制造业信息化应用技术1_郝永平_考试_沈阳理工大学

1、沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:41 AM 沈阳理工大学沈阳理工大学 沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 第1章 产品生命周期建模 产品在制造企业经营生产过程中的核心地位，表明具有产品在制造企业经营生产过程中的核心地位，表明具有创新和自主知识产权的产品代表了企业的核心竞争力。制造创新和自主知识产权的产品代表了企业的核心竞争力。制造企业建模和管理的核心是产品的建模和管理。在竞争激烈的企业建模和管理的核心是产品的建模和管理。在竞争激烈的全球

2、市场中，制造企业必须快速（以较短的交货期）向客户全球市场中，制造企业必须快速（以较短的交货期）向客户提供具有良好性能价格比的产品及服务，快速提供创新比和提供具有良好性能价格比的产品及服务，快速提供创新比和客户化的产品。企业内和企业之间需要广泛的合作，这是制客户化的产品。企业内和企业之间需要广泛的合作，这是制造企业在市场竞争中生存和发展的关键。制造企业在信息技造企业在市场竞争中生存和发展的关键。制造企业在信息技术支持下术支持下 ，必须跨越部门和企业的边界，在产品生命周期，必须跨越部门和企业的边界，在产品生命周期内定义产品和管理各种活动。虽然目前内定义产品和管理各种活动。虽然目前PLMPLM主要指

3、产品生命主要指产品生命周期管理，但是产品生命周期建模是一个基础性问题。只有周期管理，但是产品生命周期建模是一个基础性问题。只有正确地描述产品生命周期的数据以及它们之间的联系，才能正确地描述产品生命周期的数据以及它们之间的联系，才能真正实现产品生命周期的管理。因此，本章主要从建模的角真正实现产品生命周期的管理。因此，本章主要从建模的角度论述度论述PLM (product lifecycle modeling).PLM (product lifecycle modeling). 沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM

4、1.1 概述 产品生命周期建模的焦点之一是产品生命周期建模的焦点之一是“产品生命周期产品生命周期”概念概念的的定义。产品生命周期在过去的研究工作中有两种不同的含义。定义。产品生命周期在过去的研究工作中有两种不同的含义。一种是商业和市场开拓意义上的产品市场寿命；另一种是开发一种是商业和市场开拓意义上的产品市场寿命；另一种是开发和使用意义上的个体产品存在寿命。和使用意义上的个体产品存在寿命。 1. 1.产品的市场生命周期产品的市场生命周期 早期的研究文献采用产品生命周期来分析一类产品的市场早期的研究文献采用产品生命周期来分析一类产品的市场寿命，即指某种产品从开始投放市场、市场发展、市场饱和、寿命，

5、即指某种产品从开始投放市场、市场发展、市场饱和、市场需求衰退到完全退出市场的过程。所以，一些市场销售的市场需求衰退到完全退出市场的过程。所以，一些市场销售的书籍将产品生命周期定义为书籍将产品生命周期定义为“某种产品存在于市场的时间某种产品存在于市场的时间”。这时所谓的产品生命周期是一个基于市场统计数据基础上的概这时所谓的产品生命周期是一个基于市场统计数据基础上的概率分布曲线的时间跨度。所以，在这种概念范畴内产品生命周率分布曲线的时间跨度。所以，在这种概念范畴内产品生命周期是从该品种产品第一次市场销售到最后停止市场销售的时间期是从该品种产品第一次市场销售到最后停止市场销售的时间跨度。产品生命周期

6、也可以理解为厂家从开始生产到停止生产跨度。产品生命周期也可以理解为厂家从开始生产到停止生产该产品的时间。美国的研究者最早提出该产品的时间。美国的研究者最早提出“S”S”形的产品生命周形的产品生命周期曲线以描述美国汽车工业的发展状况。期曲线以描述美国汽车工业的发展状况。1.1.1 1.1.1 产品生命周期概念演变产品生命周期概念演变沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 如图2-1 所示，早期的产品生命周期是一个市场销售的概念，它包括产品开发、市场培育、市场成长、市场成熟和市场衰退五个阶段。产品开发阶段

7、企业投入人力、物力和财力研制新产品，由于产品没有出现在市场上，所以企业收益为负数。市场培育阶段也称为产品导入阶段，指该产品销售市场的初期阶段。在此阶段由于客户认同度和产品的知名度等问题，销售量比较小，企业利润也较小。在市场成长阶段，产品获得客户认同，销售量和利润快速增长。市场成熟阶段，产品的销售量达到顶峰，维持在一定的数量范围内波动。企业的销售利润也达到最大化。由于技术进步和社会消费观念变化，越来越少的客户购买该产品，直至最后没有客户购买该产品，该阶段为市场衰退阶段。1.1.1 1.1.1 产品生命周期概念演变产品生命周期概念演变沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究

8、与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 制造企业在产品生命周期的不同阶段，应该采用不同的管制造企业在产品生命周期的不同阶段，应该采用不同的管理策略。例如，理策略。例如，AitkenAitken等人研究了产品生命周期对企业供应链等人研究了产品生命周期对企业供应链管理策略的影响。他们的研究结论是企业在产品市场成长和衰管理策略的影响。他们的研究结论是企业在产品市场成长和衰退阶段应该采用物料需求计划（退阶段应该采用物料需求计划（MRPMRP

