第四章提高劳动生产率的途径

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1、第四章第四章 提高劳动生产率的途径提高劳动生产率的途径 第一节第一节 提高生产率的措施提高生产率的措施第二节第二节 成组技术成组技术1基本时间：q 定义:在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间q 组成辅助时间：布置工作地时间休息和生理需要时间准备终结时间2q 单件时间与单件工时定额计算 单件时间：SBACRTtttt单件工时定额：PQBACRtTttttB式中 tB基本时间 tA辅助时间 tC布置工作地时间 tR休息和生理需要时间 tP准备终结时间 B批量3q 缩短基本时间：提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）；采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等

2、）；采用复合工步，使多个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）。q 缩短辅助时间：使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具等）；使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，使工件装卸时间与加工时间重叠；采用在线测量，使测量时间与加工时间重叠等）4q 缩短布置工作地时间：q 缩短准备终结时间：主要是减少换刀时间和调刀时间采用自动换刀装置或快速换刀装置使用不重磨刀具采用样板或对刀块对刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术 5 在大批量生产中，由于采用专用、高效和自动化的生产设备，可以

3、获得高的生产率，低的生产成本，短的生产周期；而多品种、小批量生产则相反。例：CA6140 车床，最大加工直径400，实际加工 90 以上工件直径不足 100mm，机床利用率极低。在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间的约5，其余 95均为周转等待时间；加工时间中真正进行切削的时间不足30%。第二节 成组技术 6目前，单件小批量生产的产品占机械产品总数的 70 以上，并有继续增大的趋势。解决多品种、中小批量生产的有效途径是采用 GT。5 95调整、装夹、对刀、检测等切削30 70加工时间 运输与等待时间制造周期加工时间图4-1多品种、中小批量生产的时间分配7二次相似性结构（形状、尺寸、精

4、度）材料（材质、毛坯、热处理）工艺（加工方法、加工设备）一次相似性这种相似性主要表现在三个方面：8标准件复杂件相似件相似件2025%70%510%零件复杂程度零件出现频数图4-2 机械产品中不同复杂程度零件分布规律9图4-3 结构相似零件组10图4-4 工艺相似零件组1112图4-5 成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C413 20世纪 50年代，前苏联院士 在其著作“成组工艺科学原理”中首次提出“成组技术”。20世纪 60年代西欧研究 GT 形成高潮，代表人物首推阿亨工业大学 Opitz 教授，他所领导的小组进行了大量的调查研究工作，为成组技术提供了重要

5、的理论依据。20世纪 70年代，美国、日本接受成组技术，并迅速与计算机技术联系在一起，使其得到更好的应用。20世纪 80、90年代，GT 与各种新的制造方式相结合，成为现代制造技术的基础。GT发展过程：成组加工成组工艺成组技术成组生产系统1420世纪50末、60初学习苏联，首先在纺织机械行业试点实行，有清华大学、西安交大等高校参与。20世纪60年代中期以后，由于文化大革命，国民经济陷入混乱状态，GT 无从谈起。20世纪70末、80初，文革以后，自上而下推行，机械部推出 4 个试点单位，并组织制定了两个编码系统（JCBM-1，JLBM-1），对 GT 发展起到了推动作用。20世纪80年代中期后，

6、计划经济向市场经济转轨，采用 GT 成为企业自发的行为。15零件分类编码系统是用字符（数字、字母或符号）对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。Opitz 分类编码系统（图4-6，4-7，4-8）JLBM-1 分类编码系统（图1-21）特点：1）结构简单，使用方便2）对零件形状（特别是回转类零件）描述较完善3）适用范围较广（设计、工艺、管理）4）工艺信息反映不够充分5）对非回转类零件描述较粗糙16图4-6 Opitz 分类编码系统0123456789RotationalNonrotationalDigit1Part classL/D0.5Main shapeExternal sha

7、peelementMainshapeRotational machining Accuracy0.5L/D2SpecialL/W3L/H4L/W3L/W3L/H4SpecialMainshapeMainshapeMainshapeOriginal of raw materialsmaterialDimensions6789Internal shapeelementMachining of planesurfacesOther holes andteethMachining of planesurfacesOther holes andteethMachining of planesurface

8、sOther holes teeth&formingRotational machiningMain boreRotational machiningPlane surface machiningAdditional holes teeth&formingDigit2Digit3Digit4Digit5Form codeSupplementary codeDigit17Digit1Digit2Digit3Digit4Digit5NonrotationalPart class0123456789RotationalL/D0.50.5L/D3L/D3Smooth,no shape elements

