（交通运输工程专业论文）上海港机cad应用系统设计问题研究.pdf

* 4 掌h 究l * 女材# 摘要 l 根据上海港机股份有限公司生产经营特点、技术工作流程及内容和 、 一一、一 产品开发的需要，论文对上海港机c a d 应用系统设计进行了讨论研究。在 、 c a d 应用系统的设计中，文章通过分析上海港机目前c a d 应用系统中存在 ? 的问题，确定了系统设计目标和基本思路，提出了系统设计的方法和步 骤。特别是论文根据上海港机股份有限公司生产周期中产品设计所占比 重大及产品更新频率快这一实际情况提出运用c i p e 理念和方法来建立 c a d 应用系统，这将大大缩短生产周期中的设计时间，快速开发设计出与 国际接轨的新产品，可极大地提高开发设计效率。另外论文还针对上海 港机产品品种多、批量大、技术要求高的实际情况，提出在原c a d 应用 的基础上重点加强c a d 的p d m 模块管理，对设计产生的结果图纸、 文档和产品数据进行有效的利用，使p d m 成为企业的知识库和资源库。 本论文注重理论与工程实际相结合，紧密联系上海港机企业的具体 情况，具有一定的技术应用价值和理论与实践意义。 【关键词】c a d 应蛹，系统设计憾索氐 上j 涓嚏掌麓_ ，渔诗史材弄 a b s t r a c t t h i st h e s i sp r o v i d e sas t u d yo ft h ec a d a p p l i c a t i o ns y s t e md e s i g no fs p m c ( s h a n g h a i p o r t m a c h i n e r yc o m p a n y ) b a s e d o nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f m a n u f a c t u r i n ga n dd i s t r i b u t i o n ，t h ef l o wa n dc o n t e n t so ft e c h n o l o g i c a lw o r ka n d t h en e e d so fp r o d u c td e s i g no ft h ec o m p a n y w i t ht h ea n a l y s i so ft h ep r o b l e m s e x i s t i n g i nt h ec a da p p l i c a t i o n s y s t e mo fs p m c ，t h ep a p e rs e t st h eg e n e r a l o b j e c t i v ea n db a s i cr o u t e so fs y s t e md e s i g n ，t o g e t h e rw i t hi t sm e t h o d o l o g ya n d p r o c e s s s p e c i f i c a l l y , a c k n o w l e d g i n gt h el a r g ep r o p o r t i o no ft h em a n u f a c t u r i n g p h a s et a k e nu pb yp r o d u c td e s i g na n dt h eh i g hp a c eo fp r o d u c tr e n o v a t i o n ，t h e p a p e rp r o p o s e se s t a b l i s h i n gac a da p p l i c a t i o ns y s t e mw i t hc i p em e t h o d ，w h i c h w i l ls h o r t e nt h ed e s i g np r o p o r t i o no ft h em a n u f a c t u r i n gp h a s e ，s w i f t l yd e v e l o pa n d d e s i g nn e wp r o d u c t so fi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s ，a n ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v ed e s i g n e f f i c i e n c y b e s i d e s ，t h ep a p e ra s c e r t a i n st h ei m p o r t a n c eo fe m p l o y i n gp d ma s s p m c sd a t a b a n kt ob e t t e ru t i l i z et h eo u t c o m e so fc a d ，s u c ha s d r a w i n g s ， d o c u m e n t sa n dp r o d u c ts t a t i s t i c s ，w i t h r e g a r d t ot h e h