9、）管理供应链，而在产品）管理供应链，而在产品市场成熟期则适合采用看板管理方式。市场成熟期则适合采用看板管理方式。 虽然，在市场经营意义上，研究人员认同产品生命周期可虽然，在市场经营意义上，研究人员认同产品生命周期可以划分成上述阶段，但是仍然存在许多问题需要进一步研究。以划分成上述阶段，但是仍然存在许多问题需要进一步研究。归纳起来，这些问题主要归纳起来，这些问题主要 可以分成三类问题：可以分成三类问题： 1)1)边界确定问题。图边界确定问题。图2-1 2-1 曲线虽然被分割成若干阶段，曲线虽然被分割成若干阶段，却没有明确规定如何准确计算两个相邻阶段的临界点。目前，却没有明确规定如何准确计算两个相

10、邻阶段的临界点。目前，人们提出各种线性回归和曲线回归模型，根据统计数据来求解人们提出各种线性回归和曲线回归模型，根据统计数据来求解两个阶段的临界点。两个阶段的临界点。 2)2)阶段管理策略。研究结果表明，在产品生命周期的不同阶段管理策略。研究结果表明，在产品生命周期的不同阶段采取不同的管理和销售策略，可以提高企业经营效益。因阶段采取不同的管理和销售策略，可以提高企业经营效益。因此，一些研究文献介绍了产品生命周期中各种管理策略的应用此，一些研究文献介绍了产品生命周期中各种管理策略的应用和相互作用。和相互作用。沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2

11、022 11:39:42 AM 1.1 概述 3)3)产品模型。这里主要指销售意义上的产品模型，即根据产品模型。这里主要指销售意义上的产品模型，即根据销售统计数据建立产品生命周期的模型，以指导各个阶段产品销售统计数据建立产品生命周期的模型，以指导各个阶段产品销售价格和策略的变化。然而，目前产品生命周期研究的重点销售价格和策略的变化。然而，目前产品生命周期研究的重点已经从一类产品群体的市场寿命转向个体产品的存在寿命。激已经从一类产品群体的市场寿命转向个体产品的存在寿命。激烈的市场竞争、企业协作、客户参与、信息技术应用等因素推烈的市场竞争、企业协作、客户参与、信息技术应用等因素推动了个体产品生命周

12、期的研究。本书正是从个体产品存在寿命动了个体产品生命周期的研究。本书正是从个体产品存在寿命的角度探讨产品建模和管理问题。的角度探讨产品建模和管理问题。 2. 2.产品的开发使用寿命产品的开发使用寿命 近几年来，研究文献中产品生命周期概念则是从制造企业近几年来，研究文献中产品生命周期概念则是从制造企业的角度理解一个具体产品的寿命。此时，产品生命周期是指一的角度理解一个具体产品的寿命。此时，产品生命周期是指一个产品从客户需求、概念设计、工程设计、制造到使用和报废个产品从客户需求、概念设计、工程设计、制造到使用和报废的时间过程。在这种概念范畴内，产品生命周期与市场销售情的时间过程。在这种概念范畴内，

13、产品生命周期与市场销售情况无关。产品生命周期概念内涵的转变完全适应了大批量生产况无关。产品生命周期概念内涵的转变完全适应了大批量生产到单件生产方式的转变。前一种产品生命周期的概念是为了支到单件生产方式的转变。前一种产品生命周期的概念是为了支持大批量市场销售，后一种概念则是为了描述持大批量市场销售，后一种概念则是为了描述沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 和管理每个产品（尤其是大型复杂产品）开发、使用和回和管理每个产品（尤其是大型复杂产品）开发、使用和回收过程。虽然目前关于产品生命周期还没有统一的定

14、义，收过程。虽然目前关于产品生命周期还没有统一的定义，但是人们都认为产品生命周期从产品构思开始，到产品报但是人们都认为产品生命周期从产品构思开始，到产品报废截止。各种产品生命周期定义的最大差别在于中间阶段废截止。各种产品生命周期定义的最大差别在于中间阶段的划分。的划分。 CIMdataCIMdata将产品生命周期定义为由三个主要的和相互将产品生命周期定义为由三个主要的和相互作用的生命周期阶段构成：产品定义（作用的生命周期阶段构成：产品定义（product product definitiondefinition）、生产定义（）、生产定义（production definitionproduct

15、ion definition）和）和运作支持（运作支持（operational supportoperational support）。在任何制造企业中）。在任何制造企业中，产品生命周期都是由这三个主要的、紧密关联的过程构，产品生命周期都是由这三个主要的、紧密关联的过程构成的。产品生命周期的每个阶段都包含着执行相关业务功成的。产品生命周期的每个阶段都包含着执行相关业务功能所涉及的流程、信息、业务系统和人员。在产品生命周能所涉及的流程、信息、业务系统和人员。在产品生命周期中，产品定义阶段最早开始于客户需求和产品概念，然期中，产品定义阶段最早开始于客户需求和产品概念，然后一直延伸到产品被废弃和现场

