成组技术与数控加工教学结合浅析
摘 要：随着我国数控技术水平的快速提高，数控加工在制造业中的应用也越来越普遍。要培养一名熟练的数控机床操作人员，最基本的过程还是勤学苦练，但随之带来的是大量的耗时耗材，而将成组技术引入到数控加工教学中，在很大程度上解决了实际中遇到的这些问题。
关键词：成组技术 数控加工 教学 结合
前言
随着数控技术的快速发展和广泛应用，数控机床拥有量不断增加，社会急需大量掌握数控加工技术的应用型人
才。然而要真正培养一名熟练的数控机床操作人员，最基本、最关键的过程莫过于“勤学苦练”，但随之带来的是消耗大量的人力、财力和物力。那么如何才能以尽可能少的消耗来保质保量地完成对数控机床操作人员的培训呢？成组技术作为一种先进的生产组织方式，其特点是把相似零件归并成组，按成组加工方式组织生产。而将成组技术引入到数控加工教学中，一方面极大地改善了授训者与受训者的劳动强度和成功感，提高教学效果；另一方面则可以节省大量的财力和物力，提高教学效益，这也是我国创建节约型社会的大势所趋。
1数控加工应用与教学现状分析
1.1数控加工应用现状
在发达国家中，数控机床已经大量普遍使用。我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2％，对于目前我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。原因是多方面的，数控应用型人才的匮乏无疑是主要原因之一，这就出现了引进机床容易却找不到编程员和操作工的局面。
随着我国经济实力和科技实力的发展，在国家的大力支持下，近年来我国的数控机床的研制和应用得到了极大的发展。涌现了以武汉华中数控、广州数控为代表的数控系统研发企业，全国有几十家机床生产厂家出品了普及型和高精度型数控机床。2005年，数控机床产值己接近全国机床产值的50％。同时，随着世界范围内的产业结构调整，我国成为世界工厂的趋势日趋明朗，国内数控机床的保有量和新增量快速提高，对数控应用型人才的需求越来越大。2004年，我国已将数控机床操作员列为10大紧缺人才首位，学习数控技术将大有可为。
1.2数控加工教学现状
数控技术的广泛应用，给传统的制造业生产方式、产品结构、产业结构带来深刻的变化，亦对传统的机制、机电类专业人材的培养带来新的挑战。目前，数控技术人才的培养主要分为高职、中职学校的数控专业的职业学历教育和社会上开办的各种中、短期的数控技术培训班二种形式。其中中职的“数控加工技术(机械制造工艺设备或先进制造技术)”专业，以机械加工为背景，重点在数控机床操作使用、数控加工工艺与编程、CAD/CAM等方面，这就需要在数控加工教学中安排更多的数控编程（结合数控加工工艺）和数控机床操作训练，才能更好地培养出满足用人单位需求的数控加工技术应用型人才。
数控专业教学改革和校本教材的开发、数控加工教学师资及实训设备的进一步优化解决了困扰数控专业发展的许多问题，但在数控加工教学过程中，实训成本及学生对数控加工技能的掌握程度是教学过程中必须考虑的二个主要问题。数控加工实训耗材耗能大，特别是现在学校大幅度增加学生在校实训时间和增加实训项目，对材料的消耗大大增加，办学成本也相应地提高，节约实训原材料和提高学生操作技能之间的矛盾日益突出，虽然为了降低实训成本，兼顾提高安全性，许多学校不用钢件，而换用其它材料进行加工。在数控车床上可以用铝棒、铜棒，塑料棒、尼龙棒，圆木棒代替；在数控铣床、加工中心上多用胶木块，铝块，石蜡代替，但是在用一些非金属材料代替金属材料的加工过程中，切削用量、加工质量等自然无法体会，学生就不能感受真实的加工情景，教学效果明显下降。同时大部分学生仅经过少量的训练，往往对一类零件的编程和加工不能很好地理解和掌握，或是掌握了也远远没有达到熟练的程度。
那么如何利用尽可能短的实训时间、尽可能少的材料消耗，达到理想的数控加工教学效果呢？本人认为，引入成组技术可以有效地解决上述问题。
2成组技术（GT）
