现代制造业信息化技术.ppt

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1、现 代 制 造 业 信 息 化 技 术,现 代 制 造 业 信 息 化 技 术,1、制造业信息化的先进理念与模式 2、制造业信息化总体设计与实施 3、制造业信息化系统建模技术 4、制造业信息化的技术集成 5、制造业信息化的生产过程管理集成,目 录,目 录,1、制造业信息化的先进理念与模式,1.1 面向产品生命周期的设计（DFX）1.2 并行工程（CE）1.3 敏捷制造（AM）1.4 虚拟制造（VM）1.5 计算机集成制造系统（CIMS）1.6 绿色制造（GM）,1、制造业信息化的先进理念与模式,1.1 面向产品生命周期的设计（DFX）,基本概念 DFX是一种哲理，是一种设计方法，它强调产品设计

2、与过程设计同步进行，要求所有的产品开发人员都应该在产品的设计阶段尽量考虑产品整个生命周期的各项因素的影响。,1.1 面向产品生命周期的设计（DFX）(4-8),1.1 面向产品生命周期的设计（DFX）,1.1.2 DFX分类,X 代表决定产品竞争能力的因素；X 代表产品生命周期的某一个环节。,1.1 面向产品生命周期的设计（DFX）,面向集成的DFM技术 狭义的DFM是指零件的DFM。对零件设计的优化分析技术，零件设计时考虑相关约束影响；材料成本的最小化、加工工艺的最优化、可制造性等。广义的DFM是指产品的DFM。包括：1）零件的DFM；2）面向装配的设计（DFA）；对产品结构进行优化设计，包

3、括对组成产品零件的分析和对零件之间装配关系的分析。3）成本早期预估（early cost evaluating)。,1.1 面向产品生命周期的设计（DFX）,1.1.4 集成化DFM系统的体系结构 DFM系统的系统结构可以分为4个阶段：1）产品概念设计及其评价 概念设计：功能建模，方案设计；评价：方案优选、批量与类型。2）产品结构设计及其评价 设计：最佳方案结构化；评价：可装配性、成本和功能。3）详细设计及其评价 设计：零部件及其工艺；评价：可制造性。,1.1 面向产品生命周期的设计（DFX）,4）产品总体性能评价 产品功能、性能和成本等。右图是基于集成的DFM系统体系结构。,1.2 并行工程

4、（CE）,1.2.1 基本概念 并行工程是对产品设计及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式，是一种指导新产品开发的哲理。其运行机理表现在：一方面突出了人的作用，强调团队的协同工作；另一方面要求一体化、并行进行相关过程的设计，尤其是强调概念设计阶段的并行和协调。,1.2 并行工程（CE）(9-16),串行与并行开发过程比较,1.2 并行工程（CE）,1.2.2 并行产品开发的特点 并行工程是对产品开发模式的一种变革：1）在组织方面，通过组建多学科小组来促进设计过程的协作与并行；2）在管理方面，通过改革管理方式和机构重组，建立扁平化的生产管理模式，实现跨时

5、域、跨功能、多目标的决策与协调；3）在技术方面，不仅继承和发展了传统的CAD/CAM技术，而且还采用了多种并行工程的使能工具(如DFX工具)及集成技术。,1.2 并行工程（CE）,并行产品开发的特点如下：1）在产品设计期间，并行地处理整个产品生命周期中各个环节的关系与影响因素；2）组织基于产品生命周期的跨部门多学科的集成产品开发团队；3）具有支持并行处理的信息集成支撑工具；项目管理系统：主要功能是任务分解、进度安排和跟踪、资源分配、成本核算和功能分析。工作流管理系统（WFM）：是人与计算机共同工作的自动化协调、控制和通信系统。如Software Ley公司的COSA Workflow，IBM公

6、司的FlowMark、Staffware公司的Staffware。,1.2 并行工程（CE）,群体决策支持系统：决策室、工程室、远程会议系统、电子邮件与语言邮件。系统软件如Banxia公司的Decision Explorer。4）协同工作环境是实施并行工程的必要条件；协同工作的7个要素：协作（Collaboration）、信任（Commitment）、交流（Communications）、折中（Compromise）、一致（Consensus)、不断提高（Continuous improvement）和协调（Coordination）支持人类协同工作的计算机工具被称为CSCW(puter-su

7、pported cooperative work)CSCW的概念：利用多媒体技术、网络与通信技术、分布式处理技术等建立一个多模式的协同工作环境。5）设计一开始就考虑影响产品质量的所有因素，保证产品开发一次性成功。,1.2 并行工程（CE）,1.2.3 实施并行工程的4个要素(1)组织结构变革，产品开发队伍（IPT）重构；团队有四种形式：任务级（task）；项目级（program）工程级（project）；企业级（enterprise）(2)过程重组，将串行产品开发流程变成集成的、并行的产品开发过程；(3)数字化产品定义，包括数字化产品建模,面向产品生命周期的数据管理,数字化工具定义和信息集成.