9、0123456789ThreadExternal shape,External shape elementsno shape elementsOr smoothFunctional grooveStepped to both endno shape elementsThreadFunctional grooveFunctional coneOperating threadAll othersStepped one endStepped one endSmooth,no shape elements0123456789ThreadInternal shape,Internal shape ele

10、mentsno shape elementsOr smoothFunctional grooveStepped both endno shape elementsThreadFunctional grooveFunctional coneOperating threadAll othersPlane surface machining0123456789Surface plane and/or curved in one direction,externalNo surface machiningExternal plane surface related by graduation arou

11、nd circleExternal groove and/or slotExternal spline(polygon)External plane surface and/or slot,external splineInternal plane surface and/or slotInternal spline(polygon)Internal/external polygon,groove and/or slotAll othersAuxiliary holes and gear teethNo auxiliary holeAxial,not on pitch circle diame

12、ter0123567894Axial,on pitch circle diameterNo gear teethWith gear teethRadial,not on pitch circle diameterAxial/radial,and/or other directionAxial/radial,on PCD and/or other directionAll othersSpur gearteethBevel gearteethOther gearteeth图4-7 Opitz 分类编码系统回转体零件形状码18图4-8Opitz 分类编码系统辅助码（69位）Steel,Heat t

13、reatment0123456789012345678901234567890123456789Diameter(Length)MaterialAccuracyOriginal shape of raw material2020 5050 100100 160160 250250 400400 600600 10001000 20002000Nodular iron242mmKgb/242mmKgb/Alloy steel(Heat treatment)Nonferrousmetal Light alloyAll othersCast ironPipe Machinedworkpiece Ca

14、sting andforgingsL,U,T etc.section steelBar(heat rolling)Bar(cold rolling or drawing),etc.bar SheetStick plateWeldmentUndefined 2 3 4 5 2+3 2+4 2+5 3+4 2+3+4+5 Digit 6Digit 8Digit 9Digit 7Alloy steel Steel Steel 19名称类别粗名称类别粗分类分类0123456789回回转转类类零零件件非非回回转转类类零零件件轮盘类轮盘类环套类环套类销杆轴销杆轴齿轮类齿轮类异形件异形件专用件专用件杆条类杆

15、条类板块类板块类座架类座架类箱体类箱体类名称类别名称类别细分类细分类0123456789盘盖盘盖防护盖防护盖法兰盘法兰盘带轮带轮手轮手轮离合器离合器分度盘分度盘滚轮滚轮活塞活塞其它其它回转类零件的形状及加工码回转类零件的形状及加工码外部外部形状形状加工加工基基本本形形状状功功能能要要素素内部内部形状形状加工加工基基本本形形状状功功能能要要素素平面平面曲面曲面加工加工外外平平面面内内平平面面辅辅助助孔孔成成形形刻刻线线辅助码辅助码 材材 料料 毛毛坯坯原原始始形形状状 热热处处理理主要主要尺寸尺寸 精精度度 直直径径或或宽宽度度 长长度度非回转类零件形状及加工码非回转类零件形状及加工码图4-9

16、JLBM-1 分类编码系统20图4-10 压盖零件编码（001021103050736)240 700.80.8其余3.2211）综合零件包含了零件组内所有零件的结构要素，它可以是一个实际零件，但更多情况是一个假想零件。按综合零件编制工艺规程，则该工艺规程包含了零件组内所有零件的工艺内容。综合零件法多用于回转体零件的成组工艺过程设计。2）将零件组内所有零件的工艺内容综合在一起，形成成组工艺。多用于非回转体零件的成组工艺过程设计。22综合零件图4-11 综合零件实际零件【例】23特征矩阵特征矩阵综合零件综合零件成组工艺过程卡成组工艺过程卡车间车间零件组代号零件组代号页页工序号工序号工工 序序 名

17、名 称称 及及 内内 容容机机 床床适适 用用 零零 件件车右端面,打中心孔,车外圆(留磨量)车螺纹,倒角,切槽,切断1C6132 A B C D E2车左端面,打中心孔,倒角铣键槽（铣横槽,铣扁）3C6132X51W4调质5研中心孔C61326磨外圆M121 1 2 3 4 5 6 7 8 90123456789241）加工单元组织形式 成组单机 成组单元 成组流水线 成组柔性制造系统图4-12 成组单元布置形式a）机群式布局 G G GDDMM进出料口 L L L L L L A AMMb）成组单元布局 L L L M M D D G G A出料口进料口25图4-13 FMS自动仓库工厂计