i g hv a r i e t y , v o l u m ea n d t e c h n i c a ld e m a n do fs p m c sp r o d u c t s t h et h e s i sp a y sf u l la t t e n t i o nt ot h ei n t e g r a t i o no ft h e o r i e sa n de n g i n e e r i n g p r a c t i c e s ，a s w e l la st h es p e c i f i cs i t u a t i o no fs p m c i t s e l f ，t h u sh a v i n gc o n s i d e r a b l e v a l u eo ft e c h n i c a la p p l i c a t i o na n d s i g n i f i c a n c ei nb o t ht h e o r ya n dp r a c t i c e k e yw o r d s ：c a d ，a p p l i c a t i o n ，s y s t e md e s i g n ，t e c h n o l o g ye x p l o i t a t i o n s p e c i a 时：e n g i n e e r i n go f t r a f f i ca n dt r a n s p o r t r e s e a r c hd i r e c t i o n ：c a da p p l i c a t i o ns y s t e m g r a d u a t es t u d e n t ：巡曼d g ! u l 曼 d i r e c t e db y ：_ 女盟l m e n t o ro f e n t e r p r i s e ：l ig b 女d 丛u 论文独创性声明 y 4 9 7 4 以 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文 中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作 了明确的声明并表示了谢意。 作者签名： 本人同意上海海运学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。保密的论 文在解密后遵守此规定。 作者签名；导师签名： 上海溽掌院* 兜生性文材i 第一章导论 1 1 问题的提出 c a d ，即c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ( 计算机辅助设计) 。c a d 技术是一个广义的概念， 它除了我们通常所说的计算机辅助设计与绘图外，还应包括计算机辅助工程分析 ( c a e ) 、计算机辅助工艺规划( c a p p ) 、计算机辅助制造( c a m ) 和产品数据及图档管理 ( p d m s ) ，另外计算机集成管理系统( c i m s ) 、制造资源计划管理资源计划( m r p i i ) 、 企业资源计划系统( e r p ) 等也是c a d 应用的深化及发展。根据国务院批示由国家科 委于1 9 9 2 年组织实施的c a d 应用工程取得了巨大的成效，这证明应用c a d 技术是推 动生产力发展的有效途径，是未来实现智能劳动的技术基础，是企业实现技术进步、 提高市场竞争力的手段，也是企业进入国际市场的入场券。 上海港机股份有限公司( 以下简称上海港机) 是我国目前规模最大的港口机械专 业制造企业，是国家经贸委确定的国家级重点中心企业之一，其建设规模、技术水平、 综合实力、创新能力均居行业榜首，国内港口产品覆盖率超过7 0 。企业现已成为 包括集装箱起重机械、门座起重机、浮式起重机、散货装卸机械、桥式起重机、造船 用大型门式起重机等六大系列百余个品种开发与生产能力的设备供应商，是“国家集 装箱港口技术装备研究开发单位”、“桥式抓斗卸船机国产化基地”和“国家重点工业 性实验项目单位”，部分产品远销美国、加拿大、日本等十几个国家和地区，是我国 规模最大、技术水平最高、综合实力最强、最具创新能力的港口机械生产基地。 上海港机目前c a d 系统的基本状况： ( 1 ) 系统硬件与软件： 上海港机目前有p c 5 8 6 、4 8 6 微机1 4 0 多套；u n i x 工作站2 套；m i nn t 工作站9 套：v a x 小型机2 套；a l p h a l 0 0 0 服务器1 台；t b mp c 3 2 0 服务器1 台。除档案科几 台p c 4 8 6 、5 8 6 计算机在单机使用外，其他计算机都全部联网。其中u n i x 工作站、v a x 小型机都已有7 至1 3 年时间，超过计算机使用寿命期。运行的c a d 软件有：a u t o c a d 、 i n t e c a d 、i - d e a s 等二维三维图形支撑软件，a n s y s 、m a s 、p a l 2 等有限元分析软件， s q ls e v e r 、o r a c l e 等数据库管理软件。 ( 2 ) 应用软件： 有四连杆门机臂架系统优化设计；四连杆门机平衡系统优化设计；四连杆门机变 幅功率计算；直臂架门机臂架系统优化设计；直臂架门机平衡系统优化设计；直臂架 门机变幅功率计算；四连杆门机箱型臂架系统疲劳、强度、稳定性分析计算；门机轨 道转弯半径计算：电动机发热计算；门机起升机构辅助设计( 带出图) ；门机旋转机构 - e 海海j i 掌院日，：生论文材料 辅助设计( 带出图) ；门机行走机构辅助设计( 带出图) ；门机变幅机构辅助设计( 带出 图) ；门机总体稳定及轮压计算；园柱、园锥齿轮传动设计计算；轴零件设计计算； 基于m a s 的数值后处理系统、桥吊整机有限元分析系统；基于i n t e c a d 的参数化图库； i n t e p d m 图档管理系统等2 0 多项工程设计的应用系统。 ( 3 ) 应用情况 上海港机己甩掉了图板，1 0 0 的图纸已由计算机绘出，并由图档管理系统进行了 管理。重要的结构件由有限元分析系统进行了静力分析，门机的方案设计和计算工作 量大的机构设计计算等用上了计算机辅助设计系统。 上海港机c a d 应用中存在的问题： ( 1 ) c a d 系统仅仅被作为绘图工具，缺乏设计方法学的支持 和国内其他许多企业一样，上海港机仅仅将c a d 系统作为替代图板的绘图工具， 而不是真正的设计工具，还停留在低水平的应用阶段，没有将c a d 系统与现代设计方 法学有效地结合起来，因此远远没有充分利用c a d 系统所提供的各种功能。虽有2 0 多 项辅助设计程序，但都是九十年代初期的集中式环境和d o s 环境下的应用，已很不适 应现在的应用形势和要求。 ( 2 ) 不能充分利用已有的零部件资源 上海港机档案科保存着设计过的几十万张零、部件图纸，零部件数量过多会导致 或加剧企业的很多问题，如管理混乱、成本过高等。产品的系列化和组合化是减少零 件数量的有效手段，这就需要有一套有效的编码系统。长期以来设计部门没有重视这 一问题，使设计、工艺和生产管理人员不能及时、准确地寻找到重复件或相似件，利 用目前使用的图号无法很快、准确地从成千上万张图纸中寻找出重复件和相似件的有 关资料。许多借用图纸也是凭设计人员的记忆进行的。但是即使最能干的设计人员也 不可能记住他设计过的所有零部件的具体细节，更何况是由别人设计的东西了。于是 “新”的零部件被源源不断地设计出来，重复的工艺、重复的生产准备也始而复、复 而始不断地重复着，从而增加了生产成本。 ( 3 ) 没有可变型的产品模型 变型设计，在上海港机产品设计中占着很大的比重( 6 0 以上) ，但没有一套适应 变型设计的手段和方法。参数化设计是在原有零部件或产品的基础上，通过对某些参 数和尺寸关系的改变，最终形成与原零部件或产品相似的零部件或产品的设计方法。 它对变型产品设计、缩短产品设计开发周期、提高产品设计质量和效率都是一种最有 效的办法。尽管在这方面技术中心作了摸索尝试，取得了较好的效果，但还是太缺少 这方面的开发技术力量及良好的条件和气氛，更形成不了一个变型产品设计的模型。 2 上海海运掌院研完生论文材_ ( 4 ) 缺乏完善的数据管理和过程管理系统 在产品设计过程中包含并产生有各种各样的数据和文件，如：采购数据、合同数 据、材料数据、计算数据、设备数据、工具数据、工艺、制造规范、试验数据、计算 书、说明书、图纸目录清单、外购件清单、材料清单、技术规格书、工作联系单等， 这些数据和文件都需要管理。过去技术中心由于对这方面认识的不足，忽视了对它的 考虑，而其他各部门、个人所使用的计算机硬软件平台的不同，产生的信息格式及其 存放介质也不一样，从而给工作人员间的信息交流带来了很多困难，所以更迫切要求 有一个良好的工程数据管理系统来支持c a d 系统中各种人员的信息集成和工作过程协 调。 ( 5 ) 计算机软硬件系统的老化落后，与计算机技术发展的距离太大 上海港机的c a d 应用开展较早，而计算机技术发展太快，过去的很多设备跟不上 现在应用的需要。如服务器、彩色激打、备份设备等的紧缺；数字处理机在顶着图形 处理机用；过去的许多在d o s 、集中式环境下应用系统已不适应现在w i n 9 8 、w i n n t 、 c s 环境，迫切需要更新和再开发等。档案库房中有几十万张老产品图纸和大量设计 资料保存着，但因没有一套有效的扫描和档案管理系统而无法很好地利用。 ( 6 ) 开发技术力量严重缺乏 由于c a d 应用开发需要的是一种复合型人才，既要有熟悉和消化计算机应用新技 术的能力，又要有较深的机械设计专业知识。直接招揽这样的人才很难，自己培养这 种人才厂里又没有相应的政策和气氛，委托别人开发就没有了自己的优势和技术。如 何创造培养和挖掘这样的人才也是摆在面前的当务之急。 开发设计人员由于上述原因始终处于极为被动的状态，没有足够的时间和精力考 虑产品的系列化、标准化和长远发展规划，无法检索到可以通用或可以作为变型设计 参考资料的技术文件( 如图纸或b o m 等) 。于是，设计进度始终跟不上生产需要，新 的零部件不断地被“设计”出来，源源不断地流入生产过程，造成零件和文档数量过 度增长、制造过程难以控制、工装数量增加、生产成本提高、交货周期延长等严重后 果。反过来，由于匆匆忙忙设计而带来的众多问题，又使有关领导和工程设计人员陷 入于忙忙乱乱的紧急救火之中，制约了思考、创造和解决计算机开发应用的问题。