基于產品族思想縮短新產品工藝準備周期

孫捷夫 劉哲

摘? 要：工藝準備環節是新產品生產過程中重要環節，而工藝規程的編制工作是工藝準備的最核心內容，產品族思想是解決工藝準備工作中各項問題的根本方法，文章以產品族思想為核心，結合零件特征提取、成組碼編制、聚類分析、構造復合零件等手段，實現工藝規程的成組化，進而縮短新產品工藝準備周期。實踐表明，文章提出的方法不僅對縮短工藝準備周期效果顯著，而且有效地提高工藝規程編制質量。

關鍵詞：航空制造;工藝規程;工藝準備;產品族思想;復合零件法;成組化管理

引言

在航空制造領域，“多品種、小批量”產品所占比例高達90%[1]。該生產模型具有產品更迭快速的特點，在新產品完成設計后投入生產前需要進行工藝準備工作，工藝準備階段工作一般包括工藝規程編制、工裝設計制造、刀量具選用等，而工藝規程的編制是工藝準備階段的核心內容，以工藝規程編制為例，傳統工藝規程編制方法是按人工方式逐件設計企業零件的工藝過程，也稱之為單獨工藝，單獨工藝的明顯缺陷是忽視了零件之間的內在聯系，一方面導致工藝規程的質量在很大程度上取決于工藝人員的個人主觀因素;另一方面，采用手工方式對零件逐件編制工藝規程的勞動量極大，而且效率低、出錯率高，使得工藝人員沒有精力去改進現行工藝[2]。

針對該問題，本文提出以產品族思想為核心的工藝準備成組化方法，對零件進行分組歸類;以復合零件法為手段，對每一組零件進行工藝準備工作，實現工藝準備成組化。

1.以產品族思想為核心的工藝準備成組化實施步驟

以產品族思想為核心的工藝準備成組化實施主要包括兩個階段：成組工藝數據庫的建立和新零件工藝數據檢索和編輯。

（1）建立成組工藝數據庫階段：

①對所采集零件特征情況進行統計分析，設計零件特征的成組碼編制規則;

②以成組碼為基礎，利用聚類分析法對現有零件進行分組歸類;

③利用復合零件法，對每組零件設計虛擬復合零件，編制該復合零件的成組工藝規程、工裝設計圖紙、刀量具選用情況表等內容。

（2）新零件工藝數據檢索與編輯階段

①提取新零件關鍵特征并對其編碼;

②利用聚類分析法按相似程度檢索類似零件及其所在分組，提取該組的成組工藝數據;

③對類似零件或成組工藝數據進行編輯。

2.2零件成組碼的設計

零件編碼的目的是用規定的字符代表復雜繁多的特征內容，實現“以碼代性、以碼代型、以碼代形”。主要編碼原則如下：

（1）碼位數值分布必須以零件特征值分布情況為依據，力求特征值分布均勻，且具有可擴展性，增加成組碼的柔性;

（2）作為代碼還必須易于辨認，以便于記憶和彼此區分，防止發生混淆和差錯。

按照上述原則，本文采用數字和字母混合的代碼兼有上述兩原則的優點。

3.基于聚類分析法的零件分類

通過聚類計算形成產品族，在進行聚類計算之前，引人相似系數的概念，令加工零件的成組碼的位數為C，兩零件相同碼位的數量為Cij，則兩零件之間相似系數Sij為：

若Sij=1則兩個零件完全相似，若Sij=0則兩個零件完全不相似。將把相似零件進行分組需要利用相似系數矩陣表，設有5個零件分別為X1、X2、X3、X4、X5，利用聚類分析法對零件進行分組的主要步驟如下：

①利用公式（1）計算出所有零件之間的相似系數，并將計算結果填入原始相似系數矩陣表中，如表2所示。

②將表1中相似系數數值最高的一對零件聚合為一組。表2中Sij（max）=S23=0.97，因此。X2和X3聚合為一組X11。

③將表1中X2和X3兩項取消，取而代之的是X11，按公式（2）重新計算相似系數，并將計算結果填入表2中。

其中，設組Xp與Xq聚合成新組Xr，它們分別有np，nq及nr個零件，Skr代表任意一組零件與新組Xr之間的組相似系數。

④由表2可知，X5和X11相似系數最高，將X5和X11聚合成新組X12，重新上述過程，直至零件分類終止條件滿足為止。。

4.成組工藝準備的設計

將零件進行分組之后，需要對每組零件編制成組工藝規程、設計工裝刀量具等工作，作為后續編制新零件工藝準備的依據，設計成組工藝準備方法選用復合零件法。

復合零件既可以是零件族中實際存在的某個具體零件，也可以是一個實際上并不存在的假象零件。作為復合零件都必須擁有同組零件的全部待加工的表面要素。由于組內其他零件所具有的代加工表面要素都比復合零件的少，所以按復合零件編制的成組工藝必然可以包括加工零件組內所有零件，再組織經驗豐富的專家和技術骨干對每組的成組工藝規程、工裝刀量具等進行編制，工藝人員只是需要從成組工藝數據中刪除部分新零件不具有的加工特征表面，即可得到新零件的工藝信息。這樣保證工藝準備工作的準確性和標準化。

5.結論

對本單位240項新零件進行工藝準備工作，整體工藝準備時間縮減50%，其中編制工藝規程平均時間縮短65%。本文所提出的方法對其他企業的同類問題的解決具有借鑒意義。

參考文獻：

[1]司徒渝，武友德，許明恒. 成組工藝技術在軸類零件數控車削加工中的應用[J]. 機械設計與制造.2008，8（8）184-186.

[2]英鳳雷. 飛機機械加工零件成組加工的做法與體會[J].對策建議，2015，7（1）128.