现代制造系统的智能控制监控与故障诊断

袁楚明

Tel:87540381(h)87543555(o)Email:cmyuan@华中科技大学机械科学与工程学院国家数控系统工程技术研究中心当代制造系统

智能控制、监控与故障诊疗现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第1页当代制造系统概述当代制造系统智能控制当代制造系统智能监控当代制造系统智能诊疗当代制造系统控制、监控与诊疗集成一、课程主要内容：现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第2页二、课程学习目标了解和掌握当代制造系统智能控制、监控与故障诊疗概念与学科体系；学习和了解当代制造系统发展过程与智能体系结构学习和掌握当代制造系统智能控制、监控主要方法和伎俩；学习和掌握制造系统故障(模型)、机理分析与诊疗方法；了解当今最新研究结果与发展趋势。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第3页三、课程教学方式学习方式：讲课、自学相结合，自学为主；专题讨论。考评方式：综合汇报/试题/二者结合。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第4页四、参考书目周祖德等.当代机械制造系统监控与故障诊疗.武汉：华中理工大学出版社，1999年6月.李小俚等.先进制造中智能监控技术，北京：科学出版社，1999年3月.相关智能控制、监控与诊疗方面参考书。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第5页第一讲绪论本讲主要内容一、当代制造系统定义与组成二、当代制造系统发展趋势与特征三、当代制造系统开放式智能体系结构四、当代新型制造模式与系统（全能制造系统、可重构制造系统、网络制造系统等）五、当代制造系统智能控制、监控与诊疗需求现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第6页第一讲绪论一、制造系统定义基本定义：制造过程及其所包括硬件包含人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及相关软件包含制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)和制造信息等组成了一个含有特定功效有机整体，称之为制造系统。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第7页第一讲绪论依据所研究问题侧重面不一样，又分为三种特定定义：制造系统结构定义：制造系统是制造过程所包括硬件(包含人员、设备、物料流等)及其相关软件所组成一个统一整体。制造系统功效定义：制造系统是一个将制造资源(原材料、能源等)转变为产品或半成品输入、输出系统。制造系统过程定义：制造系统可看成是制造生产运行过程,包含市场分析、产品设计、工艺规划、制造实施、检验出厂、产品销售等各个步骤制造全过程。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第8页第一讲绪论二、当代制造系统组成

当代制造系统关键是先进制造技术AMT(AdvancedManufacturingTechnology)，它是当代信息技术与制造技术相结合所产生各种设备、技术、系统总称，由AMT硬件、软件组成。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第9页第一讲绪论当代制造系统硬件组成:

－数控机床NC(NumericalControlMachine)； －计算机数控CNC(ComputerNumericalControl)； －直接数控(群控)DNC(DirectNumericalControl)； －机器人Robot； －计算机工艺过程监视/控制器CPM/CPC(ComputerProcessMonitoringandComputerProcessControl)； －机器视觉技术系统MV(MachineVision)； －自动运货小车AGV(AutomatedGuideVehicle)； －自动物料指挥系统AMH(AutomatedMaterialsHandling)。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第10页第一讲绪论当代制造系统软件组成:

－计算机辅助设计系统CAD(ComputerAidedDesign)； －计算机辅助工程系统CAE(ComputerAidedEngineering)； －计算机辅助制造系统CAM(ComputerAidedManufacturing)； －计算机辅助工艺规划系统CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)； －物料需求计划系统MRP(Material

Requirement

Planning)； －主生产计划系统MPS(MasterProductionScheduling)； －生产作业排序系统Sequencing； －制造资源计划系统MRP(ManufacturingResourcesPlanning)；－企业资源规划系统ERP/ERPII(EnterpriseResourcesPlanning)。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第11页第一讲绪论三、当代制造系统发展过程刚性自动化数控加工智能制造、灵敏制造虚拟制造、网络制造全球制造、绿色制造适应于大批大量生产适应于多品种中小批量生产适应于大规模可定制生产计算机集成制造柔性制造现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第12页第一讲绪论第一阶段：刚性自动化，包含刚性自动线和自动单机

