（机械制造及其自动化专业论文）面向中小企业的技术信息支持系统研究.pdf

中文摘要 随着世界经济的飞速发展和市场全球化，制造企业之间的竞争日趋激烈， 企业实施信息化是加强自身竞争力的必然要求。我国的中小企业在信息化方面起 步晚、水平低，各种应用系统只是“信息孤岛”。本文在对中小企业特点和信息 化需求的分析基础上，对中小企业技术信息平台的总体结构进行深入的研究，建 立以产品数据管理为平台的中小企业技术信息支持系统，并结合天津客车桥公司 实施的信息化工程项目进行相关信息系统的开发、集成和实施。本论文的主要工 作包括以下几个方面。 1 ) 研究基于p d m 的中小企业技术信息支持系统的总体结构和集成方法， 分析基于p d m 的集成策略和思路； 2 ) 分析中小型制造企业的功能需求和信息模型，以制造型中小企业为应用 背景，研究开发适用于中小企业的p d m 系统； 3 ) 研究基于p d m 的c a p p 系统功能及体系结构，对由本课题组开发的c a p p 系统进行改造，实现c a p p 系统和以产品数据管理为平台的技术信息支持系统的 集成； 4 ) 结合天津客车桥公司实施的信息化工程项目，建立企业技术信息支持系 统和与应用系统集成，并在企业进行实施应用。 关键词： 中小企业；产品数据管理；计算机辅助工艺设计；信息集成 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dm a r k e tg l o b a l i z a t i o na tf u l ls p e e do ft h ei n t e r n a t i o n a l e c o n o m y , t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e nt h em a n u f a c t u r i n gc o m p a n i e si sb e c o m i n gf i e r c e r i ti sa ni n e v i t a b l ed e m a n df o r s t r e n g t h e n i n g o n e so w nc o m p e t i t i v e n e s st h a t e n t e r p r i s e si m p l e m e n tt h e h o w e v e r , t h el e v e lo fi n f o r m a t i o n i z a t i o ni nm a n ys m a l l a n dm e d i u m 。s i z e de n t e r p r i s e so fc h i n ai sr a t h e rl o w , i nw h i c hal o to fa p p l i c a t i o n s y s t e m so fi n f o r m a t i o n i z a t i o n a r es t i l l “i s o l a t e di s l a n d ”w i t h o u ta ni n f o r m a t i o n p l a t f o r mt op r o v i d et o o l so fi n f o r m a t i o ns h a r i n ga n di n t e g r a t i o n ，b a s eo nt h es t u d yo f c h a r a c t e r i s t i c so fs m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e sa n d r e q u i r e m e n t so ft h e i n f o r m a t i o n ，t h i sp a p e rh a sad e e p l yr e s e a r c ho nt h ea r c h i t e c t u r eo ft h et e c h n i c a l i n f o r m a t i o np l a t f o r mo fs m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e s ，a n dd e v e l o p m e n t ， i n t e g r a t i o n ，i m p l e m e n t a t i o ni nt i a n j i na u t o m o b i l eb r i d g ec o m p a n y ， r e s e a r c ha s p e c t so f t h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： 1 ) t os t u d yt h ea r c h i t e c t u r eo ft h et e c h n o l o g i c a li n f o r m a t i o ns y s t e ma n di n t e g r a t e d m e t