CIMS和CIPS技術與應用課程-3課件

第三章CIMS技術CIMS系統(tǒng)理論和支持技術主要包括離散時間動態(tài)系統(tǒng)理論、系統(tǒng)仿真技術、面向對象技術、成組技術和人工智能等(2)信息技術

數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡技術、集成平臺和產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(3)計算機輔助技術

幾何造型、CAPP技術、MRP和CAQ技術等(4)制造過程控制技術數(shù)字控制技術、柔性制造技術和智能制造技術2023/6/413.1CIMS系統(tǒng)理論及支持技術3.1.1離散事件動態(tài)系統(tǒng)理論在現(xiàn)實世界中有這樣一類系統(tǒng)，它在每個時刻的發(fā)展變化依賴于許多事件的相互作用和觸發(fā)。一個事件的發(fā)生需要一定的前提條件，同時又產(chǎn)生一定的后置條件以觸發(fā)其它事件，這類系統(tǒng)就是離散事件動態(tài)系統(tǒng)(DEDS)，這類系統(tǒng)無法用微分方程或差分方程進行描述。1.DEDS理論和方法

DEDS方法從建模層次和應用范圍的角度可以劃分為三個方面：(1)邏輯層次主要解決DEDS的有關邏輯問題，系統(tǒng)模型不考慮時間因素，只描述系統(tǒng)內各個離散事件觸發(fā)的條件和運行條件，描述系統(tǒng)內各個事件的相互聯(lián)系，幫助人們理解系統(tǒng)的運行方式。常用建模方法：有限自動機及形式語言、Petri網(wǎng)、有限遞歸過程及通信進程2023/6/42DEDS理論和方法(續(xù))(2)時序層主要解決DEDS在時域上的動態(tài)特性以及實時控制問題，建模方法引進了時間參數(shù)，標明每個離散事件發(fā)生所要占用的事件，整個模型是一個確定性的系統(tǒng)模型。常用建模方法：極大代數(shù)法、計時Petri網(wǎng)(3)隨機層主要研究DEDS內不確定性隨機時間，是一種時序模型。實際系統(tǒng)中的許多事件的發(fā)生是無法用確定時間進行描述的(顧客訂貨、機器故障、工件在機床前的等待時間等)，需在系統(tǒng)模型中引入相應的隨機時間變量對離散事件進行描述。常用建模方法：排隊論、馬氏鏈、擾動分析方法、廣義Markov過程、隨機Petri網(wǎng)等2023/6/432.DEDS理論在CIMS中的應用計算機系統(tǒng)中資源共享和通信問題排隊網(wǎng)絡性能分析并發(fā)讀寫操作程序進程的控制并行操作生產(chǎn)制造系統(tǒng)FMS建模描述工具最優(yōu)調度和計劃…2023/6/443.1.2系統(tǒng)仿真技術仿真通過對系統(tǒng)模型的實驗去研究一個真實的系統(tǒng)。模型對真實系統(tǒng)的簡化、抽象和對系統(tǒng)本質的一種描述。(1)實物模型實際系統(tǒng)在保持本質特征的條件下經(jīng)縮小或放大構成的(2)圖形模型以圖表的形式來表示系統(tǒng)功能及相互關系的(3)數(shù)學模型通過系統(tǒng)的相互影響因素的數(shù)量關系，采用數(shù)學表達式來描述系統(tǒng)的方法。(4)仿真模型是能夠直接轉化為計算機程序的系統(tǒng)描述方式2023/6/45管路設計強度分析結構分析數(shù)字預裝配CAM裝配過程仿真裝配過程仿真2023/6/46系統(tǒng)仿真的基本步驟建模采用某中方法對真實系統(tǒng)進行抽象，得到系統(tǒng)模型編程采用一定的算法將系統(tǒng)模型轉化為計算機仿真程序仿真實驗選擇輸入數(shù)據(jù)，運行仿真程序，獲得相應實驗數(shù)據(jù)結果統(tǒng)計分析對系統(tǒng)進行評價總結對模型的適用范圍、可信度及運行費用進行總結2023/6/473.1.3面向對象技術為了提高系統(tǒng)的正確性和有效性，應該在滿足需求的條件下，把系統(tǒng)設計成由一些相對固定的部分(對象)組成的最小集合。

