第5章 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)-1.ppt

1、第5章 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),華北電力大學自動化系,2,現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)理論和支持技術(shù)（略） 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中的信息技術(shù) 計算機輔助技術(shù) 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的集成平臺技術(shù) 制造過程控制技術(shù) 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的新發(fā)展,現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中的信息技術(shù),產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM 現(xiàn)代集成制造網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準STEP 產(chǎn)品全生命周期管理技術(shù)PLM,華北電力大學自動化系,4,Why PDM? 企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理存在的問題,信息共享： 異地、不同部門產(chǎn)品信息如何查詢、傳遞？ 數(shù)據(jù)版本： 如何保證技術(shù)中心和各部門的圖紙版本一致？ 安全保密： 如何保證各部門的數(shù)據(jù)不會流失

2、泄密？ 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)： 如何簡化系列產(chǎn)品開發(fā)？保證各部門 BOM？ 計劃管理： 如何跟蹤工作狀態(tài)？如何記錄備案？ 工程變改： 如何分析更改影響？各地如何及時得到通知？ 符合規(guī)范： 如何規(guī)范協(xié)調(diào)各部門的工作？符合ISO？ 信息交流： 各部門（含供應商）之間信息如何可視化交流？,華北電力大學自動化系,5,在開發(fā)和設(shè)計的工作中，正確的文檔應該在正確的時候送到正確的地方,需求,功能圖,計算資料,產(chǎn)品目錄,標準,圖紙,零件表,準則,規(guī)格說明書,材料表,工具單,DIN,ISO,華北電力大學自動化系,6,人工環(huán)境下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理,華北電力大學自動化系,7,重要工作 查找 通知 檢查 歸檔 分類 設(shè)計 計算 繪圖

3、 建立零件表 修改,利用PDM可以大大簡化開發(fā)和設(shè)計工作,圖紙管理,文檔管理,零件分類,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理,BOM生成,2D / 3D - CAD,FEM,DTP,文檔保存,基于PDM的系統(tǒng)解決方案,零件管理,華北電力大學自動化系,8,PDM的定義,產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)以產(chǎn)品為中心，通過計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，把企業(yè)生產(chǎn)過程中所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程集成起來，統(tǒng)一管理，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在其生命周期內(nèi)保持一致、最新和安全，從而縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、降低成本、提高質(zhì)量、改善性能，使企業(yè)贏得主動權(quán)和競爭優(yōu)勢。 與產(chǎn)品相關(guān)的信息包括項目計劃、設(shè)計數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型、工程圖紙、技術(shù)規(guī)范、工藝資料等；與產(chǎn)品相關(guān)的過程包括

4、工作流程、機構(gòu)關(guān)系等過程處理程序。,華北電力大學自動化系,9,進一步分析，PDM可以定義為以軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為核心，實現(xiàn)對產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過程、資源一體化集成管理的技術(shù)。PDM以產(chǎn)品為管理的核心，以數(shù)據(jù)、過程和資源為管理信息的三大要素。 PDM進行信息管理的兩條主線是靜態(tài)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和動態(tài)的產(chǎn)品設(shè)計流程，所有的信息組織和資源管理都是圍繞產(chǎn)品設(shè)計展開的。 核心思想是設(shè)計數(shù)據(jù)的有序、設(shè)計過程的優(yōu)化和資源的共享。,PDM的定義,華北電力大學自動化系,10,產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的原理,M-CAD,E-CAD,CAPP,FEM,DTP,PDM Client,PDM Client,PDM Client,Met

5、adaten,文件系統(tǒng),文檔,PDM Server,DB Server,數(shù)據(jù)庫,華北電力大學自動化系,11,產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)PDM的功能,華北電力大學自動化系,12,PDM系統(tǒng)的基本功能與應用,基本功能 -產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)和文件的存儲、管理與共享 -產(chǎn)品數(shù)據(jù)和文件的生成和變更過程的工作流控制 -產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置與歷史管理 全局應用 -支持成組技術(shù)與模塊化設(shè)計 -支持并行工程(CE/DFX) -知識管理(KM)的框架 -支持與生產(chǎn)系統(tǒng)(ERP)的集成 -產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)的核心,華北電力大學自動化系,13,充分利用成熟設(shè)計 支持并行工程的組織原則、設(shè)計方法與工作流程 建立標準/外購