h o d ，a n a l y z et h es t r a t e g yo fc h a r a c t e r i s t i cb a s e d0 1 3 t h ei n t e g r a t e dm e t h o do f p d m ： 2 ) t oa n a l y z et h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n ta n di n f o r m a t i o nm o d e lo ft h es m a l la n d m e d i u m s i z e de n t e r p r i s e s ，s t u d ya n dd e v e l o pt h em a n u f a c t u r i n gc o m p a n yp d m s y s t e mf a c i n gs m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e s ； 3 ) t os t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i ca n da r c h i t e c t u r eo fc a p ps y s t e mb a s e do nt h ep d m ， i m p r o v eo nt h ec a p ps y s t e mw h i c hh a v eb e e nd e v e l o p e db yt h em e m b e ro fo n r t e a ma n dr e a l i z et h ei n t e g r a t i o no fc a p ps y s t e ma n dt h et e c h n o l o g yi n f o r m a t i o n s u p p o r ts y s t e mb a s e do nt h ep r o d u c td a t am a n a g e m e n tp l a t f o r m ； 4 ) t oc o m b i n ew i t ht h ei n f o r m a t i o n b a s e dp r o j e c to ft i a n j i na u t o m o b i l eb r i d g e c o m p a n y ，s e tu pt h et e c h n o l o g yi n f o r m a t i o ns u p p o r ts y s t e ma n di m p l e m e n t a p p l i c a t i o ni ne n t e r p r i s e s k e yw o r d s ：s m a l la n dm e d i u me n t e r p r i s e ( s m e ) ；p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) ；c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) ；i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得蠢盗苤堂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。 学位论文作者签名： 量舡孕签字日期：) 舯r 年上月2 ，f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：毯年 靠，睡 7 月1 ，日 导师签名 互风歧 签字日期：沙r 年j 月f 日 第一章绪论 1 1 企业信息化 第一章绪论 制造业是国民经济的支柱产业，它决定着一个国家的经济发展和繁荣。随着 世界经济的飞速发展和市场全球化，制造企业之间的竞争日趋激烈，各企业面临 着巨大的挑战。比如：竞争对手不断增加，原材料价格上涨，产品需求变化，市 场难于预测，客户要求交货期短、质量高、价位低和全面售后服务，产品品种多、 结构复杂、更新快，生产的组织、计划和管理工作任务艰巨等等。 企业竞争的焦点变为t q c s ，即以最快的上市时间( t i m e ) ，最高的质量 ( q u a l i t y ) ，最低的成本( c o s t ) ，最好的服务( s e r v i c e ) 来赢得市场。其核心 是上市时间，如何把产品快速及时地投放市场，成为企业赢得竞争，求得生存和 发展的关键。企业要以最短的时间开发出质量最高的、用户最满意的新产品，开 展企业的信息化建设势在必行。 信息技术的发展是制造业技术新发展的动力和源泉【l l 。信息技术( i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y ) 是当今世界最先进最活跃的生产力之一，已经成为当代社会经济的 基础。对于我国制造业，特别是我国经济发展中具有重要作用的广大中小型制造 企业而言，如何应用信息技术构建适应企业产品开发所需要的信息化作业平台， 是企业应对日益激烈的市场竞争和复杂多变的客户需求，保证企业生存和发展的 一个关键 2 1 。 