长 此以往，新技术、新方法推不上去，设计还是陷在老问题之中。 1 2 研究内容与目的 上海港机的企业地位在我国港口机械行业有着举足轻重的影响，其开发、设计、 制造的港口机械应具备集世界先进设计技术、先进造型技术、先进分析技术、先进加 上j 海l 掌院，0 生诗文材j + 工工艺技术、先进制造技术蓝融新材料、新方法等于一身，产品的性能、质量水平都 应处于国内甚至国际先进水平，而这些先进理念的实现必须通过许多高科技的手段来 实现。由于市场经济形势下的客观要求，上海港机从7 0 8 0 年代就开始计算机应用、 9 0 年代开始了计算机深化和普及应用，9 0 年代后期还开展了计算机集成管理系统 ( c i m s ) 建设的尝试。经过2 0 余年的建设，上海港机的计算机应用取得了一定的成 效与发展，也建成了连接各主要科室、生产车间和分厂间的局域联网，计算机辅助设 计实现了无图板化，开发出了一些产品的优化设计、有限元分析、结构强度疲劳计算 分析、电动机发热计算、部分复杂结构图从二维到二维图自动生成等应用系统。但与 当前发展社会主义市场经济，加强技术创新、发展高科技、实现产业化的要求，与国 际国内c a d 应用发展前景等都还存在着不少的问题和差距。 c a d 应用是与c a d 技术研究开发、推广应用相关的高新技术密集的大型系统工 程。c a d 应用也标志着企业的“企业信息化、信息企业化”的发展方向。c a d 技术的 使用使产品和工程的设计、制造等工作内容和方式发生了根本性变革，这一技术成为 工业发达国家制造业保持竞争优势、开拓市场的重要手段。1 9 9 0 年美国国家工程科 学院将c a d 技术评为当代十项最杰出的工程技术成就之一。目前，c a d 技术日趋成熟、 应用日益广泛，有力地促进了全球高新技术的发展和新产品的迅速更新换代。没有 c a d 技术，就不会有今天的p c 5 8 6 、p c 6 8 6 和明天的p c 7 8 6 微型计算机，也不会使计 算机产品更新得如此之快，价格下降得如此之多；不采用c a d 技术，就不可能做到波 音7 7 7 大型客机的“无纸设计”和“无纸制造”，使其设计制造成本下降了3 0 以上； 不采用c a d 技术，也不可能想象3 0 多人在十天内完成一幢1 8 层高层建筑的方案设计 和施工图输出。列举不尽的这些优秀产品和工程无一不是采用c a d 技术的结晶。 当前工业企业正面临着市场全球化、制造国际化和品种需求多样化的新挑战，各 企业间围绕着时间、质量和成本的竞争越来越激烈。由此各制造商开发出了一系列先 进的制造技术、系统和新的生产管理方法，如并行工程( c e ) 、及时生产( j i t ) 、精 良生产( l p ) 、敏捷制造( a m ) 和虚拟制造( ) 等，所有这些先进制造技术和系统 都与c a d 系统的发展与应用密切相关。因此上海港机c a d 应用的发展壮大是上海港机 在国际、国内行业激烈竞争中处于领先地位强有力的技术依托。对上海港机c a d 应用 与发展的研究具有非常重要的现实意义。 本论文根据上海港机股份有限公司生产经营特点、技术工作流程及内容、产品开 发的需要，对上海港机目前c a d 应用现状进行总结分析，确定上海港机c a d 系统设计 目标和基本思路，提出系统设计的方法和步骤，特别是论文根据上海港机生产周期中 4 上海海鼍掌院日兜生荫 文材料 产品设计所占比重大及产品更新频率快这一实际情况提出运用c i p e 理念和方法来建 立c a d 应用系统，这将大大缩短生产周期中的设计时间，快速开发设计出与国际接轨 的新产品，可极大地提高开发设计效率。另外论文还针对上海港机产品品种多、批量 大、技术要求高的实际情况，提出在原c a d 应用的基础上重点加强c a d 的p d m 模块管 理，对设计产生的结果图纸、文档和产品数据进行有效的利用，使p d m 成为企业 的知识库和资源库，为上海港机c a d 应用系统在原有基础上再上一台阶提供参考。 浦 海l 掌院研究生忱文材料 第二章有关c a d 应用系统的基本情况 2 1c d 技术的革命 c a d 技术起步于5 0 年代后期，其发展经历了三次革命。 第次发生在2 0 世纪7 0 年代。曲面和实体造型技术的出现，开启了c a d 技术从 二维向三维的巨大跨越，由此确立了c a d 技术的“三维造型”概念和模式，大大推动 了c a d 技术应用的巨大发展。 第二次跨越是1 9 8 6 年“参数化”技术的出现。“参数化”的杰出贡献使僵硬的曲 面、实体三维造型技术获得了“智能化”弹性修改的神奇魅力。它使人们相信，c a d 技术有着无可估量的智能化设计前景。 c a d 技术的第三次革命就是“创新设计”。“创新设计”正迅速取代着传统的“造 型”技术，并正在引导一场新的产业革命。 因此c a d 技术基础理论的每次重大进展，带动了c a d 整体技术的提高以及制造手 段的更新。技术发展，永无止境。没有一种技术是常青树，c a d 技术一直处于不断的 发展与探索之中。正是这种此消彼长的互动与交替，造就了今天c a d 技术的兴旺与繁 荣，促进了工业的高速发展。今天，越来越多的人认识到c a d 是一种巨大的生产力， 不断加入到用户行列之中。 