第一章制造业现状与产品数据管理

第一章 制造业现状与产品数据管理 1.1 产品形成过程的重要性1.1.1 产品的形成过程产品形成过程= 产品开发过程+ 设计过程（1） 产品形成过程对产品生产周期的影响图1-1 产品的生产周期（2） 产品形成过程对产品成本的影响图1-2 各部分成本对比柱状图（3）产品形成过程对质量的影响图1-3 产品错误的形成与修改 75%的错误是由产品形成过程引起的 80%的修改工作是在产品制造或后续过程完成的图1-4 在产品各阶段修改错误所产生的成本对比图1-5 修改错误前移结论：尽可能避免错误，尽早发现和修正错误。越晚修正错误，造成的影响越大。1.1.2 产品形成过程中存在的主要问题（1）不能准确了解客户的需求；（2）CAD系统仅被作为绘图工具，缺乏设计方法学支持；（3）不能充分利用已有的零部件资源；（4）缺乏有效的数据管理和过程管理系统。图1-6 零部件数量与设计人员数量的关系零部件的重用，ABC分析，标准件、通用件、借用件、外协件的区别什么是标准件、通用件、借用件、专用件？它们之间的关系如何？标准件：具有标准代号的零（部）件、元器件和外购件。一般有国家标准件、专业标准件、企业标准件。前两种多为高效的专业化生产，可直接外购。后者由企业自行生产，它可采用高效率生产设备。 通用件：在不同类型或同类型不同规格的产品中可以互换使用，给予通用编号（或单独管理）的整（部）件和元器件。通用件是标准件的初级形式，在设计时，当标准件使用。它是一些应用范围较广，一时又不能定为标准，对其统一设计，独立编号、建立图册供设计人员选用的零部件。 借用件：采用本企业内，已有产品的专用件。是使用该零部件的原来编号，使用时办理借用手续，借用件在形式上是专用件，实际上成为通用件了。当它们需要更改时，应严格按借用件的更改制度进行。 专用件：仅在一个产品上使用的零（部）件。即是为某一产品的特殊需要设计并专门编号的。标准件、通用件、借用件、专用件四者的关系是：专用件-借用件-通用件-标准件，它们之间是有内在联系而逐渐转化的。SJ/T 207.1-1999设计文件管理制度 第1部分：设计文件的分类和组成SJ/T 207.2-1999设计文件管理制度 第2部分：设计文件的格式SJ/T 207.3-1999设计文件管理制度 第3部分：文字内容和表格形式设计文件的编制方法SJ/T 207.4-1999设计文件管理制度 第4部分：设计文件的编号SJ/T 207.5-1999设计文件管理制度 第5部分：设计文件的更改SJ/T 207.6-2001设计文件管理制度 第6部分:项目代号SJ/T 207.7-2001设计文件管理制度 第7部分:电气简图的编制SJ/T 207.8-2001设计文件管理制度 第8部分:图样编制QC/T 698.1-2004车辆说明文件 第一部分:车辆注册技术参数表1.1.3 产品形成过程中的信息集成图1-7 产品形成过程中信息集成的不同层次结论： 利用PDM可以大大简化开发和设计工作1.1.4 传统产品设计的过程与基于PDM系统的产品制造过程的对比图1-8 产品形成过程与基于PDM的系统解决方案图1-9 传统（未采用PDM系统）的产品制造过程图1-10 在PDM系统支持下的产品制造过程1.2制造业现状与信息化 1.2.1 制造业环境变化的主要表现（1）产品生命周期缩短图1-11 产品平均开发时间与平均市场寿命时间曲线对比图电子产品平均市场寿命（TL）已经从1978年的8年左右缩短到1994年的2.3年。由于产品功能的增强和结构的日益复杂，新产品的平均开发周期（TD）却从1978年的1.5年增加到1994年的4.2年。如何较好地解决这一对日益尖锐的矛盾已经成为企业生死攸关的问题。（2）交货期成为主要竞争因素；（3）大市场和大竞争（全球市场、全球竞争）l 跨国公司的生产总值已占资本主义世界生产总值的40%以上l 贸易额占世界贸易总值的50%l 工业研制费占世界总值的80%l 操纵了世界技术转让的75%l 对发展中国家技术贸易的90%。 （4）用户需求多样化（5）多品种小批量生产比例增大(6) 以网络技术为代表的信息技术飞速发展l 经济网络化：网络中的经济活动正在迅速膨胀，交易规则正在逐步成熟。l 市场虚拟化：在网络经济中，市场将从不透明变为透明，并向网络空间转移。l 企业虚拟化：不同特长的企业通过网络共同进行产品的设计和制造。l 新行业不断涌现：创造了新的市场和新的机会。l 产品网络化：诸如掌上记事簿、联网随身听、网络电视装置、网络电话机等。l 技术创新快速化：信息和知识交流渠道快捷和畅通对促进科学技术思想交流、发展和进步，起到了十分关键的作用。