1 1 1 制造业信息化的概念和内容 在制造业企业中，信息技术通过信息化作用于企业运作的方方面面【3 “j 。对 于企业信息化的概念，专家和学者们从不同的角度和方向进行了研究，定义的方 式也不同。但归纳起来，企业信息化有两方面的内容，一是指企业利用现代信息 技术有效的控制、获取、维护和利用有关生产经营活动的信息：另一个含义是企 业在生产经营思路和企业管理理念方面要转变到以知识和信息为核心的管理思 路方面来。 企业信息化的最终目的是提高企业的竞争能力和确立其竞争优势。企业信息 化主要包括以下几个方面的内容：计算机在企业中的广泛应用、企业级信息网络 的建设、企业信息资源库的建设、信息化人才队伍的建设以及企业信息化有关基 第一章绪论 础性工作【5 j 。 上述关于企业信息化组成内容的描述可以归纳为信息化基础建设，信息化组 织机构建设和企业信息系统设计开发和应用等几个方面1 6 j 。信息化基础建设是指 企业构造信息化的硬件环境，包括计算机及信息网络：信息化组织机构建设是指 企业设置信息化相应的组织机构和培养人才队伍【7 】。企业信息系统规划、设计、 开发和应用是企业信息化的主要工作，关于信息系统的定义有很多，并且随着应 用和研究的深入，关于信息系统的定义也在不断的变化和更新。 1 1 2 信息化的阶段 按计算机应用的规模，企业信息化大致可分为如下几个阶段。 1 ) 单机的计算机应用 如采用c a d 提高工程设计及绘图的效率和质量，采用计算机进行财务、工资 或合同等的单项管理。 2 ) 局域网支持下的计算机应用 用计算机网络技术实现跨部门的计算机应用，如产品设计部门，基于网络和 数据库的c a d 、c a p p 、c a e 以及各管理部门的m r p 的应用。其技术水平和效益比 前者提高了一步。 3 ) 网络数据库支持全企业范围的计算机应用综合系统 这是c i m s 的信息集成阶段。这一阶段把企业各个单元的计算机应用，如c a d 、 c a p p 、c a e 、c a m 、m r p 、车间管理与控制、质量保证以及办公、辅助决策等集成 起来，实现信息资源共享，优化运行机制，使企业有更强的竞争能力。 4 ) 广域网、因特网支持下的企业信息间的集成和资源优化 这一阶段企业的信息化突破了企业的界限，这是敏捷制造阶段的企业信息 化【8 】。8 6 3 c i m s 主题提出的现代集成制造系统，包括了企业信息化的第3 ) 、第4 ) 两个阶段。 1 1 3 我国机械制造中小企业信息化现状 我国机械制造业的信息化已有2 0 多年的历史，促进了制造业的发展，取得 了一定的成绩，但从国家有关部门的企业信息化调查报告中看到，企业信息化建 设目前处于一般事务处理和简单的信息管理阶段，“信息孤岛”现象严重，资源 不能共享，信息化的综合优势发挥不出来，整体效果不明显，与信息化促进工 业化要求有不少差距驯。在计算机相关单元应用技术上，如c a d ，c a p p ，c a m ，m r p 等在产品生命周期中的一系列设计、工艺、加工等制造技术和生产管理技术都有 了长足进步和发展，但是诸多技术在集成和资源共享上没有达到预期的水平【”】。 第一罩绪论 础性上作【s j 。 上述关于企业信息化组成内容的描述可以归纳为信息化摹础建设，信息化组 织机构建设和企业信息系统设计开发和应用等几个办面”j 。信息化基础建设是指 企业构造信息化的硬什环境，包括计算机及信息网络；信息化组织机构建设是指 企业设置信息化相应的组织机构和培养人才队伍口】。企业信息系统规划、设计、 开发和应用是企业信息化的主要工作，关于信息系统的定义有很多，并且随若应 用和研究的深入，关于信息系统的定义也在4 ；断的变化和更新。 1 1 2 信息化的阶段 按计算机应用的规模，企业信息化大致可分为如下几个阶段。 1 ) 单机的计算机应用 如采用c a d 提高工程设计及绘图的效率和质量，采用计算机进行财务、工资 或合同等的单项管理。 2 ) 局域网支持下的计算机应用 用计算机网络技术实现跨部门的计算机应用，如产品设计部门，基于网络和 数据库的c a d 、c a p p 、c a e 以及各管理部门的m r p 的应用。其技术水平和效益比 前者提高了一步。 3 ) 网络数据库支持全企业范围的计算机应用综合系统 这是c i m s 的信息集成阶段。这一阶段把企业各个单元的计算机应用，如c a d 、 c a p p 、c a e 、c a m 、m r p 、车间管理与控制、质量保证以及办公、辅助决策等集成 起来，实现信息资源共享，优化运行机制，使企业有更强的竞争能力。 4 ) 广域网、因特网支持下的企业信息间的集成和资源优化 这一阶段企业的信息化突破了企业的界限，这是敏捷制造阶段的企业信息 化眠8 6 3 c i 1 s 主题提出的现代集成制造系统，包括了企业信息化的第3 ) 、第4 ) 两个阶段。 1 13 我国机械制造中小企业信息化现状 我国机械制造业的信息化已有2 0 多年的历史，促进了制造业的发展，取得 了一定的成绩，但从国家有关部门的企业信息化调查报告中看到，企业信息化建 设目前处于一般事务处理和简单的信息管理阶段，“信息孤岛”现象严重，资源 不能共享，信息化的综合优势发挥不出来，整体效果不明显，与信息化促进工 业化要求有不少差距唧。