16、服务的停止，包括了完整后一直延伸到产品被废弃和现场服务的停止，包括了完整的产品定义，从机械和电子零件到软件和文档。产品定义的产品定义，从机械和电子零件到软件和文档。产品定义不仅是前端工程设计，它也包不仅是前端工程设计，它也包沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 括了一套完整的信息，定义了产品是如何被设计、加工、括了一套完整的信息，定义了产品是如何被设计、加工、运作或使用、服务，甚至在被废弃不用时，是如何退役运作或使用、服务，甚至在被废弃不用时，是如何退役和拆卸的。和拆卸的。 PTC PTC 公司认为

17、产品生命周期包括概念产生、设计、公司认为产品生命周期包括概念产生、设计、采购、生产、销售和服务等阶段。概念产生阶段进行市采购、生产、销售和服务等阶段。概念产生阶段进行市场预测、产品创意、商业前景预测和投资规划等活动。场预测、产品创意、商业前景预测和投资规划等活动。设计阶段进行产品概念设计、工程设计、工程分析和产设计阶段进行产品概念设计、工程设计、工程分析和产品结构管理等。采购阶段根据产品工程结构确定自制件品结构管理等。采购阶段根据产品工程结构确定自制件和外购件，制订相应的采购计划。生产阶段进行生产准和外购件，制订相应的采购计划。生产阶段进行生产准备、自制件加工和产品装配等活动。销售阶段进行市场

18、备、自制件加工和产品装配等活动。销售阶段进行市场推广、产品发布、客户管理和订单管理等。服务阶段主推广、产品发布、客户管理和订单管理等。服务阶段主要进行产品安装、维护、服务和维修。从许多不同的产要进行产品安装、维护、服务和维修。从许多不同的产品生命周期划分方式，可以看出人们很难在这方面获得品生命周期划分方式，可以看出人们很难在这方面获得一致的定义。究其原因，除了学术观点的差异之外，许一致的定义。究其原因，除了学术观点的差异之外，许多软件厂家提出的定义往往与它们的软件系统功能相结多软件厂家提出的定义往往与它们的软件系统功能相结合。另一方面，这些产品生命周期阶段划分方式之间也合。另一方面，这些产品生

19、命周期阶段划分方式之间也沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 是是“同同”大于大于“异异”。因此，我们也就没有必要论证产。因此，我们也就没有必要论证产品生命周期究竟应该包括几个阶段。品生命周期究竟应该包括几个阶段。2.1.2 2.1.2 产品生命周期建模技术产品生命周期建模技术 1.1.产品几何建模技术产品几何建模技术 伴随着制造业的出现，人们就开始研究产品建模问题。当然伴随着制造业的出现，人们就开始研究产品建模问题。当然，早期的产品建模主要是为了表达产品的结构和加工方式。，早期的产品建模主要是为了

20、表达产品的结构和加工方式。 产品建模就是对实际产品对象的一种简化和抽象的表达，其产品建模就是对实际产品对象的一种简化和抽象的表达，其目的就是为了知识记忆、传授、共享和利用。早期，手工制作的目的就是为了知识记忆、传授、共享和利用。早期，手工制作的产品，其模型基本采用各种不规范的草图，如现在许多木匠仍然产品，其模型基本采用各种不规范的草图，如现在许多木匠仍然采用这种方式表达各种家具的样式。大批量的上业化生产方式则采用这种方式表达各种家具的样式。大批量的上业化生产方式则采用规范化的图纸表达产品的结构和工艺要求。计算机技术应用采用规范化的图纸表达产品的结构和工艺要求。计算机技术应用使得人们能够将产品模

21、型数字化。使得人们能够将产品模型数字化。沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 在大批量生产阶段，制造企业主要采用以主视图在大批量生产阶段，制造企业主要采用以主视图- -俯视图俯视图- -侧视图为基础的二维图形表达产品原理、结构、尺寸和侧视图为基础的二维图形表达产品原理、结构、尺寸和加工方式。由于复杂产品（如大型机械装备）包括大量加工方式。由于复杂产品（如大型机械装备）包括大量复杂的机械部件、电子部件和软件，基于传统二维图纸复杂的机械部件、电子部件和软件，基于传统二维图纸的产品模型存在诸多缺点。的产品

22、模型存在诸多缺点。CADCAD技术的发展，使得产品开技术的发展，使得产品开发工程师可以建立数字化三维产品模型。已经有许多技发工程师可以建立数字化三维产品模型。已经有许多技术文献介绍了产品的几何建模方法，本书就不再赘述。术文献介绍了产品的几何建模方法，本书就不再赘述。 特征建模是目前产品建模技术的主要发展方向特征建模是目前产品建模技术的主要发展方向, ,特征特征（featurefeature）是一种关于产品设计的工程知识概念，并作）是一种关于产品设计的工程知识概念，并作为一种基本元素来描述产品。一个物理对象可以采用多为一种基本元素来描述产品。一个物理对象可以采用多种不同的特征表达方式。例如，一个

23、简单的圆柱体可以种不同的特征表达方式。例如，一个简单的圆柱体可以认为是由认为是由“圆圆”拉伸而成，也可以认为是由矩形围绕一拉伸而成，也可以认为是由矩形围绕一条边旋转而成，如图条边旋转而成，如图2-2 2-2 所示。在这两种情况下，圆柱所示。在这两种情况下，圆柱体的设计特征分别是体的设计特征分别是“圆圆”和和“矩形矩形”。因此，特征的。因此，特征的识别和建模的目的、视角和领域等有关。识别和建模的目的、视角和领域等有关。 沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 特征可以划分成基本特征和复合特征，也可以分成