面向對象提供從一般到特殊的演繹手段和從特殊到一般的歸納形式(1)模塊性(2)動態(tài)連接性對象之間具有統(tǒng)一的、方便的、動態(tài)的連接和傳遞消息的能力和機制(3)繼承性和類比性(4)易維護性2023/6/483.1.4成組技術成組技術(GT)自上世紀五十年代由前蘇聯(lián)學者總結并在制造過程中得到推廣應用。成組技術根據(jù)工件的形狀、尺寸以及加工工藝的相似性(非依據(jù)功能進行分類)來將工件分類，以符號表示。形狀、尺寸的相似性分類查找零件的類型容易；促進零件的重復使用節(jié)省修改現(xiàn)有零件設計工作減少零件的多樣性加工工藝相似性分類考慮加工方式和操作順序減少準備工作提高生產(chǎn)設備的利用率降低成本2023/6/49成組技術的應用效益改善產(chǎn)品設計零件分類編碼系統(tǒng)計算機檢索系統(tǒng)產(chǎn)品設計的標準化(2)促進了工具和設備的標準化(3)減少了工件的搬運和等待時間(4)改善生產(chǎn)和庫存管理(5)有利于工藝規(guī)程標準化2023/6/4103.1.5人工智能技術知識的獲取知識的表示知識的使用-工廠級決策與規(guī)劃-工藝過程設計-生產(chǎn)調度在有限資源的情況下，考慮任務分配，生產(chǎn)負荷平衡，生產(chǎn)出現(xiàn)局部異常情況下加工任務的動態(tài)重新分配-故障診斷2023/6/4113.2信息技術3.2.1數(shù)據(jù)管理

信息系統(tǒng)的永久數(shù)據(jù)的操縱與維護活動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)文件管理(FM)知識庫管理系統(tǒng)(KBMS)2023/6/4123.2.2網(wǎng)絡技術(1)網(wǎng)絡互連網(wǎng)絡互連涉及的主要問題地址網(wǎng)絡互連需要解決包容不同網(wǎng)絡的不同編址方案的能力，既不改變子網(wǎng)內部的操作，又能實現(xiàn)子網(wǎng)間的交互操作協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)格式不同網(wǎng)絡協(xié)議有不同PDU格式路由選擇根據(jù)響應時間和網(wǎng)絡負荷等因素在多條不同的路徑中選擇速度匹配不同速率的網(wǎng)絡交互工作需要一定的緩沖網(wǎng)絡互連方法信橋在OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)互連的網(wǎng)絡設備信由在OSI參考模型的網(wǎng)絡層實現(xiàn)互連的網(wǎng)絡設備信關在OSI所有七層通過協(xié)議轉換連接不同網(wǎng)絡體系結構的設備2023/6/413OSI七層體系結構2023/6/414計算機網(wǎng)絡的分類1按網(wǎng)絡的交換功能電路交換,報文交換,分組交換。2按網(wǎng)絡的拓撲結構集中式網(wǎng)絡,分散式網(wǎng)絡,分布式網(wǎng)絡。3按網(wǎng)絡的使用范圍公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。4按網(wǎng)絡的作用范圍局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)局域網(wǎng):一般用于有限距離內計算機之間數(shù)據(jù)和信息的傳遞。城域網(wǎng):大小通常覆蓋一個城市或地區(qū)，地理范圍幾十公里到上百公里，對硬件、軟件的要求比局域網(wǎng)高。廣域網(wǎng):可把眾多的局域網(wǎng)和城域網(wǎng)連接起來。2023/6/415局域網(wǎng)按網(wǎng)絡的拓撲結構可以分為四類：星型：所有結點都連接到中央結點環(huán)型：結點通過點到點鏈路與相臨結點連接總線型：所有結點都直接連接到共享信道樹型：類似總線型（非直接，或結合星型）2023/6/416(2)網(wǎng)絡管理A)公共管理信息服務對網(wǎng)絡資源(系統(tǒng)資源、通信資源和應用資源)的控制、協(xié)調和監(jiān)測(管理)，網(wǎng)絡管理的主要功能包括：事件的遠程報告、讀屬性、置特性B)差錯管理對系統(tǒng)非正常操作的管理，通過相應的系統(tǒng)來檢測故障，采取補救措施，使系統(tǒng)完成預期的功能C)計費管理記錄職員的使用情況和使用職員的費用D)配置管理定義、收集、監(jiān)測和管理配置數(shù)據(jù)的使用。配置數(shù)據(jù)包括設備資源、設備資源的容量和屬性以及設備資源的相互關系2023/6/417(2)網(wǎng)絡管理(續(xù))E)性能管理收集、存儲、顯示和分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)F)安全管理-授權管理，分配口令給所請求的實體，以執(zhí)行授權或存儲控制-存取控制管理，進入或修改存取控制表和能力表-安全檢查跟蹤和事件處理、遠程收集檢查記錄-管理信息庫存取控制2023/6/418(3)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換不同的技術設計部門之間；設計、生產(chǎn)準備和加工部門之間；組裝廠與零部件供應商之間；不同時期研制的產(chǎn)品型號之間；不同用途的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)之間；同一CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的不同版本之間產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換方法a)通過專用數(shù)據(jù)格式文件來交換產(chǎn)品信息b)通過標準數(shù)據(jù)格式文件來交換產(chǎn)品信息c)通過統(tǒng)一的產(chǎn)品模型來交換產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)交換接口STEP2023/6/4193.3計算機輔助技術3.3.1幾何造型1.線框造型CAD/CAM系統(tǒng)的核心技術，實現(xiàn)計算機輔助設計和制造的手段2.曲面造型3.實體造型4.特征造型形狀特征公差特征加工特征裝配特征2023/6/420線框造型2023/6/4212023/6/422曲面造型采用空間的曲面來表示物體的外表面，可以理解為在線框模型的基礎上增加了面的信息，通過離散數(shù)據(jù)構造曲面。2023/6/4233.3.2CAPP技術CAD系統(tǒng)的零件信息：幾何數(shù)據(jù)和圖形拓撲信息CAPP系統(tǒng)的零件信息：零件的特征信息實現(xiàn)CAD與CAPP集成的途徑：建立以特征造型為基礎的CAD系統(tǒng)，系統(tǒng)中的特征定義與CAPP系統(tǒng)一致在現(xiàn)有CAD系統(tǒng)的基礎上，將其輸出的幾何造型信息通過一個軟件功能模塊轉變成滿足CAPP要求的特征信息，使零件上的每一個特征分別與CAD生成的一組幾何數(shù)據(jù)相聯(lián)系通過共同采用STEP標準，實現(xiàn)兩系統(tǒng)的集成