在计算机相关单元应用技术上，如c a d ，c a p p ，c a m ，m r p 等在产品生命周期中的一系列设计、工艺、加工等制造技术和生产管理技术都有 了长足进步和发展，但是诸多技术在集成和资源共享上没有达到预期的水平”o l 。 了长足进步和发展，但是诸多技术在集成和资源共享上没有达到预期的水平 1 0 l 。 第一章绪论 企业应用无系统的规划，单项应用多，系统不集成，没有发挥先进制造技术和管 理技术的优势。在中小企业中，由于企业对信息化认识不足和缺乏懂专业技术又 懂管理和信息技术的人才匮乏等因素，造成了信息化对企业竞争力的提升作用不 明显。 1 2 技术信息系统及研究现状 从企业信息化的角度，支持企业运营的系统可以由技术信息系统、制造信息 系统、管理信息系统和质量保证系统等部分组成。其中，技术信息系统是进行产 品设计、工艺规划及工装设计等与产品开发工程技术方面相关的分系统。 1 2 1 技术信息单元技术 构成技术信息系统的单元技术包括：计算辅助设计技术；计算机辅助工艺规 划技术；计算机辅助制造技术：产品数据管理技术等。 1 2 1 1c a d 技术及发展概况 c a d ( 计算机辅助设计，c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 是指工程技术人员以计算 机为工具，用各自的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文 档等设计活动的总称】。它具有制图速度快，修改设计快，设计计算快，易于建 立和使用标准图库及改善绘图质量、提高设计和管理水平、缩短设计周期等一系 列优点【1 2 】。 近十几年来，随着微型计算机性能价格比的不断提高，c a d 已被广泛应用于 机械、电子、建筑、航空、航天、汽车、船舶、轻工等所有需要设计绘图的领 埘1 3 】。 c a d 在机械产品设计过程中，已成为一个必不可少的工具，在此领域中有三 维造型的大型工作站c a d 系统，有通用性较强的二维和三维微机c a d 系统，如 a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 通用c a d 系统，国产化有自主产权的p i c a d ，电子图板 c a x a 等众多c a d 系统都受到工程技术人员的喜爱，还有一些二次开发软件如 t h c a d 、g h c a d 等也得到了广泛应用【1 4 】。 这些c a d 软件的广泛应用，使“甩掉图板”基本上已成现实，给工程设计 带来了极大方便，对于提高设计效率及设计质量起n t 很大作用，为我国的c a d 普及应用做出了贡献，取得了显著的经济效益和社会效益。 第一章绪论 1 2 1 2c a p p 技术及发展概况 c a p p ( 计算机辅助工艺设计，c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 是根据产 品设计所给出的信息进行产品的加工方法和制造过程的设计。一般认为，c a p p 系统的功能包括毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定等“。其中， 工序设计又可包含装夹设备的选择或设计j 加工余量分配、切削用量选择以及机 床、刀具和夹具的选择、必要的工序图生成等。 进行计算机辅助工艺计划的方法主要有：派生式( v a r i a n t ) ，亦称变异式、 修订式、样件式等；生成式( g e n e r a t i r e ) ，亦称创成式。i j5 j 其中，变异式c a p p 系统亦称派生式c a p p 系统的基本原理是，利用成组技术将工艺设计对象按其相 似性( 例如，零件按其几何形状及工艺过程相似性；部件按其结构功能和装配工 艺相似性等) 分类成组( 簇) ，为每一组( 簇) 对象设计典型工艺，并建立典型 工艺库。当为具体对象设计工艺时，c a p p 系统按零件( 部件或产品) 信息和分 类编码检索相应的典型工艺，并根据具体对象的结构和工艺要求，修改典型工艺， 直至满足实际生产的需要。创成式c a p p 系统是根据工艺决策逻辑与算法进行工 艺过程设计的，它是从无到有自动生成具体对象的工艺规程。创成式系统就其决 策知识的应用形式来分，有常规程序实现和采用人工智能技术两种。前者把工艺 决策知识利用决策表，决策树或公理模型等技术来实现；后者就是工艺设计专家 系统，它利用人工智能技术，综合工艺设计专家的知识和经验，进行自动推理和 决策。基本原理是能够综合工艺设计对象的生产( 加工、装配等) 要求，依据实 际生产条件自动地创建或生成一份有效工艺规程的系统。在创成式c a p p 系统中， 工艺规程是根据工艺数据库的信息在没有人工干预的条件下创造出来的；根据工 艺设计对象的信息模型，系统能自动产生零部件加工和装配过程中所需的各个工 序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成设备选择，工具选择和加工装配过 程的优化；通过应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的思维和决策过程【怕 。 