时期：20世纪40－50年代。应用传统机械设计与制造工艺方法，采取专用机床、组合机床、自动单机或自动化生产线进行大批量生产。

引入新技术：继电器程序控制、组合机床。

特征：高生产率、刚性结构，难以实现产品更新换代。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第13页第一讲绪论第二阶段：数控加工，包含NC和CNC

时期：20世纪50－70年代（NC），70－80年代（CNC）。计算机技术快速发展，NC被CNC所取代。数控加工设备包含数控机床、加工中心等。

引入新技术：数控技术、计算机编程技术。

特征：柔性好、加工质量高，适应于多品种中小批量生产。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第14页第一讲绪论第三阶段：柔性制造

时期：20世纪70－80年代。包含计算机直接数控(DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线(FML)。

包括新技术：CAD、CAM、成组技术(GT)、FMC/FMS/FML、离散系统理论与仿真技术、车间计划调度与控制、监控与诊疗、计算机控制与通讯网络。

特征：柔性与高效理想结合，适应于多品种中小批量生产。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第15页第一讲绪论第四阶段：计算机集成制造/系统(CIM/CIMS)

时期：20世纪80年代－。既可看作制造自动化发展一个新阶段，又可看作是包含制造自动化系统一个更高层次系统。

包括新技术：当代制造技术、

CAD/CAM/CAPP集成、生产管理与调度、自动化技术与系统、信息技术、车间动态调度与仿真。

特征：强调制造过程系统性和集成性，以处理企业生存与竞争TQCS问题。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第16页第一讲绪论第五阶段：智能制造、灵敏制造、虚拟制造、网络制造、全球制造、绿色制造等

时期：

20世纪80年代末期提出，90年代兴起，是制造自动化面向21世纪发展方向。发展趋势与特征：集成化、智能化、灵敏化、虚拟化、网络化、全球化、绿色化。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第17页第一讲绪论四、当代制造系统发展趋势与特征

发展趋势与特征之一：制造集成化

发展趋势与特征之二：制造智能化

发展趋势与特征之三：制造灵敏化

发展趋势与特征之四：制造虚拟化

发展趋势与特征之五：制造网络化

发展趋势与特征之六：制造全球化

发展趋势与特征之七：制造绿色化

总趋势：制造数字化现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第18页第一讲绪论发展趋势与特征之一：制造集成化

集成化是21世纪制造自动化技术发展一个主要特征和主要发展趋势，将从制造系统内部信息集成、功效集成，发展到实现产品整个开发制造过程集成，并步入全球制造全局集成阶段。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第19页第一讲绪论发展趋势与特征之二：制造智能化

智能制造是未来制造自动化发展主要特征方向。所谓智能制造系统是一个智能机器和人类教授共同组成人机一体化智能系统，它在制造过程中能对进行诸如分析、推理、判断、构思和决议等智能活动，以实现制造过程优化。教授预言：21世纪制造业用两个“I”来标识：即Integration(集成)和Intelligence(智能)。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第20页第一讲绪论发展趋势与特征之三：制造灵敏化

灵敏制造是一个面向21世纪制造战略和制造模式，当前研究十分活跃。制造环境与制造过程灵敏性是灵敏制造主要组成部分，它主要包含机器、工艺等柔性，可重构能力，快速化集成制造工艺等。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第21页第一讲绪论发展趋势与特征之四：制造虚拟化

虚拟制造(VM)是将现实制造环境及制造过程经过建立系统模型映射到计算机及相关技术所支撑虚拟环境中，在虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造过程一切活动和产品制造全过程，并对产品制造及制造系统行为进行预测和评价。它是灵敏制造主要关键技术。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第22页第一讲绪论发展趋势与特征之五：制造网络化