成组技术是50年代由前苏联米特洛万诺夫首先提出来的。米氏发现并经实践证明：把相似零件归并成组，按成组加工方式组织生产，确能因为共用工艺装备而减少并简化调整设备费用，充分显示出成组加工的卓越经济效益。到60年代中期，英国的伯别奇提出了生产流程分析原理。由此，成组工艺进一步发展成为一种把生产技术与组织管理揉和成一体的综合技术——成组技术（Group Technology）。
成组技术利用事物之间存在继承性和相似性的这一基本思想，把表面上看似零乱的事物，利用它们之间的继承性和相似性，通过合理化和标准化的处理，达到将它们各自归并成组的目的。在机械制造中利用成组技术，将零件按有关的相似性准则（如结构、工艺、材料相似等）分成各种零件族，以求同一的方法解决，达到提高效率的目的。
3成组技术在数控加工教学中的应用
以数控车加工教学为例，教学中所用零件一般都是由内外圆柱面、内外圆锥面、成型面、内外圆柱螺纹、内外圆锥螺纹、各类槽等基本结构组成，这就为成组技术在数控车加工教学中的应用提供了结构支持，当然在其它数控加工教学中同样具有可操作性，甚至可推广到各类加工教学中。
3.1成组技术与数控加工理论教学相结合
在数控加工理论教学（主要指编程）中采用成组技术，通过对数控加工教学中已有的零件编码和分组，可以建立起数控编程教学的零件族。
当实施数控编程教学时，教师将要编程的零件的构思转化成相应的分类代码，然后按此代码对其所属零件组的零件结构和资料进行检索（可人工检索、也可通过建立数据库检索），从中选择可采用的零件结构，再稍加修改，然后提供给学生作编程训练用，而且可以做到一生一零件，既解决了学生相互抄袭的现象，也能让学生相互借鉴，另外也大大减轻了教师准备编程零件的劳动强度。下面这个例子就说明了成组技术在数控加工教学中的应用。
如果某位学生对此零件编程效果不理想，可立即给其提供不同结构的同类零件重新编程，当然也可给每位学生提供多个不同结构的同类零件让其进行编程训练，提高学生对同类零件编程的熟练程度。在此训练过程中，既能让学生将已掌握的正确知识迁移到新零件上，又能提醒学生改进不足，使其尽快熟练掌握此类零件的编程技巧，从而让学生更快地体会成功的喜悦，最终达到理想的教学效果。
3.2成组技术与数控加工实践教学相结合
同理，在数控加工实践教学（主要指实训）中采用成组技术，教师选择可采用的零件结构（往往是最基本的结构），提供给学生作实训用，当完成基本零件加工后，按零件族特点逐步增加零件结构，然后再次提供给学生训练，这样既保证了学生的训练机会，提高学生实训的熟练程度，又不至于消耗额外的材料，从而节约实训成本。其实这也符合加工类教学的实际情况，受训学生能力高低不同，相同的零件，对于水平好的学生来说可能过于简单，但对于水平不理想的学生则可能太难，而成组技术恰恰能解决这方面的问题，达到因人施教的目的。此外对于加工结构相同的零件，在数控加工教学中只要改变零件尺寸，还可以让后一组学生从大尺寸加工到小尺寸，极大地提高了材料的利用率，从而有效节约实训教学成本。
如果某位学生在数控加工实训中出现加工错误，且只要此错误不对后续结构造成严重影响，则可在不更换材料的情况下立即给其提供同类零件的不同结构重新加工。这样既减少了原材料的消耗，又能减少学生的挫折感，这在数控加工实训中也会起到意想不到的良好效果。
4结语
结合成组技术的数控加工教学，虽然在前期准备工作中需花费大量的时间和精力，但对后期开展教学带来了巨大的效益，不仅可以减少教师的备课时间和精力。最主要的是能够节约实训材料、减少学生编程课时和加工工时，并能使学生熟练掌握数控加工技术。
结合成组技术的数控加工教学，采用了渐进式教学方法和分层教学模式，使学生更易掌握所学知识，并在学习中领悟知识的迁移，体会成功的乐趣。
参考文献：
[1]熊熙，主编，数控加工实训教程，北京：化学工业出版社、教材出版中心，2003.8
[2]沈斌、陈炳森、张曙编著，生产系统学，上海：同济大学出版社，1999.8
[3]吴锡英，编，计算机辅助机械制造，南京：东南大学出版社，1990.5
[4]陈海魁，主编，机械制造工艺基础，北京：劳动社会保障出版社，2000.11
[5]顾力平，主编，数控机床编程与操作（数控车分册），北京：劳动社会保障出版社，2005.7□