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: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现代制造系统的

智能控制、监控与故障诊断第一页，共八十二页。现代制造系统概述现代制造系统的智能控制现代制造系统的智能监控现代制造系统的智能诊断现代制造系统的控制、监控与诊断的集成一、课程的主要内容：第二页，共八十二页。二、课程的学习目的了解和掌握现代制造系统智能控制、监控与故障诊断的概念与学科体系；学习和了解现代制造系统的发展过程与智能体系结构学习和掌握现代制造系统智能控制、监控的主要方法和手段；学习和掌握制造系统故障(模型)、机理的分析与诊断方法；了解当今最新研究成果与发展趋势。第三页，共八十二页。三、课程的教学方式学习方式：授课、自学相结合，自学为主；专题讨论。考核方式：综合报告/试题/二者结合。第四页，共八十二页。四、参考书目周祖德等.现代机械制造系统的监控与故障诊断.武汉：华中理工大学出版社，1999年6月.李小俚等.先进制造中的智能监控技术，北京：科学出版社，1999年3月.有关智能控制、监控与诊断方面的参考书。第五页，共八十二页。第一讲绪论本讲主要内容一、现代制造系统的定义与构成二、现代制造系统的发展趋势与特征三、现代制造系统的开放式智能体系结构四、现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、现代制造系统智能控制、监控与诊断的需求第六页，共八十二页。第一讲绪论一、制造系统的定义基本定义：制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关的软件包括制造理论、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具有特定功能的有机整体，称之为制造系统。第七页，共八十二页。第一讲绪论根据所研究的问题的侧重面不同，又分为三种特定的定义：制造系统的结构定义：制造系统是制造过程所涉及的硬件(包括人员、设备、物料流等)及其相关软件所组成的一个统一整体。制造系统的功能定义：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的输入、输出系统。制造系统的过程定义：制造系统可看成是制造生产的运行过程,包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造实施、检验出厂、产品销售等各个环节的制造全过程。第八页，共八十二页。第一讲绪论二、现代制造系统的构成

现代制造系统的核心是先进制造技术AMT(AdvancedManufacturingTechnology)，它是现代信息技术与制造技术相结合所产生的各种设备、技术、系统的总称，由AMT的硬件、软件组成。第九页，共八十二页。第一讲绪论现代制造系统的硬件构成:

－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)。第十页，共八十二页。第一讲绪论现代制造系统的软件构成:

－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)。第十一页，共八十二页。第一讲绪论三、现代制造系统的发展过程刚性自动化数控加工智能制造、敏捷制造虚拟制造、网络制造全球制造、绿色制造适应于大批大量的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第十二页，共八十二页。第一讲绪论第一阶段：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机

时期：20世纪40－50年代。应用传统的机械设计与制造工艺方法，采用专用机床、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。第十三页，共八十二页。第一讲绪论第二阶段：数控加工，包括NC和CNC

时期：20世纪50－70年代（NC），70－80年代（CNC）。计算机技术的迅速发展，NC被CNC所取代。数控加工设备包括数控机床、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。第十四页，共八十二页。第一讲绪论第三阶段：柔性制造

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

涉及新技术：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、监控与诊断、计算机控制与通讯网络。

特征：柔性与高效的理想结合，适应于多品种中小批量生产。第十五页，共八十二页。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的一个新阶段，又可看作是包含制造自动化系统的一个更高层次的系统。

涉及新技术：现代制造技术、

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：强调制造过程的系统性和集成性，以解决企业生存与竞争的TQCS问题。第十六页，共八十二页。第一讲绪论第五阶段：智能制造、敏捷制造、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世纪的发展方向。发展趋势与特征：集成化、智能化、敏捷化、虚拟化、网络化、全球化、绿色化。第十七页，共八十二页。第一讲绪论四、现代制造系统的发展趋势与特征