8、开发PDM.(4)协同工作环境，用于支持IPT协同工作的网络与计算机平台。,1.2 并行工程（CE）,1.2.4 面向并行工程的系统结构(1)基于PDM的并行产品开发的体系结构,1.2 并行工程（CE）,基于PDM的并行设计系统的功能结构,(2)面向并行工程的CAPP系统的总体结构,(3)复杂结构件设计与制造并行工程总体结构,1.3 敏捷制造（AM）,1.3.1 敏捷制造的理念 敏捷制造是一种先进的生产理念，也是一种面向市场快速反应的灵活的生产模式。通过将高素质的员工、动态灵活的组织机构、企业内及企业间的灵活管理、以及先进的制造技术进行全面集成，使企业对持续变化、不可预测的市场需求作出快速反应

9、，从而获得长期的持续的经济效益。由此可见：敏捷制造强调人、组织、管理和技术的高度集成；强调企业面向市场的敏捷性。,1.3 敏捷制造（AM）(17-29),1.3 敏捷制造（AM）,主要特征表现在：1）是21世纪信息时代最有竞争力的生产模式；强调以最短的交货期最经济的方式交出最满意的产品.2）具有灵活的动态组织机构，形成具有快速响应能力的动态企业联盟；强调以最快的速度进行资源整合.3）生产各环节都采用先进的制造理论与技术，如柔性制造、并行工程、动态计划与调度、企业经营过程重构、产品数据管理、虚拟产品开发等；4）建立开放式的基础结构和协同工作环境，把企业的生产经营活动与市场和合作伙伴紧密地联系起来

10、。,1.3 敏捷制造（AM）,1.3.2 企业的敏捷性 敏捷性是指适应市场竞争的主动综合应变能力。1）企业对市场需求的快速响应性；2）企业组织形态的动态可重组性、可重用性与可扩展性；3）企业管理方式的自适应性；企业组织形态自适应性是指应变管理、企业业务流程管理、动态联盟运作及过程管理。4）制造资源的分布性、可配置性及可重构性；5）制造系统的柔性及集成性；6）制造活动的协同性。,1.3.3 敏捷制造系统的实现技术,1.3 敏捷制造（AM）,1.3.4 敏捷制造的实施方法 五个层次：1）企业敏捷制造战略层；2）企业的敏捷化建设及经营策略变更层；3）企业技术准备层；4）敏捷制造系统构建层；5）敏捷制

11、造系统运行与管理层。敏捷制造实施的一般流程如下图所示：,敏捷制造的实施流程,1.3.5 敏捷制造的实施框架,1.3 敏捷制造（AM）,1.3.6 产品驱动的企业动态联盟(1)基本概念 企业动态联盟亦称为虚拟企业，它是敏捷制造的一种主要实现模式，它以具有共同利益的产品开发与制造为凝聚核心，将不同企业中具有技术和经验优势和资源优势的相关部分组合在一起，构成企业动态联盟的组织形态。,产品驱动的企业动态联盟组织形态,1.3 敏捷制造（AM）,(2)企业动态联盟的生命周期 1）产品确认并形成盟主企业；2）盟主企业通过一定方法，如招投标机制选择盟员企业；3）按“扁平结构”组成企业的动态联盟；4）企业联盟的

12、运行；5）企业动态联盟运行终止并进行利益清算；6）企业动态联盟解散。,1.3 敏捷制造（AM）,(3)企业动态联盟的建立流程 1）目标确定：用于完成市场机遇的寻求与评估分析、差距分析与目标确定两项任务；2）动态联盟建模及伙伴选择：任务包括虚拟企业过程规划、成员企业确定及动态联盟的企业模型设计；3）组织设计：搭建企业动态联盟，从项目分解的角度出发，进行任务分解；4）实施：搭建基于网络的信息集成平台。,企业动态联盟建立流程的四阶段模型,(4)企业动态联盟的运行,1.4 虚拟制造（VM）,1.4.1 虚拟制造的定义 是实际制造在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过计算机上的群组协