1.2.2大批量定制企业生产模式的改变:从品种单一，大批量 ；转向多品种，少批量，按照订单生产。大批量定制（Mass Customization，简称MC）基本思想：将定制产品的生产问题通过产品结构和制造过程的重组转化为或部分转化为批量生产问题。对客户而言，所得到的产品是定制的、个性化的；对生产厂家而言，该产品则是采用大批量生产方式制造的成熟产品。表1-1 不同产品的大批量定制方法研 发设 计制 造装 配销 售典型案例汽 车不同公司的零部件通用化组合设计大批量预制模块化的零部件混流型流水线按功能和结构进行定制福特汽车发动机的模块化、福特公司汽车的网上定制家 电从方便定制的角度进行新产品的研发组合设计大批量预制模块化的零部件、个别零部件定制混流型流水线按结构进行定制海尔、伊莱克斯的冰箱定制计算机模块化、标准化组合设计大批量预制模块化的零部件混流型流水线按结构进行定制戴尔计算机公司的网上直销服 装样片设计、面料图案设计变型设计、面料图案设计面料定制、自动化裁减混流型流水线、专业化分工专卖店定制、网上定制雅戈尔公司的西装定制机 床模块化变型设计、组合设计大批量预制模块化的零部件、部分零部件定制单件装配按结构进行定制德国SHW全系列化、模块化工具铣床飞 机区分基本件、可选件和待定件变型设计批量预制基本件和可选件，定制待定件单件装配协同设计，确定设计方案波音公司777飞机开发船 舶模块化变型设计、组合设计基于中间产品导向作业分解原理与相似性原理分道生产线协同设计，确定设计方案美国海狼级潜艇的模块化设计制造23(1) 典型的网上定制系统介绍： l 芬兰起重机网上定制系统：Load is the maximum load to be lifted including the weight of possible load attachment图1-12 起重机总起升重量的设定界面Span is center to center distance between runway rails. Typically distance is approximate to 500mm less than the width of the building. 图1-13 起重机跨度的设定界面l 广州丰田Yaris雅力士购车系统主页： / 图1-14 雅力士颜色设置界面图1-14 雅力士部分配置的设置界面(2)大批量定制技术的技术体系与技术原理大批量定制技术的技术体系由5个具有密切联系的部分组成：大批量定制的基本原理（包括相似性、重用性和全局性原理）；面向大规模定制的开发设计技术；面向大规模定制的管理技术；面向大规模定制的制造技术；面向大规模定制的支撑技术。大批量定制技术的技术体系如下图1所示。精益生产 CIM成组技术并行工程BPR 大批量定制的基本原理：相似性、重用性、全局性简化集成相似并行重组面向大规模定制的开发设计技术面向大规模定制的管理技术面向大规模定制的制造技术大批量定制的支撑技术：PDM/ERP/CAX、设计方法学、网络/数据库、标准化技术。图1-15 大批量定制技术的技术体系整体简单描述 图1-16 被动的定制设计向面向大批量定制设计的转变1.2.3制造业信息化（1）制造业信息化的实质l 把正确的信息迅速及时送达到需要的地点和人，提高信息流的速度和质量。 l 制造业信息化是在全球化的环境下利用信息技术实现物质和知识资源利用的最大化。l 信息化和网络化不是技术改造措施，而是企业架构重建和生产经营过程重组的战略决策，是新的企业经营管理观念。（2）信息化的标志l 把传统企业的金字塔结构转变为扁平结构，减少层次，加速决策过程，快速响应客户需求。l 打破部门隔阂，统一数据的规范和格式，形成连续的信息流，通过加快物流以及各项业务处理速度，提高资金周转率和企业经营效益。l 信息共享、协同工作，减少不增值环节和过程，消灭浪费，充分利用资源，创造更多财富。（3）制造业信息化阶段的划分企业信息化大致可分为下面四个阶段。第一阶段为单机的计算机应用： 如采用CAD以提高工程设计及绘图的效率和质量，采作会计、工资、合同等单项管理等等。与传统的手工作业方式相比，可以提高工作效率。第二阶段为局域网支持下的计算机应用： 如基于网络和数据库的产品设计部门的CAD、CAPP、CAE以及MRP等应用。其技术水平和收到的效益比前者提高了一步。第三阶段为网络数据库支持下的计算机应用综合系统： 把企业的各个单元的计算机应用，如CAD、CAE、CAPP、CAM、MRP、车间管理与控制、质量保证以至办公、辅助决策等集成起来，实现信息资源共享、优化运行，使企业开发产品开发上市更快（T）、质量更好（Q）、成本更低（C）、服务更好（S），以使有更强的企业竞争能力。