24、设计特征特征可以划分成基本特征和复合特征，也可以分成设计特征、加工特征和装配特征等。也有人将零件特征分成五类：管、加工特征和装配特征等。也有人将零件特征分成五类：管理特征、技术特征、热处理特征、精度特征和形状特征。理特征、技术特征、热处理特征、精度特征和形状特征。 根据在构造零件中所起的作用，形状特征又可以进一步根据在构造零件中所起的作用，形状特征又可以进一步分为主形状特征（简称主特征）和辅助形状特征（简称辅特分为主形状特征（简称主特征）和辅助形状特征（简称辅特征）两类。主特征用来构造零件的基本几何形体，它包括简征）两类。主特征用来构造零件的基本几何形体，它包括简单主特征和宏特征两类。简单主特

25、征，主要指圆柱体、圆锥单主特征和宏特征两类。简单主特征，主要指圆柱体、圆锥体、成形体、长方体、圆球等简单的基本几何形体。宏特征体、成形体、长方体、圆球等简单的基本几何形体。宏特征指具有相对固定的结构形状和加工方法的形状特征，其几何指具有相对固定的结构形状和加工方法的形状特征，其几何形状比较复杂，而又不便于进一步细分为其他形状特征的组形状比较复杂，而又不便于进一步细分为其他形状特征的组合。宏特征的定义可以简化建模过程，避免各个表面特征的合。宏特征的定义可以简化建模过程，避免各个表面特征的分别描述，并且能反映出零件的整体结构、设计功能和制造分别描述，并且能反映出零件的整体结构、设计功能和制造工艺。

26、特征是依附于主特征（或者其他辅助特征）的几何形工艺。特征是依附于主特征（或者其他辅助特征）的几何形状特征，是对主特征的局部修饰，反映了零件几何形状的细状特征，是对主特征的局部修饰，反映了零件几何形状的细微结构。根据辅特征的特点，将其进一步分为简单辅特征、微结构。根据辅特征的特点，将其进一步分为简单辅特征、沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 复制特征和组合特征。简单辅

27、特征指倒角、退刀槽、螺纹、复制特征和组合特征。简单辅特征指倒角、退刀槽、螺纹、花键、花键、V V 形槽、形槽、T T 形槽、形槽、U U 形槽等单一特征。它们可以附加形槽等单一特征。它们可以附加在上特征仁，也可以附加在辅特征上在上特征仁，也可以附加在辅特征上 , , 从而形成不同的几何从而形成不同的几何形体。例如，若将螺纹特征附加在主特征外圆柱体上，则可形体。例如，若将螺纹特征附加在主特征外圆柱体上，则可形成外圆柱螺纹；若将其附加在内圆柱面上，则形成内圆柱形成外圆柱螺纹；若将其附加在内圆柱面上，则形成内圆柱螺纹。同理，花键也可相应形成外花键和内花键。组合特征螺纹。同理，花键也可相应形成外花键和

28、内花键。组合特征指由一些简单辅特征组合而成的特征，如中心孔、同轴孔等指由一些简单辅特征组合而成的特征，如中心孔、同轴孔等。复制特征指由一些同类型辅特征按一定的规律在空间的不。复制特征指由一些同类型辅特征按一定的规律在空间的不同位置上复制而成的形状特征，如周向均布孔、矩形阵列孔同位置上复制而成的形状特征，如周向均布孔、矩形阵列孔、油沟密封槽、轮缘（齿圈、油沟密封槽、轮缘（齿圈、V V 带轮槽）等。带轮槽）等。 特征不仅是与设计活动制造有关的几何实体表达方法，特征不仅是与设计活动制造有关的几何实体表达方法，而几可以包括几何尺寸、精度、技术要求和管理等属性，因而几可以包括几何尺寸、精度、技术要求和管

29、理等属性，因此，基于特征的产品建模可以表达丰富的信息。为了描述特此，基于特征的产品建模可以表达丰富的信息。为了描述特征之间的联系，人们采用面向对象的方法提出了特征类和特征之间的联系，人们采用面向对象的方法提出了特征类和特征实例的概念。特征类是关于特征类型的描述，是所有相同征实例的概念。特征类是关于特征类型的描述，是所有相同沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 信息性质或属性的特征概括。特征实例是对特征类的属性赋信息性质或属性的特征概括。特征实例是对特征类的属性赋值后的一个特定特征，是特征类的一个成员

30、。按照面向对象值后的一个特定特征，是特征类的一个成员。按照面向对象的概念，特征类和特征实例之间可以存在有如下的联系。的概念，特征类和特征实例之间可以存在有如下的联系。 (l (l）继承联系）继承联系 继承联系构成特征之间的层次联系，位于层次上级的叫继承联系构成特征之间的层次联系，位于层次上级的叫超类特征，位于层次下级的叫亚类特征。亚类特征可继承超超类特征，位于层次下级的叫亚类特征。亚类特征可继承超类特征的属性和方法，这种继承联系称类特征的属性和方法，这种继承联系称AKO( a-kind-of AKO( a-kind-of ）联）联系，如特征与形状特征之间的联系。另一种继承联系是特征系，如特征与

