成組技術(shù)在核電產(chǎn)品零件工藝中的應(yīng)用

顧乃彥，苗 瑞，張光慶

（1.上海交通大學(xué)，上海 200030；2.上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠，上海 200090）

0 概 述

某些核電設(shè)備零件的制造屬于多品種小批量生產(chǎn)，以往的核電零件制作工藝編制，采用每個(gè)零件一張工藝卡的編制模式，不僅使編制工藝文件的效率較低，而且不能形成零件的標(biāo)準(zhǔn)工藝，導(dǎo)致同類零件具有多種不同的加工工藝。同種零件的工藝被重復(fù)設(shè)計(jì)，不能形成規(guī)范和統(tǒng)一的工藝文件，不利于穩(wěn)定產(chǎn)品制造的工藝流程?，F(xiàn)利用成組技術(shù)對(duì)核電產(chǎn)品的零件進(jìn)行分類成組，對(duì)典型零件建立標(biāo)準(zhǔn)工藝過程卡，從而能快速設(shè)計(jì)規(guī)范統(tǒng)一的零件工藝，縮短工藝技術(shù)準(zhǔn)備的周期，提高核電零件工藝文件的編制質(zhì)量。

1 成組技術(shù)概念

成組技術(shù)（group technology簡稱GT）是“將企業(yè)的多種產(chǎn)品、部件和零件，按一定的相似性準(zhǔn)則分類編組，并以這些組為基礎(chǔ)，組織生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)多品種中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理的合理化”的一種先進(jìn)技術(shù)。它以產(chǎn)品零件為對(duì)象，把同類零件歸并在一起，用相同或相似的方法成組地進(jìn)行處理，以消除多品種生產(chǎn)中設(shè)計(jì)、工藝、制造和管理中的大量重復(fù)性作業(yè)［1］。

2 零件分組常用方法［2］

零件的分組方法可歸類為多種形式。當(dāng)被加工的零件數(shù)量不多時(shí)，可采用視檢法；當(dāng)采用生產(chǎn)流程分組法時(shí)，即是以工廠現(xiàn)行的工藝過程等有關(guān)技術(shù)資料為依據(jù)，其目的是尋求工廠本已客觀存在的加工族并利用其相應(yīng)的加工設(shè)備組，這種方法比較全面地應(yīng)用了現(xiàn)有生產(chǎn)條件的相似性，廣泛應(yīng)用于零件分類。特征編碼分組法是通過零件編碼來分組，該方法也叫特征數(shù)據(jù)法或特征矩陣法；特征指標(biāo)綜合比較法一般用于比較復(fù)雜的精確聚類分析。

（1）視檢法

視檢法是有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的人員通過對(duì)零件圖紙仔細(xì)閱讀和判斷，將具有某些特征屬性的一些零件歸結(jié)為一類。視檢法的效果取決于個(gè)人的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，常附屬了某些主觀性和片面性。

（2）生產(chǎn)流程分組法

生產(chǎn)流程分析法PFA（Production Flow Analysis）是以零件生產(chǎn)流程及生產(chǎn)設(shè)備明細(xì)表等技術(shù)文件為依據(jù)，通過對(duì)零件生產(chǎn)流程的分析，將工藝過程相近的或使用同一組機(jī)床進(jìn)行加工的零件歸結(jié)為一類。采用此法分類的正確性與分析方法和所依據(jù)的工廠技術(shù)資料有關(guān)。采用此法可以按工藝相似性將零件分類，以形成加工族。

（3）特征編碼分組法

按特征編碼分類，首先將待分類的諸零件進(jìn)行編碼，即將零件的有關(guān)設(shè)計(jì)、制造等方面的信息轉(zhuǎn)譯成特征編碼。

（4）模糊聚類法

用聚類法對(duì)零件分組時(shí)，先要定義相似系數(shù)，統(tǒng)計(jì)計(jì)量來描述零件與零件的相似性。聚類的過程是組數(shù)由多到少逐次合并的過程，這需要一定的法則去構(gòu)造類相似的統(tǒng)計(jì)量來描述類之間的相似程度。常用的類相似系數(shù)定義方法有最遠(yuǎn)距離法、最近距離法、類平均法等。依據(jù)不同類相似的構(gòu)造方法，得到不同的分類結(jié)構(gòu)。在有些專業(yè)文獻(xiàn)的描述中，認(rèn)為平均法可取得較合理的分類結(jié)果。綜上所述，用傳統(tǒng)方法分組存在一個(gè)模糊性問題，零件與零件之間的相似是一個(gè)明確關(guān)系，而類與類之間的相似程度并不明確。因此，用模糊數(shù)學(xué)的語言和方法，描述和解決聚類問題更為方便。

3 零件編碼系統(tǒng)的建立

3.1 核電項(xiàng)目產(chǎn)品的特點(diǎn)

核電零件的制造屬于多品種小批量生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)與制造上有其獨(dú)特的特點(diǎn)。（1）在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)上具有很大的相似性，如圓柱形壓力容器的主要零件均為封頭、筒體、接管法蘭和支座等。（2）在工藝制訂上，均屬于過程卡作業(yè)。（3）被制造的產(chǎn)品具有類同的特征，所以制造工藝存在相似性，因此具有成組加工的特點(diǎn)。

3.2 零件分組

根據(jù)核電項(xiàng)目產(chǎn)品的形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及類同零件制造工藝的相似性，并結(jié)合實(shí)際加工情況的特點(diǎn)，將核電產(chǎn)品零件主要分為以下幾個(gè)零件族，如圖1所示。