6、件庫直至企業(yè)標準/知識庫 按規(guī)則配置變型產(chǎn)品，支持模塊化設(shè)計 支持設(shè)計階段的成本控制 確定更改影響、保存/追溯更改歷史（版本） 支持質(zhì)量保證體系和程序的執(zhí)行 保證生產(chǎn)系統(tǒng)獲得及時、準確的數(shù)據(jù)和信息,PDM系統(tǒng)解決的問題,華北電力大學自動化系,14,PDM環(huán)境下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理,華北電力大學自動化系,15,產(chǎn)品數(shù)據(jù),產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理,更改管理,工作流程,CAD/CAM,文檔管理,生產(chǎn)系統(tǒng),PDM管理下的信息環(huán)境,華北電力大學自動化系,16,目標：工程數(shù)據(jù)的一致性 一致性是及時性與準確性的基礎(chǔ) 解決一致性與及時性的矛盾 共享數(shù)據(jù)庫-無需拷貝的文件(數(shù)據(jù))發(fā)放 / 更改 解決及時性與準確性的矛盾 工作流程

7、由串行變?yōu)椴⑿?無需文件傳遞,用PDM管理工程數(shù)據(jù),華北電力大學自動化系,17,1) 圖文檔管理 l 建立分布式電子倉庫，安全、高效地進行文檔的創(chuàng)建、存儲、變更、訪問等控制 l 提供分類、組合、模糊查詢等方式查詢圖文檔 l 快速瀏覽、檢查、批注各種圖文檔 l 根據(jù)圖文檔屬性進行統(tǒng)計、打印,PDM功能模塊,華北電力大學自動化系,18,2) 項目管理 l 項目組的創(chuàng)建、刪除和屬性修改 l 項目參與人員的機構(gòu)組織及角色指派 l跟蹤項目進展過程中發(fā)生的所有事件和活動 l以直觀的圖示化方式進行任務的分解、確定任務流程、監(jiān)控任務的狀態(tài)等 l任務間以郵件和通知的形式進行協(xié)作,PDM功能模塊,華北電力大學自動

8、化系,19,3) 工作流程管理 l提供工作流程模板編輯器 l實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與更改過程的跟蹤與控制 l完成工程數(shù)據(jù)的提交與修改或?qū)徟?、文檔的發(fā)布以及自動通知等 l相應的簽字和批注信息隨文件進行傳遞,PDM功能模塊,華北電力大學自動化系,20,PDM系統(tǒng)中工作流管理,華北電力大學自動化系,21,4) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理 l采用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹存儲產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計信息 l自動轉(zhuǎn)換其它系統(tǒng)設(shè)計的圖紙信息 lCAD圖紙能自動、批量地采集到產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中 l利用產(chǎn)品的零部件設(shè)計圖自動生成產(chǎn)品部件裝配圖 l 可以形成產(chǎn)品零部件物料清單 l 提供有效性、變量、版本等配置服務進行產(chǎn)品配置，為企業(yè)提供更大的靈活性，可以在同一

9、個BOM上配置出滿足各種條件、符合各種要求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，滿足企業(yè)內(nèi)部多視圖查詢、面向定單制造的要求等,PDM功能模塊,華北電力大學自動化系,22,PDM功能模塊,5) 權(quán)限管理 l可進行企業(yè)技術(shù)部門的人員、組織結(jié)構(gòu)定義 l 管理人員的角色和帳號 l 進行級別定義和控制用戶、機構(gòu)、文檔以及項目的權(quán)限 l可根據(jù)項目進行動態(tài)權(quán)限分配,華北電力大學自動化系,23,6) 動態(tài)編碼管理 l提供以成組技術(shù)為核心，支持編碼規(guī)則可重組的柔性編碼系統(tǒng) l可利用面向成組技術(shù)的查詢工具檢索相似資源設(shè)計新產(chǎn)品,PDM功能模塊,華北電力大學自動化系,24,PDM功能模塊,7)郵件管理 l自動產(chǎn)生郵件提示相關(guān)人員進入相關(guān)工

