CIMS和CIPS技术与应用课程-3课件

第三章CIMS技术CIMS系统理论和支持技术主要包括离散时间动态系统理论、系统仿真技术、面向对象技术、成组技术和人工智能等(2)信息技术

数据管理、网络技术、集成平台和产品数据交换技术(3)计算机辅助技术

几何造型、CAPP技术、MRP和CAQ技术等(4)制造过程控制技术数字控制技术、柔性制造技术和智能制造技术2023/6/413.1CIMS系统理论及支持技术3.1.1离散事件动态系统理论在现实世界中有这样一类系统，它在每个时刻的发展变化依赖于许多事件的相互作用和触发。一个事件的发生需要一定的前提条件，同时又产生一定的后置条件以触发其它事件，这类系统就是离散事件动态系统(DEDS)，这类系统无法用微分方程或差分方程进行描述。1.DEDS理论和方法

DEDS方法从建模层次和应用范围的角度可以划分为三个方面：(1)逻辑层次主要解决DEDS的有关逻辑问题，系统模型不考虑时间因素，只描述系统内各个离散事件触发的条件和运行条件，描述系统内各个事件的相互联系，帮助人们理解系统的运行方式。常用建模方法：有限自动机及形式语言、Petri网、有限递归过程及通信进程2023/6/42DEDS理论和方法(续)(2)时序层主要解决DEDS在时域上的动态特性以及实时控制问题，建模方法引进了时间参数，标明每个离散事件发生所要占用的事件，整个模型是一个确定性的系统模型。常用建模方法：极大代数法、计时Petri网(3)随机层主要研究DEDS内不确定性随机时间，是一种时序模型。实际系统中的许多事件的发生是无法用确定时间进行描述的(顾客订货、机器故障、工件在机床前的等待时间等)，需在系统模型中引入相应的随机时间变量对离散事件进行描述。常用建模方法：排队论、马氏链、扰动分析方法、广义Markov过程、随机Petri网等2023/6/432.DEDS理论在CIMS中的应用计算机系统中资源共享和通信问题排队网络性能分析并发读写操作程序进程的控制并行操作生产制造系统FMS建模描述工具最优调度和计划…2023/6/443.1.2系统仿真技术仿真通过对系统模型的实验去研究一个真实的系统。模型对真实系统的简化、抽象和对系统本质的一种描述。(1)实物模型实际系统在保持本质特征的条件下经缩小或放大构成的(2)图形模型以图表的形式来表示系统功能及相互关系的(3)数学模型通过系统的相互影响因素的数量关系，采用数学表达式来描述系统的方法。(4)仿真模型是能够直接转化为计算机程序的系统描述方式2023/6/45管路设计强度分析结构分析数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真2023/6/46系统仿真的基本步骤建模采用某中方法对真实系统进行抽象，得到系统模型编程采用一定的算法将系统模型转化为计算机仿真程序仿真实验选择输入数据，运行仿真程序，获得相应实验数据结果统计分析对系统进行评价总结对模型的适用范围、可信度及运行费用进行总结2023/6/473.1.3面向对象技术为了提高系统的正确性和有效性，应该在满足需求的条件下，把系统设计成由一些相对固定的部分(对象)组成的最小集合。

面向对象提供从一般到特殊的演绎手段和从特殊到一般的归纳形式(1)模块性(2)动态连接性对象之间具有统一的、方便的、动态的连接和传递消息的能力和机制(3)继承性和类比性(4)易维护性2023/6/483.1.4成组技术成组技术(GT)自上世纪五十年代由前苏联学者总结并在制造过程中得到推广应用。成组技术根据工件的形状、尺寸以及加工工艺的相似性(非依据功能进行分类)来将工件分类，以符号表示。形状、尺寸的相似性分类查找零件的类型容易；促进零件的重复使用节省修改现有零件设计工作减少零件的多样性加工工艺相似性分类考虑加工方式和操作顺序减少准备工作提高生产设备的利用率降低成本2023/6/49成组技术的应用效益改善产品设计零件分类编码系统计算机检索系统产品设计的标准化(2)促进了工具和设备的标准化(3)减少了工件的搬运和等待时间(4)改善生产和库存管理(5)有利于工艺规程标准化2023/6/4103.1.5人工智能技术知识的获取知识的表示知识的使用-工厂级决策与规划-工艺过程设计-生产调度在有限资源的情况下，考虑任务分配，生产负荷平衡，生产出现局部异常情况下加工任务的动态重新分配-故障诊断2023/6/4113.2信息技术3.2.1数据管理