31、形状特征之间的联系。另一种继承联系是特征实例之间的联系，这种联系称为实例之间的联系，这种联系称为INSA(instanceINSA(instance）联系，如某）联系，如某一具体的圆柱体特征类的一个实例，它们之间反映了一具体的圆柱体特征类的一个实例，它们之间反映了INSA INSA 联联系。系。 (2(2）邻接联系）邻接联系 邻接联系反映形状特征之间的相互位置关系，用邻接联系反映形状特征之间的相互位置关系，用CONT(connect-toCONT(connect-to）表示。构成邻接联系的形状特征之间的邻）表示。构成邻接联系的形状特征之间的邻接的状态可共享。例如，一根阶梯轴，每相邻两个轴段之间

32、接的状态可共享。例如，一根阶梯轴，每相邻两个轴段之间沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 的关系就是邻接联系，其中每个邻接面的状态可共享。的关系就是邻接联系，其中每个邻接面的状态可共享。 （3 3）从属联系）从属联系 从属联系描述形状特征之间的依从或附属关系，用从属联系描述形状特征之间的依从或附属关系，用IST ( is-subordinate -to ) IST ( is-subordinate -to ) 表示。从属的形状特征依表示。从属的形状特征依赖于被从属的形状特征而存在，如倒角附属于圆柱体

33、。赖于被从属的形状特征而存在，如倒角附属于圆柱体。 （4 4）引用联系）引用联系 引用联系描述特征类之间作为关联属性而相互引用引用联系描述特征类之间作为关联属性而相互引用的联系，用的联系，用REF(refer-REF(refer-enceence) )表示。引用联系要存在于形表示。引用联系要存在于形状特征对精度特征、材料特征的引用。产品特征建模可状特征对精度特征、材料特征的引用。产品特征建模可以采用交互式特征定义、特征识别和基于特征设计三种以采用交互式特征定义、特征识别和基于特征设计三种方法。交互式特征定义方法首先建立产品的几何模型，方法。交互式特征定义方法首先建立产品的几何模型，然后通过图形

34、交互式拾取，定义特征所需要的）七何要然后通过图形交互式拾取，定义特征所需要的）七何要素，并将特征能数或精度、技术要求、材料热处理等信素，并将特征能数或精度、技术要求、材料热处理等信息作为属性添加到特征模型中。这种建模方法自动化程息作为属性添加到特征模型中。这种建模方法自动化程度低，产品数据的共享也难以实现，信息处理过程中容度低，产品数据的共享也难以实现，信息处理过程中容易产生人为的错误。特征识别方法将几何模型与预先定易产生人为的错误。特征识别方法将几何模型与预先定义的特征进行比较，确定特征的具体类型义的特征进行比较，确定特征的具体类型1.1.2 1.1.2 产品生命周期建模型技术产品生命周期建

35、模型技术沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:42 AM 1.1 概述 及其他信息。特征识别方法包括下列步骤：及其他信息。特征识别方法包括下列步骤： 搜索产品几何搜索产品几何数据库，匹配特征的拓扑几何模型。数据库，匹配特征的拓扑几何模型。 从数据库中提取已识从数据库中提取已识别的特征信息别的特征信息 确定特征参数。确定特征参数。 完成特征几何模型。完成特征几何模型。 组合简单特征以获得高级特征、基于特征的设计方法直接采组合简单特征以获得高级特征、基于特征的设计方法直接采用特征建立产品模型，而不是事后去识别特征。用特征建立产品

36、模型，而不是事后去识别特征。 2. 2.产品生命周期建模技术产品生命周期建模技术 全球市场竞争的核心是能够满足市场需求和具有知识创全球市场竞争的核心是能够满足市场需求和具有知识创新的产品竞争，而产品竞争主要体现在客户需求、产品功能新的产品竞争，而产品竞争主要体现在客户需求、产品功能、外观、质量、成本和售后服务等多方面。复杂产品的设计、外观、质量、成本和售后服务等多方面。复杂产品的设计制造过程不仅需要一个企业内各个业务部门的协同，而民需制造过程不仅需要一个企业内各个业务部门的协同，而民需要分布在不同区域的多企业合作。为了有效地分配各类资源要分布在不同区域的多企业合作。为了有效地分配各类资源和协调

37、众多的经营制造活动，制造企业必须以集成的观点将和协调众多的经营制造活动，制造企业必须以集成的观点将产品销售、原材料供应、产品结构、工艺、生产计划、质量产品销售、原材料供应、产品结构、工艺、生产计划、质量和服务支持等方面的数据有机地联系起来产品生命周期的信和服务支持等方面的数据有机地联系起来产品生命周期的信息模型支持在分布式制造环境中产品数据的描述、传递和共息模型支持在分布式制造环境中产品数据的描述、传递和共享。因此，产品生命周期建模技术和以此为基础的信息管理享。因此，产品生命周期建模技术和以此为基础的信息管理系统得到学术界和工业界的重视。系统得到学术界和工业界的重视。1.1.2 1.1.2 产

38、品生命周期建模型技术产品生命周期建模型技术沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.1 概述 数字化产品建模技术经历二维几何建模、三维几何建模数字化产品建模技术经历二维几何建模、三维几何建模、特征建模、集成建模等发展阶段。特征建模方法和面向对、特征建模、集成建模等发展阶段。特征建模方法和面向对象方法的结合推动了产品建模技术的发展，产品模型应用范象方法的结合推动了产品建模技术的发展，产品模型应用范围也从工程技术领域扩展到经营管理领域。根据面向对象的围也从工程技术领域扩展到经营管理领域。根据面向对象的方法，这里可以将