第四阶段为因特网支持下的企业之间的信息集成和资源优化： 企业信息化已经突破企业的界线，是敏捷制造阶段的企业信息化。 当前大部分企业已经越过了第一、二阶段，正在重点实施第三、第四个阶段。 本专业方向中的信息化支撑技术（设计自动化技术）l CAD计算机辅助设计 CAD是指工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。CAD的功能可归纳为四大类：数字建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。一个完整的CAD系统应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。l CAE计算机辅助工程 CAE是用计算机辅助求解复杂工程和产品的计算分析，例如：结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。已广泛应用于航空、航天、机械和土木结构等领域。随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）的重要环节。 l CAPP计算机辅助工艺设计 工艺设计是机械制造生产过程技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。随着机械制造生产技术的发展和多品种小批量的要求，特别是CIMS的发展与运用，传统的工艺设计方法，已经远远不能满足自动化和集成化要求。计算机辅助工艺设计克服了传统工艺设计的上述缺点，它可以借助计算机技术，按照产品设计实现从原材料加工成产品所需的一系列加工动作，及其对资源需求的数字化描述。 l CAM计算机辅助制造CAM的主要功能是根据零件的工艺路线和工序内容，规划刀具路径，生成刀位文件，进行刀具轨迹仿真，并生成NC代码。它是连接设计自动化系统和制造自动化系统的桥梁。 l PDM产品数据管理PDM（Product Data Management）是一门管理所有与产品相关的信息（包括电子文档、数字化文件、数据库记录等）和所有与产品相关的过程（包括审批/发放过程、工程更改过程等）的技术。它是一门集数据库的数据管理能力、网络通讯能力与过程控制能力于一体的工程数据管理综合技术。 l DFx面向产品全生命周期的设计 利用DFx技术，可以在设计阶段尽早地考虑产品的性能、质量、可制造性、可装配性、可测试性、产品服务和价格等因素，对产品进行优化设计或再设计。最常见的DFx技术有： 面向装配的设计是一种针对零件配合关系进行分析的设计技术。它为产品设计在早期提供一种确定装配所用的定量方法。其原则包括最小零件数、最少接触面和易装配。 面向制造的设计则引入诸如零件最少原则和易制造原则等指导产品的设计。 面向性能的设计中，设计团队从产品整个生命周期的角度审查有关产品的所有独立的规则集，从而完成产品界面及功能设计、零件特征设计、加工方法选用、工艺性设计和工艺方案的选择等。面向方案的设计是为了从不同设计方案中选择花费最小的方案，它涉及产品设计方案的数量、产品设计阶段和产品设计更改的代价等因素。 面向环境的设计是指在产品设计时从对环境的影响角度出发，考虑产品在全生命中的使用。 面向后勤的设计是指设计人员在设计时利用不同的约束进行产品设计，如费用驱动约束、最小时间约束等。l 异地、协同、虚拟设计 随着计算机技术、网络技术的发展以及全球性市场的形成，异地设计、协同设计和虚拟设计日益成为CIMS设计自动化领域的研究热点。 异地设计是指处于不同地理位置（同一单位或不同单位）的设计人员各自发挥长处，共同完成某一设计任务；协同设计是指同一单位或不同单位的设计人员同时同地、同时异地、异时同地或异时异地共同完成某一设计任务；虚拟设计是借助计算机等工具，在计算机上模拟设计出新产品，以供有关各方分析、评价、参考。异地设计、协同设计和虚拟设计均涉及Internet/Intranet支持环境下的产品需求定义与建模、产品数据管理、产品数据交换、产品开发过程模型、集成模式、体系结构及支持工具等相关技术。 1.3 传统产品串行设计与当前产品并行设计 1.3.1 产品串行设计的特点产品串行设计的特点：(1) 以顺序过程为前提，即前一阶段完成后，下一阶段 才能开始； (2) 由于各个阶段应用不同的开发系统，系统之间数据 交换困难；(3) 经常的设计修改，产品设计费用增加；(4) 设计时间长，满足不了市场变化的需求。 传统的串行产品开发模式及其弊端：图1-16 产品串行设计示意图1.3.2 并行设计（1）提出的技术背景l 计算机网络和