机械制造自动化技术及工程应用讲稿2ppt课件

1、机械制造自动化技术及工程运用 第 二 讲制造自动化系统的体系构造与建模方法.制造系统的新开展制造系统的新内涵：“大制造概念制造系统的新方式：“FMSCIMS 矫捷制造智能制造制造系统的新构造：“Internet-Intranet-Infranet三网集成构造现代制造系统的典型特征：分散化、集成化、智能化图图.图制造系统的方式开展趋势设备、技术管理、市场组织、人员.图制造系统三网集成构造.制造系统对控制系统的新要求 现代制造系统呼唤新一代控制系统 矫捷制造对制造过程控制系统提出了新的挑战 目前缺乏从系统的高度，特别是对网络化制造环境下的控制系统实际和方法的系统化研讨. 分散性自治性网络化 可塑性

2、规范化 可移植性 可伸缩性 可互操作性矫捷制造对控制系统的要求.现有控制系统存在的问题FMS采用递阶控制构造，导致系统构造复杂灵敏性、开放性、集成性差单项技术及系统性能有待提高 DCS开放性、互操作性差一对一构造抗干扰性差 失控形状.现有控制系统的技术瓶颈1系统控制构造2信息的综合管理3信息的实时处置4消费过程及现场设备的远程访问与控制.新一代控制系统的内涵 新一代控制系统NCS (New Control System)不仅应包括数据采集和处置、根本过程控制，而且应包括先进的消费管理、调度、优化、诊断及高级控制等。根本内涵： 柔性化、扁平化的体系构造； 全分散式动态构造； 系统的实时控制才干；

3、 现场自治才干； 现场设备的互操作性； 系统智能化。.新一代控制系统的研讨前沿*总体技术与集成支撑技术的研讨*通用智能检测控制前端的研讨*先进控制战略的研讨*面向消费目的的建模与优化集成控制技术的研讨*智能监控与缺点诊断技术的研讨*综合管理技术的研讨.NCS的体系构造与建模研讨*制造自动化系统的体系构造研讨*NCS体系构造研讨*NCS集成机制*NCS消费过程建模研讨.CIMS的几种建模方法CIMS建模方法是研讨CIMS的特征和特性并对它们进展笼统描画的技术。CIMS是一个复杂大系统，包含多个视图，有多种不同的建模方法用来建立不同视图的模型。.功能建模方法 用于描画系统的功能组成及其各组成部分间

4、的关系。IDEE0方法运用最广泛。 IDEF0的根本思想是构造化分析方法。它是由SADT构造化分析和设计技术开展而来。IDEF0能同时表达系统的活动和数据流以及它们之间的关系。对新的系统来说，IDEF0能描画新系统的功能及需求，进而表达一个能符合需求及能完胜利能的实现。 .功能建模方法 IDEF0采用递阶建模，用严厉的自顶向下逐层分解的方式来构造模型。模型由一系列IDEF0图组成。 掌握IDEF0建模方法最困难的就是如何在模型的不同层次间坚持一致。IDEF0在功能活动间并不强调时序的限制，也不包含时间逻辑上的信息，使分析更带有普遍性。 IDEF0的缺陷是无法表达一个过程的详细信息。.信息建模方

5、法信息建模是构造一个能满足系统信息需求的信息模型。它描画系统信息的构造及信息间的相互关系。最早的信息建模方法是用于数据库设计的E-R技术。在IDEF系列方法中，相应的为IDEF1及其扩展的IDEF1x方法。 .信息建模方法IDEF1x是一种数据建模方法，而IDEF1是一种定义系统信息需求的分析和交流工具。IDEF1主要与建立系统应管理哪些信息的需求有关，因此它更偏向于作为一种分析方法被运用。一旦确定了系统信息需求，IDEF1x就可以作为一种好的设计方法用来设计逻辑数据库。.信息建模方法 IDEF1x模型定义了系统中的数据类和数据类之间的联络。它的根本构造是：包含数据的有关事物，用盒子表示；事物

6、之间的联络用结合箱子的连线表示；事物的特征用盒子的属性名表示。对应地，IDEF1x模型成分包括：实体、联络、属性/关键字。.动态建模方法动态建模是从系统随时间变化的动态特性的角度来建立模型的。通常动态建模总是和仿真联络在一同。动态模型的建立方法很大程度上依赖于所建模型的系统的复杂程度。虽然，用数学方式表达系统的动态行为可以简明而真实地描画系统的动态特性。但是并非一切系统都能得到它的数学方程。 .动态建模方法在复杂系统领域，尤其在CIM企业建模领域，几乎是无法建立其数学表达方式的。这时，通常的做法是建立它的Petri网模型或基于离散事件仿真的动态模型。. Petri网建模方法 Petri网是德国