13、同工作，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力，预测产品的性能、产品的制造成本、产品的可制造性等。,1.4虚拟制造（VM）(30-40),1.4 虚拟制造（VM）,1.4.2 虚拟制造的特点 1）虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射和本质表现，即采用计算机仿真和虚拟现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程的模拟与仿真。2）虚拟制造通过数字化产品模型来反映产品演变过程的全部信息，如结构配置、零件信息

14、、CAD/CAPP/CAE/CAM文件、材料清单、维护文件等全是电子文档。,1.4 虚拟制造（VM）,3）虚拟制造是基于模型的集成。通过模型集成实现制造系统的五大要素(人、组织管理、物流、信息流和能量流)的高度集成；通过产品模型、过程模型、活动模型和资源模型的组合与匹配，仿真特定制造系统中的设备布置、生产活动、经营活动等行为。4）虚拟制造具有分布式的协同工作环境。分布在不同地点、不同部门的具有不同专业背景的人员，可以在同一个产品模型上协同工作，交流和共享信息。5）虚拟制造实现了人与虚拟制造环境交互的自然化。通过媒体映射的模型运行信息与人的思维进行信息融合，来深刻的理解与领会产品制造过程的本质。

15、,1.4 虚拟制造（VM）,1.4.3 虚拟制造的分类(1).以设计为中心的虚拟制造 核心思想是以设计为中心的虚拟制造的核心思想是：把制造信息引入到设计过程中，利用制造仿真来优化产品设计。其目标是仿真与评价产品的可制造性、可装配性、产品的性能。(2).以生产为中心的虚拟制造 核心思想是将仿真技术引入到生产过程中，通过建立生产过程模型来评估和优化生产过程。其目标是评价可生产性，对生产计划与调度、生产过程进行仿真。(3).以控制为中心的虚拟制造 核心思想是通过对制造设备和制造过程进行仿真。其目标是对各种制造单元的控制策略和制造设备的控制策略进行评估。,三类虚拟制造之间的关系,1.4 虚拟制造（VM

16、）,1.4.4 虚拟制造的体系结构 五层构成，分别是：1）经营决策层：根据用户需求分析作出生产产品的种类、规模、性能和规格等决策；2）产品决策层：作出产品总体方案决策，对其性能作出评价，对其成本作出初步预估；3）生产决策层：根据上层决策和企业现状，作出产品开发计划、生产任务规划、生产调度计划等决策；4）虚拟设计与制造层：完成虚拟设计到虚拟制造与装配的全部生产过程的仿真；5）集成支撑环境层。,虚拟制造系统的体系结构,1.4 虚拟制造（VM）,1.4.5 虚拟制造的环境与平台 虚拟制造应包括产品的可制造性、可生产性和可合作性的支持。可制造性是指可加工性和可装配性；可生产性是指如何优化生产计划和调度

17、；可合作性是指为企业联盟提供协同工作环境。虚拟制造平台应包括虚拟制造、虚拟生产和虚拟企业三个层次。,虚拟制造环境与平台体系,1.4 虚拟制造（VM）,(1).虚拟制造平台 该平台支持产品的并行设计、工艺规划、加工、装配及维修等过程，进行可制造性分析。它是以全信息模型为基础的众多仿真分析软件的集成，虚拟制造平台应具有统一的框架、统一的数据模型，并具有开放的体系结构。(2).虚拟生产平台 该平台将支持生产环境的布局设计及设备集成、产品远程虚拟测试、企业生产计划及调度的优化，进行可生产性分析。(3).虚拟企业平台 为敏捷制造提供虚拟企业协同工作环境。,1.4.6 基于Internet的虚拟制造系统软

18、件的体系结构,1.5 计算机集成制造系统（CIMS）,1.5.1 计算机集成制造（CIM）的基本概念 计算机集成制造(Computer Integrated Manufacturing,CIM)是一种先进的哲理，一种新的制造思想和技术形态，它强调系统的观点，认为企业各个生产环节是不可分割的，需要统一组织和安排；它强调信息化的观点，认为产品制造过程是信息采集、传递和加工处理的过程。CIM是一种组织、管理和运行企业的哲理，它将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人(组织、管理)

19、、经营和技术三要素的集成。,1.5计算机集成制造系统（CIMS）(41-45),1.5.2 CIMS系统的结构组成,1.5.2 计算机集成制造（CIM）的组成,1.5.3 计算机集成制造系统软件的层次结构,CIMS层次结构是将复杂的大系统划分为若干个较小的子系统，依靠信息传递，通过网络和数据库，实现上层对下层的控制，以及将下层的状态信息进行及时的反馈。,1.5 计算机集成制造系统（CIMS）,1.5.4 计算机集成制造系统的网络体系结构,1.5 计算机集成制造系统（CIMS）,1.5.5 CIMS集成技术的发展 信息集成过程集成企业集成 信息集成主要内容有：企业建模、系统设计方法、软件工具和规

