（测试计量技术及仪器专业论文）中国汽车变速器企业数字化方案及关键技术研究.pdf

摘要 数字化设计与制造是现代制造业的核心技术，是制造业发展的主要趋势。目 前国内汽车变速器制造商约5 0 家左右，在数字化过程中企业所使用的软件越来 越多，这些软件所关心和解决的问题不一样，使用和产生的产品信息类型也不尽 相同，由于这些不同的系统的和其他的应用程序产生的产品信息之间缺乏整体性 资源整合，造成信息沟通和协调产生障碍，形成了所谓的“信息孤岛”现象。中 国变速器企业现已把p d m 作为集成平台对设计、工艺制造和管理进行了集成，建 立了低等集成程度的数字化系统。为进一步提高中国变速器企业数字化水平，论 文提出了一种集成更多软件和功能的数字化方案。 论文从数字化设计与制造技术的五项关键技术出发，研究了一种汽车变速器 产品构成及统一数据模型建立的方法；阐述了实现企业间产品数据交换的技术及 其发展，并用其中的两种技术实现了数据交换；明确了数据集成的p d m 技术的实 施关键要求和目标；介绍了异构环境下应用功能的集成和过程集成的方法。 论文还研究了w e b 技术在数字化设计与制造中的应用，比较了几种数据库访 问技术的执行效率和平台可移植性能；规划了变速器企业设计、生产、管理信息 分系统的功能模块图；用n e t 框架下的a s p n e t 和a d o n e t 设计实现了b s 三 层体系结构的联合采购齿轮用钢数字化系统。 论文提出的数字化方案较全面地集成了产品设计、产品生产、数据仓库、决 策支持、协同商务的软件，规划的生产信息分系统功能模块图详细全面的包括了 生产管理的全过程，设计实现的联合采购齿轮用钢数字化系统可以帮助制造企业 和供应商进行资源优化组合，减少原材料成本和采购成本、减少库存量、增加资 金周转效率、提高质量，达到双方双赢互惠的目的。 关键词：汽车变速器企业，数字化方案，w e b ， a s p n e t a b s t r a c t d i g i t a l i z e dd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya r et h ek e yt e c h n o l o g ya n d m a i nt r e n di nt h ef i e l do f m a n u f a c t u r i n g t h e r ea r ea b o u t5 0a u t o m o b i l et r a n s m i s s i o nm a n u f a c t u r e r si nc h i n a i n 也e d i g i t a l i z e dp r o c e s s ，m o r ea n dm o r es o f t w a r ei su s e da n di t d e a l sw i t hd i f f e r e n t p r o b l e m ，s ot h ep r o d u c ti n f o r m a t i o no ft h e s ed i f f e r e n ts y s t e m sa n do t h e ra p p l i c a t i o n p r o g r a m sa r e a b s e n c eo fs y s t e m a t i c a li n t e g r a t i o n ，w h i c hb a f f l et h ee x c h a n g eo f i n f o r m a t i o na n dl e a dt ot h ef o r m a t i o no f ”i s o l a t e di s l a n do fi n f o r m a t i o n ”p h e n o m e n o n t oe n h a n c et h ed i 【g i t a l i z e dl e v e li na u t o m o b i l et r a n s m i s s i o nm a n u f a c t u r e r si nc h i n a ， t h ep a p e rp r o p o s e sad i g i t a l i z e dp l a nt oi n t e g r a t em o r es o l , r a r ea n dm o r ef u n c t i o n s b a s e do nt h ef i v ek e yt e c h n i q u e so fd i g i t a l i z e dd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g ， s t r u c t u r eo ft h ea u t o m o b i l et r a n s m i s s i o np r o d u c t sa n du n i f i e dd a t am o d e la r es t u d i e d ， p r o d u c td a t ae x c h a n g eb e t w e e ne n t e