20世纪末网络技术尤其是Internet/Intranet技术快速发展，造成制造活动新变革－－网络制造技术产生。基于网络制造包含制造环境内部网络化、制造环境和整个制造企业网络化、企业间网络化、异地设计与制造等方面。基于Internet/Intranet制造已成为21世纪制造自动化技术发展主要趋势。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第23页第一讲绪论发展趋势与特征之六：制造全球化

制造全球化概念出于美、日、欧等发达国家智能制造计划，20世纪末伴随Internet技术发展，其研究与应用发展快速。制造全球化包含内容非常广泛，主要有市场国际化，产品设计与开发国际合作，产品制造跨国化，制造企业在全世界范围内重组和集成，制造资源跨地域、跨国家协调、共享与优化利用等。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第24页第一讲绪论发展趋势与特征之七：制造绿色化

环境、资源、人口是当今世界面临三大主要问题。绿色制造(GreenManufacturing)是一个综合考虑环境影响和资源效率当代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理整个产品生命周期中，对环境影响(负作用)最小，资源效率最高。绿色制造是当代制造业可连续发展制造模式。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第25页第一讲绪论五、当代制造系统开放式智能体系结构

－分布式、协同处理智能制造自动化系统

－以人为中心制造自动化系统APS

（AnthropocentricProductionSystem）

－基于Internet全球制造自动化系统

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第26页第一讲绪论分布式、协同处理智能制造自动化系统

分布式制造自动化系统集成面临问题： －异构性：异种设备环境、异种数据库、异种协议、异种网络集成； －分布性：分布式数据一致性、可达性和可操作性。处理伎俩：

利用计算机网络连接异构设备，实现制造系统问题分布式协同求解功效。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第27页第一讲绪论分布式协同处理制造自动化系统两个层次： －在现有自动化设备基础上，采取分布式计算机控制策略，将自动化程度不一样、通信协议各异异构设备集成起来，到达信息共享和知识协同处理，提升整体自动化水平。 －由智能多自主体包含智能设计机器、智能加工工作站、智能控制器等所组成分布式、协同处理结构，它具备极强应变能力和自组织能力，是未来自动化制造系统发展方向。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第28页第一讲绪论网络开放式分布计算环境网络应用系统应用系统异构设备1异构设备2工作站PC工作站开放式分布计算环境网络应用系统应用系统异构设备n-1异构设备n工作站PC工作站自主体1…智能设计机器自主体n智能控制器自主体2智能加工工作站…监视器分布式协同处理制造自动化系统体系结构框图现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第29页第一讲绪论以人为中心制造自动化系统体系结构框图制造建模与仿真产品设计过程规划执行规划维护工程活动顾客财政管理职员管理供给商管理活动产品规划信息系统知识库管理系统数据库管理系统人用户界面机器控制器接口现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第30页第一讲绪论因特网(Internet)企业通信网络生产调度远程用户智能加工Manufacturing…监控基于Internet全球制造自动化系统体系结构框图工厂通信网络智能测量Measurement智能操作Manipulation建模Modeling异地资源供应商制造现场现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第31页第一讲绪论六、全能制造系统（HMS）

◆基本概念；

◆与传统制造系统区分；

◆智能结构模式。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第32页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）基本概念

◆

产生：上个世纪80年代以来,为适应快速发展市场需求,以美国为代表发达国家,提出了很多先进制造模式,如并行工程、灵敏制造、智能制造、全能制造等。

◆

全能制造系统（HMS：HolonicManufacturingSystem）：是国际合作研究计划六大课题之一——①过程工业中净洁制造系统研究;②全球并行工程研究;③为二十一世纪生产企业集成方法研究;

④全能制造系统研究;

⑤快速产品开发研究;⑥知识体系化:为设计和生产组织形态研究等。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第33页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）基本概念

