现代集成制造系统的关键技术

1、第5章 现代集成制造系统的关键技术华北电力大学自动化系2现代集成制造系统的关键技术现代集成制造系统理论和支持技术（略）计算机辅助技术现代集成制造系统的集成平台技术制造过程控制技术现代集成制造系统的新发展现代集成制造系统中的信息技术现代集成制造网络技术产品数据模型交换标准STEP产品全生命周期管理技术PLM华北电力大学自动化系4Why PDM?企业产品数据管理存在的问题信息共享：信息共享：异地、不同部门产品信息如何查询、传递？异地、不同部门产品信息如何查询、传递？数据版本：数据版本：如何保证技术中心和各部门的图纸版本一致？如何保证技术中心和各部门的图纸版本一致？安全保密：安全保密：如何保证各部门

2、的数据不会流失泄密？如何保证各部门的数据不会流失泄密？产品结构：产品结构：如何简化系列产品开发？保证各部门如何简化系列产品开发？保证各部门 BOM？计划管理：计划管理：如何跟踪工作状态？如何记录备案？如何跟踪工作状态？如何记录备案？工程工程变变改：改：如何分析更改影响？各地如何及时得到通知？如何分析更改影响？各地如何及时得到通知？符合规范：符合规范：如何规范协调各部门的工作？符合如何规范协调各部门的工作？符合ISO？信息交流：信息交流：各部门（含供应商）之间信息如何可视化交流？各部门（含供应商）之间信息如何可视化交流？华北电力大学自动化系5在开发和设计的工作中，正确的文档应该在正确的时候送到正

3、确的地方l需求需求功能图功能图计算资料计算资料产品目录产品目录标准标准图纸图纸零件表零件表准则准则规格说明书规格说明书材料表材料表工具单工具单DINISO华北电力大学自动化系6档案室文件发放文件发放放发件文放发件文工艺文件(纸介质)产品图纸(纸介质)物料文件(纸介质)其他文件(纸介质)网络网络人工环境下的产品数据管理产品设计CAD/CAE生产管理MRP/ERP其他部门信信息息孤孤岛岛信信息息孤孤岛岛信信息息孤孤岛岛电子文档电子文档工艺设计CAPP/CAM信信息息孤孤岛岛电子文档电子文档电子文档电子文档电子文档电子文档华北电力大学自动化系7 重要工作重要工作查找通知检查归档分类设计计算绘图建立零

4、件表修改利用PDM可以大大简化开发和设计工作图纸管理图纸管理文档管理文档管理零件分类零件分类产品结构管理产品结构管理BOM生成生成2D / 3D - CADFEMDTP文档保存文档保存基于基于PDM的系统解决方案的系统解决方案零件管理零件管理华北电力大学自动化系8PDM的定义产品数据管理(PDM)以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息和过程集成起来，统一管理，使产品数据在其生命周期内保持一致、最新和安全，从而缩短产品研发周期、降低成本、提高质量、改善性能，使企业赢得主动权和竞争优势。与产品相关的信息包括项目计划、设计数据、产品模型、工程图纸、技术规范、工

5、艺资料等；与产品相关的过程包括工作流程、机构关系等过程处理程序。华北电力大学自动化系9进一步分析，PDM可以定义为以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。PDM以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。PDM进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，所有的信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的。核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。PDM的定义华北电力大学自动化系10产品数据管理的原理M-CADE-CADCAPPFEMDTPPDMClientPDMClientPDMClientMetadaten

6、文件系统文件系统文档文档PDMServerDBServer数据库数据库华北电力大学自动化系11产品数据管理(PDM)系统PDM的功能华北电力大学自动化系12PDM系统的基本功能与应用 基本功能 -产品定义数据和文件的存储、管理与共享 -产品数据和文件的生成和变更过程的工作流控制 -产品结构的配置与历史管理 全局应用 -支持成组技术与模块化设计 -支持并行工程(CE/DFX) -知识管理(KM)的框架 -支持与生产系统(ERP)的集成 -产品全生命周期管理(PLM)的核心华北电力大学自动化系13 充分利用成熟设计 支持并行工程的组织原则、设计方法与工作流程 建立标准/外购件库直至企业标准/知识库