r p r i s e sa n dr e a l i z a t i o nd a t aa r ce x p o u n d e d ，k e y r e q u i r e m e n t sa n dg o a l so fp d m d a t ai n t e g r a t i o na r ec l e a r e d ，a n da p p l i c a t i o no f f u n c t i o n a li n t e g r a t i o na n dp r o c e s si n t e g r a t i o nm e t h o d si nh e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n t a r ei n t r o d u c e d i na d d i t i o n ，w e bt e c h n o l o g yi nt h ed i g i t a l i z e dd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g a p p l i c a t i o n s a r es t u d i e d ，s e v e r a ld a t a b a s ea c c c s st e c h n o l o g ya r ec o m p a r e d ，a n d e n t e r p r i s ed e s i g n , p r o d u c t i o n , m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns u b s y s t e mf u n c t i o nm o d e la r e d e s i g n e d as y s t e mo fu n i o ns t o c k i n gg e a rs t e e l w i t l lb sw a yb ya s p n e ta n d a d o n e to f n e tf r a m e w o r ki sd e s i g n e da n dr e a l i z e d t h ed i g i t a l i z e dp l a np r o p o s e di nt h i sp a p e rc o m p r e h e n s i v e l yi n t e g r a t e st h e s o f t w a r eo fp r o d u c td e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，d a t a b a s e ，d e c i s i o ns u p p o r t ，a n d c o l l a b o r a t i v ec o m r f l e r c e t h ef u n c t i o nm o d e lo fe n t e r p r i s ed e s i g n ，p r o d u c t i o n ， m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns u b s y s t e md e t a i l e d l y a n dc o m p r e h e n s i v e l y t h ed i g i t a l i z e d s y s t e mo fj o i n tp u r c h a s i n go fg e a rs t e e lc a nh e l pm a n u f a c t u r e r sa n ds u p p l i e r s t o a l l o c a t er e s o u r c em o r er e a s o n a b l e ，w h i c hc a nr e d u c ec o s t so fr a wm a t e r i a l ，c o s t so f p r o c u r e m e n ta n di n v e n t o r yp a r t sq u a n t i t y , e n h a n c ee f f i c i e n c y o fc a s h f l o wa n d i m p r o v ep r o d u c tq u a l i t y ，t h u sa c h i e v e sad o u b l e w i ng o a l k e yw o r d ：a u t o m o b i l et r a n s m i s s i o nm a n u f a c t u r e r s ，d i g i t a l i z e dp l a n ，w e b ， a s p n e t i i 独创陛声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 繇擅蹶立7 嘲闺 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名 导师签名日期功廖多目册 第1 章绪论 1 1 引言 进入2 0 世纪末，以信息技术为主要特征的高新技术飞速发展，推动了技术 进步和经济全球化，加速了技术与管理革新，企业面临的商业环境和市场环境发 生了根本的改变。