39、产品（包括零部件）作为对象进行描述，方法，这里可以将产品（包括零部件）作为对象进行描述，而产品生命周期中各阶段需要的产品信息可以作为对象属性而产品生命周期中各阶段需要的产品信息可以作为对象属性进行描述。在产品生命周期内，产品的对象模型将工程、管进行描述。在产品生命周期内，产品的对象模型将工程、管理、生产、供应、销售和服务数据集成起来。产品的对象模理、生产、供应、销售和服务数据集成起来。产品的对象模型按照产品的生命周期阶段管理产品的数据构形和物理构形型按照产品的生命周期阶段管理产品的数据构形和物理构形，保证企业内部部门和合作伙伴共享一致的产品信息。这样，保证企业内部部门和合作伙伴共享一致的产品信

40、息。这样，我们就可以将过去分散在不同地域和组织机构的产品信息，我们就可以将过去分散在不同地域和组织机构的产品信息整合起来，通过各种视图向相关人员提供他们需要的数据。整合起来，通过各种视图向相关人员提供他们需要的数据。例如，销售数据视图提供产品发布、客户需求、订单和库存例如，销售数据视图提供产品发布、客户需求、订单和库存等方面的数据。设计数据视图为设计人员提供产品工程信息等方面的数据。设计数据视图为设计人员提供产品工程信息，如几何数据、五艺、图纸和结构关系等。供应数据视图提，如几何数据、五艺、图纸和结构关系等。供应数据视图提供关于原材料需求、供应商、市场、采购和运输方面的数据供关于原材料需求、供

41、应商、市场、采购和运输方面的数据。 1.1.2 1.1.2 产品生命周期建模型技术产品生命周期建模型技术沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.1 概述 生产数据视图提供产品加工计划、资源需求、工艺规程、装生产数据视图提供产品加工计划、资源需求、工艺规程、装配控制等方面的信息。分类的数据视图可以避免非法操作，配控制等方面的信息。分类的数据视图可以避免非法操作，只允许用户获得他们需要的数据，可以有效地维护数据安全只允许用户获得他们需要的数据，可以有效地维护数据安全和一致性因此，产品的对象模型使得人们可以在同一个对

42、象和一致性因此，产品的对象模型使得人们可以在同一个对象上获得所需的管理、销售、工程、制造和维护数据。其次，上获得所需的管理、销售、工程、制造和维护数据。其次，对象模型中对象之间的关系描述可以将各种不同对象联系起对象模型中对象之间的关系描述可以将各种不同对象联系起来。例如，将产品与零部件联系起来，将产品与其变型产品来。例如，将产品与零部件联系起来，将产品与其变型产品联系起来，将产品与资源联系起来。联系起来，将产品与资源联系起来。 综上所述，产品生命周期建模就是采用对象生命演化发综上所述，产品生命周期建模就是采用对象生命演化发展的观点将各阶段中各领域所需要的产品数据联系起来，对展的观点将各阶段中各

43、领域所需要的产品数据联系起来，对过去分散独立的模型进行集成，形成逻辑上统一的产品数据过去分散独立的模型进行集成，形成逻辑上统一的产品数据源。产品生命周期建模是产品建模技术发展的必然趋势。信源。产品生命周期建模是产品建模技术发展的必然趋势。信息技术的不断发展也支持了产品集成建模技术的发展，使得息技术的不断发展也支持了产品集成建模技术的发展，使得我们可以面向产品生命周期建立集成的产品模型。我们可以面向产品生命周期建立集成的产品模型。 1.1.2 1.1.2 产品生命周期建模型技术产品生命周期建模型技术沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 1

44、1:39:43 AM 1.1 概述 1 1产品生命周期建模的内涵产品生命周期建模的内涵 产品模型在传统的设计模型基础上增加厂产品采购模型产品模型在传统的设计模型基础上增加厂产品采购模型、加工模型、质量模型、成本模型和服务模型等。而且，由、加工模型、质量模型、成本模型和服务模型等。而且，由于计算机应用技术的深入，产品模型的概念范畴也在扩展，于计算机应用技术的深入，产品模型的概念范畴也在扩展，不再仅仅局限于产品设计模型。产品建模活动也由工程开发不再仅仅局限于产品设计模型。产品建模活动也由工程开发部门扩展到经营管理部门。在企业扩展中，制造企业还需要部门扩展到经营管理部门。在企业扩展中，制造企业还需要

45、与它的供应商、设计伙伴、外协伙伴和销售伙伴等分享产品与它的供应商、设计伙伴、外协伙伴和销售伙伴等分享产品数据。数据。 这些数字化产品模型非常容易被复制、修改和传递，造这些数字化产品模型非常容易被复制、修改和传递，造成产品数据的剧增和不一致性。多种多样的产品模型对制造成产品数据的剧增和不一致性。多种多样的产品模型对制造企业的管理效率和产品制造成本构成了严重的挑战。首先，企业的管理效率和产品制造成本构成了严重的挑战。首先，各类模型分别由企业内外的不同组织部门建立、使用和维护各类模型分别由企业内外的不同组织部门建立、使用和维护，并且采用多种表达和存储格式。这些分布的产品模型之间，并且采用多种表达和存