7、 按规则配置变型产品，支持模块化设计 支持设计阶段的成本控制 确定更改影响、保存/追溯更改历史（版本） 支持质量保证体系和程序的执行 保证生产系统获得及时、准确的数据和信息PDM系统解决的问题华北电力大学自动化系14产品设计 CAD/CAE生产管理MRP/ERP其他部门电子文档电子文档工艺设计CAPP/CAM电子文档电子文档电子文档电子文档电子文档电子文档产品结构树产品结构树(BOM)产品图纸产品图纸 三维模型三维模型产品工艺文件产品工艺文件质量控制文件质量控制文件标准标准/手册手册其他其他.统一统一产品产品数据数据模型模型统一的产品数据库统一的产品数据库统一的产品数据管理系统（统一的产品数据

8、管理系统（PDM）数据管理数据管理, 数据查询数据查询, 数据共享数据共享, 权限控制权限控制, 版本版本, 更改更改, 发放发放, 工作流程工作流程,电子邮件电子邮件.网络网络PDM环境下的产品数据管理华北电力大学自动化系15PDM管理下的信息环境华北电力大学自动化系16目标：工程数据的一致性 一致性是及时性与准确性的基础 解决一致性与及时性的矛盾 共享数据库-无需拷贝的文件(数据)发放 / 更改 解决及时性与准确性的矛盾 工作流程由串行变为并行-无需文件传递用PDM管理工程数据华北电力大学自动化系171) 图文档管理l 建立分布式电子仓库，安全、高效地进行文档的创建、存储、变更、访问等控制

9、 l 提供分类、组合、模糊查询等方式查询图文档l 快速浏览、检查、批注各种图文档l 根据图文档属性进行统计、打印PDM功能模块华北电力大学自动化系182) 项目管理l 项目组的创建、删除和属性修改l 项目参与人员的机构组织及角色指派l 跟踪项目进展过程中发生的所有事件和活动l 以直观的图示化方式进行任务的分解、确定任务流程、监控任务的状态等 l 任务间以邮件和通知的形式进行协作PDM功能模块华北电力大学自动化系193) 工作流程管理l 提供工作流程模板编辑器l 实现产品设计与更改过程的跟踪与控制l 完成工程数据的提交与修改或审批、文档的发布以及自动通知等l 相应的签字和批注信息随文件进行传递P

10、DM功能模块华北电力大学自动化系20PDM系统中工作流管理概念设计校对部件校对部件设计项目负责人校对零件设计零件设计修改意见文档流信息流华北电力大学自动化系214) 产品结构与配置管理l 采用产品结构树存储产品结构和设计信息l 自动转换其它系统设计的图纸信息l CAD图纸能自动、批量地采集到产品数据库中l 利用产品的零部件设计图自动生成产品部件装配图 l 可以形成产品零部件物料清单 l 提供有效性、变量、版本等配置服务进行产品配置，为企业提供更大的灵活性，可以在同一个BOM上配置出满足各种条件、符合各种要求的产品结构树，满足企业内部多视图查询、面向定单制造的要求等PDM功能模块华北电力大学自动

11、化系22PDM功能模块5) 权限管理l 可进行企业技术部门的人员、组织结构定义l 管理人员的角色和帐号l 进行级别定义和控制用户、机构、文档以及项目的权限l 可根据项目进行动态权限分配华北电力大学自动化系236) 动态编码管理l 提供以成组技术为核心，支持编码规则可重组的柔性编码系统l 可利用面向成组技术的查询工具检索相似资源设计新产品PDM功能模块华北电力大学自动化系24PDM功能模块7) 邮件管理l 自动产生邮件提示相关人员进入相关工作 l 可以相互方便进行邮件通讯交流华北电力大学自动化系258）系统的集成与二维CAD系统的集成PDM不仅管理二维CAD系统的工程图，同时实现与工程图相关信息

12、的交流。如图纸标题栏包含的零部件的名称、编码、材料等信息，装配图的明细表信息等等。PDM功能模块华北电力大学自动化系26与三维CAD系统的集成PDM能随时打开三维CAD系统相关文件，进行各种复杂修改，启动提取三维CAD系统文件内部的相关信息，并根据组件信息生成明细表，自动组织相关装配关系，系统随着图文件相关数据的变迁，能自动更新维护此种装配关系。与CAPP的集成PDM能将CAPP产生的各种汇总表等数据读入，完成项目管理、图纸管理。 PDM功能模块华北电力大学自动化系27产品开发设计过程中的集成生产准备生产准备产品设计产品设计产品规划产品规划产品试验产品试验PDM产品规划产品规划产品设计产品设计