2 2 国际上c a d 技术的应用发展 ( 1 ) 准备和酝酿时期( 5 0 6 0 年代初) c a d 技术处于被动式的图形处理阶段。 ( 2 ) 蓬勃发展和进入应用时期( 6 0 年代) 提出了计算机图形学、交互技术、 分层存储符号的数据结构等新思想，从而为c a d 技术的发展和应用打下了理论基础。 6 0 年代中期出现了许多商品化的c a d 设备，6 0 年代末，美国安装的c a d 工作站已达 2 0 0 多台，可供几百人使用。 ( 3 ) 广泛使用的时期( 7 0 年代) 1 9 7 0 年美国a p p l i c o n 公司第一个推出完整 的c a d 系统。出现了面向中小企业的c a d c a m 商品化系统。7 0 年代末，美国c a d 工 作站安装数量超过1 2 0 0 0 台，使用人数超过2 5 0 0 0 人。 ( 4 ) 突飞猛进的时期( 8 0 年代) 在这个时期，图形系统和c a d c a m 工作站的 销售量与日俱增，美国实际安装c a d 系统至1 9 8 8 年发展到6 3 0 0 0 套。c a d c a m 技术 从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用于产品设计发展到用 于工程设计和工艺设计。 ( 5 ) 开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期( 9 0 年代) 由于微机加视窗 9 5 9 8 n t 操作系统与工作站加u n i x 操作系统在以太网的环境下构成了c a d 系统的 6 上海海避掌院研，0 生忱文材抖- 主流工作平台，因此现在的c a d 技术和系统都具有良好的开放性。图形接口、图形功 能日趋标准化。 在c a b 系统中，综合应用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专 家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能c a d 新学科。智能c a d 把工 程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体。 2 3 我国c d 技术应用的状况与发展 我国c a d 技术的研究起步于7 0 年代，当时仅有少数大型企业和科研单位及部分 高校参加，进展速度很慢。近年来，由于计算机性能的提高和成本的不断下降，加之 改革开放和国内外市场激烈竞争形势的不断发展，促使我国科技人员采用新技术的积 极性不断高涨，c a d c a m 技术的优点逐渐被更多的人们所接收。 ( 1 ) 少数大型企业已经建立起较完整的c a d 系统并获得较好的效益 几年来，少数大型企业在某一( 和某些) 专业领域大胆应用c a d 技术后，真正提 高了产品质量，缩短了生产周期，取得了较好的社会经济效益。这些企业认识到了 c a d 技术是提高生产效益必不可少的条件之一。 ( 2 ) 中小企业开始使用c a d c 脚技术 进入9 0 年代后，国家各工业部门都十分重视推广应用c a d 技术，制定了发展计 划，并对所属企业提出了具体要求。另外，少数大型企业采用c a d 技术后产生的明显 的经济效益，对中小企业的影响十分巨大。中小企业首先应用微机和相应的微机c a d 软件组成c a d 系统，进行机电产品的设计和工程图纸的绘制，与传统设计方法相比提 高了效率。同时，c a d 应用范围也不断扩大，而且逐步深化。有的企业在原有的基础 上还计划引进工程工作站和数控机床，实现c a d 和数控加工相组合。 ( 3 ) 我国已自行开发了大量实用的c a d 软件 从7 0 年代中后期起，国内一些高等院校和科学院的研究所以及一些大型企业在 c a d c a m 技术领域内进行了大量的研究工作，自行开发了一些实用的c a d c a m 软件。 由于这些软件价格比较便宜，维护和培训较方便，所以便于推广应用。 ( 4 ) 国内计算机生产厂商已能为c a d 提供微机和工程工作站。 现在国内市场上提供的微机价格比较便宜，性能也基本能够满足需要，不仅可以 满足绘制二维工程图纸的要求，而且还可以做三维几何造型和复杂运算的工作。工程 工作站的价格也很便宜，而性能比微机好得多。这为推广应用c a d c a m 技术提供了一 个良好的条件。 ( 5 ) 引进国外成套的c a d 设备 在改革开放和发展市场经济的条件下，一些经济效益好的企业从国外引进一些成 海鼻罨掌院日兜生诧文材料 套的功能较强的c a d 系统，这对提高我国c a d 技术的水平是十分有用的。 我国在c a d 技术的普及方面已经取得了一定的成绩，但是这还远远不够，甚至可 以说，目前我国企业对c a d 技术的普及应用程度还很低，在几年前“甩图板”工程的 带动下，计算机出图率有较大的提高，但企业在使用c a d 技术的水平和效率方面仍然 很低，多数没有体现计算机辅助设计这个概念，顶多也就是把图版上的工作原原本本 移到了计算机屏幕上。甚至有许多知名企业目前仍然依靠一些非正版的平台软件绘 图，其效率和质量的低下已经严重地阻碍了企业的发展。制造业企业竞争力的根本来 源是设计生产水平的提高，而在观念上的转变将是关系我国企业与世界接轨的关键因 素。 