20、范；异构环境和子系统的信息集成。过程集成是利用并行工程理念，基于协同工作环境（CSCW）和产品数据管理技术（PDM）实现产品设计与开发过程的并行与集成。企业间集成通过网络技术和协同工作平台，实现企业间生产和经营决策的协作与集成。,1.6 绿色制造（GM）,1.6.1 绿色制造的基本概念 绿色制造就是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的负面影响最小、资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益最高。1.6.2 绿色设计(1).基本概念 在产品设计阶段，考虑在产品生命周期的全过程中，各个环节对资源和环境的影响

21、，使得产品及其制造过程对环境的影响和资源的消耗最小。并行工程是实现绿色设计的最佳工作模式。,1.6绿色制造（GM）(46-49),1.6 绿色制造（GM）,绿色产品并行闭环设计流程图,1.6 绿色制造（GM）,(2).绿色设计理念的两种模式1）面向拆卸的设计（Design for Disassembly,DFD)拆卸工作量最小原则；结构可拆卸准则；拆卸易于操作准则；易于分离原则；产品结构的可预估性准则。2）面向回收的设计（Design for Recovering&recycling,DER)重用；再加工；高级回收；次级回收；三级回收；四级回收；处理。,绿色制造系统的体系结构,2、制造业信息化

22、总体设计与实施,2、制造业信息化总体设计与实施,2.1 制造业信息化系统的组成与总体结构 2.2 产品数据管理（PDM）技术 2.3 制造资源管理（MRPII）与企业资源计划（ERP）2.4 制造业信息化的实施,2.1 制造企业信息化系统的建设内容(51-57),2.1 制造业信息化系统的组成与总体结构,2.1.1 制造企业信息化系统的建设内容 信息化建设包括硬件建设、软件建设、应用系统建设三个方面。应用系统建设包括网络平台、信息资源及应用软件建设三大部分。制造企业信息化系统的逻辑结构和建设内容如下图所示。,2.1.2 面向产品全生命周期的制造企业信息化系统 广义的制造业信息化是一个面向产品的

23、全生命周期的信息化系统，产品决策与营销链，产品制造链。,面向产品全生命周期的信息化系统,2.1 制造业信息化系统的组成与总体结构,2.1.3 面向产品生产过程的产品技术管理集成（PTM2）系统(1).PTM2系统的功能体系结构 1）技术集成线、管理集成线和质量集成线；2）产品计划与生产决策层、技术与生产准备层、制造与装配层。,（1）PTM2系统的功能体系结构,(2)PTM2系统的软件体系结构,(3)PTM2系统的组织模式,(4)PTM2系统的功能界面,2.2产品数据管理（PDM）技术(58-68),2.2 产品数据管理（PDM）技术,2.2.1 产品数据管理的概念 PDM是一门管理所有与产品相

24、关的信息和所有与产品相关的过程的技术。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、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、工作流程、机构关系等。,2.2 产品数据管理（PDM）技术,2.2.2 PDM系统的特点 1）用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述，保持产品数据的一致性和可跟踪性；2）采用面向对象的开放式体系结构，提供系统功能扩展和标准接口；3）采用客户/服务器结构（C/S），为多用户协同工作提供了一个方便灵活的运行方式；4）支持多种数据存储，

25、如分布式数据存储、元数据存储；5）可实现与CAD/CAM软件的无缝集成；6）支持多种硬件平台、多操作系统以及多种通信协议。,2.2.3 PDM系统的体系结构,2.2 产品数据管理（PDM）技术,2.2.4 PDM系统的主要功能(1).数据与文档管理 文档有五类：图形文件、文本文件、数据文件、表格文件、多媒体文件。基本功能：1）产品数据对象、有关文件的检人/检出和引用；2）分布式文件管理/分布式数据库管理；3）安全保密功能；4）动态浏览和导航机制；5）属性管理，包括数据相关属性的创建、删除、修改和查询机制；6）数据和文档的版本管理。,工程图档管理的体系结构如下：,主要功能包括：图档信息定义和编辑