13、产品试验产品试验生产准备生产准备项目管理项目管理生产准备生产准备产品设计产品设计产品规划产品规划产品试验产品试验PDM虚拟产品模型虚拟产品模型过程流过程流过程序列过程序列过程链过程链Internet/Intranet/Extranet华北电力大学自动化系28利用 PDM实现异地设计PDMServerInternet / LAN / WANClientLocalFilesFilesDBFilesDBFilesDB华北电力大学自动化系29“PDMAX!“进行的PDM 效益调查 销售开发与设计采购 服务 生产制订生产计划 缩短时间 降低成本 提高质量10 - 30 %10 - 20 %5 - 15

14、%10 - 15 %20 - 40 %顾客响应时间 -50%处理需求改变时间 -70%结构设计和干涉检查时间-95%定制周期-90%生产周期-30%服务响应时间 -50%故障恢复时间 -90%信息有效性增加100% 顾客满意度90%设计错误 -20%工程更改 -40%订单错误率-100%废品率和返修率-20%备件错误发送-100%产品维护停工期 -50%Source: McKinsey & Company / ITM Ruhr-University Bochum, Germany华北电力大学自动化系30PDM 的不同应用层次华北电力大学自动化系31虚拟企业级PDM虚拟产品虚拟产品知识库顾客地点

15、B地点A地点C合作伙伴A合作伙伴B供货商A供货商B虚拟工程平台Extranet工作流CPC:PDM ERP SCM CRMX .Web应用服务器应用服务器现代集成制造系统中的信息技术产品数据管理PDM产品数据模型交换标准STEP产品全生命周期管理技术PLM华北电力大学自动化系33现代集成制造网络技术概述随着信息技术和网络技术的飞速发展,网络化制造作为一种现代制造新模式,正日益成为制造业研究和实践的一个热门领域。制造全球化、制造敏捷化、制造网络化和制造虚拟化是现代制造业发展的趋势,而制造全球化、制造敏捷化和制造虚拟化均离不开制造网络化的支撑环境。网络化制造模式具有信息集成、过程集成、组织集成和知

16、识集成等集成特性。华北电力大学自动化系34现代集成制造网络技术概述基于Intranet实现制造环境内部的网络化，实现企业中工业设计、管理信息系统、服务系统等制造过程各子系统的集成。基于internet网实现企业与外界的联系，包括供应链管理公共数据中心远程服务异地设计和制造华北电力大学自动化系35制造网络实现的关键技术1）分布式网络通信技术2）网络数据的存取和交换技术3）信息交换技术4）协同工作技术5）工作流管理华北电力大学自动化系36制造网络的应用模式1）AIMSAIMS项目由美国空军Wright实验室资助，有五个国防和民用工业单位参加。它旨在研究一个使国防和民用工业两个工业体系联合在一起，组

17、成一个统一的敏捷制造系统的信息框架，提供一个标准的通过局部计算机网络或Internet获取各种敏捷制造服务的方法。AIMS加快了国防工业和民用工业之间的转换。国防工业在开工不足时，可以承接民用生产任务；在国防工业生产紧张的时候，民用工业也可以为国防工业生产服务。华北电力大学自动化系37制造网络的应用模式在AIMS项目中，通过Internet访问制造服务单元，并以此为基础构造虚拟企业的概念得到了实践。5个公司都在网上提供了标准的柔性制造服务，这些制造服务采用的是公司现有的制造设备，通过标准接口代理进行封装，形成AIMS制造服务网络，客户和供应商可以通过网络，采用结构化的通讯方式来请求所需的信息（

18、如成本、设备能力、库存情况等）、进行项目招标、发放定单。AIMS项目的研究实践为实施网络化制造和建立面向制造的国家信息基础结构提供了良好的参考。华北电力大学自动化系38制造网络的应用模式2）CAMNET美国的“CAMNet” 是在美国国防部资助下，由通用电器公司研究与开发中心开发的模具计算机辅助制造网，参加产品开发与制造的合作伙伴（制造商、供应商、技术推广部门、制造服务部门、政府部门等）在网络上协调工作，摆脱距离、时间、计算机平台和工具的影响，可以在网上获取重要的设计和制造信息，如CAD模型、生产工艺、制造仿真、顾客需求等。CAMNet提供四种服务：塑料应用设计服务；环境制造服务；材料选择服务