2 4 我国c a d 技术应用的欠缺 ( 1 ) 我国c a d 软件开发虽然已形成了几个系统，但基本上都是二维绘图软件，开 发者在技术上没有什么创新，缺乏设计方法和设计理论上的研究。在应用方面，很多 企业也只是把c a d 作为一个绘图工具，企业应用中也缺乏对产品设计理论和设计方法 的研究，因此企业产品和创新产品少，在市场上缺乏竞争力。 ( 2 ) 真正解决产品设计问题的是三维c a d 系统，而目前我国自主开发的三维c a d 系统还未真正形成商品软件，其功能、稳定性与国外同类产品相比还有较大的差距。 在应用层次上缺乏创新。 ( 3 ) c a d 技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激 烈。就建模技术而言会涉及很多模型建立的理论和算法，这些都是为解决用户需求而 研究开发的，每种理论和算法用于c a d 系统中，会产生新的c a d 软件。而我国c a d 软件开发者缺乏这方面的研究，多年来也未见过有名的理论和算法用于c a d 中。 ( 4 ) 信息技术的广泛集成是以产品数据管理( p 蹦) 和过程管理( p m ) 为基础， 实现c a d c a p p c a m 和e r p 的有机集成，在并行工程中p d m 也是重要的基础。而我国 在这方面的研究仅仅开始，至今也没有一个在国内市场上成熟的数据库管理系统 ( d b m s ) 。 ( 5 ) 在c a d 技术的标准化方面，我国由于技术落后，资金投入不足，对此重视不 够，至今未提出一个有关c a d 方面的标准，完全是采用国际标准，因此造成国内c a d 软件系统在数据交换、标准化等方面存在不少问。 2 5c a d 技术的深化应用c i 峪及其功能原理与支持系统 现代集成制造系统c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 简称c i m s 是企 业级的信息集成系统，c a d 则是设计、工艺部门的设计系统。二者之间的关系应该是 包容与归属的关系。作为c i m s 的一个子系统，c a d 可独立于c i m s 之外而独立运作， 上海海* # 院目兜l 论文材_ 其目的在于提高产品的设计质量，缩短产品设计周期。c a d 系统为c i m 5 提供必要的 信息资源，而c i m s 则用于实现信息资源的共享及流向，实现高效而通畅的信息交流 和实时的信息处理。 c i m s 一般由四个功能系统既管理信息系统、产品设计与制造工程设计自动化系 统、质量保证系统、企业资源计划系统；两个支撑系统既计算机网络系统及数据库系 统组成。 2 5 1c i 峪四个功能系统 ( 1 ) 管理信息系统 管理信息系统是以制造资源计划m r p i i ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g ) 为核心，包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、 成本、设备、工具、人力资源等管理信息功能，通过信息集成，达到缩短产品生产周 期、降低流动资金占用，提高企业应变能力的目的的系统。建立c i m s 管理信息系统， 必须认真分析生产经营中物资流、信息流和决策流的运动规律，研究它们与企业各项 经营、生产效益目标的关系，对企业生产经营活动中产生的各种信息进行筛选、分析、 比较、加工、判断从而实现信息集成与信息优化处理，保障企业能够有节奏、高效益 地运行。 ( 2 ) 产品设计与制造工程设计自动化系统 它是用计算机辅助产品设计、制造准备以及产品性能测试等阶段的系统工作。通 常称为c a d c a p p c a m 系统。它可以使产品开发工作高效、优质地进行。 ( 3 ) 质量保证系统 c i m s 质量保证系统通过采集、存储、评价与处理存在于设计、制造过程中与质量 有关的大量数据，从而提高产品的质量。 ( 4 ) 企业资源计划系统 企业资源计划系统e r p e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，是指建立在信息技术基 础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。e r p 系统集中信息技术与先进的管理思想于一身，成为现代企业的运行模式，反映时代对 企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成为企业在信息时代生存、发展 的基石。 2 5 2c l m s 两个支持系统 ( 1 ) 网络系统一它是支持c i m s 各个系统的开放型网络通讯系统，采用国际标 准和工业标准规定的网络协议( 如m a p ，t c p i p ) 等，可实现异种机互联，异构局域 网及多种网络的互联，满足各应用分系统对网络支持服务的不同需求，支持资源共享、 9 上j 海4 掌院研究生论，：材i 分布处理、分布数据库、分层递阶和实时控制。 ( 2 ) 数据库系统一它支持c i m s 各分系统，覆盖企业全部信息，以实现企业的 数据共享和信息集成。通常采用集中与分布相结合的3 层递阶控制体系结构主数 据管理系统，分布数据管理系统、数据控制系统，以保证数据的安全性、一致性、易 维护性等。 