26、模块、图档入库与出库模块、图档浏览模块、图档批注模块等。,2.2 产品数据管理（PDM）技术,(2).产品结构与配置管理 产品结构管理（product structure management）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，还能控制相关数据的更改，从而保证了产品数据一致性和完整性。产品配置管理（product configuration management）以电子仓库为底层支持，以材料清单BOM为其组织核心，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之间的联系进行维护和管理。,2.2 产品数据管理（PDM）

27、技术,产品结构与配置管理的主要功能模块包括：1）BOM表的创建、自动生成和编辑；2）产品结构的图示化浏览和查询；3）产品结构的多视图建模和管理；4）支持产品数据的版本管理；5）基于规则的配置管理；6）提供与MRP、MRP、ERP等系统的集成接口。,2.2 产品数据管理（PDM）技术,产品结构与配置管理的体系结构,2.2 产品数据管理（PDM）技术,(3).过程和工作流程管理 主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制。主要功能模块包括：1）面向任务的工作流管理；2）图示化的工作流程的定义和修改编辑器；3）工作流程的异常处理和过程重组；4）具有触发、警告和提醒机制；5）提供与电子邮件的应用接口。,

28、2.2 产品数据管理（PDM）技术,(4).设计检索与零部件分类库管理 主要功能模块包括：1）组织零部件的分类结构；2）支持现有的各种零部件标准；3）支持新标准定义功能；4）零部件图示化查询功能；5）支持对各种技术文档的分类。,2.2 产品数据管理（PDM）技术,(5).项目管理 项目管理是在项目实施过程中实现其计划、组织、人员及相关数据的管理与配置，进行项目运行状态的监控，完成计划的反馈。主要功能模块包括：1）项目的创建、删除和属性修改；2）项目参与人员的机构组织定义及角色指派；3）项目基本信息及进展情况的浏览；4）项目所需资源的规划与管理；5）项目工作活动审查，审计项目进度与进度报告.(系

29、统化功能:分布式通信,数据处理转换,图形服务,系统集成),2.3制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）（69-77）,2.3 制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）,2.3.1 制造资源计划 MRP的基本思想是：基于企业经营目标制定生产计划，围绕物料转化组织制造资源，实现按需要、按时进行生产。制造资源计划MRPII的逻辑流程如下图所示：,2.3 制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）,2.3 制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）,2.3.2 企业资源计划 ERP的特点：1）ERP更加面向市场，面向经营，面向销售，强化供应量管理功能，强调了供应商

30、、制造商与分销商间新的伙伴关系；2）ERP更强调企业流程与工作流，支持企业过程重组；3）ERP更多地强调财务，实现了资金流与物流、信息流的有机结合；4）ERP较多地考虑人的因素作为资源在生产经营规划中的作用；5）在生产制造计划中，ERP支持MRP与JIT(Just-In-Time)的混合生产管理模式；6）ERP采用了最新的计算机技术，如客户/服务器分布式结构、面向对象技术、电子数据交换、多数据库集成、电子商务平台等。,ERP功能逻辑流程图,2.3 制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）,2.3.3 ERP软件系统的主要功能 1.销售预测，输出销售预测表，生成反映预测的销售订单。2.

31、订单管理 1）产品报价处理；2）订单信息处理；3）客户信用检查；4）库存信息查询；5）发货确认处理；6）客户档案管理。,2.3 制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）,(3).销售管理 销售统计、销售分析和客户管理。(4).采购管理 物料请购管理、供应商管理、采购订单管理、收退货管理和采购经济核算。(5).库存管理 库存档案管理、ABC分类管理、日常进出库管理、物料移位处理、物料盘点管理、收料质量检验管理、呆滞物料处理、库存统计分析。(6).生产计划大纲 编制13年内的生产计划纲要。,2.3 制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）,(7).主生产计划 编制年生产计划，并

32、按月分解为月生产计划。(8).物料需求计划 生产物料清单（Bill of Material,BOM），它是以数据格式来描述产品结构的文件。BOM主要格式有：单级型BOM、多级型BOM和综合型BOM。构造BOM应注意的问题：1）每一个项目（零部件）必须有一个惟一的编码；2）BOM中零件、部件的层次关系一定要反映实际装配过程；3）为了强化某些工装、模具的准备工作，还可以将这些工具构造在BOM中；,2.3 制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）,4）可以灵活地设计BOM中每个项目的属性，例如计划方面、成本方面的、库存方面的、订单方面的等等。(9).能力需求计划 对物料需求计划所需能力进行

33、核算的一种计划管理方法。(10).车间作业计划 车间作业计划(Production Activity Control,PAC)是企业短期计划管理的核心部分。,2.3 制造资源计划（MRPII）与企业资源计划（ERP）,车间作业管理则根据生产处下达给车间的月生产计划，车间的生产资源情况，包括设备、人员、物料的可用性及加工能力的大小，以及材料、工装刀具的准备情况，将零部件的月生产计划细分为车间生产的周或日计划，组织日常的生产。车间作业计划的主要功能包括生产计划和生产作业调度控制两个方面。车间作业管理的主要内容是：作业分配、作业排序、作业修改、作业监控。(11).成本核算(12).财务管理(13).