c a p p 是计算机技术运用于机械制造领域的一个重要方面，其主要意义在于： 实现工艺设计的计算机化；对于广大工艺设计人员可以使他们从繁重和重复劳动 中得以解放，逐步“丢笔甩图板”、告别工艺手册；对于整个企业的管理可克服 工艺设计的不一致性，促进工艺文件的规范化、条理化、标准化，便于实施科学 化、系统化管理【i6 j ；同时，c a p p 作为生产信息的处理中枢前镶后嵌于c a d 、 c a m 之间，为生产信息数据的传递、共享，建立了一座金色的桥梁。 在制造自动化领域内，c a p p 的发展是最迟的部分。世界上最早研究c a p p 的 国家是挪威，于1 9 6 9 年正式推出世界上第一个c a p p 系统a u t o p r o s 。美国于 1 9 7 6 年推出的c a m i sa u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g 系统在c a p p 发展史上具 第一章绪论 有里程碑的作用。我国对c a p p 的研究始于8 0 年代初，不少科研院校和软件公司 相继开发出了许多商品化的c a p p 系统，其自动化程度也越来越高【”】。 经过近3 0 年的发展，c a p p 在生成原理、系统结构、决策方法等方面，都 取得了很大进展。根据工艺设计的原理，c a p p 本质上有两种系统设计方法，即 派生式和创成式。 目前，c a p p 逐步完善，在许多企业也得到了成功的应用，它与c a d 一样为 缩短产品设计生产周期做出了很大贡献。c a p p 技术正向着智能化、集成化和并 行化方向发展。 1 2 1 _ 3p d m 技术 产品数据管理( p d m ) 技术是2 0 世纪8 0 年代初从c a d c a m 和工程设汁 领域产生出来的，当时主要是为解决大量工程图纸、技术文档以及c a d 文件的 计算机化的管理问题，后来逐渐扩展到产品开发中的三个主要领域，包括设计图 纸和电子文档的管理、材料报表( b o m ) 的管理以及与工程文档的集成、工程变更 请求指令的跟踪与管理。现在的p d m 已经扩展到对企业产品全生命周期内所 有与产品相关的信息和过程的管理【1 8 】。 p d m 技术传入我国始于2 0 世纪9 0 年代初，当时的北京第一机床厂、济南 第二机床厂等单位引进加拿大i n f o p o w e nm r p i i 软件中已有p d m 模块。但仅 是对产品属性数据和产品结构数据的管理，没有图形文档资料管理功能，也没有 与c a d c a p p 集成接口。9 0 年代中期s d r c 公司的m e t a p h a s e 、e d s 公司的i m a n 进入我国，由于我国的企业计算机应用深化，各系统的集成已成为继续发展的瓶 颈，企业已经有需求l l ”。由于当时应用的产品都是以图档管理为主，只在c a d 系统内应用，没有解决企业信息的集成。 1 2 2 技术信息支持系统 作为一个企业，从产品开发和生产制造的观点来看，需要有很多的技术支撑， 在产品的生命周期中的设计开发研制以及生产制造阶段，需要大量的计算机辅助 设计工具和方法，如在产品设计阶段的c a d 辅助设计技术，工艺设计阶段的 c a p p 技术，生产制造过程中数控编程的c a m 技术等。基于c i m s 的哲理，需 要将这些先进的管理、设计、制造工程技术有机的结合起来，使企业的生产全部 过程中的信息和数据达到有效的共享和集成。 技术信息支持系统是实现单元技术的集成平台，以便为信息的共享和传递提 供了有效的支撑手段。技术信息支持系统为企业的产品开发设计，工艺设计，生 产准备等等相关技术部门提供了一个信息管理平台，并为企业的经营管理，质量 第一章绪论 保证，生产制造等系统提供服务和数据信息交换。 1 3 本文主要的研究内容 目前，国内外关于信息集成管理的研究较多，但面向中小企业的有针对性的 研究和开发较少。中小制造企业相对大型企业有其自身的特点，其信息化的需求 也不同于大型企业。建立一个以产品数据管理为平台的适合企业具体实际的技术 信息支持系统，经济而有效的把设计、工艺、生产制造的信息共享利用起来，消 除信息化单元孤岛效应，是企业提升整体水平的需要和手段。 本文在对中小企业特点和信息化需求的分析基础上，对中小企业技术信息支 持系统的总体结构及其搭建进行深入的研究，并结合天津客车桥公司实施的信息 化工程项目进行相关信息系统的开发、集成和实施。本论文将开展以下几方面的 研究工作。 1 ) 研究基于p d m 的中小企业技术信息支持系统的总体结构和集成方法，分 析基于p d m 的集成策略和思路； 2 ) 分析中小型制造企业的功能需求，以制造型中小企业为应用背景，研究开 发面向中小企业的制造企业p d m 系统； 3 ) 研究基于p d m 的c a p p 系统功能及体系结构，对由本课题组开发的c a p p 系统进行改造，实现c a p p 系统和以产品数据管理为平台的技术信息支持系统的 集成； 4 ) 结合天津客车桥公司实施的信息化工程项目，建立企业技术信息支持系统 并与应用系统的相关集成，并在企业进行实施应用。 