2 5 3 实施c i m s 能够获得的效益 ( 1 ) 在工程设计自动化方面，采用c a d c a p p c a m ，可提高产品的研制与生产能力， 便于开发技术含量高和结构复杂的产品，保证产品设计质量，缩短产品设计与工艺设 计周期，加速产品更新换代的速度，满足用户需要； ( 2 ) 在加工制造上，可提高制造过程的柔性与质量，提高设备利用率，缩短产品 制造周期，增强生产能力： ( 3 ) 在经营管理上，可使企业的经营决策与生产管理科学化。在市场竞争中，可 保证产品报价的快速、准确、及时；在生产过程中，可有效地解决生产“瓶颈”现象， 减少在制品；在库存控制方面，可使库存压到最低水平，减少制造过程所占用的资金， 减少仓库面积，从而可有效地降低生产成本，加速企业的资金周转。 总之，计算机集成制造系统通过计算机、网络、数据库等硬、软件，将企业的产 品设计、加工制造、经营管理等方面的所有活动有效地集成起来，有利于及时、准确 地交换信息，保证数据的一致性，提高产品质量，缩短产品开发周期，提高生产效率， 带来更多的效益。 c i m s 系统以m r p i i e r p ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g ) ( e n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g ) 两系统体表现了信息技术与管理科学的结合，促进了现代企业 管理技术的形成与发展。c i m s 的实施企业管理从原来面向企业内部资源管理转向面 向全社会一切市场资源的有效利用，重视对供应链进行良好管理的e r p 管理模式也随 之产生。与m r p i i 相比，e r p 除了包括和加强了m r p i i 各种功能之外，更加面向 全球市场，功能更为强大，所管理的企业资源更多，可支持混合式生产方式，管理覆 盖面更宽，并涉及了企业供应链管理，从企业全局角度进行经营与生产计划，是制造 企业综合的集成经营系统。e r p 所采用的计算机技术也更加先进，形成了集成化的企 业管理软件系统。e r p 更加重视企业间的物流、信息流与资金流有机地集成，支持企 业经营管理各方面的集成，并进一步朝着数字化、敏捷化、网络化、集成化、智能化、 柔性化、行业化、本地化方向发展。 我国企业应用帜p i i 、e r p 所带来的主要效益方面包括：减少库存占用资金、缩 短主生产计划编制时间、缩短采购计划编制时间、提高产品按期完工率和缩短交货期、 1 0 上酋 嗣 遣掣喊确r 兜生蚀- 支材料 缩短生产准备时间、减少废品率、提高产品市场占有率、缩短新产品报价时间等等。 此外，m r p i i 给企业管理观念与管理模式现代化带来的影响更是十分深远。不少企 业通过实施m r p i i ，使其管理思想、体制、方法、手段、制度、信息等方面都取得 了长足的进步。事实说明，对于我国众多国有企业的管理从计划经济型向市场经济型、 从粗放型向集约型、从手工管理向计算机管理方式的变革而言，应用m r p i i 将是一 条有效的发展途径 第三章上海港机c a b 应用系统目标和基本思想 3 1 上海港机c 加应用系统中长期目标 根据上海港机股份有限公司生产经营特点、技术工作流程及内容、产品开发的需要，在 原c a d 应用的基础上其今后中长期目标为： + 提供出使用方便、可靠、高效的辅助计算、绘图工具与手段。 + 对设计产生的结果一图纸、文档和产品数据进行有效的管理。 + 对设计的工作过程、项目、人员工作量等提供有效的管理。 能及时、快速地向c a p p 、c a m 、e r p 等提供它们所需要的数据。 用以下框图表示： 图( 3 - 1 ) c a d 应用系统中长期目标 1 2 上海軎- l 拳院研，：生论文材- 3 2 上海港机c a d 系统建立的基本思路 上海港机是我国目前规模最大的港口机械专业制造企业，是国家经贸委确定的 国家级重点中心企业之一，其建设规模、技术水平、综合实力、创新能力均居行业榜 首，国内港口产品覆盖率超过7 0 。如此大的生产规模首先面临的是大量的设计任 务，目前产品开发设计占整个生产周期的三分之二，开发设计部门经常处于超负荷状 态，没有足够的时间和精力考虑产品的系列化、标准化和长远规划。形成一种新的产 品不断地被“设计”出来，源源不断地流入生产过程，造成产品和文档资料无限增加、 制造过程难以控制、生产成本提高和交货周期延长等状况。而目前企业要在激烈竞争 的市场中立于不败之地，就必需缩短产品生产周期、满足用户多样化需求、加入大市 场和大竞争、保证交货期和增大多品种小批量生产。因此根据上海港机生产经营的特 点、工作流程和内容及c a d 应用中存在问题，采用“计算机集成产品工程”( c o m p u t e r i n t e g r a t e dp r o d u c te n g i n e e r i n g ，c i p e ) 的哲理、思想和方法来建立c a d 应用系统 比较适用。 3 2 1c i 盹的基本思想 兰：舀堕是近几年来在合理化工程( r a t i o e n g i n e e r i n g ，r e ) 和快速产品开发方法 ( r a p i dp r o d u c td e v e l o p i n gm e t h o d ，r p 蹦) 基础上提出的一种新哲理和方法，并已 在德国和我国的一些企业得到应用。