◆

“Holon”一词起源：1967新闻记者Koestler在其“机器里幽灵”一书中首次提出，holos(希腊文，=whole)+on(particleorpart),“同时为一整体且为一整体一部分”，音译“合弄”：合——全部(whole)，弄—弄堂、小巷(部分,part)；译“整子”、“全能体”。

◆

HMS：HolonicManufacturingSystem：合弄制造系统、粒子制造系统、全能制造系统都是一个概念。

◆

HMS功效及结构概念来自于生物学、心理学和社会学等学科。制造系统发展趋势：建立高性能制造系统结构,需要含有单位小、功效强、自治而协调性能好生产要素,并经过这些要素综合效应,到达系统高效率运行。在HMS中,将这种要素称为粒子或全能体。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第34页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）基本概念

◆

粒子：代表含有自治协调性质要素及过程，是在物流转换、库存、信息加工处理、生产调度等领域内能够独立地作出决议、自治运行、功效协调、处理问题单位要素，这些要素是独立分散地运行，并经过协议，协调制造系统生产活动。（可分为信息处理粒子和物流处理粒子）

◆

自治性（Autonomy）：指粒子在制造过程中所含有自律地、创造性地处理问题能力。

◆协调性（Cooperation）：指粒子在制造过程中,为了处理粒子之间冲突问题而含有共同协商能力。

◆粒子制造系统（HMS）：将产品预定、设计、生产、销售等全部活动以粒子形式表现出来，并综合粒子自治协调功效，确保灵敏制造过程，其最终目标是在高度分散基础上，以自治、协调运行机制，实现充分满足用户需求制造系统。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第35页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统区分

表1ＨＭＳ观点和传统制造系统观点之比较传统制造系统观点HMS观点企业是由活动和机构简单合并来组成企业是包含全部过程和机构一个总体系统企业制造产品是为了销售按用户需求和订单进行生产活动企业是在线性稳定,能够预测和控制形态中得到发展企业不是按确定好控制规律运行,而是在非线性,随机环境中得到发展组织结构是递阶结构组织结构是由粒子组成、相互连接横向结构生产者,竞争者,消费者之间关系是一方亏损,一方赢利标准关系全部企业关系是共同赢利关系企业和环境之间,企业内机构之间有明确界限企业和环境之间,企业内机构之间无明确界限,它们是由制造过程(或流程)相连接现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第36页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统区分

表1ＨＭＳ观点和传统制造系统观点之比较(续)传统制造系统观点HMS观点企业由特定目标搜集各种信息,并以递阶形式传递到下层机构信息源是广泛,并由任何企业共享,依据信息用途,择优选择企业定时地评价其活动情况,若出现问题,用其它计划或资源赔偿,修正或处理问题没有细节活动安排,只有大致企业目标,企业各要素以自治协调方式实现其目标企业管理目标是优化企业内部生产过程企业管理目标是提升服务水平和降低服务成本之间取得平衡提升生产效率主要方法是增加批量提升企业效率主要方法是粒子自治、协调和柔性按职能部门划分相对固定运作系统以适应“3Ｃ”环境为目标连续开发过程,并不是最终阶段最终止果;人是自动化实现一个障碍原因将人创造性、适应性、能动性集成在制造系统之中现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第37页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统区分

◆

3C：以用户导向(Customer)、竞争激烈(Competence)、改变快速(Change)为特征“3C”当代制造业

◆HMS作为一个新制造系统运作模式，它代着高度分散、自治协调、开放总体系统。

◆

“全能”目标：①加速产品设计速度和提供产品可靠性；②加速建立新和改造现有制造系统；③自动化规模可大可小，能够扩展；④能够快速自组织，以适应市场需要；⑤监控、诊疗、质量确保集成在系统内，系统运行更可靠。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第38页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统区分

◆

实例：生产客户要求产品C，经过从A转换得到D和标准件B装配起来，并将其运给客户来实现－－企业生产任务。

◆比较看看传统制造系统与全能制造系统处理过程。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第39页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统区分