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：制造敏捷化

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：制造数字化第十八页，共八十二页。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的一个重要特征和主要发展趋势，将从制造系统内部的信息集成、功能集成，发展到实现产品整个开发制造过程的集成，并步入全球制造的全局集成阶段。第十九页，共八十二页。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的重要特征方向。所谓智能制造系统是一种智能机器和人类专家共同组成的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、构思和决策等智能活动，以实现制造过程的优化。专家预言：21世纪的制造业用两个“I”来标识：即Integration(集成)和Intelligence(智能)。第二十页，共八十二页。第一讲绪论发展趋势与特征之三：制造敏捷化

敏捷制造是一种面向21世纪的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的敏捷性是敏捷制造的重要组成部分，它主要包括机器、工艺等的柔性，可重构能力，快速化的集成制造工艺等。第二十一页，共八十二页。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通过建立系统模型映射到计算机及相关技术所支撑的虚拟环境中，在虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造过程的一切活动和产品的制造全过程，并对产品制造及制造系统的行为进行预测和评价。它是敏捷制造的重要关键技术。第二十二页，共八十二页。第一讲绪论发展趋势与特征之五：制造网络化

20世纪末网络技术特别是Internet/Intranet技术的迅速发展，导致制造活动新的变革－－网络制造技术的产生。基于网络的制造包括制造环境内部的网络化、制造环境和整个制造企业的网络化、企业间的网络化、异地设计与制造等方面。基于Internet/Intranet的制造已成为21世纪制造自动化技术发展的重要趋势。第二十三页，共八十二页。第一讲绪论发展趋势与特征之六：制造全球化

制造全球化的概念出于美、日、欧等发达国家的智能制造计划，20世纪末随着Internet技术的发展，其研究与应用发展迅速。制造全球化包括的内容非常广泛，主要有市场的国际化，产品设计与开发的国际合作，产品制造的跨国化，制造企业在全世界范围内的重组和集成，制造资源的跨地区、跨国家协调、共享与优化利用等。第二十四页，共八十二页。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的三大主要问题。绿色制造(GreenManufacturing)是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高。绿色制造是现代制造业的可持续发展制造模式。第二十五页，共八十二页。第一讲绪论五、现代制造系统的开放式智能体系结构

－分布式、协同处理的智能制造自动化系统

－以人为中心的制造自动化系统APS

（AnthropocentricProductionSystem）

－基于Internet的全球制造自动化系统

第二十六页，共八十二页。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的问题： －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：分布式数据的一致性、可达性和可操作性。解决手段：

利用计算机网络连接异构设备，实现制造系统问题的分布式协同求解功能。第二十七页，共八十二页。第一讲绪论分布式协同处理的制造自动化系统的两个层次： －在现有自动化设备的基础上，采用分布式计算机控制策略，将自动化程度不同、通信协议各异的异构设备集成起来，达到信息共享和知识的协同处理，提高整体自动化水平。 －由智能多自主体包括智能设计机器、智能加工工作站、智能控制器等所构成的分布式、协同处理结构，它具备极强的应变能力和自组织能力，是未来自动化制造系统的发展方向。第二十八页，共八十二页。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的制造自动化系统的体系结构框图第二十九页，共八十二页。第一讲绪论以人为中心的制造自动化系统的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应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第三十页，共八十二页。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的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第三十一页，共八十二页。第一讲绪论六、全能制造系统（HMS）

◆基本概念；

◆与传统制造系统的区别；

◆智能结构模式。

第三十二页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）的基本概念

◆

产生：上个世纪80年代以来,为适应快速发展的市场需求,以美国为代表的发达国家,提出了诸多先进制造模式,如并行工程、敏捷制造、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的六大课题之一——①过程工业中的净洁制造系统的研究;②全球并行工程的研究;③为21世纪生产的企业集成方法的研究;

④全能制造系统的研究;

⑤快速产品开发研究;⑥知识体系化:为设计和生产的组织形态研究等。

第三十三页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）的基本概念

◆

“Holon”一词的来源：1967新闻记者Koestler在其“机器里的幽灵”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的一部分”，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功能及结构概念来自于生物学、心理学和社会学等学科。制造系统的发展趋势：建立高性能的制造系统结构,需要具有单位小、功能强、自治而协调性能好的生产要素,并通过这些要素的综合效应,达到系统的高效率运行。在HMS中,将这种要素称为粒子或全能体。