用户对产品的需求呈现出多样化和个性化的趋势。产品更新换 代加快，生命周期缩短，人们对交货期的期望越来越高，制造业面临的竞争压力 越来越大，企业数字化设计与制造建设已经迫在眉睫。企业所使用的软件越来越 多，这些软件所关心和解决的问题不一样。使用和产生的产品信息类型也不尽相 同，如用于工程设计的c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 、c a q 等软件。用于办公自动化的字 处理软件和制表软件，用于企业经营管理的管理信息系统( m i s ) ，制造资源规划 ( m r p i i ) ，企业资源规划( e r p ) 软件等。 由于这些不同系统和其他的应用程序产生的产品信息之间缺乏整体性资源 整合，造成信息沟通和协调产生障碍，很自然地形成了所谓的“信息孤岛”现象， 导致无法高效利用。如何基于企业已有的业务应用系统，整合企业的现有i t 资 源，使企业中“孤岛式”的计算机应用向集体协作的方向发展，以业务过程为中 心进行应用系统的集成，最大程度地发挥各种资源的效益，提高业务各环节的响 应速度，降低企业成本等问题，正逐渐成为企业关注的焦点。制造业数字化设计 与制造是当今世界制造业发展的大趋势。我国制造业占第二产业产值总量的8 0 ， 用信息技术改造和提升传统制造业，是我国在“十一五”期间的一项重要使命， 国家投资百亿元打造“制造业数字化工程”，重点放在数字化设计、数字化生产、 数字化装备、数字化管理领域，在此基础上通过集成创新形成一批数字化制造企 业。 1 2 课题来源 本课题来源于中国齿轮专业协会行业项目。 1 3数字化设计与制造技术及其发展 1 3 1 数字化设计及制造技术的起源和基本概念 制造业信息化中的数字化设计与制造技术是指利用计算机软硬件及网络环 境，实现产品开发全过程的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模 型，全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。数字化设计与制造不仅贯 穿企业生产的全过程，而且涉及企业的设备布置、物流物料、生产计划、成本分 析等多个方面。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高企业的产品开发能 力、缩短产品研制周期、降低开发成本、实现最佳设计目标和企业间的协作，使 北京工业大学工学硕士学位论文 企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源，开发出新产品，大大提高企 业的竞争能力。 数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三 维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多 媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。涉及的主要内容有“1 ： 1 c a d c a e c a p p c a m p 叫； 2 异地、协同设计； 3 基于知识的设计： 4 虚拟设计、虚拟制造； 5 概念设计、工业设计； 6 绿色设计； 7 并行设计。 数字化设计与制造技术中各组成部分作为独立的系统，已在生产中得到了广 泛的应用，不仅大大提高了产品设计的效率，更新了传统的设计思想，降低了产 品的成本，增强了企业及其产品在市场上的竞争力，还在企业新的设计和生产技 术管理体制建设中起到了很大作用。数字化设计与制造技术已成为企业保持竞争 优势，实现产品创新开发、进行企业问协作的重要手段。 1 3 2 实现数字化设计与制造的若干关键技术 制造业发展的主要趋势是数字化。实现数字化设计与制造需要解决的问题主 要有五个方面： 1 产品统一数据模型表示方法； 2 企业间产品的数据交换； 3 数据集成； 4 异构环境下应用功能的集成； 5 过程集成啪 1 4 中国汽车变速器企业及其数字化现状和发展 1 4 1 中国汽车变速器企业概况 国内汽车变速器制造商约5 0 家左右，分布在全国2 0 个省市自治区，工业总 产值达到一百多个亿，其中工业总产值上亿的有1 9 家。1 1 4 1 1 按产品性能参数分类 中国汽车变速器产品有近百个品种，近千个变型，按汽车变速器的额定输入 扭矩、额定输入转矩、额定输入功率( 如表1 - 1 所示) 等性能参数分为重、中、 轻、微、轿五种汽车变速器。 2 第1 章绪论 生产微型车变速器的企业，如重庆青山工业有限责任公司，天津汽车齿轮有 限公司，哈尔滨航空工业( 集团) 有限公司等；生产轻型车交速器的企业，如一 汽轿车股份有限公司长春齿轮厂，江西江铃汽车集团，上海汽车股份有限公司汽 车齿轮总厂等；生产中型车变速器企业，如东风汽车变速器公司，一汽变速器公 司，安徽江淮汽车集团有限公司等；生产重型车变速器的企业，如陕西伊顿法士 特齿轮有限责任公司，山西大同齿轮集团有限责任公司，四川綦江齿轮有限公司， 一汽哈尔滨变速器公司等；生产轿车变速器的企业，如东风汽车变速器公司等。 