1.引言
现代机械工业生产中多品种生产占有优势比重，多品种生产的现状可以看作是机械工业生产现状的一面镜子。因此，多品种生产存在的问题反映了整个机械工业存在的问题。这些问题包括开发新产品的生产技术准备不合理、生产技术和生产组织管理十分落后、企业求全求大，成为规模大而效益差的全能型企业模式，整个机械工业的结构体制不利于发展零部件专业化和工艺专业化。解决这些问题可以采用的途径就是做到产品设计模块化、工艺准备标准化、生产体制专业化，以及生产系统柔性化。而这几个途径的共同要求就是要有一种手段来收集和分析有关同类相似零部件在设计、工艺和生产方面的资料，这种手段便是成组技术（GT-Group Technology）才能提供的产品零件分类编码系统。因此成组技术实际上是利用事物之间的继承性和相似性，通过相应得分类技术，达到把表面上零乱的事物各自归并成组的目的。传统的做法习惯于对每个事物采取孤立的原则和方法去解决相似或相同的问题，这必然导致不必要的多样化和重复性。在工艺设计中表现为出图的多样化和重复性，造成工艺的多样化和重复性。多样化导致生产和管理的复杂化，而重复性则是徒然的浪费资源。成组技术通过分类编码系统把设计标准化和工艺标准化联系起来，很好的解决了这个问题。实施成组技术的首要步骤是制定适合本企业使用的产品零件分类编码系统。这样，设计部门便可据此检索同类零件的图纸和其他设计信息或对该类零件进行标准化工作，工艺部门则可据此并结合生产流程分析而建立工艺相似零件组，制定标准工艺和相应的生产单元。劳资部门可以据此制定和检索同类相似零件的标准工时定额资料。财务部门可以据此核算和检索同类相似零件的标准成本资料。生产单元是实施成组技术的基本生产组织形式，它要求现有企业重新按生产单元来改建车间，重新调整和分配生产设备。企业必须在全面考虑实施成组技术的总体规划基础上，有计划、有步骤地依次建立生产单元。把成组技术与现代计算机技术所具有的处理信息快 ,储存容量大 ,检索方便灵活的特点融为一体 ,可以彻底克服常规工艺设计的弊端 ,借助于计算机技术的成组技术首先实现工艺设计的标准化 ,消除同类零件工艺设计的重复性和多样性 ,进而实现工艺设计的自动化 ,使工艺人员从重复性劳动中解放出来 ,将主要精力用于具有开创性的工艺研究上来。
2. 零件信息描述和成组工艺设计
2．1 零件信息描述的基本要求
要使计算机系统能接收、识别和处理零件的信息，CAPP系统首先要解决的问题是零件特征信息的描述和输入的问题，零件信息描述的关键问题是要对零件特征信息的标识即如何解决以数代形问题（代码化），零件信息输入的关键问题是设计友好的人机界面和数据存贮结构。最好从CAD系统中提取,这也是CAD/CAPP集成的关键， 但目前此项技术还不成熟[1]。零件信息描述是ＣＡＰＰ系统工作的基础 ,零件的信息包括结构形状、各组成表面的类别及配置关系、几何尺寸、材料及热处理要求、尺寸精度、形状精度、位置精度、表面质量等。因此 ,零件信息描述的基本要求是 :
1 ) 以最少的输入量，清楚而准确地描述零件。
2 ) 零件信息要足以使CAPP系统生成合理的工艺规程。
3 ) 尽可能充分利用零件的相似性,减少信息输入量。
4 ) 能容易地被计算机接受和处理。
5 ) 结构合理 ,易于工程技术人员编程。
2．2零件信息描述的方法
虽然零件信息的描述方法很多，但要运用成组技术使企业取得经济效益，必须把分类编码系统作为沟通企业各部门的共同语言。以此作为各部门分享公共数据库中所有产品零件信息的统一检索手段。这种方法就是成组编码描述法，它的意义不仅仅只是对零件的分类分组有用，更重要的是在于收集和检索有关零件从设计、工艺到生产的各种信息。
成组编码描述法最早是捷克斯洛伐克金属切削机床研究所的ＳＵＯＳＯ编码系统 ,后来在此系统基础上 ,演变出许多编码系统 ,如德国的ＯＰＩＴＺ系统 ,日本的ＫK -3系统等。JLBM-1系统是我国机械工业部门为机械加工中推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统。这一系统经过先后四次修订，已于1984年正式为我国机械工业部的技术指导资料。JLBM-l系统的结构可以说是OPITZ系统和KK-3系统的结合，它克服了OPITZ系统的分类标志不全和KK-3系统环节过多的缺点。JLBM-1系统的基本结构按编码分类，首先需将待分类的诸零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字或数字、字母兼用）。为此，需选用或制定零件分类编码系统。由于零件有关信息的代码化，就可以根据代码对零件进行分类。应指出，采用零件分类编码系统使零件有关生产信息代码化，将有助于应用计算机辅助成组技术的实施。JLBM-l系统的结构可以参阅有关的文献。企业推行成组技术要制定一个符合产 品本身特点和生产条件的分类编码系统。可以在已有的分类编码系统的基础上根据自身产品零件的结构---工艺特征修改形状码和加工码，或者合并零件的特征项，还可以增加码位[2]。