第二章制造中小企业技术信息系统体系结构 第二章中小制造企业技术信息支持系统体系结构 2 1 中小制造企业信息化需求 2 1 1 中小企业 对于中小企业的划分，存在定量和定性两种不同的标准。定量标准包括企业 雇员人数、企业资产量、企业营业额及一些行业的特有的指标，在具体操作时可 选择其中的某一指标或者某几个指标的复合作为评定的标准。定性则按照企业是 否独立所有、是否自主经营、是否在市场上占有较少的市场份额来划分。一般的， 较为合理的中小企业的划分标准应该是定性标准和定量标准的结合【2 ”。 什么样的企业属于中小企业，标准有很多种。对于企业的分类标准不仅关系 到对一国经济发展状况特别是经济结构的认识，也关系到政府企业相关政策对象 的确定。企业信息化工作的开展也应该针对不同的企业采取有针对性的措施才能 获得理想的效果。因此，企业的分类对企业的信息化工作是个基础性和关键性的 问题。 中小企业的划分，不仅不同行业具体情况不同，在不同的时期也是不断变化 的。我国对工业企业中小企业的划分标准经历了多次修订，最近的一次是1 9 9 9 年，采用定量标准，以企业年销售收入和总资产额作为衡量指标，规定年销售收 入和总资产额均低于5 亿元高于5 0 0 0 万元的为中型企业，均低于5 0 0 0 万元的为 小型企业，其余的为大型或特大型企业【2 8 。在具体的企业信息化过程中，除了参 考国家的相关标准，还要综合的考虑具体企业的具体情况，如企业是否有专门的 信息技术部门及其所被赋予的职能等等。 2 1 2 中小企业在国民经济中的地位 我国中小企业在国民经济中的地位完全可以用“举足轻重”来形容。相对而 言，我国企业大多属于中小企业。目前，全国工商注册登记的中小企业已经超过 8 0 0 万家，占全部企业总数的9 9 以上。中小企业的工业总产值和实现利税分别 占全国的6 0 和4 0 左右，近几年的出口额中，来自中小企业的约占6 0 ，中 小企业创造了新增产值的7 6 7 ，此外，在产业结构调整的过程中，中小企业更 提供了7 5 的城镇就业机会，对稳定政治经济形势起到了关键作用1 2 9 。 第二章制造中小企业技术信息系统体系结构 由这些数据可以看出，中小企业发展对于我国如何通过有效的组织再造与创 新，有效率地参与国际竞争，增强竞争力是一个关键的棋子。随着我国经济技术 水平的发展，中小企业的活力日益显现出来，在国民经济中扮演着日益重要的角 色。在对中小企业生产经营方式进行深入研究的基础上，对中小企业信息化的需 求进行有针对性的研究是很有理论和实际意义的。 2 1 3 制造业企业信息化的特点 信息化促进了现代信息技术在制造企业生产经营活动中的应用，如计算机辅 助设计c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 、计算机辅助制造c a m ( c o m p u t e r a i d e d m a n u f a c t u r i n g ) 、计算机辅助工艺编制c a p p 、( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 、 制造资源计划m r pi i ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sp l a n n i n g ) ，以及先进的生产方式， 如计算机集成制造系统和现代集成制造系统c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m 或c o n t e m p o r a r yi 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 ) 等在企 业中的应用咄o 。 然而，制造业企业与其他行业企业存在不同之处，其实施企业信息化的关键 技术也和其他行业企业有区别，有其自身的特点。一方面，这些先进的技术和生 产方式在制造企业中的应用给制造企业注入了新的活力，带来了新的生机：另 方面，制造业企业是一个非常复杂的系统，制造企业信息化工程也是一项复杂的 系统工程，制造企业的复杂性主要表现在以下几个方面【3 ”。 1 制造企业整个生产经营过程中所涉及的信息面广，分类复杂。 制造企业生产经营中信息涉及面广，易变性强。往往涉及设计、制造、生 产、销售等方面的信息。同时，这些信息中动态的信息比例较大，关系复杂。 2 制造企业生产经营过程的组成环节众多，事务过程复杂。 要完成一个制造过程，必须经过众多的处理环节，涉及复杂的事务。如产 品的制造工艺过程及相关的管理事务通常就是非常复杂的过程。 3 制造企业的事务过程易变性强。 先进的经营理念和管理模式、先进的制造工艺以及营销模式都会使制造企 业的事务过程发生改变。另外，企业为了适应多变的市场，必然会相应的调整战 略目标，最终表现为事务过程的调整。 4 制造业信息化的投资额巨大 制造业信息化的复杂性使得其所需的资金额相当大。以宝钢集团为例，该 集团在实施企业信息化方面的累计投资已经多达亿元。 5 制造企业信息化实旖周期长。 制造企业信息化的复杂性使得制造企业实施信息化的主要手段信息系 第二章制造中小企业技术信息系统体系结构 统的开发实施周期长，企业的外界环境如市场等的变化很容易导致相应的经营理 念和管理模式产生变化。