表i - i 重、中、轻、微、轿五种变速器的技术参数“1 八鬈 额定输入扭矩额定输入转速 额定输入功率 ( n m )( r m i n ) ( k w ) 轿车变速器 1 2 0 3 0 05 5 0 0 6 3 0 07 0 2 0 0 微型车变速器 5 5 1 1 05 0 0 0 6 0 0 0 3 0 7 0 轻型车变速器 2 0 0 4 5 03 0 0 0 3 8 0 0 6 3 1 8 0 中型车变速器 4 0 0 1 1 0 02 2 0 0 3 0 0 01 2 5 2 5 0 重型车变速器 12 5 0 2 2 0 0 0 2 2 0 0 2 6 0 03 4 0 5 0 0 1 4 1 2 按产业结构分类 世界上按产业结构把变速器企业分为两种类型：汽车集团控股、参股的汽车 变速器供应商( 通用、福特、戴姆勒一克莱斯勒、丰田、日产、三菱、马自达、 铃木、富士重工、奔驰、宝马、大众、雪铁龙、雷诺、菲亚特、现代等) 和非汽 车集团控股、参股的变速器供应商( 德国z f 、德国g e t r a g 、美国e a t o n 、美国 n v g 、日本a i s i n 一- a 霄、日本j a t c o 等) 。中国汽车变速器企业按产业结构分也存 在两大类汽车变速器供应商“。 汽车集团控股、参股的汽车变速器供应商是隶属于整车厂的变速器厂，整车 厂对这类企业的变速器采购类型属于零部件的自制、关联采购、外购中的关联采 购。这种方式整车厂对变速器供应商的质量、价格、供应信息、成本等方面比较 了解，相互信任。目前这类企业主要有：上海汽车股份有限公司汽车齿轮总厂， 第一汽车集团哈尔滨变速器厂，东风变速器厂，南昌齿轮有限责任公司；一汽轿 车集团股份有限公司长春齿轮厂，天津一汽夏利汽车股份有限公司变速器分公 司，江西江铃齿轮股份有限公司等。 非汽车集团控股、参股的变速器供应商是独立于整车厂的变速器厂，整车厂 对这类企业的变速器采购类型属于零部件的自制、关联采购、外购中的外购。这 种产业结构方式下，整车厂对变速器供应商的质量、价格、供应信息、成本等方 面了解不深入。目前这类企业主要有：陕西法士特齿轮有限责任公司，杭州前进 3 北京工业大学工学硕士学位论文 齿轮箱集团公司，綦江齿轮厂，山西大同齿轮集团有限责任公司等。 1 4 1 3 中国汽车变速器企业的特点 与国外汽车变速器企业相比，中国汽车变速器企业具有如下特点： 1 企业数量多、产品产量少。世界上除中国外的汽车变速器总成供应商共计2 0 余家，而中国的汽车变速器总成主要供应商约5 0 余家，为世界变速器供应商总 量两倍左右。但汽车变速器产量仅占全球汽车变速器总量的5 5 。国外汽车变 速器供应商的市场集中度都非常高。 。 2 劳动生产率低。目前国外大部分汽车变速器企业的人均劳动生产率为2 0 欧 元，国内汽车变速器企业最好的人均劳动生产率为1 0 欧元。 3 中国汽车变速器企业在中低档产品市场优势明显。总体综合成本较低、价格 竞争优势较为明显。 这些特点表明中国汽车变速器企业的数字化程度还有很大的提高空间。 与中国其他制造行业相比，中国汽车变速器企业具有以下特点： 1 制造装备先进。汽车变速器厂的齿轮车间、壳体车间、组装车间、精密测量 实验室里都是自动化生产设备。数控机床，计算机管理渗透到每一个生产环节。 由于汽车零部件行业在生产过程中的产生的数据多，更新快。为提高生产率、对 市场快速反映。现在的车间里都由计算机完成生产管理、信息储存 2 产品对一致性要求较高。组成产品的零部件的都是标准件。 3 产品批量大。中等规模的变速箱厂一个品种的产品年生产批量有十万台左 右。 这些特点是中国变速器企业可以提高数字化程度的重要的条件，也是本文选 择变速器企业做数字化方案的原因。 1 4 1 4 国内汽车变速器企业数字化设计及制造集成现状 计算机和信息技术的发展引起了社会和生产的巨大变革。这场变革使机械制 造领域内传统的生产观念发生变化，这就是以物资的生产、存贮为主的机械制造 观转换成以信息化生产、存贮为主的信息制造观。智能化、集成化、网络化将是 现有的制造模式的发展方向。 未经集成的c a d c a p p c 埘系统( 即各自动化“孤岛”之间) 的信息传输是 依赖工程图样、工艺规程等有关技术文档，由手工将有关数据通过键盘输入各“孤 岛”的计算机。采用这种方法，“孤岛”之间的信息传送存在效率低、信息不完 整、人工传送准确度差、无法进行实时控制等缺点 低集成度的c a d c a p p c a m 系统，c a d 系统提供产品的几何模型，通过计算 机的通信网络或磁存贮介质将产品的几何信息传送到c a p p 系统，并以人机交互 的方式输入有关的工艺信息、工况和约束条件，制定工艺规程或进行有限元计算。 4 第l 荦绪论 工艺规程连同产品几何信息又通过计算机通信网络或磁存贮介质传送到数控编 程系统，编制出数控机床程序段，供数控机床使用。这类系统的集成仅限于狭义 的c a d c a p p c a m 范围，产品模型是一般的几何模型。 在中等集成度的c a d c a p p c a i 系统中，c a d 系统提供了包括几何和工艺信 息在内的完整的产品设计模型和物料清单。