18、算机中央计算机物流控制计算机信 息 传 输 网 络加工单元1加工单元2加工单元n运输小车工夹具站式中 Qj计算的机床台数 Ni 第 i 种零件年需求量 tij 第 i 种零件在第 j 种机床上的单件工时 F 机床年台时基数FtNQniijij1F=250 M 8 K式中 M 班次 K 开机系数，常取0.90.95计算机床台数：27一般要求：0.85关键、稀少设备允许=1.11.2简单设备值可适当减小负荷调整与平衡：负荷过低，可几个单元共用一台机床 也可扩大单元内零件组数或组内零件数机床负荷率：jjQQ 实际机床台数：Qj Qj28 零件标准化内容零件名称标准化零件结构标准化零件标准化29 零件

19、结构标准化等级与标准化要素之间的关系：标准化等级简单标准化基本标准化主要标准化完全标准化标准化要素功能要素 基本形状功能要素配置主要尺寸设计标准化与工艺标准化的关系：基本形状标准化 主要工艺过程（工艺路线）标准化 功能要素标准化 工序、工步标准化功能要素配置标准化 次要工序及工艺顺序标准化 主要尺寸标准化 工艺装备标准化 设计标准化工艺标准化30成组生产单元是一种先进的生产组织形式，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。按成组工艺进行加工，可使零件加工流向相同，这不仅有利于减少工件运

20、动距离，在安排作业计划时，也有规则可循。要求按工艺相似零件组（而非按产品）安排生产计划，需要打破旧的生产计划方式，而代之以按零件组安排生产进度计划。除了要转变传统观念以外，采用计算机辅助生产管理方法也是必要的。31从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题可以提高工艺过程设计的质量，并有利于实现工艺过程设计的优化和标准化可以使工艺设计人员从烦琐重复的工作中解放出来，集中精力去提高产品质量和工艺水平CAPP 是连接 CAD 和 CAM 系统的桥梁，是发展计算机集成制造的不可缺少的关键技术设计效率低，周期长，成本高不必要的花色繁多，不利于管理设计质量参差不齐，难于实现优化设计工艺人员短缺和老

21、化是全球机械制造业面临的共同问题32该类系统以成组技术为基础，根据零件编码查找所属零件组，调出零件组的标准工艺，进行适当的编辑或修改，生成所需的工艺规程。零件组矩阵零件编码查 找零件组输入表头信息工艺规程格式工艺规程打印输出标准工艺路线文件标准工序文件图4-14 CAM-I 推出的派生式 CAPP 系统框图工作要素处理应用程序工艺路线检索/编辑标准工序检索/编辑工艺规程存储器33标准工艺规程文件特征矩阵文件零件图编码第零件组零件组形成工艺过程设计a）准备阶段 图4-15 派生式 CAPP 系统工作的两个阶段零件图标准工艺检索编码第零件组零件组搜索工艺 规程（编辑）b）使用阶段派生式 CAPP

22、系统工作的两个阶段34派生式 CAPP 系统特点：1）程序简单，易于实现。目前多用于回转体类零件CAPP系统。2）需人工参与决策，自动化程度不高。3）具有浓厚的企业色彩，局限性较大。从无到有生成（工艺决策算法和逻辑推理）零件信息描述零件工艺过程 35例：普渡大学APPAS（Automated Process Planning and Selection）系统是一个实验性系统，适用于非回转类零件表面加工方法的生成 每一加工表面用一数组表示：孔 AT（40）面 AT（32）槽 AT（31）数组各元素含义：表面编号；表面类型（如：1圆孔，2平面，3槽）；类型号码（取决于类型，如孔：1圆孔，2锥孔，3

23、螺孔）；材料类型（如：1铸铁，2球铁，3钢）；材料硬度 零件加工表面信息输入36派生式CAPP系统完全以人的经验为基础，难于保证设计最优，且局限性较大；完全创成式CAPP系统还不成熟。将两者结合起来，采用部分创成，部分派生（或部分人工干预）的方法是一种可取的方案。半创成式CAPP系统特点：1）集派生式及创成式系统的优点，又克服两者的不足。2）目前为多数 CAPP 系统采用。例例：神户大学开发的半创成式CAPP系统（图4-16）37热处理、表面处理、手工作业等补充加工顺序和工序修正加工顺序处理机床选择调入一个零件数据机床组合零件数据工艺规程处理完否？NY工艺规程打印策略存储器机床文件 加工顺序存