34、分销管理(14).人力资源管理,2.4制造业信息化的实施（78-87）,2.4 制造业信息化的实施,2.4.1 企业信息化工程的开发过程 1）可行性论证；2）初步设计；3）详细设计；4）实施与测试；5）运行和维护。,2.4 制造业信息化的实施,2.4.2 制造业信息化工程的可行性论证 1）了解企业的市场环境、生产经营特点、经营目标及采取的策略；2）企业现状分析包括：生产经营活动分析、组织机构与工作流程分析、生产流程分析、市场分析、技术与队伍现状、问题与对策分析等；3）确定信息化工程的目标及主要功能；4）提出信息化工程的总体初步方案和拟定采取的技术路线；,2.4 制造业信息化的实施,5）明确信息

35、化工程的关键技术，分析可行性和解决的途径；6）提出实施信息化工程对组织机构变化的要求；7）制定信息化工程的初步开发计划；8）分析制定投资规划并进行初步的成本效益分析；9）编写可行性论证报告。,可行性论证的工作程序,2.4 制造业信息化的实施,2.4.3 制造业信息化工程的初步设计 1）明确制造业信息化工程的目标，包括总目标和阶段目标，功能目标和效益目标等；2）系统总体结构设计，给出系统的构成，应用系统的层次结构和信息系统的层次结构；3）系统的功能及技术性能指标设计，绘制系统的功能模型图；4）确定系统内的实体和联系，绘制系统的信息模型图；5）提出系统集成方案及所需的内、外部接口；6）制定信息分类

36、编码体系；,2.4 制造业信息化的实施,7）确定系统配置，对系统重要的软件、硬件的选型要进行论证；8）提出系统的关键技术、解决方案，并论证其技术的可行性；9）提出具体的实施进度计划；10）规划信息化工程的组织机构、人员配置及培训计划；11）提出经费预算及资金筹措途径，进行经济效益分析；12）编写初步设计报告，功能模型图册和信息模型图册。,初步设计的工作程序,2.4 制造业信息化的实施,2.4.4 制造业信息化工程的详细设计 1）系统详细需求分析；2）规定系统运行环境及限制条件；3）确定系统性能指标；4）确定各分系统的详细功能界面、信息界面、资源界面和组织界面；5）建立系统的总体信息模型；6）完

37、成数据库的逻辑设计，确定数据类型、共享方式、访问频度和流量，进行数据安全和保密设计，编写系统信息数据字典；,2.4 制造业信息化的实施,7）完成网络的逻辑设计与物理设计，确定网络协议及服务；8）拟定编码方案，给出代码表；9）确定软硬件配置及采购开发工作需求；10）确定实施计划和要求；11）制定系统测试计划和质量保证措施；12）编写详细设计报告和有关文档，如功能模型与信息模型图册，编码手册，系统测试计划等。,详细设计的工作程序,3、制造业信息化系统建模技术,3.制造业信息化系统建模技术,3.1 数字化产品建模方法 3.2 特征建模方法 3.3 功能模型建模方法 3.4 信息模型建模方法,3.1

38、数字化产品建模方法(89-103),3.1 数字化产品建模方法,模型是实际对象或系统的抽象及简化表示，是抽取研究对象的本质特征，忽略或精简一些次要的非本质影响因素的对象表示法。3.1.1 基本概念(1).产品数据与产品数据模型 是指产品生命周期所有阶段有关产品的数据总和。一个完整的产品定义数据模型不仅是产品数据的集合，还应反映出各类数据的表达方式以及相互间的关系。,3.1 数字化产品建模方法,(2).产品建模将人们头脑中构思的产品模型转换成用图形、符号或算法表示的形式，然后形成计算机内部数据模型的过程。换句话说，就是在计算机内部产生、存储、处理和表达产品的过程。(3).机械产品建模 根据使用需