第三十四页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）的基本概念

◆

粒子：代表具有自治协调性质的要素及过程，是在物流的转换、库存、信息加工处理、生产调度等领域内能够独立地作出决策、自治运行、功能协调、解决问题的单位要素，这些要素是独立分散地运行，并通过协议，协调制造系统的生产活动。（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具有的自律地、创造性地解决问题的能力。

◆协调性（Cooperation）：指粒子在制造过程中,为了解决粒子之间的冲突问题而具有的共同协商能力。

◆粒子制造系统（HMS）：将产品的预定、设计、生产、销售等所有活动以粒子形式表现出来，并综合粒子的自治协调功能，保证敏捷的制造过程，其最终目的是在高度分散的基础上，以自治、协调的运行机制，实现充分满足顾客需求的制造系统。

第三十五页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统的区别

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的观点企业是由活动和机构简单合并来组成的企业是包括所有过程和机构的一个总体系统企业制造产品是为了销售按顾客需求和订单进行生产活动企业是在线性稳定的,可以预测和控制的形态中得到发展企业不是按确定好的控制规律运行,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的、相互连接的横向结构生产者,竞争者,消费者之间的关系是一方亏损,一方获利的原则关系所有企业的关系是共同获利的关系企业和环境之间,企业内的机构之间有明确的界限企业和环境之间,企业内的机构之间无明确的界限,它们是由制造过程(或流程)相连接第三十六页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统的区别

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的观点企业由特定目的收集各种信息,并以递阶形式传递到下层机构信息源是广泛的,并由任何企业共享,根据信息用途,择优选择企业定期地评价其活动情况,若出现问题,用其它计划或资源补偿,修正或解决问题没有细节活动安排,只有大致的企业目标,企业的各要素以自治协调的方式实现其目标企业管理的目标是优化企业内部的生产过程企业管理的目标是提高服务水平和降低服务成本之间取得平衡提高生产效率的主要方法是增加批量提高企业效率的主要方法是粒子的自治、协调和柔性按职能部门划分的相对固定的运作系统以适应“3Ｃ”环境为目的的持续开发过程,并不是最后阶段的最终结果;人是自动化实现的一种障碍因素将人的创造性、适应性、能动性集成在制造系统之中第三十七页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统的区别

◆

3C：以顾客导向(Customer)、竞争激烈(Competence)、变化快速(Change)为特征的“3C”现代制造业

◆HMS作为一种新的制造系统运作模式，它代着高度分散、自治协调、开放的总体系统。

◆

“全能”目的：①加速产品设计的速度和提供产品的可靠性；②加速建立新的和改造现有的制造系统；③自动化规模可大可小，可以扩展；④能够迅速自组织，以适应市场需要；⑤监控、诊断、质量保证集成在系统内，系统运行更可靠。第三十八页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统的区别

◆

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

◆比较看看传统制造系统与全能制造系统的处理过程。

第三十九页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统的区别

◆

传统递阶制造系统的处理过程。

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,通过从A转换得到的D和标准件B装配起来,并将其运给客户第四十页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）与传统制造系统的区别

◆

全能制造系统的处理过程。

全能制造系统粒子体系结构－粒子之间的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,通过从A转换得到的D和标准件B装配起来,并将其运给客户第四十一页，共八十二页。第一讲绪论全能制造系统（HMS

）的智能结构模式

◆

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

=(U,Y,IOH,PH,IH,ES,SO),其中：

U：系统输入有关的信息集合,(如原材料等);

Y：系统输出有关的信息集合(如成品,半成品等);