常用的其它零件信息的描述方法还有型面单元描述法、数据库法、专家系统软件处理法。型面单元描述法的出发点是任何一个机械零件都有若干个型面单元组成 ,如平面、螺纹等 ,每一种型面可用一组特征参数描述。数据库法是直接从ＣＡＤ系统所输出的零件设计信息获得工艺信息 ,使CAPP与ＣＡＤ链接。专家系统是人工智能的一个重要分支 ,通过计算机软件系统实现由专家分析、判断、决策复杂工艺问题的推理过程 ,基本组成由数据库、知识库和推理机构成。
2．3 CAPP系统的成组工艺设计
CAPP系统的成组工艺设计是建立在零件分组的基础上的，零件分组是推行成组技术过程中的一项重要工作，它是多品种小批量生产企业实现生产合理化的基础。零件的分组可归纳为4种，即结构相似零件组、工艺相似零件组、统一调整零件组以及同期投产零件组。实施CAPP系统的成组工艺设计就是要根据分类编码系统划分工艺相似零件组，利用分类编码原理进行工艺相似零件的分组方法有2种：特征数位法和分类码域矩阵法。而用生产流程分析原理划分工艺相似零件组又有多种方法，包括卡片法、核心机床法，聚类分析法 。还可以举出很多成组技术中用过的分组方法，例如：法国有人提出动态聚类原理，印度有人提出图论聚类分析，英国有人提出结合能……等[3]。此外尚有势函数法、模糊模式识别法等。
零件分组后便可以实施成组工艺设计。基于成组技术的ＣＡＰＰ工艺设计包括工艺设计的标准化和自动化。成组工艺设计是实现工艺标准化的主要方法 ,是以结构相近的若干零件组成的零件加工族为工艺对象。基本做法有复合零件法和复合工艺路线法。
1 ) 复合零件法。在结构相似的零件加工族中 ,产生一个虚拟零件,这个虚拟零件必须拥有同族零件的全部待加工的表面要素 ,然后按这个虚拟的零件进行工艺设计 ,如图 1所示一回转零件加工族的成组工艺设计。
2 ) 复合工艺路线法。这一方法是复合零件法的变通。对于非回转体结构的零件加工族 ,要想产生一个虚拟零件 ,有一定的难度 ,这时可用复合工艺路线法 ,从族内找出一个结构最复杂 ,工艺路线最长的零件作为代表 ,然后 ,将族内其他零件有的而代表零件没有的工序也加入 ,获得一条满足全族零件加工要求的复合工艺路线[4]。
3．应用成组技术开发ＣＡＰＰ系统的基本过程
1)选择编码系统对企业生产产品零件进行编码。选择零件分类编码系统，最好需用已有的比较成熟的系统，如果选择不到比较适合本企业生产零件的结构特点和要求的编码系统，可以选用一个编码系统作基础，作局部修改。
2)建立相似零件族。用成组技术分组方法划分零件族，划分零件族的依据和标准是零件的功能、结构形状相似性 ,工艺过程相似性等。
3)确定相似零件族的复合零件。根据所划分的零件族 ,绘制出包括族内所有零件结构和加工表面要素的复合零件。
4)建立相似零件族成组工艺卡片。依据所建立的相似零件族 ,制定包括全族零件所有零件加工工艺过程的工艺路线 ,得到满足全族零件的成组工艺 ,在此基础上 ,编制工艺过程工序卡片 ,形成标准工艺。
5)加工件工艺文件的生成。将标准工艺输入计算机系统数据库 ,被加工工件依据编码码值 ,可以从数据库检索出标准工艺 ,当不存在加工件的工艺时，可以补充输入加工件的信息进行工艺的创成，并可进行人机交互，对输出工艺进行编辑和修改以符合实际需要。这样的系统是派生式和创成式相结合的综合系统。 然后对有关参数如加工余量、切削用量、工时定额等进行运算 ,最后 ,按一定格式打印输出相应的工艺文件。
4.一个运用成组技术的CAPP系统实例
本系统采用检索式、派生式和创成式相结合，综合他们的优点，应用成组技术（GT）并采用人机交互方式作为补充的综合式系统。系统的工作流程如图所示。输入零件的分类码，搜索分类码域矩阵，是典型零件则直接由检索式CAPP系统检索出工艺文件。如果是相似零件则送入派生式CAPP系统，并进行工艺派生。否则，就由用户根据零件知识库中的信息输入知识，补充输入零件的详细信息，再转入创成式CAPP系统进行工艺创成，如果工艺文件需要稍加修改，则编辑修改。否则工艺文件典型化并保存工艺文件至典型工艺库，以备后用。系统中的零件知识库和工艺知识库及典型工艺库由知识维护模块统一进行维护。通过多次反复使用，系统中零件的典型工艺越来越多，系统逐步得到完善。
5.结束语
应用GT开发CAPP系统，重要的是利用零件的相似性，利用分类编码把零件分类成组，按零件组制定工艺集（也称工序工步词典）。这样，派生式CAPP系统可以通过检索相似零件组的工艺集进行工艺派生，并可进行人机交互加以修改和编辑而成。创成式CAPP系统则可根据相似零件组的工艺集为索引建立决策规则，从而建立工艺知识库。由于我国CAPP技术的一些关键问题如工艺决策逻辑的收集、整理和模型化，各种制造工程数据的收集、描述和统一数据库的建立以及系统集成化、标准化等工作尚未真正展开[5]。因此当前开发的CAPP系统应综合各种模式的优点，采用多层次、多种决策方式并存的分布式结构，建立以派生式和创成式相结合，人机交互方式作为补充，综合应用成组技术（GT）,专家系统技术等多种技术手段的综合式系统。这才能解决多品种生产企业的问题。
