CIMS现代集成制造系统概论-52现代集成制造系统中的信

1、5.2 现代集成制造系统中的信息技术电子与信息工程学院产品数据管理PDM现代集成制造系统中的信息技术5.2.1现代集成制造网络技术5.2.2产品数据模型交换标准STEP5.2.3产品全生命周期管理技术PLM5.2.42电子与信息工程学院产品数据管理PDM现代集成制造系统中的信息技术5.2.1现代集成制造网络技术5.2.2产品数据模型交换标准STEP5.2.3产品全生命周期管理技术PLM5.2.43背景随着计算机技术和信息技术在制造业的应用，产品信息、设计信息和设计工作的管理与产品开发的自动化之间出现矛盾。海量数据，自动化孤岛，信息不能充分共享数据文件传递滞后、信息一致性无法保障、文件检索和管理

2、困难企业急需整个企业范围内产品数据的管理系统。文档管理系统：工程图样、技术文档（CAD文件）产品数据管理：扩展到产品开发过程过程图样和电子文档的管理，材料明细表（BOM）和设计过程的管理，面向产品设计、产品制造的集成平台。电子与信息工程学院41.PDM概述（1）PDM的概念以产品为中心，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CAD/CAE/CAM文件、材料清单、产品配置、事务文件、产品订单、电子表格

3、、生产成本、供应商状况等；与产品相关的过程包括设计的组织者、设计人员、加工工序、加工路线、权限的审批与分配、安全、工作标准和方法、工作流程、机构关系等。电子与信息工程学院51.PDM概述电子与信息工程学院需求功能图计算资料产品目录标准图纸零件表准则规格说明书材料表工具单DINISO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确的地方。6人工环境下的产品数据管理电子与信息工程学院档案室文件发放放发件文工艺文件(纸介质)产品图纸(纸介质)物料文件(纸介质)其他文件(纸介质)网络产品设计CAD/CAE生产管理MRP/ERP其他部门信息孤岛信息孤岛信息孤岛电子文档工艺设计CAPP/CAM信息

4、孤岛电子文档电子文档电子文档7企业产品数据管理存在的问题信息共享：异地、不同部门产品信息如何查询、传递？数据版本：如何保证技术中心和各部门的图纸版本一致？安全保密：如何保证各部门的数据不会流失泄密？产品结构：如何简化系列产品开发？保证各部门BOM？计划管理：如何跟踪工作状态？如何记录备案？工程变改：如何分析更改影响？各地如何及时得到通知？符合规范：如何规范协调各部门的工作？符合ISO？信息交流：各部门（含供应商）之间信息如何可视化交流？电子与信息工程学院8PDM环境下的产品数据管理电子与信息工程学院产品设计CAD/CAE生产管理MRP/ERP其他部门电子文档工艺设计CAPP/CAM电子文档电子

5、文档电子文档产品结构树(BOM)产品图纸 三维模型产品工艺文件质量控制文件标准/手册其他.统一产品数据模型统一的产品数据库统一的产品数据管理系统（PDM）数据管理, 数据查询, 数据共享, 权限控制, 版本, 更改, 发放, 工作流程,电子邮件.网络9PDM管理下的信息环境华北电力大学自动化系10产品数据产品结构管理 更改管理工作流程CAD/CAM文档管理S电子数据仓库管理图纸/文档加工数据更改单说明书主模型生产系统利用PDM可以大大简化开发和设计工作电子与信息工程学院 重要工作查找通知检查归档分类设计计算绘图建立零件表修改图纸管理文档管理零件分类产品结构管理BOM生成2D / 3D - CA

6、DFEMDTP文档保存基于PDM的系统解决方案零件管理111.PDM概述PDM的进一步定义以软件为基础，在逻辑上将各个CAx信息化孤岛集成起来，利用计算机系统控整个产品的开发设计过程，逐步建立虚拟的产品模型，最终形成完整的产品描述、生产过程描述和控制数据。PDM明确定位为面向制造业，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。电子与信息工程学院121.PDM概述（2）PDM的特点PDM所有信息组织和资源管理都围绕产品设计展开。这也是PDM区别于其他信息管理系统的关键所在。PDM进行信息管理有两条主线静态的产品结构动态的产品设计流程核心思想：设计数据的有序设计过程的优化资源的共享

7、电子与信息工程学院131.PDM概述（2）PDM的特点整体优化的观点描述产品设计数据和设计过程，规范产品生命周期，保持产品数据的一致性和可跟踪性。面向对象的开放式体系结构提供系统功能拓展和标准接口客户/服务器结构（C/S）支持多种数据存储无缝集成CAD/CAM软件支持多种硬件平台、多种操作系统和多种通信协议电子与信息工程学院142.PDM的主要功能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、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