39、求确定产品应具备的功能，构思出产品的工作原理、运动方式、力和能量的传递，结构形状以及所使用的材料等事项，将其在计算机内部转化为具体描述或数据模型，例如图纸、文档等。,3.1.1 基本概念,3.1 数字化产品建模方法,(4).数字化产品建模 定义和表达产品在全生命周期中所必需的产品数据内容，数据关系以及活动过程的数字化信息模型。换句话说，数字化产品建模是建立产品数字化信息模型的过程。3.1.2 零件信息模型(1).零件信息模型的总体结构 零件信息模型是一个层次的结构，包含有零件层、特征层和几何层。零件层主要反映零件的总体信息；特征层包含各类特征信息及其相互间关系；几何层记录了零件的点、线、面的几

40、何/拓扑信息。,3.1 数字化产品建模方法,基于特征的零件信息模型的总体结构,3.1 数字化产品建模方法,(2).零件信息模型的数据结构 1）管理特征数据结构 管理特征描述零件的总体信息和标题栏信息。E-枚举数据类型 I-整形数据类型 S-字符数据类型 2）形状特征数据结构 形状特征包括有几何属性、精度属性、材料热处理属性和关系属性等。,3.1 数字化产品建模方法,形状特征的数据结构,3）精度特征的数据结构。包括：精度规范信息、实体状态信息、基准信息。,3.1 数字化产品建模方法,4）材料热处理特征的数据结构 包括：材料信息和热处理信息。如下图所示：,3.1 数字化产品建模方法,5）技术特征的

41、数据结构 包括：零件的技术要求和特性表等。(3)基于特征的零件信息模型的应用举例,技术要求：调质处理，硬度200-250HBS。,基于特征的零件信息模型的数据结构实例,3.1 数字化产品建模方法,3.1.3 产品信息模型 产品信息模型是指产品从毛坯到成品的整个设计和制造过程所需要的信息总和，它是由产品结构信息模型和产品工艺信息模型组合而成的复合模型。(1).产品结构信息模型 1）产品结构信息模型 产品结构信息模型是描述产品的结构组成以及各组成元素相互关系的信息总和。构成产品的组成元素包括部件、组件和零件。产品结构信息包含三类信息：工程图形信息、基本属性信息、装配信息。,3.1 数字化产品建模方

42、法,产品结构信息模型如下：,产品结构信息模型也可以用产品明细表BOM进行描述。其结构为：零部件代码 零部件基本信息(图号、材料、规格、来源等)父件代码,3.1 数字化产品建模方法,2）产品结构的自动编码及可视化处理 一般采用层次数字码来描述树形产品结构。首先要对产品结构进行编码。产品结构码编码规则如下：,3.1 数字化产品建模方法,图中为产品的基本信息；位代表了层次结构，且肯定不为零；#位为顺序号，如#表示00019999的顺序号。,产品结构的可视化处理是利用计算机对产品结构码进行分析，再现产品结构树的处理过程。,3.1 数字化产品建模方法,(2).产品工艺信息模型 产品工艺信息模型是表示构成

43、产品的零件从毛坯到成品的全部工艺过程信息的模型。产品工艺信息模型示意图如下：,3.2 特征建模方法(104-116),3.2 特征建模方法,特征与特征建模的概念 特征：是一组具有特定属性且相互关联的几何形体，是零件形状、工艺和功能等特征信息集的综合描述。它能携带和传送有关设计和制造所需要的工程信息。特征建模：是指通过特征及其集合来定义和描述零件模型的过程。,3.2 特征建模方法,3.2.2 特征的分类与特征间的关系(1).特征的分类 1）形状特征 描述零件上有一定拓朴关系的几何形状信息。形状特征是携带其他特征信息的载体。形状特征可分为主要形状特征和辅助形状特征，其中主要形状特征用于构造零件的基

44、本形状，辅助形状特征用于对主要形状特征的补充。2）精度特征 用于描述产品、零件几何形状和尺寸的误差信息。3）材料特征 用于描述产品、零件的材料成分、物理化学指标、热处理方法,4）技术特征用于描述产品、零件的性能、工艺技术要求、功能等信息。5）管理特征6）装配特征用于描述零件之间、特征之间的装配关系、装配方向、配合表面、装配顺序、装配工具等信息,3.2 特征建模方法,3.2 特征建模方法,(2).特征表达与特征联系 1）特征的表示与约束 对形状特征的表示有三种方法，即边界表示(B-rep)、几何体素构造表示(CSG)和二者的混合表示。特征约束是指对特征的形状尺寸或工程信息的限制。分为几何约束和工