若信息化实施周期过长，而信息系统又不能适应这种变 化，唯一的结局就是实施失败。对企业而言，这种结果不仅浪费了大量的时间也 也造成了大量人力、物力的浪费。 鉴于上述特点，制造业企业的信息化在信息组织，事务组织和应用系统构造 方面与其他行业企业有所区别，要求具有更强的灵活性和对变化的适应性。 2 1 4 中小制造业企业信息化的目标 企业信息化是整个国民经济信息化的基础，没有企业信息化就没有国民经济 的信息化。企业信息化的意义在于可以有效的提高企业的市场竞争能力和响应能 力，提高企业的工作效率，创造商机，提高企业的形象和市场价值进而最终提高 企业的经济效益和实现企业的经营目标。企业信息化的意义具体表现在以下几个 方面： 1 促进企业生产、经营方式的新变化； 2 加强企业内部和企业间的信息交流和联系； 3 提高企业的工作效率： 4 提高企业决策的有效性和正确性。 总之，企业信息化的实现可以有效的提高企业的竞争能力，确立企业的竞争 优势，提高企业的经济效益，树立企业形象，提高企业价值。 2 2 中小制造企业技术信息系统功能模型 在针对中小企业的产品设计和生产技术准备活动中的瓶颈，确定了技术信息 系统具有的一些基本功能，如产品设计子系统，工艺设计子系统，工装设计子系 统以及技术管理子系统等，如图2 一l 所示。 第二章制造中小企业技术信息系统体系结构 任j 眷质 柔尜 囊l 范护 产品要求 殳计知识 c d 工作站 图形库 c 。兰竺里、矍里堕：墨堑璺主苎堡堡兰! 雏 豢c a p p a n c p百可面硎 c 紧磊n c l 员l 产品要求 设计知识 生产反馈信 她1 | | 工装c dl ! ! 塑旦 i 装c a d |人自 工作站 p d m 系统1人 图2 - i 技术信息系统功能模型 产品设计子系统主要工作是根据市场的要求和新技术的发展为产品进行原 理设计、结构设计等。根据不同产品的开发类别，可进行原有基础系列产品的变 异设计或者新产品开发设计。工艺设计使技术信息系统内部的信息集成关键环 节，也是与其他分系统交换信息的主要信息生成源和信息处理核心。它是由机加 工c a p p 、装配c a p p 等部分构成。在功能上主要是接受由c a d 系统输出的产 品信息，根据要制定工艺的零件是重复使用件、相似件和特殊件，适用不同的处 理，如需机加工的零件，则需用机加工c a p p 制定工艺规程，确定工序机床、夹 具、材料定额等功能。装配c a p p 系统可确定装配顺序，确定装配工序及装配夹 具、工具和操作步骤等功能。数控系统在p d m 的支持下，实现与c a d 在技术 系统内部的集成及与生产制造系统的外部集成，同时具有数控加工设备加工程序 及刀位轨迹优化和仿真功能。工装设计子系统根据生产的需要，设计夹具和工位 器具，完成工装的总体方案设计，装配图设计和零件图设计，并能通过p d m 系 统向生产管理和制造部门提供工装信息。 在整个技术信息系统中，起着支撑平台作用的是技术信息管理子系统，是一 种适合中小企业的产品数据管理系统。可以对产品结构和产品数据进行管理，对 设计过程和人员进行统一管理及数据配置。具体体现在对产品数据进行管理，提 硐 第二章制造中小企业技术信息系统体系结构 供一种产品数据的共享机制，使人员可以迅速得到所需要的正确数据。进行产品 结构管理并建立产品树状结构，通过产品结构来访问产品数据。可对人员进行管 理，对产品数据及文档处理权限进行控制。 2 3 基于p d m 的企业技术信息系统集成 2 _ 3 1 基于p d m 的企业应用系统集成总体结构 在企业信息化的过程中，企业应该先梳理好企业内部信息，在此基础上，再 进行与外部企业的基于网络的信息交互。目前，国内中小企业信息化水平较低， 相当一部分企业内部信息化尚处在起步阶段，所以对于国内中小企业，建立内部 信息化集成的架构是当务之急。 企业内部信息集成重点讨论应用工具( 如c a d 、c a p p 、c a e 和e r p 等) 的集成。目前多数中小企业即使购买了这些应用工具软件也只是形成了一个个信 息孤岛。它存在着以下两个问题：第一，对这些应用工具生成的海量的并且往往 是动态的信息缺乏有效的管理：第二，不同的信息系统之间无法实现有效的信息 共享，某一系统不能很方便的调用另一个应用系统生成的图文档。 图罔圈罔罔f i i 国图图罔 3 3eje玎3 产品数据管理平台( p d i _ i ) r 支撑环境( 1 c r , i p 网络协议、分布式数据库异构操作系统) 图2 - 2 基于p d m 的企业内部信息集成层次模型 p d m 是一种管理所有与产品相关的信息f 包括产品规范、电子文档、c a d 文 件、产品结构、存取权限等) 和所有与产品相关的过程( 包括图纸审批发放、工 程更改等) 的技术。p d m 技术以管理好产品数据作为应用的出发点，从而成为了 企业中各系统的信息集成、功能集成和过程集成的使能技术 3 2 j 。它能有效地将产 品数据从概念设计、计算分析、详细设计、过程设计、加工制造、试验验证、销 第二章制造中小企业技术信息系统体系结构 售维护直至产品消亡的整个生命周期内及其各阶段的相关数据，按照一定的数学 模式加以定义、组织和管理，使产品数据在其整个生命周期内一致、最新、共享 和安全，为企业产品的设计与制造建立了一个并行化的协作环境，构成了企业内 部信息的集成提供一个基础平台。 