c i p e 向产品开发设计人员提供了一种用以支持 c a d 的设计方法学以及有效的数据管理和过程管理系统，以充分利用已有的零部件资 源，最大限度地提高产品开发设计的工作效率、提高产品设计质量、降低产品成本的 工作方法。 c i p e 与c i m 、l p 和a m 等不同，它没有将其解决问题的范围扩大到整个企业，全面 解决企业t 、q 、c 、s 和f 的问题，而只是将注意力集中在产品的开发设计阶段，重点 解决缩短产品的开发设计周期，提高产品开发设计质量问题，其主要原因有以下两个： 1 ) 根据统计，由于合同生产型企业的产品必须按顾客的特殊要求进行开发设计， 所以开发设计的周期很长，有些企业甚至超过整个产品交货期的6 0 9 6 。开发设计周期 过长造成了两个严重的后果，一是产品交货期过长，从而使企业失去很多定单；二是 如果非得保证产品在比较短的周期内交货，只能压缩产品的制造时间，从而影响了产 品的质量，因为从某种程度上可以说，质量是需要用时间来保证的。 上黉 蔫 鼍皇膏衙，i 生性，：材料 图( 3 2 ) 合同生产型企业的开发设计周期 2 ) 开发设计阶段是降低产品成本的重要环节。德国工程师协会( y d i ) 曾经对一 些企业作过调查，以了解产品的开发设计、生产准备与加工、原材料与外购件的采购、 管理和销售等四部分工作的工时成本对产品总成本的影响。下图表示了调查的结果。 图( 3 3 ) 产品中各项成本的比例 从图上可以清楚地看到，虽然产品的开发设计所占成本的比重只有6 ，但对产品 总成本的影响却占了7 0 。这是因为，在产品的开发设计阶段决定了产品的工作原理、 零部件的数量、结构尺寸和材料选用等对加工方法和产品使用有重大影响的因素，因 而对产品的总成本造成了很大的影响。 3 2 2c i p e 的体系结构 基于以上这样的一种想法，c i p e 的体系结构可以用下图所示： 1 4 图( 3 - 4 ) c i p e 的体系结构图 从图中可以看出，c i p e 的体系结构分成三个层次，即哲理、方法和技术： c i p e 哲理c i p e 哲理是一种在系统思想指导下，继承并发展了精益生产的“简化”、 计算机集成制造的“集成”、成组技术的“相似”、并行工程的“并行”和业务过 程重组的“重组”等哲理的核心思想，用整体优化的观点，科学合理地对业务过 程、产品结构和信息技术进行重组的哲理。 c i 阳方法可以把c i p e 方法归纳为以下三部分： 一产品结构重组。 一信息技术重组。 一产品开发设计过程重组。 c i p e 技术c i p e 技术中包括了支持c i p e 哲理具体实现的各种技术和工具，如b p r 技术、现代设计方法学、各种标准和规范、面向图形单元的产品建模以及计算机 软硬件工具等。 3 2 3c i p e 的做法和步骤 c i p e 方法的三个部分：产品开发设计过程重组、产品结构重组和信息技术重组， 又能进一步分成一些可以具体操作的子步骤。下页的图表示了实施c i p e 的工作步骤。 1 ) 产品开发设计过程重组包括体制结构上作些局部的改变，重视对产品开发 设计业务过程的管理和对开发设计人员的再培训，以适应新环境和采用新方法的需 要。 2 ) 产品结构重组即对产品的结构进行重组，包括进行产品的标准化和规范化， 建立面向图形单元的产品模型。 产品的标准化和规范化的工作内容和具体步骤如下： ( 1 ) 建立完善的编码体系； 上海膏置学膏b 研，i 0 诗，：椅 ( 2 ) 进行a b c 分析，了解零部件的分布情况； ( 3 ) 进行零部件分类，为系统地进行零部件管理打好基础； ( 4 ) 进行零部件名称分析，建立数据字典； ( 5 ) 进行零部件几何形状分析，为有效的变型设计打好基础； ( 6 ) 进行参数分析，增大零部件批量； ( 7 ) 建立事物特性表，建立可变型的积木块系统。 建立面向图形单元的产品模型大致包含以下几方面的内容： ( 1 ) 选择关系型c a d 系统： ( 2 ) 基于已标准化和规范化的零部件，建立变型设计系统： ( 3 ) 借助于事物特性表技术，进行交互式部件建模： ( 4 ) 交互式建立零部件母图。 3 ) 信息技术重组 除了产品开发过程和产品结构的重组以外，为了使c i p e 充分发挥作用，还必须对 信息技术进行重组，三者是成功推行c i p e 必须同时具备的，缺一不可。实施c i p e 需要 的计算机工具主要有四种：关系型c a d 系统、产品数据管理系统、c a d 躲p i i 集成工具 和业务过程管理系统。 图( 3 5 ) c t p e 的工作过程图 1 6 上海a j i 掌院日究生论文材料 由此可见采用“计算机集成产品工程”( c i p e ) 的哲理、思想和方法来建立上海港 机c a d 应用系统，产品开发设计人员的工作方式会有很大的改变，开发设计人员考虑 问题的范围从只关心产品的功能和性能发展到还关心产品的成本等方面，纵观整个过 程，大大缩短生产周期中的设计时间，快速开发设计出与国际接轨的新产品，极大地 提高开发设计效率。 海海4 学m 研究生论r # # 第四章上海港机c a d 系统功能框架与模块 根据上海港机工作内容和流程，参照c i p e 思