圖1 核電產(chǎn)品典型零件族

3.3 編碼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

典型零件族編碼是由字母和數(shù)字編成的5組代碼，如圖2所示。零件編碼的碼位共有8位，第一、第二位編碼（第一組代碼）代表零件所屬的產(chǎn)品類型代碼；第三、第四位編碼（第二組代碼）代表零件所屬的產(chǎn)品子類型代碼；第四、第六位編碼（第三組代碼）代表零件所屬產(chǎn)品的子類型型號(hào)代碼；第七位編碼（第四組代碼）代表零件的類型編碼；第八位編碼（第五組代碼）代表零件的子類型編碼。

圖2 典型零件族編碼

典型零件的編碼規(guī)則，分別見表1、表2、表3。

表1 產(chǎn)品分類編碼表

表2 產(chǎn)品的子類型及型號(hào)編碼表

表3 零件類型和零件子類型編碼

4 核電產(chǎn)品成組工藝的建立

4.1 制定成組工藝過程［3］

零件分類成組后，便形成加工族。針對(duì)不同的加工族，制定適合于族內(nèi)各零件的成組工藝，編制成組工藝的方法有2種：復(fù)合零件法和復(fù)合路線法。

（1）復(fù)合零件法

按照零件族中的復(fù)合零件來設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的方法稱為復(fù)合零件法，或樣件法。復(fù)合零件法一般適用于回轉(zhuǎn)體類零件。所謂復(fù)合零件是擁有同組零件的全部待加工表面要素的零件。復(fù)合零件可以是現(xiàn)實(shí)中的零件，也可以是虛擬零件。復(fù)合零件包含了加工族內(nèi)其它零件所有的待加工要素，所以，按復(fù)合零件設(shè)計(jì)的成組工藝，僅需刪除不包含某零件所用的工序和工步內(nèi)容，便成為加工族內(nèi)其它零件的加工工藝。

（2）復(fù)合路線法

對(duì)于非回轉(zhuǎn)體類零件，因零件形狀不規(guī)則，選定這類加工族的復(fù)合零件較為困難，所以常采用復(fù)合路線法。

復(fù)合路線法是在零件分類分組的基礎(chǔ)上，對(duì)同組零件的工藝路線進(jìn)行比較，以組內(nèi)最復(fù)雜的工藝路線為基礎(chǔ)，然后將此路線對(duì)比組內(nèi)其他零件的工藝路線，凡組內(nèi)其他零件需要工藝路線均需一一添上，最終形成能滿足全組零件加工要求的成組工藝。

4.2 核電產(chǎn)品成組工藝的確立

根據(jù)核電產(chǎn)品零件分類編碼的原則，對(duì)核電產(chǎn)品分類后的零件編寫成組工藝?，F(xiàn)以橢圓封頭類零件為例，進(jìn)行說明。

4.2.1 橢圓封頭類零件

對(duì)于核電產(chǎn)品中的橢圓封頭類零件，可歸類為4種典型的橢圓封頭零件。橢園封頭類零件，見圖3所示。

圖3 橢圓封頭類零件

封頭為回轉(zhuǎn)體類零件，因此對(duì)于封頭零件采用復(fù)合零件法來編制其成組工藝。

（1）A類型的封頭零件

這類封頭零件的加工工藝過程為：

劃下料線→下料→去渣修磨→校平→外包壓制。

（2）B類型的封頭零件

這類封頭零件的加工工藝過程為：

劃下料線→下料→去渣修磨→校平→外包壓制→劃十字中心線→開孔→去渣修磨。

（3）C類型的封頭零件

這類封頭零件的加工工藝過程為：

劃下料線→下料→去渣修磨→校平→劃拼縫余量線→加工拼縫坡口→拼縫擺搭→焊妥拼縫→修磨拼縫→校平→焊縫無損檢測(cè)→外包壓制。

（4）D類型的封頭零件

這類封頭零件的加工工藝過程為：

劃下料線→下料→去渣修磨→校平→劃拼縫余量線→加工拼縫坡口→拼縫擺搭→焊妥拼縫→修磨拼縫→校平→焊縫無損檢測(cè)→外包壓制→劃十字中心線→開孔→去渣修磨。

從各類型封頭零件的加工工藝流程的分析比較中，可看出D型封頭零件的加工工藝過程，包含了組內(nèi)其它零件所具有的所有待加工表面要素，因此在核電產(chǎn)品工藝標(biāo)準(zhǔn)化的過程中，應(yīng)將D類型的封頭零件工藝做成標(biāo)準(zhǔn)化工藝，以后遇到封頭類零件的工藝卡編制，只要根據(jù)產(chǎn)品圖紙，對(duì)照核電標(biāo)準(zhǔn)化工藝，對(duì)于某些不需要的工序直接刪除，即可快速準(zhǔn)確并且規(guī)范的完成零件工藝卡的編制。

5 結(jié) 語

核電是不可或缺的高效能源之一，面對(duì)巨大的核電設(shè)備制造市場，利用成組技術(shù)不僅可以快速完成核電產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)，縮短技術(shù)準(zhǔn)備周期，而且能夠提高相應(yīng)產(chǎn)品的加工質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的敏捷制造，使企業(yè)能夠抓住核電發(fā)展帶來的巨大市場機(jī)遇，提高公司的技術(shù)競爭力及盈利能力。