成组设计

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第180页（4012字）

把成组技术用于产品设计，习惯称为成组设计。实质是借助于零件分类编码系统，对企业产品(包括以前生产过现已停产的产品)的全部零件进行相似性分析形成设计族，按族的特征来设计零件的方法。这样设计时，只要将待设计零件转化为编码，根据检索结果，可以避免重新设计完全可用的零件，对部分可用零件只需适当修改，即使找不列可用件而要重新设计时，还可以从以设计族为基础建立的各种设计指导资料中查出各种相似要素，以增加新设计件的加工相似性。

1．成组设计的基本做法

成组设计的核心是相似件设计。对于通用化和系列化，一般只考虑个别参数或个别结构要素的相似，而成组设计则更多地从设计族来考虑结构相似与工艺相似。做法是把企业以及行业内规格类型众多产品中的组成零件归类成族。将产品中标准件除外的所有其他零件，按零件的相似性和重复使用特征划分为：相似类型件、重复使用件和特殊件。

关于相似类型件和特殊件的划分特征如前述。至于重复使用件，是指新产品设计的零件与原有产品零件相当时，只要能满足结构功能要求，就可以直接引用原有图纸的一类零件。

以上各类零件的相似程度不尽一致，在开展成组设计时，一般先对企业或行业内各类产品的组成零件进行调查和分析，以便建立设计族或加工族。分析时同样也是使用频数直方图。

2．成组设计的零件设计方法

运用成组设计进行产品及其零件的设计，目前用到的方法有相似类型件分级法和复合零件法。无论哪种方法，实质就是相似类型件的标准化。

(1)相似类型件分级法

相似类型件分级法是指把产品中相似类型件按相似性程度划分为不同的级别，然后针对各级的特征对零件进行不同程度设计的方法。这种方法保证了分属于不同级别的所有相似类型件，总能根据其不同程度实施标准化。因而，按这种方法设计零件，先要有按零件相似性程度划分的级。依据是结构相似性的基本内容即：

基本形状 表征零件的总体(内、外)形状。如轴类、圆盘类等。

功能要素 实现零件各种功能的部位即形状要素。如用以连接的螺纹、键槽、定位用销孔等。

功能要素排列 功能要素在零件上的排列和布置方式。

据此便可将企业或行业内各设计族中所有相似类型件划分为如表7．3．2．－1所示的分级。

表7．3．2－1 相似类型件的分级

Ⅲ级为主要类型，特点是这级零件在基本形状、功能要素及其排列三个方面均具有相似性，且有相当的出现频数，并都已标准化。因而，凡Ⅲ级的相似类型件，只需确定其主要尺寸。

Ⅱ级为基本类型，特点是这级零件只实现了基本形状和功能要素的标准化。这是因为在调查、分析零件时，功能要素排列的出现频数不够或没有达到规定的盈亏平衡线。应予注意的是这级在实现设计标准化的内容及程度方面大体上还与复合零件法相当。

Ⅰ级为单一类型，特点是这级零件仅功能要素实现了标准化。

在相似类型件分级的基础上，便可按标准化程度与零件的设计自由度，对零件予以不同程度的设计，如表7．3．2－2所列。其中以主要类型即Ⅲ级具有较高的标准化程度．只有一个设计自由度，如若出现频数更大时，就有可能将这级零件的主要尺寸及有关参数都予以标准化，转化为际准件。对于重复使用件除因使用频数较少，不值得进行标准化修订工作外，它还与标准件有共同之处，即二者皆不具有任何自由度。

表7．3．2－2 按标准化程度与设计自由度的零件设计

按相似类型件分级法来设计零件时、其工作程序一般步骤是：分类、分级、综合、总结。

分类、分级的目的与做法，具体见前。由分级过程可知，以第Ⅲ级相似类型件具有最高档的标准化。因为它在基本形状、功能要素及其排列三方面都实施了标准化，包括了Ⅱ级和Ⅰ级的标准化内容，Ⅱ级则包含了Ⅰ级的标准化内容。因此，在运用相似类型件分级法设计零件时，还需要对三个级别相似类型件的标准化内容进行综合分析。