10、作 l 可以相互方便進行郵件通訊交流,華北電力大學自動化系,25,8）系統(tǒng)的集成 與二維CAD系統(tǒng)的集成 PDM不僅管理二維CAD系統(tǒng)的工程圖，同時實現(xiàn)與工程圖相關(guān)信息的交流。如圖紙標題欄包含的零部件的名稱、編碼、材料等信息，裝配圖的明細表信息等等。,PDM功能模塊,華北電力大學自動化系,26,與三維CAD系統(tǒng)的集成 PDM能隨時打開三維CAD系統(tǒng)相關(guān)文件，進行各種復雜修改，啟動提取三維CAD系統(tǒng)文件內(nèi)部的相關(guān)信息，并根據(jù)組件信息生成明細表，自動組織相關(guān)裝配關(guān)系，系統(tǒng)隨著圖文件相關(guān)數(shù)據(jù)的變遷，能自動更新維護此種裝配關(guān)系。 與CAPP的集成 PDM能將CAPP產(chǎn)生的各種匯總表等數(shù)據(jù)讀入，完成項目

11、管理、圖紙管理。,PDM功能模塊,華北電力大學自動化系,27,產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計過程中的集成,生產(chǎn)準備,產(chǎn)品設(shè)計,產(chǎn)品規(guī)劃,產(chǎn)品試驗,PDM,產(chǎn)品規(guī)劃,產(chǎn)品設(shè)計,產(chǎn)品試驗,生產(chǎn)準備,項目管理,生產(chǎn)準備,產(chǎn)品設(shè)計,產(chǎn)品規(guī)劃,產(chǎn)品試驗,PDM,虛擬產(chǎn)品模型,過程流,過程序列,過程鏈,Internet/Intranet/Extranet,華北電力大學自動化系,28,利用 PDM實現(xiàn)異地設(shè)計,PDM Server,Internet / LAN / WAN,Client,Local Files,Files,華北電力大學自動化系,29,“PDMAX!“進行的PDM 效益調(diào)查,Source: McKinsey &

12、 Company / ITM Ruhr-University Bochum, Germany,華北電力大學自動化系,30,PDM 的不同應用層次, 部門（項目組）級PDM, 企業(yè)級 PDM, 虛擬企業(yè)級 PDM,德國大約10%的企業(yè)實施了PDM， 大多在企業(yè)級與部門級之間,華北電力大學自動化系,31,虛擬企業(yè)級PDM,現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中的信息技術(shù),產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM 現(xiàn)代集成制造網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準STEP 產(chǎn)品全生命周期管理技術(shù)PLM,華北電力大學自動化系,33,現(xiàn)代集成制造網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述,隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)化制造作為一種現(xiàn)代制造新模式,正日益成為制造業(yè)研究和實踐

13、的一個熱門領(lǐng)域。 制造全球化、制造敏捷化、制造網(wǎng)絡(luò)化和制造虛擬化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的趨勢,而制造全球化、制造敏捷化和制造虛擬化均離不開制造網(wǎng)絡(luò)化的支撐環(huán)境。 網(wǎng)絡(luò)化制造模式具有信息集成、過程集成、組織集成和知識集成等集成特性。,華北電力大學自動化系,34,現(xiàn)代集成制造網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述,基于Intranet實現(xiàn)制造環(huán)境內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)企業(yè)中工業(yè)設(shè)計、管理信息系統(tǒng)、服務系統(tǒng)等制造過程各子系統(tǒng)的集成。 基于internet網(wǎng)實現(xiàn)企業(yè)與外界的聯(lián)系，包括 供應鏈管理 公共數(shù)據(jù)中心 遠程服務 異地設(shè)計和制造,華北電力大學自動化系,35,制造網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù),1）分布式網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存取和交換技