◆

传统递阶制造系统处理过程。

传统制造系统递阶体系结构－规划控制系统信息处理制造设备运输设备装配设备对象A对象D对象C对象B运输设备客户信息流物流12345企业任务－－生产客户产品C,经过从A转换得到D和标准件B装配起来,并将其运给客户现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第40页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统区分

◆

全能制造系统处理过程。

全能制造系统粒子体系结构－粒子之间协作系统信息粒子制造粒子运输粒子装配粒子对象A对象D对象C对象B运输粒子客户信息流物流12345企业任务－－生产客户产品C,经过从A转换得到D和标准件B装配起来,并将其运给客户现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第41页第一讲绪论全能制造系统（HMS

）智能结构模式

◆

引入智能单元组成粒子智能结构模式，定义：HISM(HolonicIntelligentStructureModel)

=(U,Y,IOH,PH,IH,ES,SO),其中：

U：系统输入相关信息集合,(如原材料等);

Y：系统输出相关信息集合(如成品,半成品等);

IOH：输入/输出粒子；

PH：PH={H1,H2,…,Hn}是由n个过程粒子组成集合；

IH：智能粒子集合,它主要由数据库粒子、知识库粒子、协商粒子、算法粒子等来组成；

ES：由系统环境要素组成信息集合；

SO：系统目标信息集合。

◆

HISM实质：在HMS基本原理基础上,引入智能单元粒子,方便使HMS含有高度智能化功效.现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第42页第一讲绪论HISM在生产调度中应用实例

◆

机械加工系统粒子组成

PLC控制器计算机PLC控制器PLC控制器PLC控制器PLC计算机实时调度粒子加工粒子检测粒子服务器粒子AS/RS粒子AVG粒子工作站粒子现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第43页第一讲绪论HISM在生产调度中应用实例

◆

生产调度粒子调度过程

机械加工系统,HISM中PH定义为：PH={机器粒子,产品粒子,零部件粒子,操作粒子,调度粒子}机器粒子操作粒子调度粒子产品粒子零部件粒子现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第44页第一讲绪论HMS实现：

HMS实现普通是由一组硬件设备(如加工中心、AGV、检测设备等执行设备)，一套软件包(完成协调功效)，以及通讯网络系统(如工作站、LAN通讯系统、甚至INTERNET)等来完成.现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第45页第一讲绪论七、可重构制造系统（RMS）

◆基本概念；

◆分类及特点；

◆关键技术；

◆RMS建立流程。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第46页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）基本概念

◆

可重构技术：

计算机硬件－－将实现同种功效但结构、属性不一样硬件经过定义硬件接口和尺寸接口等方式,实现了计算机硬件技术可重组性。计算机软件－－经过采取面向对象技术将对象进行封装,将相同功效模块进行抽象和重组以及定义数据接口等方法,实现软件模块可重用/重组性。

◆

适应客户个性化生产、市场快速改变需求，要求制造系统含有快速可重构能力和特征。 现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第47页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）基本概念

◆20世纪末期，美国密执安大学工程研究中心（ＥＲＣ）YKoren、UHeisel等人提出制造系统可重构制造设计理论、可重构机床、重构系统等相关研究内容，可重构制造系统作为一个新型先进制造系统概念被正式提出。

◆可重构制造系统：指为能适应市场需求改变和个性化生产等生产环境改变,按系统规划要求,以重排、重复利用、革新组元或子系统方式,快速调整制造过程、制造功效和制造能力一类新型可变制造系统,它是基于现有或可取得新机床设备和其它组元、可动态组态新一代制造系统。

◆可重构制造系统目标：大大缩短适应产品品种与产量改变制造系统规划,处理生产效率与系统柔性之间矛盾,缩短设计时间、制造系统重组时间和新产品上市时间,快速到达要求产量和质量,充分利用已经有资源。降低重组制造系统所需费用。 现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第48页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）与其它系统比较