通过计算机通信网络将产品设计模型 传送到c a p p 系统，直接制定出工艺规程，并连同产品设计模型和物料清单通过 计算机通信网络传送到数控编程系统和生产管理系统中，编制出数控程序、工厂 生产技术和车间作业计划来。数控程序可通过接口直接传送到数控机床。这类集 成度的系统的基本特点是：产品采用特征建模，与生产计划管理进行初步的集成。 在高集成度的c a d c a p p c a m 系统中，将c a d 、c a p p 、数控自动编程系统、 d n c 、生产计划与控制( p p o 、生产数据采集( p d o 和质量管理( c a q ) 等软件系 统，通过统一的、友好的用户界面，在各种标准网络支持下集成起来，将产品设 计、工艺设计、生产设计、调度和车间制造以及质量保证等过程连成一体，形成 一个闭环系统。这是制造企业迈向计算机集成制造的基础。这类集成度系统的基 本特点是：与生产控制和质量控制集成起来，通过生产数据采集形成一个闭环系 统。 中国变速器企业数字化现状处在低等集成度的数字化集成阶段。汽车变速器 企业数字化现状总体体系结构如图1 - 1 所示： 图卜1p d m 系统集成图 北京工业大学工学硕士学位论文 1 5 w e b 技术在数字化设计及制造中的应用 1 5 1 汽车变速器制造企业中数字化设计及管理中存在的问题 制造业发达是一个国家经济强盛的标志，当前制造企业为了不断提高生产率 和增强竞争能力，在企业内广泛应用了计算机技术。个人计算机技术的发展，使 得计算机在企业中的应用更加厂泛、更加深入。随着计算机硬件性能的不断提高， 几乎所有行业和领域的应用软件的性能也越来越强，但是随着科学与技术的进 步，市场竞争亦变得愈来愈激烈，竞争推动着整个社会快速前进，同时给企业造 成了严酷的生存环境。因此，世界各国的企业都面临着严重挑战：如何缩短日趋 复杂产品的开发周期以占有市场、降低成本并提高质量：如何去适应快速变化的 市场需求，在竞争中求生存和发展，己成为企业共同追求的目标。 在过去的几年里，国家科委推广了计算机辅助设计与制造( c a d c 埘) 技术， 在“八五”期间初步打下c a d 应用工程的基础上，又继续把c a d 应用工程列为国 家“九五”重中之重的项目。我国c a d c a m 技术的迅猛发展，对加速我国企业的 技术进步，提高企业的市场竞争力具有至关重要的作用，但是在企业不断在产品 设计开发过程中采用各种c a x ( c o m p u t e ra i d e d 计算机辅助) 技术过程中又引发 了新的问题 各种计算机单元技术时刻都在产生大量的产品数据，例如设计数据、产品模 型、b o m ( b n lo fm a t e r i a l ，物料清单) 、工程图纸、工艺资料和数控加工文件 等，涉及产品的整个生命周期，但由于这些计算机单元技术都是离散孤立的系统， 其文件格式和应用环境都有一定的差异，不能由一个统一的企业级软件系统来管 理，常常以不同的格式和介质存储，从而导致相互之间的信息交流难以进行，结 果使企业的信息共享程度降低。 现在国内大部分企业仍然以纸质文件为基础，采用人工方法管理、控制和协 调这些以计算机为基础的数字信息。并且，由于微机技术的巨大发展，国内中小 企业大量采用了微机系统w i n d o w s 平台，这样虽然采用了各种计算机辅助技术， 但还是不可避免对技术文件的重复性设计 由于通过书面文件、报表及电话等联络方式来传递信息，信息传递速度慢， 因而无法及时收集工艺和制造过程中的反馈信息，不能实时反映设计过程中的变 化，无法跟踪整个产品设计和制造的进展情况。由于缺乏系统的理论指导，造成 技术发展局限性，各个系统都仅仅限于自身子领域内，以至于对上述各个单元技 术的发展及在企业中的综合应用缺乏统一的考虑，从而造成各种计算机辅助单元 技术缺乏统一的通讯协议、数据模型和协同方式而成为企业中的一个个所谓的 “自动化孤岛”。 因此，在网络技术和数据库技术的发展带动下，在产品、工艺、工艺装备的 6 第l 章绪论 设计和制造过程中对信息管理技术提出了较高的要求，不仅要求支撑技术能够支 持多学科领域的专家群体协同工作，而且要求把产品信息与开发过程有机地集成 起来，做到在正确的时候，把正确的信息，以正确的形式送给正确的人，以便人 们及时做出正确的决策，并且要让各级领导可以根据权限透明地调用所需的信 息，这是目前管理层次对信息管理的要求。 1 5 2w e b 技术在数字化中的应用 i n t e r n e t 目前已经是广为人知。i n t e r n e t 的迅速发展改变了我们的生活、 我们生活的世界以及其它的一切。i n t e r n e t 中最重要的技术是w o r l dw i d ew e b ， 也被称为w 胛或者w e b ，它是i n t e r n e t 中最常用的一种信息检索方式。 w e b 起源于欧洲粒子物理实验室( c e r n ) 。1 9 8 9 年c e r n 的t i m8 e r n e r s l e e 准备开发一种基于超文本的信息检索系统，来帮助分散在世界各地的研究人员共 享他们的研究成果，使他们通过文档中的超文本链接可以很容易地从一个文档转 移到另一个文档，从一台计算机连接到另一台计算机，从而避免使用一些枯燥难 记的f t p 或t e l n e t 之类的命令。