IOH：输入/输出粒子；

PH：PH={H1,H2,…,Hn}是由n个过程粒子组成的集合；

IH：智能粒子的集合,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：由系统环境要素构成的信息集合；

SO：系统目标信息的集合。

◆

HISM的实质：在HMS基本原理的基础上,引入智能单元粒子,以便使HMS具有高度智能化的功能.第四十二页，共八十二页。第一讲绪论HISM在生产调度中的应用实例

◆

机械加工系统的粒子构成

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粒子工作站粒子第四十三页，共八十二页。第一讲绪论HISM在生产调度中的应用实例

◆

生产调度粒子的调度过程

机械加工系统,HISM中的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第四十四页，共八十二页。第一讲绪论HMS的实现：

HMS的实现一般是由一组硬件设备(如加工中心、AGV、检测设备等执行设备)，一套软件包(完成协调功能)，以及通讯网络系统(如工作站、LAN通讯系统、甚至INTERNET)等来完成的.第四十五页，共八十二页。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。

第四十六页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的基本概念

◆

可重构技术：

计算机硬件－－将实现同种功能但结构、属性不同的硬件通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的可重组性。计算机软件－－通过采用面向对象技术将对象进行封装,将相同功能的模块进行抽象和重组以及定义数据接口等方法,实现软件模块的可重用/重组性。

◆

适应客户个性化生产、市场快速变化的需求，要求制造系统具有快速可重构的能力和特性。 第四十七页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的基本概念

◆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种新型的先进制造系统概念被正式提出。

◆可重构制造系统：指为能适应市场的需求变化和个性化生产等生产环境的变化,按系统规划的要求,以重排、重复利用、革新组元或子系统的方式,快速调整制造过程、制造功能和制造能力的一类新型可变制造系统,它是基于现有的或可获得的新机床设备和其它组元的、可动态组态的新一代制造系统。

◆可重构制造系统的目的：大大缩短适应产品品种与产量变化的制造系统的规划,解决生产效率与系统柔性之间的矛盾,缩短设计时间、制造系统重组时间和新产品上市时间,迅速达到规定的产量和质量,充分利用已有的资源。减少重组制造系统所需的费用。 第四十八页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的与其他系统的比较

表2各种制造系统的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变化业务流程重组性几乎没有中等高功能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第四十九页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的分类

(1)按照重构的系统层次可以分为:ａ.系统级别的快速重构。包括生产线、物流系统或者制造单元的生产能力、制造过程和功能的快速重构;ｂ.设备级别的快速重构。包含组成制造系统的各种设备的快速重构;ｃ.子系统或部件级别的快速重构。包含各种功能部件、组件与工具、其他刀具与辅助系统的快速重构。(2)按照系统的软硬件分:ａ.硬件系统及其组元的快速重构;ｂ.软件系统及其组元的快速重构。第五十页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的重构性内涵

(1)组织的可重构性：表现为企业内部的合作能力以及企业间的合作能力,而且组织可重构性支持企业间的重组和企业内部的重构;(2)产品的可重构性:要求产品在设计初期必须考虑产品从设计、加工制造到营销、使用,直至产品的回收处理循环利用的全生命周期的每个阶段都具有可重构性能;

(3)车间加工系统的可重构性：表现为各种设施及设备面向不同任务,可以快速地完成机床、夹具工装、物流等设备重构和生产系统布局等方面的重构,以及各种控制系统的重构;(4)业务流程的可重构性：以进化的方式来实现连续的、积累性的改善或者革命性的变革来减少冲突,使业务流程更加顺利;

(5)信息平台的可重构性:应该允许各应用模块系统在信息平台上可以方便地实现“ＰｎＰ(即插即用)”。

第五十一页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的特征

(1)模块化（Modularity）：所有部件采用模块化设计，包括系统的各种硬件和软件，如结构件、动力头、控制器件、控制软件和工具等;(2)集成化（Integrability）：系统所有部件和布局等可以快速地集成，也包括对新技术的快速响应和集成;

(3)可转换性（Convertibility）：利用已有的生产线来生产不同的产品，同时品种更换时系统调整所需的时间较短(4)可诊断性（Diagnosability）：快速地诊断影响质量和可靠性的原因，具有相应的修正和微调能力