19、；供应商预资格评估服务。华北电力大学自动化系39制造网络的应用模式3)企业集成网络-EINetEINet是由美国国防部ARPA提供资助、TradeWave公司开发的一个先进的通信基础框架。它允许各种工业应用在网络内透明地相互连接，并提供增值的服务。这些服务包括：目录服务、安全性服务和电子汇款服务。目录服务帮助用户在电子市场或企业内部寻找信息、服务和人员；安全性服务通过用户权限为网络安全提供保障；电子汇款服务支持在整个网络上进行商业往来。通过这些服务，用户能够快速地确定所需要的信息、安全地进行各种业务以及方便地处理财务事务。华北电力大学自动化系40制造网络的应用模式4)零件组网络ParNetPa

20、rtNet是由美国国防部ARPA提供资助、Utah大学和PartNet公司合作完成的项目，是一个在线零件目录和分布式组件信息系统。它建立在最新的网络技术、面向对象的应用开发和分布式数据库的基础上，为内部或外部用户提供在线的桌面访问。用户可在任何地点确定、搜索和选择存储在零件目录中的组件。华北电力大学自动化系41制造网络的应用模式web2CAD , founded in 2004 in Germany to support the many powerPARTS customers and to massively extend the business of Parts Libraries.

21、Its contents forms a comprehensive CAD Parts Library, with more than 170 parts catalogs and 80 million CAD drawings which can be accessed by the 200,000 registered users Online. 华北电力大学自动化系42制造网络的发展趋势面向全球制造，构建全球制造体系制造组织的动态联盟人机智能的柔性交互现代集成制造系统中的信息技术产品数据管理PDM现代集成制造网络技术产品全生命周期管理技术PLM华北电力大学自动化系44STEP概述产品模

22、型数据交换标准(standard for the exchange of product model data, STEP)国际标准化组织ISO在1988年公布了产品模型数据交换标准STEP（ISO10303 ），解决了产品模型的交换问题。STEP有三个特点： （1）支持广泛的应用领域； （2）能表达完整的产品数据，提供多种数据交换方式； （3）它具有中性机制，可以独立于热核具体的系统。 华北电力大学自动化系45STEP的结构三层结构：物理层(physical)、逻辑层(logical)和应用层(application)， 其目的是提供一种不依赖于平台的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的无

23、二义性的产品数据， 产品的数据表达和交换构成了STEP的基础。EXPRESS是STEP标准中提供的一个描述产品信息模型的形式化描述语言，它具有可读性并被计算机所理解，又利于计算机应用程序和支持软件的实现。由于EXPRESS仅仅是一种信息描述语言，不是编程语言。它描述的代码不能由计算机编译，所以它的实现要依赖于与其他可编译语言之间(C+，Java)的语言联编。华北电力大学自动化系46STEP的主要组成1）EXPRESS语言为了能够描述客观事物、客观事物的特性、事物之间的关系，它引入了实体（ENTITY）和模式（SCHEMA）的概念。在EXPRESS语言中把一般的事物（或概念）抽象为实体，若干实体

24、的集合组成模式。事物的特性在EXPRESS语言中用实体的属性（attribute）表示。实体的属性可以是简单数据类型，还可以是聚合数据类型或布尔数据类型用以描述相对复杂的产品特性。描述实体之间的关系用子类（SUBTYPE）和超类（SUPERTYPE）说明的办法。为了能够直观的表示所建立的数据模型，在标准中还规定可以用EXPRESS-G图表示实体、实体的属性，实体和属性之间的关系、实体之间的关系等等。华北电力大学自动化系47STEP的主要组成2）应用协议应用协议(AP)是STEP标准的另一个重要组成部分，它指定了某种应用领域的内容，包 括范围、信息需求以及用来满足这些要求的集成资源。STEP标准

25、是用来支持广泛领域的产品数据交换的，应该包括任何产品的完整生命周期的所有数据。由于它的广泛性和复杂性，任何一个组织想要完整地实现它都是不可能的。为了保证STEP的不同实现之间的一致性，它的子集的构成也必须是标准化的。对于某一具体的应用领域，这一子集就被称为应用协议。这样，若两个系统符合同一个应用协议，则两者的产品数据就应该是可交换的。 国际标准化组织现在正式发布的应用协议有：ISO10303-201 显式绘图，简称AP201；ISO10303-202 相关绘图，简称AP202；ISO10303-203 配置控制设计，简称AP203；华北电力大学自动化系48STEP的主要组成3）集成资源和应用解释构造在STEP标准不同的应用协议中实际上有很多模型的内容可能是相同的或相似的。例如不同领域的几何模型和管理信息模型必定会有共性的方面。这样，在STEP标准