8、)的核心电子与信息工程学院152.PDM的主要功能对于目前存在的典型的PDM系统，其功能有强有弱，侧重点和适应面各不相同。总体上，PDM必须具备五大功能：数据和文档管理过程和工作流管理产品结构与配置管理设计检索与零部件分类库管理项目管理电子与信息工程学院162.PDM的主要功能（1）数据和文档管理对象：各种文件和文档、产品数据及相应的属性和版本方面的信息基本功能：产品数据对象、有关文件的检入/检出、引用分布式文件管理/分布式数据库管理安全保密功能动态浏览、导航机制属性管理数据和文档的版本管理电子与信息工程学院172.PDM的主要功能（2）过程和工作流管理实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制主要

9、功能模块：面向任务的工作流管理图示化的工作流程的定义和修改编辑器工作流程的异常处理和过程重组触发、警告和提醒机制与电子邮件的应用接口电子与信息工程学院18PDM系统中工作流管理电子与信息工程学院192.PDM的主要功能（3）产品结构与配置管理产品结构：产品各个组成部分所占的比重和相互关系的总和。产品结构管理：PDM允许用户定义所有与产品相关的数据，建立数据与数据之间的关联，提供建立和编辑产品结构树的基本功能。产品配置：选择一组构件并维护其关系以形成设计解决方案的过程。产品配置管理：以电子资料室为底层支持，以材料清单BOM为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产品对象及其相互

10、之间的联系进行维护和管理。电子与信息工程学院202.PDM的主要功能（3）产品结构与配置管理主要功能模块：BOM表的创建、自动生成和编辑产品结构的图示化浏览和查询产品结构的多视图建模和管理产品数据的版本管理基于规则的配置管理提供与MRP、MRPII、ERP等系统的集成接口电子与信息工程学院212.PDM的主要功能（4）设计检索与零部件分类库管理最大限度地利用现有设计资源，为新产品开发提供支持。主要功能模块：按不同规则组织零部件的分类结构支持各种零部件标准支持新标准定义功能零部件图示化查询功能分类各种技术文档电子与信息工程学院222.PDM的主要功能（5）项目管理为管理者提供每时每刻项目和活动的

11、状态信息。与流行的项目管理软件包接口，获得对资源进行规划和对重要路径进行报告的能力。主要功能模块：项目的创建、删除和属性修改项目参与人员的机构组织定义和角色指派项目基本信息及进展情况的浏览所需资源的规划和管理有关工作活动的审查，审计项目进度管理与进度报告电子与信息工程学院233.PDM的体系结构结合PDM系统的功能来看体系结构网络层物理层系统服务层逻辑层应用层功能模块电子与信息工程学院基本功能模块系统管理模块图5.8 PDM系统的体系结构243.PDM的体系结构网络层关系型数据库：事务性数据二维关系表格：数据动态变化系统服务层分布式网络，可以访问存储在不同物理设备上的数据描述整个系统的产品信息

12、的管理数据的公共视图应用层基本功能模块：五大功能系统管理模块：系统管理、工作环境电子与信息工程学院25利用PDM实现异地设计电子与信息工程学院PDMServerInternet / LAN / WANClientLocalFilesFilesDBFilesDBFilesDB通过分布式网络访问存储在不同物理设备上的数据（与实际地点无关，不受地域限制）264.PDM的应用需求分析PDM软件的选择：从企业的实际需求出发，重点考虑企业现状，企业对PDM系统功能、信息及性能的需求。总体功能体系结构子系统设计分步骤、有层次网络层系统服务层应用层用户图5.9 系统总体功能结构实例电子与信息工程学院27电子与

13、信息工程学院产品数据管理PDM现代集成制造系统中的信息技术5.2.1现代集成制造网络技术5.2.2产品数据模型交换标准STEP5.2.3产品全生命周期管理技术PLM5.2.428背景制造全球化、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。敏捷性：反映企业驾驭变化的能力，企业要实现的任何战略转移都可以从它具有的善于转变的能力中获益。敏捷制造是美国国防部的一项研究计划。100多家公司参加，提出了既能体现国防部与工业界各自的特殊利益，又能获取他们共同利益的一种新的生产方式。敏捷制造：强调通过联合来赢得竞争，通过产品制造、

14、信息处理和现代通信技术的集成，实现人、知识、资金和设备(包括企业内部的和分布在全球各地合作企业的)的集中管理和优化利用。电子与信息工程学院291.现代集成制造网络技术概述敏捷制造网络体系现代集成制造网络技术就是服务于敏捷制造的，其目的就是建立一个敏捷制造网络体系。利用互联网（Internet）、企业内部网（Intranet）构建敏捷制造网络集成平台，结合有关企业和高校、研究所、研究中心等为一体，实现基于网络的信息资源共享和设计制造过程的集成。建立以网络为基础的，面向广大中小型企业的先进制造技术虚拟服务中心和培训中心，建立网络化制造工程，具体实施包括：基于Intranet的制造环境内部网络化基于

