 是连接 CAD 与 CAM 的桥梁。成组技术应用于工艺准备，由于提高了零件的工艺继承性和零件加工的相似性，根本改变了现有生产技术准备不合理的状态。它不再以一种产品为对象进行技术准备，而是着眼于不同产品在结构和工艺上的相似性，按照多种零件组成的“加工族”进行工艺准备。这样使工艺准备的工作量得以减少。

图 5—24 应用成组技术后零件的设计过程

如上所述，在新产品设计时应用成组技术，可使 75％的零件有继承性。对于 25％新设计的零件来说，由于在加工工艺上的相似性有所提高，还可以通过相似性分析归并到已有的加工组中，这部分零件也就可以利用已有的工艺方法和工艺装备，于是剩下需、要新投产的零件种数甚至可以减少到 10

％。其结果，很明显可以得到两个好处：

（1）由于减少了新设计的零件种数，也就减少了编制工艺文件、设计和制造工装的工艺准备工作量，这不仅可以相应地减少设计工作量和设计人员，而且可以相应地减少工装制造量、缩小技术车间的规模。从而，可以克服生产准备忙乱被动的状态，缩短新产品投产的生产准备周期，促进产品的更新换代。（2）值得特别提出的是，这种生产准备工作的变革，使产品更新换代由过去的重新掌握新产品的过程，改变为仅仅重新调整生产的过程。因此，从老产品转变为新产品时；因大部分零部件，都是采用经过生产实践检验证明是行之有效的工艺和工装，而只需要进行局部的调整，所以，新产品在生产工艺上是相对稳定的，这对保证产品质量是十分重要的。

与成组工艺相适应的成组夹具的产生和应用，对简化工艺准备工作起到明显的作用。成组夹具是适合多品种生产的一种先进夹具。它根据相似性原理，将夹具设计成固定不变的基体部分和可换或可调的元件部分。在更换一种零件时，加工同一零件组的夹具基体部分不变，只要适当调整或变换可调元件就可以了，许多企业的实践证明，应用成组夹具，由于减少了专用夹具数量，就可以减少工装设计和制造工作量，缩短生产准备周期，从而能取得极大的经济效益。

过去，在组织中小批量生产时，受；日的批量概念的限制，认为单独为

一种零件设计和制造夹具不经济，因而许多零件的加工只限于使用低效率的简单夹具，工艺装备系数较低，严重影响了加工质量和生产效率的提高。应用成组工艺以后，由于工序批量的扩大，使许多过去使用专用夹具不经济的零件，也可以采用专用夹具了、工艺装备系数有了很大提高。由于这些专用夹具可以采用各种气动、液压驱动等各种先进结构，所以可以减少零件装夹时间和调整时间，也提高了加工质量。

应当指出，在应用成组技术的条件下，工艺装备系数高，并不意味夹具的品种和数量就一定多。这是因为在应用成组技术中，发展了如前所述的一具多用的成组夹具。一种成组夹具一般可用于几种甚至几十种零件的加工。这时，夹具种类和数量虽然少了，但使用夹具加工的工序却增加了很多。所以，工艺装备系数也就很高。

在应用成组技术下，计算机辅助工艺设计的工作流程如图 5—25 所示。

（三）GT 与 CAM 的关系。成组技术基于相似性原理，将结构、形状、工艺等相似的零件汇集成组，形成批量，并以此为基础，合理、有效地组织设计、制造工艺和生产及管理各个环节，减少不必要的重复，充分利用已有条件和新技术手段，建立效率与柔性兼优的新型生产系统——成组生产系统。研究表明，制造业如果不贯彻成组技术的思想、原理和方法，那么计算机数控、柔性制造系统和 CIMs 就不可能发挥应有的效用。如何以成组生产系统为基础向计算机集成制造系统转化，这是制造业企业面临的重要课题。

图 5—25 应用 GT 的计算机辅助工艺设计流程

随着成组技术应用的发展和制造设备的进步，成组生产系统采用的加工方式逐步发展，其基本形式有以下几种。

成组加工单机。成组加工单机是在机群式布置的基础上发展起来的。从工艺和经济的观点来看，成组加工单机是在一个工作地上，用同一种加工方法（例如车削加工），加工一个相似零件系列的布置形式，也就是说，成组加工单机的应用范围，是用同一种加工方式加工一个相似零件系列，并且是在一个工作地或一台机床上完成的。因此，在成组加工系统范围内，成组加工单机是加工过程合理化的初级形式。

数控机床，特别是加工中心，在成组加工单机中占有特殊地位。这时，一方面能在零件与数控机床之间实现最佳的匹配；另一方面，为了实现编程合理化，最重要的是要建立“数控程序族”。因为有了“数控程序族”，则无论是手工编程还是计算机辅助编程，均可实现编程合理化。