表2各种制造系统比较特征制造系统类型刚性制造系统柔性制造系统可重构制造系统基本制造特征产品生产特征单一或少品种大量多品种中小批量多品种变批量客户化响应几乎没有中等按订货要求改变业务流程重组性几乎没有中等高功效扩展缩放性几乎没有中等高成本效益最高中等较高或高投资/回报率较高或中最高或低中等或低或高系统特征系统重构性无无硬软件控制系统设备结构专用固定式通用固定式可重组设备部件结构固定式固定式可重组部件体系结构专用开放式分布式开放式信息系统平台几乎没有集成性较小集成性高集成性现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第49页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）分类

(1)按照重构系统层次能够分为:ａ.系统级别快速重构。包含生产线、物流系统或者制造单元生产能力、制造过程和功效快速重构;ｂ.设备级别快速重构。包含组成制造系统各种设备快速重构;ｃ.子系统或部件级别快速重构。包含各种功效部件、组件与工具、其它刀具与辅助系统快速重构。(2)按照系统软硬件分:ａ.硬件系统及其组元快速重构;ｂ.软件系统及其组元快速重构。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第50页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）重构性内涵

(1)组织可重构性：表现为企业内部合作能力以及企业间合作能力,而且组织可重构性支持企业间重组和企业内部重构;(2)产品可重构性:要求产品在设计早期必须考虑产品从设计、加工制造到营销、使用,直至产品回收处理循环利用全生命周期每个阶段都含有可重构性能;

(3)车间加工系统可重构性：表现为各种设施及设备面向不一样任务,能够快速地完成机床、夹具工装、物流等设备重构和生产系统布局等方面重构,以及各种控制系统重构;(4)业务流程可重构性：以进化方式来实现连续、积累性改进或者革命性变革来降低冲突,使业务流程愈加顺利;

(5)信息平台可重构性:应该允许各应用模块系统在信息平台上能够方便地实现“ＰｎＰ(即插即用)”。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第51页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）特征

(1)模块化（Modularity）：全部部件采取模块化设计，包含系统各种硬件和软件，如结构件、动力头、控制器件、控制软件和工具等;(2)集成化（Integrability）：系统全部部件和布局等能够快速地集成，也包含对新技术快速响应和集成;

(3)可转换性（Convertibility）：利用已经有生产线来生产不一样产品，同时品种更换时系统调整所需时间较短(4)可诊疗性（Diagnosability）：快速地诊疗影响质量和可靠性原因，含有对应修正和微调能力

(5)客户化（Customization）：生产能力和生产柔性在加工产品族中能够快速地响应客户化生产现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第52页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）关键技术

(1)可重构制造系统设计原理：指导思想设计理论设计方法信息集成并行工程协同设计智能制造灵敏生产创新设计离散随机过程系统运行、布局及控制决议基于突变流理论系统规划开放式硬件/软件/控制系统体系结构模块化设计方法可制造性设计可诊疗性设计经济可承受性设计系统运行决议优化设计等.与ＣＡＤ、ＣＡＰＰ、ＣＡＭ、ＰＤＭ、ＭＲＰ、ＭＲＰⅡ、ＥＲＰ、ＣＲＭ、ＳＣＭ、ＣＰＣ等先进信息系统集成现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第53页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）关键技术

(2)开放式控制系统：

a.系统标准和规范

b.接口技术和基于总线分布式控制结构及其原理c.高速化和高精度化d.智能化现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第54页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）关键技术