7、的Carl Adan Petri博士在1960年提出的、研讨信息系统及其相互关系的数学模型。Petri网实际经过40多年来的开展，曾经成为具有严密的数学根底多种通用层次的通用网论，并且在自动控制及计算机领域得到广泛的运用。.Petri网建模方法Petri网按网的笼统方式可分为普通Petri网Ordinery Petri Net，简称PN、高级Petri网High Level Petri Net，简称HLPN以及扩展Petri网Extended Petri Net，简称EPN。根本Petri网通常是指库所/变化网Place/Transition Net，简称P/TN。 .Petri网建模方法HL

8、PN和EPN都是在PN的根底上建立起来的。HLPN普通又分为谓词变化网Predicate/Transition Net，简称Pr/TN和有色网Colored Petri Net，简称CPN。与PN描画的系统相比，HLPN具有更简约的描画方式，在实践运用中往往用来作为建模工具，但对它的数学分析比起PN来就要困难得多。EPN是指建模者根据特定的目的在PN的根底上定义的，为方便建模而对PN扩展了一些建模功能的特殊网。.Petri网建模方法 Petri网按时间要素可划分为时间Petri网Timed Petri Net，简称TPN和非时间Petri网。当TPN中的时间为随机值时，就称为随机Petri网S

9、tochastic Petri Net，简称SPN .Petri网建模方法Petri网的分析方法主要有可达树分析法、不变量分析法、马尔可夫链分析法以及仿真分析法。可达树和不变量分析的是系统的构造性能。例如有界性、平安性、活性和可逆性等。马尔可夫链和仿真分析的是系统的动态性能。例如统计库所中某种颜色的令牌数、某个库所中的令牌的平均停留时间，在一段时间内某个变化的平均点燃次数等。.仿真建模方法仿真是一种动态的系统建模和实验技术。仿真分为延续系统仿真和离散事件系统仿真，对CIMS的仿真主要属于后者。就离散事件系统仿真而言，典型的仿真建模方法有事件调度法、活动扫描法和进程交互法。在对实践系统进展仿真时

10、，这三种方法的运用又互有交叉。 .仿真建模方法早先，进展仿真实验时，需求建模者用高级程序设计言语等实现仿真算法。后来，为了方便用户运用，诞生了许多公用的仿真言语，如GPSS、SLAMIT、SIMAN等，可以用它们来较为快捷地建立系统的仿真模型。近年来，在制造系统领域，人们还开发了很多集成建模拟真环境，如FAST、FACTORY等，它们提供了一种简便的、图形化的非言语建模手段，使建模者可以迅速建立制造系统仿真模型而免去了学习仿真言语编程之苦。 .决策建模方法GRAI建模方法是由法国波尔多大学GRAI实验室提出的用于建立系统决策模型的方法。在CIMS决策模型的建立过程中得到较为广泛的运用。 GRA

11、I方法由概念模型、图形描画工具和构造化实施方法三部分组成。概念模型有宏观模型和微观模型两部分组成。.决策建模方法宏观模型用GRAI表描画，在GRAI 表中，列代表职能，行代表有效期和决策调整周期；决策信息用“决策帧“包装起来，其中包括决策对象、内容、时间区间、决策变量等。GRAI 表用来描画决策帧及某些单个信息在GRAI表网格中的流动情况。 .决策建模方法GRAI表中的每个网格称为一个决策中心，微观模型就是用来描画决策中心及其相互关系的。每个决策中心用GRAI网，描画其微观决策过程。另外，GRAI方法在实施过程中，对各类参与人员的组织以及分阶段实施的详细过程也有明确的“构造化的规定。.面向对象

12、的建模方法 面向对象建模的技术OMT(Object-Oriented Modeling Technology)以往大多被运用于软件系统的开发之中，由于它能更直接、自然地描画自然界的事物，在软件界得到广泛的运用。近年来，人们曾经开场将其运用到更为复杂的企业系统建模当中。OMT方法学采用三种模型，即对象模型、动态模型和功能模型来描画系统。 .面向对象的建模方法对象模型用对象图的方法描画了系统中的对象及其相互之间的关系；功能模型描画了系统中的活动/处置，反映了数据/信息的变化；动态模型经过形状图或表描画了系统中对象之间交互的动态行为。上述三种模型相辅相成地构成了一个完好系统的正交视图。.面向对象的建