成组加工单元。成组加工单元的基本概念，是把加工区域划分成若干机床组，在一个机床组内，配备各种不同类型的加工设备，能完成某一个零件系列加工所需要的全部工序，而且加工顺序可在组内灵活安排。这种形式是加工过程合理化的中级形式。

在成组加工单元中，不仅单台数控机床和加工中心的应用，而发展到计算机数控和群控，将一个加工单元内，各个数控机床或加工中心的计算机数控小型计算机联成一体，这最终将为所有加工单元全面的群控打下良好的基础。

成组加工流水线。就是加工某一零件组的各个工作地，按一个固定的加工顺序来布置。这是成组加工系统中实现加工合理化的更高级形式。根据零件特征和车间性质，成组加工流水线能够采用合理的方法组织工作地之间

的运输，而各工作地有各自的装卸装置。

在生产过程中，如各工作地加工工时不等，那么就须在相应的地方安排零件存放处，或增加备用机床。当要求贵重的关键设备达到最佳利用率时，也可以采用上述办法来解决生产不平衡的问题。

成组加工流水线的优点非常接近大量生产。它不仅可以组织特殊零件流水线，也可以将那些较简单零件分成一组，形成流水线。这一特点具有重大的经济意义。

成组加工流水线和成组加工单元一样，不需单独给各工作地分配任务，只要给成组加工流水线提供一个作业计划表就够了。在作业计划表中，应列出各个零件的相似特征。用这种方法，为生产管理提供的工艺资料，将有助于以最合适的加工顺序来安排各机床的负荷。

柔性生产系统。计算机辅助生产的核心是发展柔性生产系统，后者也与成组加工单元的发展有关。随着由
CNC/DNC 系统控制的 NC 加工中心和加工单元的数量不断增加，依靠有效的成组作业计划，在加工单元内部和加工单元之间，利用机器人实现工具和物料管理与搬运全部自动化和一体化，以不断提高制造经济性这一点变得十分重要。因此，可以这样说，柔性生产系统是成组加工系统中实现加工过程合理化的最高级形式。

（四）GT 与生产管理的关系。成组技术根本改变了传统的生产组织方法，突破了旧的批量概念。它不再把各种产品和零件看成是孤立的相互无关的，它不以单一产品为生产对象，而是按照若干产品的零件结构和加工的相似性来组织生产。这样，尽管工厂生产的每种产品的需要量不大，但产品的品种较多，各种产品在结构和工艺上相似的零件数量就比较多，把这些具有相似性的零件组织在一起，就形成所谓“叠加批量”，也称为“成组批量”，而每一工序的成组批量，又常常简称为“工序批量”。

从以一种产品为对象的生产批量，发展到以多种产品的相似性零件为对象的成组批量或工序批量，这不是一般数量的增加，而是批量概念的一次飞跃。这种批量的扩大，就相当于把小批、中批生产的性质，改变为大批甚至大量生产的性质。因而，许多在大批量生产中行之有效的各种先进工艺，就可以用于中小批量生产，这不仅极大地提高了中小批量生产的工艺水平、提高了产品质量和生产效率，同时，也大大简化了中小批量生产条件下的生产组织工作。

我们知道，成组技术和 MRP 都是用于多品种小批量生产的高效方法，但在实践中应用两者各有其不足之处，如果将这两种方法组合在一起加以运用，恰好能弥补各自的不足。加工装配行业的产品，大多由大量的部件所组成，而部件形成一种分级结构。MRP 就是应用部件分解后，按零件来组织生产。但在产品的不同部件中，一般总有众多的部件（或零件），可以按成组技术概念分类而隶属于同一零件族。根据成组技术概念识别的这些相似零件，恰巧在产品结构中居于不同级别。这就有可能在机械加工车间采用成组加工，甚至在装配车间进行成组装配。但是，利用零件在设计上和工艺上的相似性，辨识并汇集相似零件。所以，成组技术只能提供一种借助于零件相似性而提高生产效率的途径，却无法直接满足生产上一些很实际而重要的时间分段要求。而 MRP 系统则根据主生产计划，能给定零件的需要量，以及何时需要的确切时间。

有鉴于此，将成组技术与 MRP 结合起来，建立一个用于多品种、中小批

量生产的有效生产计划和控制系统。因此，对成组技术和 MRp 一体化的问题，一直是制造业生产管理广受重视的课题，并已取得了实际效果。

通过以上分析成组技术与 cIMs 各主要子系统的关系，由此可见，CIMS 所需的大量标准化信息，都可以由成组技术系统所提供，这可以甲图 5—26 形象地表示出来。

图 5-26 成组技术向 CIMS 提供的标准信息