46、储格式。这些分布的产品模型之间没有建立联系，一方更改时，其他各方不能及时作相应的更没有建立联系，一方更改时，其他各方不能及时作相应的更改。其次，这些产品模型之间存在大量的数据重叠和冗余，改。其次，这些产品模型之间存在大量的数据重叠和冗余，没有合理划分彼此的界限。没有合理划分彼此的界限。 1.1.3 1.1.3 产品生命周期建模型意义产品生命周期建模型意义沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.1 概述 因此，在产品生命周期内建立统一的产品模型具有因此，在产品生命周期内建立统一的产品模型具有迫切的重要性。产品生命

47、周期建模主要解决以下三个问迫切的重要性。产品生命周期建模主要解决以下三个问题：产品生命周期定义和阶段的划分；阶段模型的表达题：产品生命周期定义和阶段的划分；阶段模型的表达；建立阶段模型之间的联系。具体讲，产品生命周期建；建立阶段模型之间的联系。具体讲，产品生命周期建模应该解决以下技术问题：模应该解决以下技术问题： 1)1)如何获取和表达客户需求，如产品概念、功能、如何获取和表达客户需求，如产品概念、功能、工作空间、性能等。工作空间、性能等。 2) 2)如何获取和表达产品的工程设计信息，如产品工如何获取和表达产品的工程设计信息，如产品工作原理、功能、概念、几何、制造性和维护性等。作原理、功能、概

48、念、几何、制造性和维护性等。 3)3)如何获取和表达产品的制造信息，如工艺、制造如何获取和表达产品的制造信息，如工艺、制造资源（机床和家具）、材料等。资源（机床和家具）、材料等。 4)4)如何获取和表达产品质量信息，如加工精度、误如何获取和表达产品质量信息，如加工精度、误差、质量处理记录等。差、质量处理记录等。 5) 5)如何获取和表达产品制造相关的管理信息，如客如何获取和表达产品制造相关的管理信息，如客户订单、生产计划、原材料采购、销售等。户订单、生产计划、原材料采购、销售等。 1.1.3 1.1.3 产品生命周期建模型意义产品生命周期建模型意义沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究

49、与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.1 概述 6)6)如何获取和表达产品运行和维护信息，如运行记录、如何获取和表达产品运行和维护信息，如运行记录、磨损、维修记录、备件和报废处理方法等。磨损、维修记录、备件和报废处理方法等。 7)7)如何将各阶段产品信息联系起来，如将客户需求与产如何将各阶段产品信息联系起来，如将客户需求与产品设计方案联系来等。品设计方案联系来等。 2. 2.产品生命周期建模意义产品生命周期建模意义 目前，一个产品的目前，一个产品的50 50 8080的部件都是由协作企业完的部件都是由协作企业完成，这就要求在产品生命周期各阶段中从事产品设

50、计、制造成，这就要求在产品生命周期各阶段中从事产品设计、制造、销售和维护活动的人员能够及时获得所需要的信息。企业、销售和维护活动的人员能够及时获得所需要的信息。企业联盟、网络化制造和协同制造等制造模式要求企业采用信息联盟、网络化制造和协同制造等制造模式要求企业采用信息技术对分布的产品数据进行统一维护和管理。产品生命周期技术对分布的产品数据进行统一维护和管理。产品生命周期模型提供一种概念映射机制将产品设计、工艺、质量、成本模型提供一种概念映射机制将产品设计、工艺、质量、成本、销售和运行等数据有机地联系起来，并且支持相关数据的、销售和运行等数据有机地联系起来，并且支持相关数据的分布式获取和处理。产

51、品生命周期模型包括多个方面的模型分布式获取和处理。产品生命周期模型包括多个方面的模型，而且人们需要一种方法来自动产生这些模型和存储它们之，而且人们需要一种方法来自动产生这些模型和存储它们之1.1.3 1.1.3 产品生命周期建模型意义产品生命周期建模型意义沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.1 概述 间的关系。产品生命周期建模使得制造企业从全局考虑间的关系。产品生命周期建模使得制造企业从全局考虑各种约束条件，更好地理解客户需求，满足客户多样性各种约束条件，更好地理解客户需求，满足客户多样性的需求。它支持制造

52、企业从整体上优化经营生产过程，的需求。它支持制造企业从整体上优化经营生产过程，降低成本、交货期和资源消耗，提高产品质量和吐能。降低成本、交货期和资源消耗，提高产品质量和吐能。产品生命周期建模的意义包括以下方面：产品生命周期建模的意义包括以下方面： l l）将产品相关全部数据，如客户需求、设计方案、）将产品相关全部数据，如客户需求、设计方案、工艺、材料、质量、运行等信息，按照全局模型集成起工艺、材料、质量、运行等信息，按照全局模型集成起来，用演化发展的原理建立产品阶段模型直接的联系，来，用演化发展的原理建立产品阶段模型直接的联系，以避免数据复制、冗余和不一致性。以避免数据复制、冗余和不一致性。