信息系统的永久数据的操纵与维护活动数据库管理系统(DBMS)文件管理(FM)知识库管理系统(KBMS)2023/6/4123.2.2网络技术(1)网络互连网络互连涉及的主要问题地址网络互连需要解决包容不同网络的不同编址方案的能力，既不改变子网内部的操作，又能实现子网间的交互操作协议数据单元(PDU)格式不同网络协议有不同PDU格式路由选择根据响应时间和网络负荷等因素在多条不同的路径中选择速度匹配不同速率的网络交互工作需要一定的缓冲网络互连方法信桥在OSI参考模型的数据链路层实现互连的网络设备信由在OSI参考模型的网络层实现互连的网络设备信关在OSI所有七层通过协议转换连接不同网络体系结构的设备2023/6/413OSI七层体系结构2023/6/414计算机网络的分类1按网络的交换功能电路交换,报文交换,分组交换。2按网络的拓扑结构集中式网络,分散式网络,分布式网络。3按网络的使用范围公用网和专用网。4按网络的作用范围局域网、城域网和广域网局域网:一般用于有限距离内计算机之间数据和信息的传递。城域网:大小通常覆盖一个城市或地区，地理范围几十公里到上百公里，对硬件、软件的要求比局域网高。广域网:可把众多的局域网和城域网连接起来。2023/6/415局域网按网络的拓扑结构可以分为四类：星型：所有结点都连接到中央结点环型：结点通过点到点链路与相临结点连接总线型：所有结点都直接连接到共享信道树型：类似总线型（非直接，或结合星型）2023/6/416(2)网络管理A)公共管理信息服务对网络资源(系统资源、通信资源和应用资源)的控制、协调和监测(管理)，网络管理的主要功能包括：事件的远程报告、读属性、置特性B)差错管理对系统非正常操作的管理，通过相应的系统来检测故障，采取补救措施，使系统完成预期的功能C)计费管理记录职员的使用情况和使用职员的费用D)配置管理定义、收集、监测和管理配置数据的使用。配置数据包括设备资源、设备资源的容量和属性以及设备资源的相互关系2023/6/417(2)网络管理(续)E)性能管理收集、存储、显示和分析统计数据F)安全管理-授权管理，分配口令给所请求的实体，以执行授权或存储控制-存取控制管理，进入或修改存取控制表和能力表-安全检查跟踪和事件处理、远程收集检查记录-管理信息库存取控制2023/6/418(3)产品数据交换技术产品数据交换不同的技术设计部门之间；设计、生产准备和加工部门之间；组装厂与零部件供应商之间；不同时期研制的产品型号之间；不同用途的CAD/CAM/CAE系统之间；同一CAD/CAM/CAE系统的不同版本之间产品数据交换方法a)通过专用数据格式文件来交换产品信息b)通过标准数据格式文件来交换产品信息c)通过统一的产品模型来交换产品信息数据交换接口STEP2023/6/4193.3计算机辅助技术3.3.1几何造型1.线框造型CAD/CAM系统的核心技术，实现计算机辅助设计和制造的手段2.曲面造型3.实体造型4.特征造型形状特征公差特征加工特征装配特征2023/6/420线框造型2023/6/4212023/6/422曲面造型采用空间的曲面来表示物体的外表面，可以理解为在线框模型的基础上增加了面的信息，通过离散数据构造曲面。2023/6/4233.3.2CAPP技术CAD系统的零件信息：几何数据和图形拓扑信息CAPP系统的零件信息：零件的特征信息实现CAD与CAPP集成的途径：建立以特征造型为基础的CAD系统，系统中的特征定义与CAPP系统一致在现有CAD系统的基础上，将其输出的几何造型信息通过一个软件功能模块转变成满足CAPP要求的特征信息，使零件上的每一个特征分别与CAD生成的一组几何数据相联系通过共同采用STEP标准，实现两系统的集成

CAPP:工艺决策(工艺过程、加工规则)、工艺计划(工艺路线卡、工序卡、工序图、产品设计的可加工性评价等)2023/6/4243.3.3MRP及MRPII技术

MRP(物料需求计划，MaterialRequirementPlanning)是将生产主计划转换成生产产品的原材料和零件的详细供应计划清单的计算机技术详细的计划清单标明各项原材料和零件的数量，说明每个原材料和零件的订货和发货时间，以配合主生产计划的执行，保证计划产品的及时完成。2023/6/425MRPII(制造资源计划，ManufacturingResourcePlanning)2023/6/4263.3.4CAQ技术1.产品质量的自动检测技术自动检测技术自动检测装置2.计算机辅助检测规划系统根据特征信息确定检测点的数目、检测点的位置、测头的方向和路径验证和修正检测路径避免产生测头和工件的干涉和碰撞，仿真实验数据测量测量数据评价和分析，产生检测报告测量结果优化拟合和误差分析，补偿控制，提高加工精度3.制造过程监测和质量控制技术4.并行工程的集成质量控制2023/6/4273.3制造过程控制技术1.数控技术2.柔性制造技术3.智能制造技术计划调度监控动态重构并行智能设计生产过程的智能调度、规划、仿真与优化产品质量信息的智能处理系统制造过程与系统的智能监视、诊断、控制技术生产与经营管理的智能决策人-机交互技术用数字指令控制机电装置动作2023/6/428外购件、装配件仓库控制装配进度控制工装仓库控制搬运控制加工进度控制毛坯制造进度控制毛坯仓库控制生产控制子系统检验、试车部件装配、总装配成品出入库、工装等的检查和维修在制品装卸、搬运和保管预加工、主加工、调整加工、特殊加工、检验毛坯、外购件、外协件出入库控制、检验核保管生产过程子系统产品设计初步设计详细设计工作图设计生产工艺设计零件分类毛坯制造工艺设计工艺规程设计工序设计装配设计产品设计管理设计技术信息管理图样管理设计进度管理设计计划生产管理生产计划材料计划生产作业计划设备负荷计划质量管理进度管理在制品管理库存管理工装管理设备管理技术信息处理子系统管理信息