13、模方法O-O方法的根本特点，包括分类(Classification)、封装性(Encapsulation)、基于音讯的通讯机制、承继性(Inheritance)和多态性(polymorphism)等，为制造系统的建模提供了强有力的处理方案。.面向对象的建模方法根据O-O方法，现实世界中的任何事物/景象活动、过程、组织和资源等，无论笼统的还是详细的，都可以看成是一个完好的实体对象。在笼统层，类似的事物/景象可以分类/聚合，根据共享的特性和行为聚合成为对象类。O-O的封装性将对象的一切方面封装在对象/对象类之中，包括属性信息和操作行为，将对象的封装性扩展，使之可以将活动、组织和资源封装到过程之中。

14、.面向对象的建模方法对象之间的基于音讯传送的通讯机制使得对象的协作变得非常灵敏，在保证跨组织对象的协作性的同时，还提供了组织内部信息等资源的平安性的保证。对象的多态性，使同一个对象可以对不同的音讯，产生不同的输出结果，这就使得制造系统中的过程、组织、活动和资源等对象变得更为灵敏。承继性使得面向对象的制造系统可以很容易地更改和重配置。.矫捷制造对制造过程的管理与控制的需求1.制造企业的根本流程 制造企业的根本流程由5个部分组成：调查、决策、投入、转换、产出，如以下图所示.制造企业的根本流程.制造企业的根本流程 其中转换，即消费制造过程是制造业运营的根底。它要按期消费出高质量低本钱的产品，消费过程

15、中要进展严厉控制，即经过消费控制，组织多种类有节拍的平衡消费，保质保量按期消费出产品，为及时交货提供保证；经过储存控制，为经济合理地组织稳定的平衡消费提供物质根底；经过质量控制，保证稳定的消费优质产品；经过本钱控制，努力把活劳动和物化劳动的耗费降低到最低限制，为在竞争中降低价钱，添加盈利提供物质根底。.矫捷制造对制造过程的管理与控制的要求 矫捷制造要求现代的制造过程管理和控制系统可以将方案流、控制流、质量流、工艺信息流全面集成，还必需具有开放性、自组织、自顺应和可重构的才干，可以在企业的集成中起到承上启下的桥梁作用。 .矫捷制造企业要求其制造过程的管理与控制系统应具备如下特征1 分散网络化的消

16、费指挥系统、协调调度系统；2 采用基于数据处置根底上的消费调度、制造资源的优化配置；3 模块化制造单元，可根据新产品动态重组；4 管理与控制集成于一体；5 开放式的构造，与外界信息在线跟踪；.矫捷制造企业要求其制造过程的管理与控制系统应具备如下特征6 具备一定的通用性，适宜多种消费方式；7 全面质量管理体系，实现产质量量由设计决议；8 工序本钱核算、业绩分析，使车间成为利润中心；9 综合信息管理与制造资源形状报告；10以人为中心。 .矫捷制造企业要求其制造过程的管理与控制系统应具备如下特征 这些特征归结起来，矫捷制造要求制造过程的管理与控制系统必需支持适用于动态联盟的分散网络化管理和利于制造过

17、程内部重组的单元化制造方式。.企业信息网络及控制系统构造演化企业信息网络控制网络.制造自动化系统的体系构造1制造自动化系统的层次模型.制造自动化系统的体系构造2制造自动化系统的分布式控制网络.3制造自动化系统的3I集成构造 .制造自动化系统的体系构造(4)基于Agent的分布式网络化制造自动化系统.制造自动化系统的体系构造.控制网络与信息网络的集成 .制造自动化系统的体系构造 从上面的分析可以看出： 现代制造系统的组织和管理方式正在向“扁平化方向开展，系统的构造正向简单、适用、开放的网络化开展。 现代制造自动化系统的目的是实现制造系统的信息化。.NCS体系构造1NCS体系构造的根本需求*开放性

18、*分布性*动态性*并行性*集成性 *人机调和性.NCS体系构造2NCS的多层C/S网络计算构造 A 广域网控制效力器处于最高层 B 控制客户 C 局域网控制效力器位于中间层 D 现场控制节点.NCS体系构造3NCS的功能构造.NCS体系构造4NCS的软件构造.NCS体系构造.NCS体系构造5NCS的体系构造的特点 *基于拓展C/S构造的两层管理与控制系统 *管控一体化 *全分散式控制 *基于阅读器/Web效力器构造的集成机制.NCS的集成机制1基于OPC技术的NCS内部集成.NCS的集成机制2NCS与管理系统的集成.NCS的消费过程建模1 NCS的对象类划分 按照对象的动态行为和特点，NCS中的对象可分成被动对象和自动对象； 从功能和实现的角度出发，NCS的对象分为功能对象和运转对象；.NCS的消费过程建模1 N