15、Internet制造业与外界联系的网络化 电子与信息工程学院301.现代集成制造网络技术概述基于Intranet的制造环境内部网络化实现企业中工程设计、管理信息系统等制造过程子系统的集成，完成企业内部网的建设，深化应用CAD、CIMS技术，提高企业在计算机网络支持的新型制造模式下的管理水平。基于Internet网企业与外界信息交流供应链管理公共数据中心远程服务异地设计和制造电子与信息工程学院图5.10 网络化制造信息结构311.现代集成制造网络技术概述供应链管理将生产商、供应商、销售商等在一条链路上的所有环节都联系起来并进行优化，使生产资料以最快的速度变成增值产品送到消费者手中。降低成本、减少

16、库存，优化资源配置。公共数据中心利用现代化手段使信息和知识为尽可能多的需求者服务，实现企业间资源共享、组合和优化利用。远程服务在资源的需求者和提供者之间架设起信息桥梁。缩短产品开发周期、提高产品开发一次成功率、增强企业自主开发能力。异地设计和制造多个异地企业组成动态联盟，合作开发，抓住机遇，赢得竞争。电子与信息工程学院322.制造网络实现的关键技术分布式网络通信技术网络数据的存取和交换技术信息交换技术协同工作技术工作流管理电子与信息工程学院333.制造网络的应用模式（1）制造系统的敏捷基础框架AIMS美国国防部第一个敏捷制造计划，有五个国防和民用工业单位参加。目标：联合国防和民用工业两个工业体

17、系，开发一个国家信息基础框架（AIMSNet），组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。国防工业开工不足时，可以承接民用生产任务。国防工业生产紧张时，民用工业可以为国防工业提供生产服务。电子与信息工程学院343.制造网络的应用模式（1）制造系统的敏捷基础框架AIMSAIMSNet是建立在Internet基础上的制造企业信息基础框架，包含客户、供应商和其他AIMS用户。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。5个公司都在网上提供了标准的柔性制造服务

18、，采用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（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。电子与信息工程学院353.制造网络的应用模式（2）计算机辅助制造网络CAMNet由美国国防部资助、通用电器开发的模具计算机辅助制造网，目标是以计算机技术为基础，利用高速计算机网络把企业集成在一起。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

19、、计算机平台和工具的影响，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：电子与信息工程学院363.制造网络的应用模式（3）企业集成网路EINet由美国国防部ARPA资助、TradeWave公司开发的一个先进的通信基础框架，允许各种工业应用在网络内透明地相互连接，并提供增值服务。目录服务强大的搜索能力，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。电子与信息工程学院

20、373.制造网络的应用模式（4）零件组网络PartNet由美国国防部资助、Utah大学和PartNet公司合作完成，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。电子与信息工程学院图5.13 PartNet工作原理网络信息中间商技术（NIB）虚拟数据库接口技术（VDI）384.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电子与信息工程学院39电子与信息工程学院产品数据管理PDM现代集成制造系统中的信息技术

21、5.2.1现代集成制造网络技术5.2.2产品数据模型交换标准STEP5.2.3产品全生命周期管理技术PLM5.2.440背景数字化产品数据必须包括足够的信息来表达产品的整个生命周期，即从设计到分析、制造、质量控制测试、检测和产品支持功能。为了做到这一点，需要一个涵盖几何、拓扑、公差、约束、属性、装配、尺寸和其他许多方面内容的标准。电子与信息工程学院411.STEP概述产品模型数据交换标准(Standard for The Exchange of Product model data, STEP)STEP是一套关于产品整个生命周期中产品数据的表达和交换的国际标准。产品的数据表达和交换构成了STE

22、P的基础。目的：提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述整个生命周期中无二义性的产品数据，同时保持数据的一致性和完整性，以实现不同系统的数据交换，数据的共享和长期存档。特点：可拓展性，支持广泛的应用领域能表达完整的产品数据，提供多种数据交换方式具有中性机制，可以独立于任何具体的系统国际性，由用户开发而不是供应商电子与信息工程学院422.STEP标准的应用STEP标准不仅允许公司在内部高效率地交换数据，还可以与国际上的合作伙伴交换数据。STEP标准是计算机可理解的，支持设计重用、数据保存，并且在产品的整个生命周期均提供了对数据的访问。应用领域：数据交换产品数据库并行工程产品数据的长期存档电子