基于这一思想，t i mb e r n e r s l e e 等人于1 9 9 1 年开发出了字符界面的w e b 浏览器。之后，伊利诺斯( i l l i n o i s ) 大学国家超级计 算机应用中心的m a r ca n d r e e s e 于1 9 9 3 年开发出了具有w i n d o w s 图形用户界面 的w e b 浏览器软件m o s a i c ，它很快又被移植到m i c r o s o f tw i n d o w s 操作系统和 m a c i n t o s h 机上。从此，w e b 浏览器在i n t e r n e t 上流行开来，它彻底改变了人们 的信息检索方式。它主要涉及以下几个基本概念 h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c a l ) ，超文本传输协议是一套基于t c p i p 的网络通信协议，它在浏览器与w 唧服务器之间传输用户请求和w e b 文档。 u r l ( u n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r ) ，统一资源定位器是i n t e r n e t 信息资源 的定位方法，浏览器通过它可以确定存放信息资源的主机位置和目录路径。 h t m l ( h y p e rt e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 超文本传输协议超文本标记语言是w e b 页面的编程语言，它是在c e r n 开发的s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u p l a n g u a g e ，标准通用标识语言) 基础上发展起来的一种标识语言。是w w w 服务的 技术基础，和h t t p 二者均为开放的技术标准，并在不断地完善和更新。 w e b 页面也叫做h t m l 文档，它是用h t m l 语言编写的纯文本格式文件，是w e b 信息发布的最小单位。w e b 页面分为静态页面和动态页面两种。静态页面所提供 的信息在制作w e b 页面时己经确定，用户发出浏览请求时，w e b 服务器将静态页 面直接传递给浏览器进行显示。动态页面具有交互功能，它主要用作实现数据库 应用系统的前端用户接口，w e b 服务器可以根据用户不同操作请求来操作后台数 据库。 1 6 课题背景及主要研究内容 北京工业大学工学硕士学位论文 1 6 1 课题背景 随着互联网的飞速发展并深入到社会生活的方方面面，基于w e b 的应用程序 设计也从信息领域应用到产品设计和制造过程，出现了基于w e b 的产品设计、基 于w e b 的p d m 、基于w e b 的生产管理等技术。基于w e b 的应用程序设计是以用户 自主应用为准则，选用为人熟悉的标准w e b 浏览器界面，以及a s p ，j a v a s c r i p t ， j a v a s a p p l e t 等和超文本传输协议h t t p 。采用基于w e b 的网络体系结构是以网络 为中心的计算应用模式，具有可移植性( 支持多种操作系统平台) 、易用性( 良好 的用户界面和操作风格) 、可扩展性( 易于集成新技术、新工具和新内容) ，使分 布式网络结构具有很好的开放性，系统可以运行在i n t e r n e t i n t e r n e t 环境中， 这也是w e b 应用如此迅猛发展的重要原因。 研究基于w e b 的管理模式，在i n t e r n e t 上开发各类围绕产品设计和管理的 w e b 应用是当前制造企业解决各类产品、工艺、工艺装备设计和制造中的数据管 理问题的一条经济、可行的策略，w w w 页面会成为工作群体进行协同工作的理想 环境。 1 6 2 主要研究内容 本课题就是在这种背景和现代信息技术的前提下，力求在网络环境下为汽车 变速器制造业产品开发过程中的数据如何进行有效的管理、共享和集成等问题进 行研究，课题研究涉及当前制造业信息化过程受到广泛关注的热点领域之一 1 7 本章小结 本章首先介绍了论文的来源和研究背景，指出数字化设计与制造是现代制造 业的核心技术，是现代制造业的发展趋势。变速器企业的数字化水平有很大的提 高空间，并且变速器企业具有较好的数字化设计与制造的先天条件。所以研究变 速器企业的数字化设计和制造十分重要。在系统分析了数字化设计与制造的内涵 之后，根据中国变速器企业的特点，阐述了数字化企业的五项关键技术，指出 w e b 在数字化设计与制造中的应用技术和前景。 8 第2 章数字化设计与制造的关键技术 2 1 引言 制造业发展的主要趋势是数字化。实现数字化设计与制造需要解决的问题主 要有五个方面：一是产品统一数据模型表示方法：二是企业间产品的数据交换： 三是数据集成：四是异构环境下应用功能的集成：五是过程集成。 2 2 产品统一数据模型表示方法 2 2 1 产品统一数据模型表示方法的的概述 产品设计过程即建立产品模型的过程，必须建立一个能够表达和处理有关产 品全生命周期各个阶段所有信息的统一的产品模型。