24、储器1000个零件数据 余量、精 度存储器动态制约：例轴长径比限制；淬火后只能磨确定加工方法策略；机床选用顺序；机床选用策略典型加工顺序检索确定加工余量划分加工阶段人工干预动态存储器图 416 神户大学半创成式 CAPP 系统程序框图38 零件加工表面可分为基本形面和辅助形面；形面可用特征参数进行描述；形面与一定的加工方法相联系 较粗糙，信息输入不完整 多用于只需制定简单工艺路线的场合 只适用于派生式CAPP 系统1）成组编码法：输入工作量大是其主要的弱点2）形面描述法：可完整地描述零件的几何、工艺信息，是目前 CAPP 系统使用最多的信息输入方法 多采用菜单（交互）方式输入，便于操作39 1

25、.圆柱面 2.圆锥面 3.圆柱齿轮 4.圆锥齿轮 5.蜗轮齿形 6.花键 7.螺纹 8.滚花 9.退出外部基本形面菜单1.直径：上偏差：下偏差：2.长度：上偏差：下偏差：3.表面粗糙度（Ra）：4.是否基准面：5.形位公差代号：公差：基准：6.有无辅助面？有 无外圆柱面特征参数 1.径向孔 2.端面孔 3.径向螺孔 4.端面螺孔 5.圆弧槽 6.矩形槽 7.端面槽 8.斜孔 9.退出外部辅助形面菜单圆柱面有403）与CAD系统相连接 通用接口、专用接口、共享数据库 由于目前CAD系统多为实体造型系统，需采用特征识别的方法补充输入工艺信息 发展基于特征造型的CAD系统是长久之计41 特点：1）直

26、观，容易建立，便于编程 2）难于扩展和修改 形式：由树根、节点、分支构成；分支上方给出向一种状态转换的可能性或条件（确定性条件）条件满足，继续沿分支前进，实现逻辑“与”条件不满足，回出发节点并转向另一分支，实现逻辑“或”分支终点列出应采取的行动（决策行动）1）决策树42E3（螺孔）E1（孔）E2（槽）E4（位置度公差0.05）E5（0.05 位置度公差0.25）E6E7（直径公差 0.05）E8（0.05 直径公差 0.25）E9（直径公差 0.25）（位置度公差0.25）A1坐标镗A2精镗A3半精镗A4粗镗A5铣A6钻孔，攻丝表面图417 加工方法选择决策树【例】43特点：1）表达清晰，格式

27、紧凑，便于编程 2）难于扩展和修改 用表格形式描述事件之间逻辑依存关系。表格分为4个区域（图4-22），左上角为条件项目，右上角为条件组合，各条件之间为“与”的关系，左下角列出决策项目，右下角为各列对应的决策行动，决策行动之间也是“与”的关系，决策表的每一列均可视为一条 决策规则。2）决策表 例例：加工方法选择决策表（前例）44图418 加工方法选择决策表螺孔槽孔位置度公差0.050.05位置度公差0.25位置度公差0.25直径公差0.050.05直径公差0.25直径公差0.25粗镗半精镗精镗坐标镗铣钻孔，攻丝 45 派生式 CAPP 系统利用成组技术原理和典型工艺过程进行工艺决策，经验性较强

28、。创成式 CAPP 系统利用工艺决策算法（如决策表、决策树等方法）和逻辑推理方法进行工艺决策，较派生式前进了一步，但存在着算法死板、结果唯一、系统不透明等弱点；且程序工作量大，修改困难。采用专家系统进行工艺决策1）什么是专家系统：在特定领域内具有与该领域人类专家相当智能水平的计算机知识程序处理系统计算机知识程序处理系统。专家系统主要用于处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题（工艺过程设计正属于这类问题）。46事实知识（手册、资料等共有的知识）过程知识（推理原理、规则、方法）控制知识（系统本身控制策略）2）专家系统的构成：知识库 用于存储专家知识，包括：推理机具有推理能力，可以根据

29、问题导出结论 数据库存放事实（包括输入信息和推理得到的事实）图419 专家系统的构成知识库数据库推理机知识获取专家用户接口47其中产生式规则较符合工艺规程设计中人的思维方式，因而使用较多。产生式规则的基本形式为：IF 条件1 AND 条件2 OR 条件3 THEN 结论1可信度 a%结论2可信度 b%3）知识表达与获取 谓词逻辑语义网络框架产生式规则 知识表达48产生式规则优点：推理过程符合人的思维方式，易于接受；推理结论的可信度使其能进行非确定性推理。产生式规则缺点：格式较死板，在某些情况下需重复搜索而影响效率 4）推理机制 推理：依据一定规则，从已知事实和知识推出结论 CAPP专家系统推理机制属于基于知识的推理，通常采用反向推理的控制策略 知识获取：由知识工程师来完成 由工艺人员会同软件工程师一同来完成 由工艺人员构建专家系统49