1 引言
加速开发新产品、提高市场占有率，虽已成为各行业特别是机械工业界的热点共识，但实际效果却很不理想。几十年来的实践表明，虽然开发引进的投资增加了不少，但是研制新装备的长周期、高成本、低性能，“几十年一贯制”，“几代人一代产品”的状况，还未根本改变。究其原因甚多，但从技术领域看，产品开发事倍功半的主要原因，除了技术手段落后之外，一个极其重要的通病是：人为多样化。即非产品性能必须的多样化设计和基于传统设计环境、观念的不必要的标新立异。
造成产品开发“人为多样化”的原因，除了在传统体制下形成的机构臃肿、分工严细、经营粗放的大气候之外，还有两个直接的主要原因。一是基于传统设计环境的陈旧观念、机制、政策的误导。例如，以绘新图数量作为评定设计师业绩的主要依据；按出图多少发放产品设计补贴金等。这种“以绘图量计酬”的传统作法，客观上鼓励以量代质的重复劳动而限制了设计师的创造性；二是传统图样标识方法不便继承自己已有的成熟设计资料。
2 GTCAD的基本原理
针对传统产品设计中普遍存在的弊病，国外已成功地予以解决。例如，瑞士苏尔泽公司基于成组技术(GT)的“零件族”、“设计族”和“相似设计”的理论和方法；德国西门子公司近几年实施的产品设计“合理化工程”(Ratio engineering)与智能型机械设计软件(SIGRAPH-DESIGN)等。
计算机辅助成组设计(GTCAD)是基于我国机械工业的具体情况，将成组技术与CAD技术有机结合而创建出的一种适合国情、经济有效的新型设计方法。GTCAD是计算机辅助成组工程(CAGE)的产品设计子系统。
GTCAD的基本思路是：更新传统设计观念，以相似理论为指导，以计算机为手段，通过分析、揭示、标识和利用产品设计中的多层次相似规律，妥善处理产品开发中继承与创新的矛盾，重点是提高非标准零部件的标准化程度，在产品结构简化、合理化的基础上实现设计手段的现代化。
GTCAD的基本原理是：首先，制定适宜的信息标识体系。即制定产品、部件、零件、特征多次的信息分类代码系统(以弥补传统图样标识的不足)，利用计算机和应用程序对各种处理对象进行属性标识、分析、统计和合理化处理，然后按照简化、优选、标准化和成组技术的理论及方法，基于对象固有的特征、属性，将其划分为不同层次的“对象族”，并分别建立共享数据库；当根据客观需求开发新产品时，借助有关的GTCAD程序，按照查寻→继承选用→修改设计→创新设计的顺序，分层次完成产品、部件、零件、要素的变异设计或创成设计。并将新产品必须的变异或创成设计的新成果，按同样的分类、标识、存储方法，补充到相应的数据库。由此可见，GTCAD的实质内涵是：按照相似原理，更新传统设计观念；有效利用计算机的数据处理优势，实现继承→创新→再继承→再创新产品开发过程的良性循环；使企业跳出误圈，迅速、优质、低成本地推出适应需求的新产品。
GTCAD与通常CAD相比有如下特点：
(1)产品图样标识，由单一隶属式改变为隶属式专用图号与特征、属性分类代码并列。继而可将两者合而为一，实现“码号合一”。
(2)由不顾生产成本的单纯技术设计改变为“经济技术”性的生产型设计。
(3)产品构成形式，从零部件专用化的“三角形”，改变为基于零部件通用化的“梯形或倒梯形”(以有限零部件构成尽量多的产品)。
(4)产品开发流程，由定货合同→设计任务书→产品→部件→零件的重新设计，改变为根据定货合同，沿产品、部件、零件的层次，按照查寻、继承、修改、创新的流程研制新产品。
3 成组设计应用举例
遵循成组技术(相似)原理的产品设计方式称为成组设计，按照设计过程的自动化程度，成组设计分为初级(有不用计算机)、中级(GTCAD)和高级(智能设计)三种类型。初、中级成组设计在国内外已取得显著效果。
(1)国内某塑料机械厂1985～1987年完成了“成组设计”项目。利用研制的SB1分类系统对6030种零件编码，建立了79个设计族，编制了60册成组设计图册(未建图库)。效果：零件“三化”度提高30%～70%；零件种类减少10%～30%；设计工作量减少20%～50%；设计周期缩短20%～40%。为有效实施CAD奠定了合理化基础。
(2)美国奥瓦都那(Ovatonna)工具公司，生产6500项系列产品，批量3～2000件，从70年代末即应用GT，采用MDBI零件分类代码系统(主码8位16进制、混合字符)对31000种零件进行了编码，利用75位“分类编码卡”和“代码数据检索卡”进行图纸检索。设计师设计新零件时，先确定其代码，并据此检索已有图库，当既无“适用”零件又无“经修改后适用”的零件时，才能进行新零件的创成设计。实施GT两年半就节约93.3万美元，其中成组设计占56.2万美元。因缩短产品开发周期，提高了市场占有率和公司竞争能力的综合，整体效益更为巨大。
(3)国内经纬纺织机械厂“八五”期间，按照成组技术方法和并行工程思想开发、实施了纺机零件的GTCAD系统。利用三位线性分类代码与“事物特性表”相结合的零件标识方法，在图形工作站上储存了三种机型的108类13000张已规范化的工程图。借助交互式GTCAD软件，按照查寻、借用、修改、设计的顺序进行系列产品的开发设计。更新传统设计观念，制定了借用已有图纸节约费用的算法(平均每种2000元)和对继承性设计的奖励办法，拿出专项资金奖励借用同系列或跨系列产品图库中规格化图纸的设计师。调动了设计师的积极性、创造性，取得了事半功倍的显著效果，使系列产品的开发周期缩短了30%～50%；因实施GTCAD限制人为多样化而使新设计零件减少，每年仅工装费用就节省200万元。GTCAD在简化管理、增强竞争力诸方面带来的多种综合效益是不言而喻的。
(4)国内某汽轮机厂，根据成组技术的“合理化技术管理工程”。对产品零件进行分类归组、简化结构、规范化、标准化处理，建立面向零件的产品模型。在简化产品结构、减少零件品种上成效卓著，如某汽轮机经上述合理化处理后，零件总品种规格数减少了40%。