23、与信息工程学院433.STEP各组成部分（1）EXPRESS语言一种描述产品信息模型的形式化描述语言，具有可读性，被计算机所理解，但并不是一种程序设计语言。描述的代码不能由计算机编译，其实现依赖于与其他可编译语言之间(C+，Java)的语言联编。EXPRESS是面向对象、面向模式的语言。每种信息模型由若干模式组成。模式内有分类型说明、实体、规则、函数与过程。STEP引入这些概念来描述客观事物、客观事物的特性、事物之间的关系。把一般的事物/概念抽象为实体，若干实体的集合组成模式。事物的特性用实体的属性（Attribute）表示。实体之间的关系用子类（Subtype）和超类（Supertype）说

24、明。电子与信息工程学院443.STEP各组成部分（2）信息模型的图形表示为了能够直观地表示所建立的数据模型，STEP中还规定用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。实体用方框表示，实体和属性之间用线连接，连线上标注属性名和基数约束；实体和属性之间的关系是隐含的。IDEF0用于描述应用协议中的应用活动模型。IDEF1x方法的图形表示用于描述信息模型。NAIM数据建模方法的图形表示用于描述信息模型。电子与信息工程学院453.STEP各组成部分（3）集成资源在STEP标准不同的应用协议中，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

25、信息模型必定会有共性的方面。STEP把不同领域中有共性的信息模型抽取出来，制定为标准的集成资源或应用。（4）应用协议由于STEP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。应用协议是一份文件，用以说明如何用标准的STEP集成资源解释产品数据模型文本，以满足工业需求。电子与信息工程学院463.STEP各组成部分（5）实施方法实现STEP数据系统的方式。STEP数据系统的实现分为四个层次（由低

26、到高）：文件交换工作格式交换共享数据库交换知识库交换（6）一致性测试确定被测实施是否满足有关应用协议中提出的一致性要求。电子与信息工程学院474.产品模型信息建模过程STEP为开发各种系统，提供了一种标准化的建模工具和方法论：应用以IDEF0为基础的功能分析法，建立应用活动模型，以描述具体系统的过程、信息流和功能需求。应用EXPRESS-G、IDEFlx、NIAM数据分析和设计方法，建立应用参考模型，以描述具体系统的信息要求、约束、功能及对象。根据AAM和ARM，从集成资源中抽出所需资源构件，增加约束、关系和属性，建立用EXPRESS语言描述的应用解释模型，形成具体系统的概念模式。电子与信息工

27、程学院48电子与信息工程学院产品数据管理PDM现代集成制造系统中的信息技术5.2.1现代集成制造网络技术5.2.2产品数据模型交换标准STEP5.2.3产品全生命周期管理技术PLM5.2.4491.PLM概述全球经济一体化要求企业不仅要整合企业内部的业务流程，而且还要和合作伙伴时时协同，共享资源，实现产品数据的集成。过去：全生命周期内各个阶段上的单元技术某个环节的解决方案如今：各技术单元、各解决方案之间、企业内部与外部之间，如何集成与协同？如何解决“信息孤岛”和“自动化孤岛”？PLM是在Web环境下，从市场的角度并以全生命周期内产品数据集成为基础，研究产品在其生命周期从产品规划、设计、制造到销

28、售等过程的管理与协同。电子与信息工程学院新产品引进成 长成 熟衰退退出502.PDM/PLM的对比（1）定义PDM(产品数据管理)管理所有与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术。PLM(产品全生命周期管理)以产品创新为中心的战略管理方法，支持企业内或企业间从产品概念设计到产品使用生命结束过程中产品信息的协同产生、管理、分发和使用。CPDM(协同产品开发管理)一种面向参与产品开发的多个组织（包括分子公司、客户、供应商等）进行异地化、网络化、数字化协同产品研发的数据共享与过程管理技术。电子与信息工程学院51产品全生命周期各阶段需求与计划概念设计产品设计制造工程产品测试和质量保证批量生产销售和分销维护维修循环再利用电子与信息工程学院522.PDM/PLM的对比PDM是PLM的基础PLM是PDM的拓展都以产品为管理核心以数据、过程和资源为管理信息三大要素PDM实现了对CAx有形数据的管理PLM实现了CAx与ERP的集成，把人员、过程和信息有效集成在一起 没有PDM就没有PLM!电子与信息工程学院532.PDM/PLM的对比PLM完全包含PDM的全部内容PDM功能是PLM系统中的一个子集电子与信息工程学院PDMPLM侧重产品开发阶段数据的管理侧重产品全生命周期数据的管理侧重企业内部数据的管理侧重跨供应链的所有信息的管理侧重以文档为中心的研发流程管理力争实现多功能、