(5)客户化（Customization）：生产能力和生产柔性在加工产品族中可以快速地响应客户化的生产第五十二页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的关键技术

(1)可重构制造系统的设计原理：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敏捷生产创新设计离散随机过程的系统运行、布局及控制决策基于突变流理论的系统规划开放式的硬件/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断性设计经济可承受性设计系统运行决策优化设计等.与ＣＡＤ、ＣＡＰＰ、ＣＡＭ、ＰＤＭ、ＭＲＰ、ＭＲＰⅡ、ＥＲＰ、ＣＲＭ、ＳＣＭ、ＣＰＣ等先进信息系统的集成第五十三页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的关键技术

(2)开放式控制系统：

a.系统的标准和规范

b.接口技术和基于总线的分布式控制结构及其原理c.高速化和高精度化d.智能化第五十四页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的关键技术

(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;定义硬件子模块间的约束;按运动、过程等定义硬件设备的集合;零件加工过程顺序的描述;定义合理的系统布局(机器和机器模块的规则集合).机械界面的标准化(包括界面结合的精度、稳定性和可靠性、界面标准化、模块更换的快速性和方便性);控制系统接口的标准化;软件系统的模块化;管理系统的模块化;物流系统接口标准化;工装夹具接口标准化.系统接口(系统间连接的标准化);模块接口(模块间连接的标准化);子模块接口(模块内部的标准化);功能接口标准化;数据接口标准化;能量接口标准化第五十五页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的关键技术

(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的功能接口、数据接口模块化.ＣＯＲＢＡ规范;ＣＯＭ/ＤＣＯＭ标准;ＳＴＥＰ数据标准;中间件技术的软件设计方法;面向对象技术的设计方法;科学的软件系统设计规划及描述第五十六页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的关键技术

(4)可重构设备设计：可重构设备设计内容设计内容设计原则设计理论产品的变化(产品规格尺寸、零件几何形状与复杂性、批量、生产率、要求的制造过程、精度、材料性能等变化);工件规格的可重构性;零件的几何可重构性;机械加工精度的可重构性;批量与生产率的可重构性;加工过程变化的可重构性;平行运动学。基于广义相似性的模块划分和整合集成;基于模块间性能测试和分析;模块间的物理/几何性能分析与预测;整机物理、几何和误差性能的系统测试、预测和控制;设备的可移动性原则.基于系统性的广义相似性理论及其与用户需求的关系;基于接口界面静动态力学与热物理性能基础的静动态综合误差和误差流理论;基于振动测量的刀具/工件相对振动振幅测量;设备可诊断性设计及其可诊断设计的测量参数集合;重心分布的设计第五十七页，共八十二页。第一讲绪论可重构制造系统（RMS

）的建立过程

包括四个阶段：

1.概念

2.规划

3.检验

4.项目终止

第五十八页，共八十二页。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。 第五十九页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造系统（NMS

）的概念

(1)网络化制造的产生：在网络经济条件下产生并得到广泛应用的先进制造模式，是需求与技术双重驱动作用的结果，需求－－提高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,特别是因特网（INTERNET）技术的迅速发展与应用。

(2)网络化制造：是企业为应对知识经济和制造全球化的挑战而实施的以快速响应市场需求和提高企业(企业群体)竞争力为主要目标的一种先进制造模式；通过采用先进的网络技术、制造技术及其他相关技术，构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统。第六十页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造系统（NMS

）的概念

(3)网络化制造系统：是企业在网络化制造模式的指导思想、相关理论和方法的指导下,在网络化制造集成平台和软件工具的支持下,结合企业具体的业务需求,设计实施的基于网络的制造系统。(4)网络化制造技术：网络化制造技术是支持企业设计、实施、运行和管理的、基于网络的制造系统涉及的所有技术的总称。第六十一页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造的基本特征

(1)网络化制造是基于网络技术的先进制造模式。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的理论与方法。