14、術(shù) 3）信息交換技術(shù) 4）協(xié)同工作技術(shù) 5）工作流管理,華北電力大學自動化系,36,制造網(wǎng)絡(luò)的應用模式,1）AIMS AIMS項目由美國空軍Wright實驗室資助，有五個國防和民用工業(yè)單位參加。 它旨在研究一個使國防和民用工業(yè)兩個工業(yè)體系聯(lián)合在一起，組成一個統(tǒng)一的敏捷制造系統(tǒng)的信息框架，提供一個標準的通過局部計算機網(wǎng)絡(luò)或Internet獲取各種敏捷制造服務的方法。 AIMS加快了國防工業(yè)和民用工業(yè)之間的轉(zhuǎn)換。國防工業(yè)在開工不足時，可以承接民用生產(chǎn)任務；在國防工業(yè)生產(chǎn)緊張的時候，民用工業(yè)也可以為國防工業(yè)生產(chǎn)服務。,華北電力大學自動化系,37,制造網(wǎng)絡(luò)的應用模式,在AIMS項目中，通過Intern

15、et訪問制造服務單元，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)造虛擬企業(yè)的概念得到了實踐。 5個公司都在網(wǎng)上提供了標準的柔性制造服務，這些制造服務采用的是公司現(xiàn)有的制造設(shè)備，通過標準接口代理進行封裝，形成AIMS制造服務網(wǎng)絡(luò)，客戶和供應商可以通過網(wǎng)絡(luò)，采用結(jié)構(gòu)化的通訊方式來請求所需的信息（如成本、設(shè)備能力、庫存情況等）、進行項目招標、發(fā)放定單。 AIMS項目的研究實踐為實施網(wǎng)絡(luò)化制造和建立面向制造的國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供了良好的參考。,華北電力大學自動化系,38,制造網(wǎng)絡(luò)的應用模式,2）CAMNET 美國的“CAMNet” 是在美國國防部資助下，由通用電器公司研究與開發(fā)中心開發(fā)的模具計算機輔助制造網(wǎng)，參加產(chǎn)品開發(fā)與制造的

16、合作伙伴（制造商、供應商、技術(shù)推廣部門、制造服務部門、政府部門等）在網(wǎng)絡(luò)上協(xié)調(diào)工作，擺脫距離、時間、計算機平臺和工具的影響，可以在網(wǎng)上獲取重要的設(shè)計和制造信息，如CAD模型、生產(chǎn)工藝、制造仿真、顧客需求等。 CAMNet提供四種服務：塑料應用設(shè)計服務；環(huán)境制造服務；材料選擇服務；供應商預資格評估服務。,華北電力大學自動化系,39,制造網(wǎng)絡(luò)的應用模式,3)企業(yè)集成網(wǎng)絡(luò)-EINet EINet是由美國國防部ARPA提供資助、TradeWave公司開發(fā)的一個先進的通信基礎(chǔ)框架。它允許各種工業(yè)應用在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)透明地相互連接，并提供增值的服務。 這些服務包括：目錄服務、安全性服務和電子匯款服務。 目錄服務幫

17、助用戶在電子市場或企業(yè)內(nèi)部尋找信息、服務和人員； 安全性服務通過用戶權(quán)限為網(wǎng)絡(luò)安全提供保障；電 子匯款服務支持在整個網(wǎng)絡(luò)上進行商業(yè)往來。 通過這些服務，用戶能夠快速地確定所需要的信息、安全地進行各種業(yè)務以及方便地處理財務事務。,華北電力大學自動化系,40,制造網(wǎng)絡(luò)的應用模式,4)零件組網(wǎng)絡(luò)ParNet PartNet是由美國國防部ARPA提供資助、Utah大學和PartNet公司合作完成的項目，是一個在線零件目錄和分布式組件信息系統(tǒng)。它建立在最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、面向?qū)ο蟮膽瞄_發(fā)和分布式數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，為內(nèi)部或外部用戶提供在線的桌面訪問。用戶可在任何地點確定、搜索和選擇存儲在零件目錄中的組件。,華

18、北電力大學自動化系,41,制造網(wǎng)絡(luò)的應用模式,web2CAD , founded in 2004 in Germany to support the many powerPARTS customers and to massively extend the business of Parts Libraries. Its contents forms a comprehensive CAD Parts Library, with more than 170 parts catalogs and 80 million CAD drawings which can be accessed by t