企业的产品统一数据模型与 工艺装备标准化工作是整个标准化工作的重要组成部分，是国家标准和行业标准 的执行者和实践检验者。同时企业还要结合具体情况和条件，通过创造性的工作 取得实际效果，促进和提高生产技术和经营管理水平，这样也就赋予了标准化工 作更大的活力和更为丰富的内容。 变速器企业在近几年市场经济的环境下，为了保持竞争力，加大了产品开发 力度，产品品种急剧增加，规格型号很多，标准化工作就显得更为重要，尤其对 于缩短新产品开发周期有很重要的意义。而过去产品一直比较单一，一种1 2 1 中 心距的变速器一干就是十几年。因此，企业的标准化工作过去一直以工艺装备标 准化工作为主，经过长期的总结，已经按照标准化的要求制定了比较完善的各级 工装企业标准，并在生产中产生了巨大的经济效益。但随着产品数量的急剧增多， 企业的标准化重点应当迅速转移到产品开发过程中，采用标准化技术，进行系列 化产品的设计。同时，产品种类的增多也给工艺装备标准化工作带来困难。 模型的表示方法采用一个统一的科学的国际标准，即s t e p ( s t a n d a r do f e x c h a n g ef o rp r o d u c td a t a ) 标准。产品模型数据交换标准s t e p 从多种角度对 产品的综合属性做出了定义。这种定义覆盖了产品的全部生命周期。s t e p 标准 的目的是提供一种不依赖于任何平台的中性机制，能够描述产品整个生命周期 中的无二义性的产品数据，从而成为产品数据在并行设计环境下共享的基础。 s t e p 标准采用了e x p r e s s 语言。e x p r e s s 语言仅仅是一种信息描述语言，不是一 种编程语言。它描述的代码不能由计算机编译，所以e x p r e s s 语言的实现要依赖 于与其他可编程语言( 如c + + 、j a v a 等) 之间的语言联编。s t e p 标准有三层结构： 最高层是应用层。它由i d e p o u 札生成应用活动模型a a m ( a p p l i c a t i o na c t i o n m o d e l ) 、由e x p r e s s - g 语言生成应用参考模型a r m ( a p p li c a ti o nr e f e r e n c e 9 北京工业大学工学硕士学位论文 m o d e l ) 、由e x p r e s s 语言生成应用解释模型a i m ( a p p l i c a t i o ni n t e r p r e t e d m o d e l ) ：其次是逻辑层；最底层是物理层。其中包括s t e p 中性文件、数据库、x w l 文件等。 l工作i 式管理模块 。系统转换器 图2 - 1 基于s t e p 中国汽车变速器企业数字化原理图 2 2 2 几种产品统一数据模型表示方法介绍 标准化技术指为实现现代标准化目的所采用的技术，包括标准化的基本概 念、原理和方法。现代工业生产的发展将标准化与生产技术进步紧密相联，与产 品设计开发和制造关系密切的标准化技术主要是系列化、模块化设计与成组技术 的应用。 2 2 3 产品统一数据模型表示方法内容和步骤 优秀设计人员的“创造性”不在于其能“发明”新零件，而在于能够用尽可 能少的零部件资源快速、低成本、高质量地设计出满足市场需要的新产品。企业 中产品资源的标准化是实现上述目标的重要环节。产品是由零件和部件组成的， 所以论文对产品统一数据模型的研究归结为零部件标准化的研究，通过零部件的 标准化最终实现产品的标准化。 1 0 第2 章数字化设计与制造关键技术 2 2 3 1 产品统一数据模型的内容 如图2 - - 2 所示，按照计算机集成产品工程的基本理论，产品统一数据模型 的内容包括建立完善的编码体系、零部件a b c 分析、零部件分类、零部件名称分 析、零部件几何形状分析、零部件参数分析和建立零件特性表几个方面。这几个 方面既是标准化的内容又是操作性很强的实施步骤。建立完善的编码体系。 图2 2 产品统一数据模型内容 1 零件的a b c 分析通常情况下，可以将机械工厂的零部件按其特性分为a ，b ，c 三类。c 类零部件是标准件和外购件，一般约占零部件总数的5 0 * , 6 ，成本的1 0 ， b 类零部件为典型的变形零部件，可以用参数化设计的方法从原先已有的零部件 中派生出来，因而开发设计的工作量较小，加工方面的标准化程度也较高，b 类 零部件一般占产品零件总数的4 0 、成本的2 0 ，a 类零部件是与用户需求有关 的特殊零部件，必须根据用户的特殊要求进行开发和设计。a 类零部件的数量很 少( 1 0 9 6 ) ，所占成本比例却很高( 7 0 ) 。零部件a b c 分析的目的是了解零部件的 分布情况，将b 类零部件尽可能变为c 类零部件，将a 类零部件尽可能变为b 类 零部件，从而降低产品成本。 2 零部件分类一般采用层次结构实现零部件分类，其目标是缩短零部件的查找 时间、增加重复件的使用、对零件进行系统地管理。 3 零部件名称分析进行零部件名称分析是为了建立统一、无冗余的零部件名称 词典。 