(3)模块化设计：

RMS硬件模块化设计内容系统布局模块化结构模块接口按形状、接口、运动和刚性等方式定义硬件子模块集合;定义硬件子模块间约束;按运动、过程等定义硬件设备集合;零件加工过程次序描述;定义合理系统布局(机器和机器模块规则集合).机械界面标准化(包含界面结合精度、稳定性和可靠性、界面标准化、模块更换快速性和方便性);控制系统接口标准化;软件系统模块化;管理系统模块化;物流系统接口标准化;工装夹具接口标准化.系统接口(系统间连接标准化);模块接口(模块间连接标准化);子模块接口(模块内部标准化);功效接口标准化;数据接口标准化;能量接口标准化现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第55页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）关键技术

(3)模块化设计：

RMS软件模块化设计内容设计内容设计标准设计方法各种信息管理系统、各种控制系统、信息资源集成平台等软件系统功效接口、数据接口模块化.ＣＯＲＢＡ规范;ＣＯＭ/ＤＣＯＭ标准;ＳＴＥＰ数据标准;中间件技术软件设计方法;面向对象技术设计方法;科学软件系统设计规划及描述现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第56页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）关键技术

(4)可重构设备设计：可重构设备设计内容设计内容设计标准设计理论产品改变(产品规格尺寸、零件几何形状与复杂性、批量、生产率、要求制造过程、精度、材料性能等改变);工件规格可重构性;零件几何可重构性;机械加工精度可重构性;批量与生产率可重构性;加工过程改变可重构性;平行运动学。基于广义相同性模块划分和整合集成;基于模块间性能测试和分析;模块间物理/几何性能分析与预测;整机物理、几何和误差性能系统测试、预测和控制;设备可移动性标准.基于系统性广义相同性理论及其与用户需求关系;基于接口界面静动态力学与热物理性能基础静动态综合误差和误差流理论;基于振动测量刀具/工件相对振动振幅测量;设备可诊疗性设计及其可诊疗设计测量参数集合;重心分布设计现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第57页第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）建立过程

包含四个阶段：

1.概念

2.规划

3.检验

4.项目终止

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第58页第一讲绪论八、网络化制造系统（NMS）

◆基本概念；

◆基本特征与内涵；

◆体系结构；

◆关键技术。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第59页第一讲绪论网络化制造系统（NMS

）概念

(1)网络化制造产生：在网络经济条件下产生并得到广泛应用先进制造模式，是需求与技术双重驱动作用结果，需求－－提升企业市场竞争力和经营管理水平；技术－－信息技术与网络技术,尤其是因特网（INTERNET）技术快速发展与应用。

(2)网络化制造：是企业为应对知识经济和制造全球化挑战而实施以快速响应市场需求和提升企业(企业群体)竞争力为主要目标一个先进制造模式；经过采取先进网络技术、制造技术及其它相关技术，构建面向企业特定需求基于网络制造系统。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第60页第一讲绪论网络化制造系统（NMS

）概念

(3)网络化制造系统：是企业在网络化制造模式指导思想、相关理论和方法指导下,在网络化制造集成平台和软件工具支持下,结合企业详细业务需求,设计实施基于网络制造系统。(4)网络化制造技术：网络化制造技术是支持企业设计、实施、运行和管理、基于网络制造系统包括全部技术总称。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第61页第一讲绪论网络化制造基本特征

(1)网络化制造是基于网络技术先进制造模式。它是在因特网和企业内外网环境下，企业用以组织和管理其生产经营过程理论与方法。

(2)覆盖了企业生产经营全部活动。网络化制造技术能够用来支持企业生产经营全部活动，也能够覆盖产品全生命周期各个步骤。(3)以快速响应市场为实施主要目标之一。经过网络化制造，提升企业市场响应速度,进而提升企业竞争能力。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第62页第一讲绪论网络化制造基本特征

(4)突破地域限制。经过网络突破地理空间上差距给企业生产经营和企业间协同造成障碍。

(5)强调企业间协作与全社会范围内资源共享。经过企业间协作和资源共享，提升企业(企业群体)产品创新能力和制造能力，实现产品设计制造低成本和高速度。(6)含有各种形态和功效系统。结合不一样企业详细情况和应用需求，网络化制造系统含有许各种不一样形态和应用模式。在不一样形态和模式下，能够构建出各种含有不一样功效网络化制造应用系统。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第63页第一讲绪论网络化制造基本内涵