19、he 200,000 registered users Online.,華北電力大學自動化系,42,制造網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢,面向全球制造，構(gòu)建全球制造體系 制造組織的動態(tài)聯(lián)盟 人機智能的柔性交互,現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中的信息技術(shù),產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM 現(xiàn)代集成制造網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準STEP 產(chǎn)品全生命周期管理技術(shù)PLM,華北電力大學自動化系,44,STEP概述,產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準(standard for the exchange of product model data, STEP) 國際標準化組織ISO在1988年公布了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準STEP（ISO10303 ），解決了產(chǎn)品模

20、型的交換問題。 STEP有三個特點： （1）支持廣泛的應用領(lǐng)域； （2）能表達完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，提供多種數(shù)據(jù)交換方式； （3）它具有中性機制，可以獨立于熱核具體的系統(tǒng)。,華北電力大學自動化系,45,STEP的結(jié)構(gòu),三層結(jié)構(gòu)：物理層(physical)、邏輯層(logical)和應用層(application)， 其目的是提供一種不依賴于平臺的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期中的無二義性的產(chǎn)品數(shù)據(jù)， 產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表達和交換構(gòu)成了STEP的基礎(chǔ)。 EXPRESS是STEP標準中提供的一個描述產(chǎn)品信息模型的形式化描述語言，它具有可讀性并被計算機所理解，又利于計算機應用程序和支持軟件的實現(xiàn)。由于EXPR

21、ESS僅僅是一種信息描述語言，不是編程語言。它描述的代碼不能由計算機編譯，所以它的實現(xiàn)要依賴于與其他可編譯語言之間(C+，Java)的語言聯(lián)編。,華北電力大學自動化系,46,STEP的主要組成,1）EXPRESS語言為了能夠描述客觀事物、客觀事物的特性、事物之間的關(guān)系，它引入了實體（ENTITY）和模式（SCHEMA）的概念。在EXPRESS語言中把一般的事物（或概念）抽象為實體，若干實體的集合組成模式。 事物的特性在EXPRESS語言中用實體的屬性（attribute）表示。實體的屬性可以是簡單數(shù)據(jù)類型，還可以是聚合數(shù)據(jù)類型或布爾數(shù)據(jù)類型用以描述相對復雜的產(chǎn)品特性。 描述實體之間的關(guān)系用子類

22、（SUBTYPE）和超類（SUPERTYPE）說明的辦法。 為了能夠直觀的表示所建立的數(shù)據(jù)模型，在標準中還規(guī)定可以用EXPRESS-G圖表示實體、實體的屬性，實體和屬性之間的關(guān)系、實體之間的關(guān)系等等。,華北電力大學自動化系,47,STEP的主要組成,2）應用協(xié)議 應用協(xié)議(AP)是STEP標準的另一個重要組成部分，它指定了某種應用領(lǐng)域的內(nèi)容，包 括范圍、信息需求以及用來滿足這些要求的集成資源。STEP標準是用來支持廣泛領(lǐng)域的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的，應該包括任何產(chǎn)品的完整生命周期的所有數(shù)據(jù)。 由于它的廣泛性和復雜性，任何一個組織想要完整地實現(xiàn)它都是不可能的。為了保證STEP的不同實現(xiàn)之間的一致性，它的子

23、集的構(gòu)成也必須是標準化的。對于某一具體的應用領(lǐng)域，這一子集就被稱為應用協(xié)議。這樣，若兩個系統(tǒng)符合同一個應用協(xié)議，則兩者的產(chǎn)品數(shù)據(jù)就應該是可交換的。 國際標準化組織現(xiàn)在正式發(fā)布的應用協(xié)議有： ISO10303-201 顯式繪圖，簡稱AP201； ISO10303-202 相關(guān)繪圖，簡稱AP202； ISO10303-203 配置控制設(shè)計，簡稱AP203；,華北電力大學自動化系,48,STEP的主要組成,3）集成資源和應用解釋構(gòu)造 在STEP標準不同的應用協(xié)議中實際上有很多模型的內(nèi)容可能是相同的或相似的。例如不同領(lǐng)域的幾何模型和管理信息模型必定會有共性的方面。這樣，在STEP標準中把不同領(lǐng)域中有共性的信息模型抽取出來，制定為標準的集成資源或應用 解釋構(gòu)造（AIC），以供制定應用協(xié)議的時候引用。這些模型可能是不完全的，在制定應用協(xié)議的時候還需要增加一定的約束