图2 2 是一种基于p d m 的企业技术信息系统集成层次模型。其最底层为异 构环境层，由操作系统、网络协议和通信转换接口以及数据库管理系统( d b m s ) 如s q ls e r v e r 等构成。系统集成层由p d m 提供的相应使能工具构成，为整个系 统的核心层，下与数据库实现集成，上与应用系统实现集成；系统集成层的上一 层是企业应用系统层，由c a x 工具和e r p 和其他m i s 系统组成。 企业内部信息集成平台是运行于企业内部网络上的，不直接支持异地或企业 间的信息交互。在层次模型中，通过企业经营部门的m i s 系统通过与i n t e m e t 的 互联，利用外部的制造协作平台获得制造需求信息和相关的技术信息，实现异地 或企业间的信息交互。相关部门的人员从i n t e r n e t 上获得这些信息经过处理以 定的格式保存在p d m 的数据库中，供其他的应用系统如c a x 工具调用。 2 3 2 基于p d m 的企业应用系统集成的特点 采用p d m 作为企业技术信息支持系统主要是基于以下因素。 1 内核的开放性 p d m 内核的开放性主要体现在p d m 系统采用面向对象( o - - o ) n 建模技术来 构建系统的管理模型与信息模型，并提供对象管理机制以实现产品信息的管理。 它通过各种中性的数据接口来实现基于网络的各种图形库、文档库以及其它信息 库的统一。 2 模块的集成性 并行工程c e 的核心在于集成，即达到设计、生产、制造的一体化，使企业 信息流得到最优控制。所以p d m 不是对各个具体的数据库的管理，而是着眼于 宏观上对信息集成的管理，将局部自动化上升为整体自动化，将局部最优改造为 整体最优。 3 功能的继承性 p d m 中，各个功能子系统的设计结果在纳入到p d m 系统时，p d m 系统应 能保证其不作或少作改动，这无疑对目前自动化水平较高的企业具有十分现实的 意义。 4 工程的并行性 第二章制造中小企业技术信息系统体系结构 并行工程是集成、并行地设计产品及其相关过程的系统方法，实际上是一个 合作、协调信息及时交流与反馈的过程。它强调信息集成基础上的功能集成和过 程集成，组建产品开发团队，对产品开发团队进行有效的监督和协调，以及各单 元之间信息的及时交流与反馈。由于p d m 系统是基于网络来进行管理的，因此， 它支持异地设计及管理它可保证信息的频繁更改及时反馈到各个并行单元。 2 3 3 基于p d m 的c a x e r p 系统集成的方法 一个企业包括许多信息，而p d m 是连接设计、工艺、生产的桥梁和纽带， 维持着数据的一致和完整，这要通过一定的方法来实现。p d m 对企业数据信息 的集成工作可以从以下两个侧面来进行描述。 1 通过p d m 系统建立统一的、一致的单一数据源 在p d m 内部建立一个单一的数据源，将设计、工艺、生产所需的数据统一 保存和维护，避免数据的冗余和混乱，从而达到整个系统数据的共享和集成。中 小企业规模较小，信息系统规模不大，采用复杂的分布式数据库技术有成本高、 实施困难、管理难度大的缺点，同时，中小企业工具软件的使用节点较少，数据 访问量较小，使得建立单一的数据库作为企业其他应用系统的唯一数据源可行性 较高，建立单一的数据源有如下好处： 1 1 数据的唯一 从用户和应用系统来看，系统的全部数据都存储在单一数据源中，各种数据 只有唯一的一份，各应用系统所需的数据都从单一数据源中取得，它们生成的共 享信息也都存入单一数据源。这样，各系统只需具有与单一数据源的接口，即可 对信息进行共享，而不必涉及相互之间的复杂关系和数据如何存储，简化了应用 系统的设计。 2 ) 降低了信息集成的难度 系统将全局共享的信息集中到单一数据源中进行统一的管理，避免了将信息 分散到各个应用系统中引起的格式不一致等问题。 3 ) 有利于系统的管理 数据相处理数据的应用软件是分开的，可以方便地采用不同的应用软件进行 数据处理，并且在单一数据源中即可完成全部的数据管理工作，如完全管理、备 份恢复等。 2 通过集成接口完成各应用系统( c a x 、e r p 等) 中数据的交互 通过p d m 所提供的与其他系统的集成接口达到系统数据交互使用和模块互 操作等功能，从而实现企业信息一体化和集成的目的。系统的集成接口包括数据 接口和操作接口两部分：数据接口是为解决数据转换和数据格式不一致的问题， 第二章制造中小企业技术信息系统体系结构 如实现从e b o m ( 2 1 2 程设计b o m ) 至0p b o m ( 2 1 2 艺制造b o m ) 的数据转换，以保证 系统数据能够形成各种正确的信息流，被系统用户广泛、充分地利用。操作接口 的目的在于，使各系统达到融合，让c a x 、e r p 等外部系统的某些注册用户可 操作p d m 系统中的一些功能，同样p d m 系统中的某些授权用户可操作外部系 统中的一些功能。 图2 3 是基于单一数据源的c a x 、e r p 集成框架。从中我们可以看出，各 应用系统产生的图文档和数据都通过一定的集成接口的转换按照一定格式保存 在p d m 集成平台的数据库中，各应用系