(1)分散与集中统一；

(2)自治与协同统一;(3)混沌与有序统一。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第64页第一讲绪论网络化制造带来企业改变

(1)企业经营范围和方式上改变；

(2)时间观念上改变;(3)组织结构上改变。(4)资源观念上改变；

(5)企业间关系观念改变。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第65页第一讲绪论网络化制造特征

(1)灵敏性：对市场需求灵敏、制造系统快速重构

(2)协同性：企业间协同、供给链协同、产品设计协同、产品制造协同、客户与供给商协同

(3)数字化：网络化制造主要特征与主要基础

(4)直接性

(5)远程性

(6)多样性现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第66页第一讲绪论网络化制造系统结构与功效

企业用户过程与项目管理网络化制造集成平台共享信息系统灵敏企业协作平台产品协同设计制造在线远程制造服务资源共享系统供给链管理系统电子商务系统虚拟采购系统产品虚拟展示销售技术支持中心应用软件系统CAX/PDM/ERP/SCM/CRM使能工具项目管理、企业建模、远程诊疗、设备互联网络化制造标准与协议基础技术体系(体系结构、标准规范、指南等)产品资源库制造资源库基础数据库等①②③④网络化制造系统体系结构现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第67页第一讲绪论网络化制造系统关键技术

(1)总体技术

(2)基础技术

(3)集成技术

(4)应用实施技术现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第68页第一讲绪论网络化制造系统关键技术

总体技术网络化制造模式网络化制造系统体系结构网络化制造系统构建与组织实施技术网络化制造系统运行管理技术产品全生命周期管理技术协同产品商务技术现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第69页第一讲绪论网络化制造系统关键技术

基础技术网络化制造基础理论与方法网络化制造系统协议与规范网络化制造系统标准化技术产品建模与企业建模技术工作流技术虚拟企业与动态联盟技术知识管理与知识集成技术多代理系统技术现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第70页第一讲绪论网络化制造系统关键技术

集成技术设计制造资源库与知识库开发技术企业应用集成技术ASP服务平台技术集成平台与集成框架技术电子商务与EDI技术Webservice技术COM+、CORBA、J2EE技术XML、PDML技术信息智能搜索技术现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第71页第一讲绪论网络化制造系统关键技术

应用实施技术网络化制造实施路径资源共享与优化配置技术区域动态联盟与企业协同技术资源（设备）封装与接口技术数据中心与数据管理（安全）技术网络安全技术现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第72页第一讲绪论九、当代制造系统对控制、监控与诊疗需求

◆智能控制、监控与诊疗必要性；

◆智能控制、监控与诊疗目标；

◆智能控制、监控与诊疗系统要求。

现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第73页第一讲绪论当代制造系统智能控制、监控与诊疗必要性：

◆自动化生产设备昂贵，停车损失成为一个不堪忍受负担；

◆自动化、精密化生产产品质量确保需要，确保无废品生产需要

◆制造系统及过程复杂性，如非线性、时变性，强干扰等。

◆制造系统或设备使用灵活性及维护方便性需要。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第74页第一讲绪论当代制造系统智能控制、监控与诊疗目标： ◆目标：对制造系统与制造过程中产生各种信息进行获取、传输、处理、分析和应用，确保制造自动化生产和精密生产高效、合格地进行，实现无废品乃至零故障率生产。 ◆目标：确保加工系统安全运行；确保加工设备防止受到损坏；确保工件加工质量；降低加工辅助工作时间，提升生产率；对资源进行优化使用。现代制造系统的智能控制监控与故障诊断第75页第一讲绪论当代制造系统对智能控制、监控与诊疗要求：

◆当代制造系统与制造过程中主要靠生产设