(2)覆盖了企业生产经营的所有活动。网络化制造技术可以用来支持企业生产经营的所有活动，也可以覆盖产品全生命周期的各个环节。(3)以快速响应市场为实施的主要目标之一。通过网络化制造，提高企业的市场响应速度,进而提高企业的竞争能力。第六十二页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造的基本特征

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

(5)强调企业间的协作与全社会范围内的资源共享。通过企业间的协作和资源共享，提高企业(企业群体)的产品创新能力和制造能力，实现产品设计制造的低成本和高速度。(6)具有多种形态和功能系统。结合不同企业的具体情况和应用需求，网络化制造系统具有许多种不同的形态和应用模式。在不同形态和模式下，可以构建出多种具有不同功能的网络化制造应用系统。第六十三页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造的基本内涵

(1)分散与集中的统一；

(2)自治与协同的统一;(3)混沌与有序的统一。第六十四页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造带来企业的变化

(1)企业经营范围和方式上的变化；

(2)时间观念上的变化;(3)组织结构上的变化。(4)资源观念上的变化；

(5)企业间关系观念的变化。第六十五页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造的特性

(1)敏捷性：对市场需求的敏捷、制造系统的快速重构

(2)协同性：企业间协同、供应链协同、产品设计协同、产品制造协同、客户与供应商协同

(3)数字化：网络化制造的重要特征与重要基础

(4)直接性

(5)远程性

(6)多样性第六十六页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造系统的结构与功能

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敏捷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应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、远程诊断、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网络化制造系统的体系结构第六十七页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造系统的关键技术

(1)总体技术

(2)基础技术

(3)集成技术

(4)应用实施技术第六十八页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造系统的关键技术

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第六十九页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造系统的关键技术

基础技术网络化制造的基础理论与方法网络化制造系统的协议与规范网络化制造系统的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第七十页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造系统的关键技术

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第七十一页，共八十二页。第一讲绪论网络化制造系统的关键技术

应用实施技术网络化制造实施途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）技术网络安全技术第七十二页，共八十二页。第一讲绪论九、现代制造系统的对控制、监控与诊断的需求

◆智能控制、监控与诊断的必要性；

◆智能控制、监控与诊断的目标；

◆智能控制、监控与诊断系统的要求。

第七十三页，共八十二页。第一讲绪论现代制造系统的智能控制、监控与诊断的必要性：

◆自动化生产设备昂贵，停车损失成为一种不堪忍受的负担；

◆自动化、精密化生产的产品质量保证的需要，保证无废品生产的需要

◆制造系统及过程的复杂性，如非线性、时变性，强干扰等。

◆制造系统或设备使用的灵活性及维护的方便性的需要。第七十四页，共八十二页。第一讲绪论现代制造系统的智能控制、监控与诊断的目标： ◆目标：对制造系统与制造过程中产生的各种信息进行获取、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的生产。 ◆目的：保证加工系统的安全运行；保证加工设备避免受到损坏；保证工件加工质量；减少加工辅助工作时间，提高生产率；对资源进行优化使用。第七十五页，共八十二页。第一讲绪论现代制造系统对智能控制、监控与诊断的要求：

◆现代制造系统与制造过程中主要靠生产设备自身所具有的自监视、自诊断及自动控制与补偿功能、自动故障排除功能来保证不出废品，而不是事后检验剔除废品。 ◆现代制造系统的控制、监控与诊断系统必须与制造自动化、智能化、柔性化、集成化和网络化相适应，应该是一通用型模块化、集成化、智能化、网络化的具备自学习与自适应调整功能的多传感器、多参数、多模块综合决策系统。 ◆现代制造系统的控制、监控与诊断必须满足：能测量、处理众多A/D信号；能很好地预处理被测量信号；能作复杂的多参数决策；具有模块式、可扩展、可重构的功能；监控参数、模型与策略的可调性和自适应学习能力；高度自动化、智能化与网络化功能。第七十六页，共八十二页。第一讲绪论现代制造系统中数字化制造设