综合分析时，先从功能要素的标准化开始，即把归属三个级别的功能要素按功能分组，并统计其出现频数，凡对频数超过规定值的功能要素就予以标准化。重点在第Ⅲ级相似类型件的功能要素标准化，因为这级内容必须全部予以保证。其次，综合分析Ⅲ级和Ⅱ级的基本形状，以便对其予以标准化。完成功能要素及基本形状的标准化后，就为相似类型件的标准化奠定了基础。而且第Ⅲ级相似类型件的设计标准化，是在已被标准化的基本形状的基础上排列已被标准化的功能要素。

对于特殊件，应着重功能要素及参数标准化，如导轨截面形状、主要孔形式及技术要求等。通常，对这类零件的功能要素予以标准化时，应与相似类型件的标准化统一起来全盘考虑。

此外，虽按标准化内容规定了各级的标准化程度，但都留有一定的设计自由度。因而，为使设计标准化进一步扩展，尚应对留给零件的设计自由度给出推荐数据和资料。

最后，在分类、分级以及综合的基础上，还应与国家、部门及企业等有关的标准化工作相结合进行总结，并用文件固定下来，即编制成组设计指导性资料，以作为今后设计的指导。

(2)复合零件法

复合零件法或样件法是指依据复合零件来进行零件设计的方法。

由实践积累经验知，设计族内诸零件在结构、功能要素方面虽不完全相同，但总会有一定程度的相似性。根据这一特征，就可创立能集中反映设计族内零件所有结构、功能要素的复合零件。具体做法一般是从设计族中挑选一富有代表性、结构比较复杂的零件为基础，再把没有包含进去的其他零件的结构、功能要素叠加上去，便形成了代表该设计族的复合零件。它可以是一个实际存在的某个具体零件，也可以是实际不存在而人为虚拟的一个假想零件。

设计零件时按复合零件，不仅便于设计时查阅和参考、而且为设计标准化提供了有效的依据。

3．成组设计指导资料的编制及应用

为较好的开展成组设计和检索，应有完善的、成套的资料。主要是：标准件图册、重复使用件图册以及相似件图册。

标准件图册应包括有按国家标准、部标准和企业标准生产的。企业编制该图册时，主要放在企业标准的制定上。

列出重复使用零件供选用，是公认减少零件种类、图纸数量比较合理的方法。做法是把功能相同、形状相似，功能、形状相同或功能不同、形状相同的一些相似零件汇集成族，从中挑出富有代表性的典型零件图汇编成重复使用零件图册，但不修改原来图样，只是减少品种，以便设计时选用。

大量的工作在编制相似件图册。做法就是按编码对零件族现有图纸设计、分析的基础上，将全部样件(即复合零件)的标准图样、基本形状标准图样和结构要素标准图样合在一起，并于图册前附上一览表，就形成了零件族的相似件图册，一般为如下内容：设计族名称、相似件特征矩图的检索码；样件标准图及其一览表、推荐数据、预印图纸；基本形状标准图及其一览表、推荐数据；结构要素标准图及其一览表。其中，样件的预印图纸与标准件、重复使用件的预用图纸的差别仅在于前者的预用图纸上的主要尺寸，是由设计者根据推荐数据选定的，如推荐数据不合适，也可另定。此外，在内容的排列上同样也应遵循Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅰ级的顺序。因为在设计零件时，总是力图达到主要类型的标准化程度。如若不行则求其次，并可参照基本类型的模式设计，最后，至少应要求所设计零件的功能要素标准化。

在具备有相似件设计指导图册后，那就是在新设计零件时，如何快速地把设计时需要采用和参照的图纸检索出来。工作程序一般如图7．3．2－1所示。检索顺序应从标准件和重复使用件开始，依次是主要类型、基本类型、单一类型。如若能在标准件和重复使用件中可以找到，只是选用的问题。如果有主要类型可以参考，仅是确定尺寸的问题：如果有基本类型可以参考，便是局部设计问题，如果仅单一类型可以参考，因仅功能要素可以选用，那就要重新设计。对一般简单的零件来说，半数以上的都能在主要类型和基本类型中找到可选用或可参照的模式。

图7．3．2－1 相似零件设计的工作框图