45、程约束。2）特征联系 邻结关系：反映主要形状特征间的空间相互位置关系。所属关系：反映特征对象与其所属特征类间的关系。,3.2 特征建模方法,引用关系：描述特征类间作为关联属性而相互引用的关系。附属关系：辅助形状特征从属于一个主要特征或另一个辅助形状特征构成的关系。制造特征的层次结构 制造特征之间可以形成树状的层次结构。特征之间是否形成父子关系，取决于加工时是否相互影响。零件特征对象的层次结构如下图所示。,零件特征的对象层次结构图,3.2 特征建模方法,3.2.4 特征建模(1).特征模型 零件特征的组成可用如下特征集 F 表示：式中：i 表示特征数；j 表示特征分类；形状特征集；精度特征集；材

46、料特征集；装配特征集；1）零件特征模型可以用数据结构表示，如下图所示：,2）零件相关性特征模型也可用特征关系树表示，关系树的建立过程如下图所示：,a）零件特征构成模型,b）零件特征关系分析,c）零件特征关系树,3.2 特征建模方法,(2).特征的层次结构 特征的层次结构可以定义为三层(如下图所示)，即应用特征层、形状特征层和几何表达层。应用特征描述生产活动的过程属性。应用特征层描述生产活动的过程属性。形状特征层描述特征的基本形状构成。几何表达层是表达特征形素构成信息(点、线、面、体)的数学模型和数据结构。,特征层次结构,面向设计过程的特征分类层次细化结构,(3).基于特征的零件信息模型的层次结

47、构 用零件总体信息层、特征信息层、形状几何层三层来描述，如下图所示：,3.3功能模型建模方法(117-120),3.3 功能模型建模方法,功能建模常用的方法是IDEF0方法。该模型由一系列图形组成。图形元素主要是简单的盒子及箭头。IDEF0方法把描述功能活动的图形称为活动图形，其中，盒子表示活动，箭头表示由系统处理的事件。活动图形 IDEF0模型按照结构化方法自顶向下，逐步分解细化。一个系统的功能模型用一组递阶分解的活动图形来表示，其递阶关系可以表示成树状结构，底层的详细图是顶层较抽象图的一个分解，顶层较抽象的图称为父图，底层详细图称为子图。,3.3 功能模型建模方法,盒子 盒子代表活动，用主

48、动的动词短语来描述，盒子的内部写上描述盒子的短语，盒子的右下角写上编号，从1编到6。盒子的四边表示输入、控制、输出与机制。3.3.3 箭头 在活动图形上，箭头代表要处理事件的约束，而不代表流或顺序。,IDEF0递阶层次分解图,向顺序.箭头有两类：一类称内部箭头，它的两端分别连在图形的盒子上。另一类称边界箭头，它两端中的一端是开的，表示由图形以外的活动所产生，或供图形以外的活动所使用。盒子底部的机制箭头指出活动是依靠什么来完成的。,3.3 功能模型建模方法,3.3.4 功能建模的基本原则及应用实例 IDEF0图展开的基本原则是：1）一次分解的子功能数不宜超过6；2）对展开的子功能进行编号，编号按

49、子功能在图形中的位置自上而下，从左至右的顺序，用自然数标注在盒子的右下角；3）展开后图形中的箭头有两类，一类是内部箭头，其两端分别联到两个盒子上，表示两个子功能之间的联系；箭头也可以连到同一个盒子的不同侧面上，表示该功能本身存在的反馈作用；另一类箭头是边界箭头，表示子功能继承了其父功能的某种对外联系；4）I码。I、C、O、M码分别代表输入、控制、输出和支撑机制；5）结点号用来标志图形和盒子在层次中的位置。,CAD/CAM系统功能模型AO图,3.4 信息模型建模方法(121-132),3.4 信息模型建模方法,信息模型是指采集和整理共享信息数据的基本模式及其联系，信息模型建模常用的方法是IDEF

50、1X方法。信息建模是解决手工报表到计算机处理的一种方法.3.4.1 IDEF1X模型的基本结构 IDEF1X模型的基本结构：1）包含数据的有关事物，例如人、概念、地方和事物等，用盒子来表示；2）事物之间的联系，用连接盒子的连线来表示；3）事物的特征，用盒子中的属性名来表示。,3.4 信息模型建模方法,其建模的基本内容有：(1).实体(entity)实体包括三部分内容：语义、语法和规则。实体表示具有相同属性或特性的一个现实或抽象事物的集合。实体又分为独立实体和从属实体两类，独立实体是指从不依赖于其他实体存在的实体；从属实体是指必须依赖于其他实体才能存在的实体。IDEF1X用矩形表示实体，其中方角