CAPP:工藝決策(工藝過程、加工規(guī)則)、工藝計劃(工藝路線卡、工序卡、工序圖、產(chǎn)品設計的可加工性評價等)2023/6/4243.3.3MRP及MRPII技術

MRP(物料需求計劃，MaterialRequirementPlanning)是將生產(chǎn)主計劃轉換成生產(chǎn)產(chǎn)品的原材料和零件的詳細供應計劃清單的計算機技術詳細的計劃清單標明各項原材料和零件的數(shù)量，說明每個原材料和零件的訂貨和發(fā)貨時間，以配合主生產(chǎn)計劃的執(zhí)行，保證計劃產(chǎn)品的及時完成。2023/6/425MRPII(制造資源計劃，ManufacturingResourcePlanning)2023/6/4263.3.4CAQ技術1.產(chǎn)品質量的自動檢測技術自動檢測技術自動檢測裝置2.計算機輔助檢測規(guī)劃系統(tǒng)根據(jù)特征信息確定檢測點的數(shù)目、檢測點的位置、測頭的方向和路徑驗證和修正檢測路徑避免產(chǎn)生測頭和工件的干涉和碰撞，仿真實驗數(shù)據(jù)測量測量數(shù)據(jù)評價和分析，產(chǎn)生檢測報告測量結果優(yōu)化擬合和誤差分析，補償控制，提高加工精度3.制造過程監(jiān)測和質量控制技術4.并行工程的集成質量控制2023/6/4273.3制造過程控制技術1.數(shù)控技術2.柔性制造技術3.智能制造技術計劃調度監(jiān)控動態(tài)重構并行智能設計生產(chǎn)過程的智能調度、規(guī)劃、仿真與優(yōu)化產(chǎn)品質量信息的智能處理系統(tǒng)制造過程與系統(tǒng)的智能監(jiān)視、診斷、控制技術生產(chǎn)與經(jīng)營管理的智能決策人-機交互技術用數(shù)字指令控制機電裝置動作2023/6/428外購件、裝配件倉庫控制裝配進度控制工裝倉庫控制搬運控制加工進度控制毛坯制造進度控制毛坯倉庫控制生產(chǎn)控制子系統(tǒng)檢驗、試車部件裝配、總裝配成品出入庫、工裝等的檢查和維修在制品裝卸、搬運和保管預加工、主加工、調整加工、特殊加工、檢驗毛坯、外購件、外協(xié)件出入庫控制、檢驗核保管生產(chǎn)過程子系統(tǒng)產(chǎn)品設計初步設計詳細設計工作圖設計生產(chǎn)工藝設計零件分類毛坯制造工藝設計工藝規(guī)程設計工序設計裝配設計產(chǎn)品設計管理設計技術信息管理圖樣管理設計進度管理設計計劃生產(chǎn)管理生產(chǎn)計劃材料計劃生產(chǎn)作業(yè)計劃設備負荷計劃質量管理進度管理在制品管理庫存管理工裝管理設備管理技術信息處理子系統(tǒng)管理信息