4 零部件功能分析通过对零部件的功能分析，可以在功能、原理及实现结构之 间建立一种映射关系，在进行几何形状分析和参数分析时有据可循，保留和改进 与特定功能对应的结构，去掉与实现功能无关、由于设计人员随意性而增加的结 构。 。 5 零部件几何形状分析目的是减少零部件种类，建立变形设计系统，用尽量少 的零部件组成部件和产品，达到产品优化和提高产品质量的目的。 北京工业大学工学硕上学位论文 6 零部件参数分析目的是减少零部件参数，进而减少工具种类，简化加工过程， 为建立零部件的变型设计系统做好准备工作。 7 建立零件特性表目的是建立能进行尺寸变型的积木系统，支持有效的检索和 变型设计。 2 2 3 2 汽车变速器产品构成及标准化方法研究 汽车变速器产品同其它机械产品一样，也是由标准件、常用件和特殊零件组 成的。其中标准件包括轴承、螺栓、垫圈、键等：常用件包括齿轮、齿轮轴、同 步器零件等。如何运用标准化技术对这些零部件进行分类管理，建立常用件库， 尽可能减少不必要的新品种的出现、缩短产品开发周期、降低制造成本是变速器 企业当前标准化工作的主要内容。 结合变速器的产品结构特点可以看出：主要零件由二大块组成，即轴类、盘 类和同步器类零件。可以根据零件形状结构特点及标准化的要求，对所有零件进 行分析并归类，利用零件之间相似性的大小进行分组。也就是说，对这些具有相 似性的零件进行标准化，使形状相似、加工工艺相近的零件形成具有一定特征属 性的零件组，再对各零件组进行代码编制，使这类零件组成为以后开发、变型产 品可以共享的技术成果，使它们共同的设计过程和工艺过程可以充分的利用，并 形成一套方便检索的零件查询系统，以达到减少重复性劳动、简化加工艺、缩短 设计周期，从而降低成本、增加效益的目的。 1 汽车变速器常用零部件分类。 盘类齿轮零件主要分为以下三类： 单齿圈齿轮 蕊一。蕊 巡 烈 髯 双齿圈齿轮 带结合齿齿轮 图2 - 3 盘类齿轮分类 轴类零件主要分为以下三类： 第2 章数字化设计与制造关键技术 变速器第一轴母 变速器第二轴 变速器中间轴 图2 - 4 轴类零件分类 同步器结构分析与零件分类： 膏块 丘 潼挂 托蛀 一 锁销式同步器 矩形同步器圆柱滑块式同步器 图2 5 同步器典型结构 重 北京工业大学工学硕士学位论文 在上述功能分析和台架试验的基础上，可以得出圆柱式滑块同步器结构最优 的结论，进而可对其进行标准化、系列化设计，尽量在今后的设计中采用这种标 准结构。其组成的常用零件可以分为锥环、同步环、齿套、齿座几类，其他为标 准件，这样就有效地减少了同步器类零件的种类，为零件标准化工作创造了条件。 叫噩母 l 环 同步珲齿耋 齿崖 图2 - 6 同步器常用件 表2 - 1 零件代码表 零件主动从动双联 _ 中间齿齿座同锥锥 类型齿轮齿轮齿轮轴轴轴套步 盘 环 环 类型 z c c cs cf zs z忆c tc zt hz pz h 代码 变速器第一轴，作为一个承上启下的零件，在传动中起着关键的作用由于 变速器第一轴在变速器中的特殊作用，在开发配套产品时，产品设计人员往往优 先考虑改变变速器第一轴。因此，变速器一轴的品种非常多，其品种从。1 4 0 ”， “1 5 0 ”系列向“a 7 1 ”，“a 1 0 0 ”，。a 1 3 0 ”，“a 1 4 8 ”等全系列发展。如此多的 品种，给工艺、工艺装备设计工作带来了很大的压力，也给现场组织生产带来了 困难，工艺人员进行工艺设计时，既要考虑工艺的可行性、准确性、又要考虑制 造的进度要求。因此，论文对其标准化方法进行了探讨，并示范了其在工艺、工 装设计中的应用。 1 变速器第一轴产品结构 1 4 ( 5 ) ( 6 图2 7 变速器第一轴结构图 2 变速器第一轴产品结构特性分析 通过对变速器第一轴产品结构以及各部位功能的分析，可以将变速器第一轴 的产品特性用以下十个参数来表示： 特性说明： d 1 一小头轴承轴颈 图2 - 8 变速器第一轴参数图 北京工业大学工学硕士学位论文 d 2 大头轴承轴颈 d 3 一油封轴颈 n 1 一大头内孔 g l 一与离合器配合齿圈( 矩形花键) c i - - 与中间轴常啮合齿轮啮合齿圈( 渐开线齿轮) e l 一结合齿圈( 渐开线花键) l 1 一零件总长尺寸 l 2 工艺特性尺寸 l 3 工艺特性尺寸 在确定了产品特性各部位的表示代码后，就可以对每一个零件编一个标准化 简码：d 1 x xd 2 x x d 3 x xn l x xg l x x c l x x e l x xl l x x l 2 x xl 3 x x 轴颈、内径表示方法： 用大写字母d 加数字分别表示轴颈部位，大写字母n 加数字表示内径，x x 表示序列号，通过整理，可以列出表2 - 2 ，表中数据是零件轴径、内径尺寸，单 位是珊。 表2 - 2 轴内径尺寸对照表 世号 雅 o l0 20 30 40 50 60 7 d i 1 5 1 2 1 7 2 5 d 23 04 05 06 06 57 5 d 32 63 34 04 24 6 5 07 2 n i3 02 83 84 55 06 03 7 9 5 齿圈特性表示方法： 齿圈1 用大写字母g 加数字1 ( g 1 ) 表示齿圈1 ，】【x 表示序列号：齿圈2 用大 写字母c 加数字l ( c 1 ) 表示齿圈2 ，x x 表示序列号：齿圈3 用大写字母e 加数字 l ( e 1 ) 表示齿圈3 、】