53、2)2)企业内全部业务部门和人员可以获取统一和完整企业内全部业务部门和人员可以获取统一和完整的产品概念和数据，有利于知识获取、重用和共享。激的产品概念和数据，有利于知识获取、重用和共享。激烈的市场竞争、技术进步和客户化需求等因素使得产品烈的市场竞争、技术进步和客户化需求等因素使得产品越来越复杂。制造企业可以通过知识管理来提高产品中越来越复杂。制造企业可以通过知识管理来提高产品中的技术含量。的技术含量。1.1.3 1.1.3 产品生命周期建模型意义产品生命周期建模型意义沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.1

54、概述 3)3)通过计算机网络，供应商、合作伙伴、分销商和通过计算机网络，供应商、合作伙伴、分销商和客户可以及时获得相关的产品数据，协调合作活动。客户可以及时获得相关的产品数据，协调合作活动。 4)4)将企业全部经营生产活动围绕产品（客户需求）将企业全部经营生产活动围绕产品（客户需求）展开，可以快速地从一种产品的生产转换到其他产品的展开，可以快速地从一种产品的生产转换到其他产品的生产。生产。 5)5)提供客户化的产品，允许客户可以按照提供客户化的产品，允许客户可以按照“个性个性”来重构已有的产品，提高客户满意度。来重构已有的产品，提高客户满意度。 6)6)缩短产洁交付周期，提高产品质量，降低产品

55、缩短产洁交付周期，提高产品质量，降低产品成本。成本。 7)7)它支持企业不断完善业务过程，消除不必要的、它支持企业不断完善业务过程，消除不必要的、重复的和浪费性的活动，是企业组织和业务流程重构的重复的和浪费性的活动，是企业组织和业务流程重构的基础。基础。 8) 8)实现产品回收处理，减少对环境的影响。实现产品回收处理，减少对环境的影响。 过去，人们一般在产品设计完成后才开始评估对环过去，人们一般在产品设计完成后才开始评估对环境的影响。现在，随着全社会环境意识的增强，必须在境的影响。现在，随着全社会环境意识的增强，必须在产品设计过程考虑环境影响。因此，环境保护因素已经产品设计过程考虑环境影响。因

56、此，环境保护因素已经成为产品概念成为产品概念1.1.3 1.1.3 产品生命周期建模型意义产品生命周期建模型意义沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.1 概述 设计方案选择和产品详细设计的主要因素。评价产品对设计方案选择和产品详细设计的主要因素。评价产品对环境影响是一个困难的任务，产品设计工程师普遍没有这方环境影响是一个困难的任务，产品设计工程师普遍没有这方面的知识和经验。因此，研究人员提出多种方法和工具帮助面的知识和经验。因此，研究人员提出多种方法和工具帮助工程师在材料选择、工艺、重新利用、回收处理和废弃物

57、排工程师在材料选择、工艺、重新利用、回收处理和废弃物排放等方面进行决策。放等方面进行决策。 生命周期评价（生命周期评价（life cycle life cycle assessnment,LCAassessnment,LCA）是一种）是一种计算资源消耗和产品对环境影响的方法。从计算资源消耗和产品对环境影响的方法。从1997 1997 年开始，国年开始，国际标准化组织（际标准化组织（ISOISO）将）将LCA LCA 制订为国际标准制订为国际标准ISO 14040ISO 14040，评，评价产品系统对环境直接的和间接的影响。价产品系统对环境直接的和间接的影响。LCALCA方法体系在通用方法体系在

58、通用框架下包括一组具体的方法和评价策略门例如，设计工程师框架下包括一组具体的方法和评价策略门例如，设计工程师可以评价各种不可再生或者稀有资源（如铜和镍）的消耗，可以评价各种不可再生或者稀有资源（如铜和镍）的消耗，以及对人体和环境有害的排放程度。工程师在原材料和工艺以及对人体和环境有害的排放程度。工程师在原材料和工艺选择方面应该遵循一些原则：选择方面应该遵循一些原则：1.1.3 1.1.3 产品生命周期建模型意义产品生命周期建模型意义沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.1 概述 l)计算材料成本，减少材料消耗

59、。 2)降低有害化学成分，避免有害物资。 3)采用先进工艺，降低废弃物的排放。 4)尽量利用可循环利用材料、耐用材料和可再生材料。 5)充分利用能源等。1.1.3 1.1.3 产品生命周期建模型意义产品生命周期建模型意义沈阳理工大学沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心技术研究与开发中心 1/14/2022 11:39:43 AM 1.2 产品建模语言 随着技术进步和社会发展，产品的功能越来越完善，而随着技术进步和社会发展，产品的功能越来越完善，而产品的结构也越来越复杂。大型复杂产品开发过程需要越来产品的结构也越来越复杂。大型复杂产品开发过程需要越来越多的人员和组织部门的参与。在产品设计

60、过程、产品加工越多的人员和组织部门的参与。在产品设计过程、产品加工装配过程和经营管理过程中，大量的产品数据需要在企业内装配过程和经营管理过程中，大量的产品数据需要在企业内及企业之间信息交换。产品数据的表述和传递成为大型复杂及企业之间信息交换。产品数据的表述和传递成为大型复杂产品开发成败的关键。产品数据的表达方式也经历了文字、产品开发成败的关键。产品数据的表达方式也经历了文字、草图、工程图纸、二维和二维数字图形、数据库和多媒体文草图、工程图纸、二维和二维数字图形、数据库和多媒体文档等演化过程。产品数据传递方式也由传统的电话、传真和档等演化过程。产品数据传递方式也由传统的电话、传真和邮政发展到了电