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硕士学位论文 高速高精度数控车床信息集成系统的开发与研究 摘要 制造业信息化是企业适应外界环境和自身发展的需求，是企业提高自身竞争力和 实现可持续发展的必由之路。 本文结合江苏省十五重大科技攻关项目“高速高精度数控车床”( 批准号二 b e 2 0 0 1 0 6 8 ) ，根据项目开发的进程和需要，进行产品数据管理p d m 及相关技术的研究， 并将c k l 4 1 6 高速高精度数控车床动态优化设计c a d c a e 的全部数据信息集成和管理， 开发了该产品的p d m 系统。 本文的创新性成果有： 1 建立了三层b s 体系构架的p d m 系统，以满足分布异构的信息集成的需求。 2 系统地将c k l 4 1 6 高速高精度数控车床的c a d 、c a e 、热结构耦合分析设计等工程 技术信息以及相关的工作流信息、项目管理信息集成为一体，实现了工程项目开 发的完全集成。 3 给出了该集成系统的结构组成，并对系统的软硬件环境进行了合理配置。系统主 要功能包括设计信息功能化查询、可视化查询、文档管理、项目管理、异地在线 交流等，提供了工程人员一个简便易用的产品设计的协同设计信息集成环境。 4 探讨了产品全生命周期管理p l m 系统整合企业e r p 、c r m 、s c m 等各信息系统的总 体思路，给出了p l m 整合后的企业信息系统结构，指出了p l l l j i 在企业信息化发展 l _ = | 的前景。 论文所完成的上述创额性成果，是该攻关项目攻关内容的重要组成部分。目前， 该机床已经完成_ r 全部的研制工作，并于2 0 0 3 年4 月参加了北京国际机床博览会， 获得了各界的好评。该机床现已投放市场，并拟于近期进行省级鉴定。 关键字：企业信息化，p d m ，信息集成，p l m ，w e b ，工程数据库 硕士学位论丈 d e v eio p m e n ta n ds t u d yo fin f o r m a tio nln t e g r a tio ns y s t e m f o rah ig h s p e e dh i g h - p r e c is en u m e ric a ic o n t r o ii e dl a t h e a b s t r a c t m a n u f a c t u f ei n d u s t r yi n f o r m a t i o n iz a t i o n jsn o wt h er e q u i r e m e t i to fm o d e r n e n t e r p r i s e sd e v e l o p m e n t f u r t h e r m o r e i ti sa l s ot h em a n d a t o r y s t e p f o r i m p r o v i n gc o m p e t i t i v e n e s sa n dr e a l iz i n gs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i sp a p e rd is c u s s e si s s i l e si nt h ep r o j e c to f “h i g h s p e e dh i g h p r e c is i o n n u m e r ic a lc o n i r e l l e d1 a t h e ”w h i c ki st h e“1 0 t hf i v e y e a rp l a n ”i n d u s t r y k e yp r o j e c tf u n d e db y i j a n g s up r o v i n c e ( a p p r o v e dn o ：b e 2 0 0 1 0 6 8 ) ，a n de x p l o r e s p r o d e c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) t e c h n o l o g ya n dt h er e l a t e dt e c h n o l o g yo fp d m a 1 1t h ei n f o r m a t i e l ln e e d e di nt h ep r o c e s so ft h ed y n a m i cm o d e l i n ga n dd e s i g n o rc k l 4 1 6n cl a t h eh a sb e e ni n t e g r a t e da n dm a n a g e di nt h ep d ms y s t e m t h em a i n c o n t r i b u t i o n so ft h i sp a p e ri n c lu d e s ： 1 t om e e tt h e r e q u i r e m e n t o fd i s t r i b u t e di n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n ， a 3 - 1a y e r e db sp d ms y st e r nh a sb e e nh u i1t 2 t e c h n o l o g ya n dw o r k f l o w i n f o r m a t i o n si t i c l u d i n gc a d ，c a e ，a r a l y s j sa n d d e s i g n o nt h e r m a l s t r u c t u r a lc o u p l i n g ，a n dp r o j c c tm a n a g e m e n t a r e c 0 1 1 e c t e da n dm a n a g e di no n es y s t e m s ot h ed e v e l o p m e t i to ft h ee n g i n e e r i n g p r o j e t lise a t l r e l y in t e g r a t e d 3 w i t hr e a s o n a b l ec o n f i g u r a t i o na n dd e p l o y m e n te fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ， i n t e g r a t j o na r c h i t e c l u r ei sp r e s e n t e d t h em a i nf u n c t i o n so ft h es y s t e m si n c l u d e sv i s u a li n f o r m a t i o n q u e r ym o d u l e ，s t r u t t u r eq u e r y m o d u l e ， p r o j e c tm a n a g e m e n tm o d u l e ，f i l em a n a g e m e n tm o d u l e ，a n do n l i n ei n f o r m a t i o n e x c h a n g em e d u l e ，e t c a l 1t h e s ep r a y i d ep r o j e c tm e m b e r sa ne f f e c t i v ea n d h a n d yp r o d u c td e s i g na n ds y s c e m i t i f o r m a t i o n i 1 1 t e g r a t i o i l e n v i r o n m e n t 4 t h ed e s i g nh 】u ep l a no fp r o d u c t1 i f e c y c lem a n a g e m e n tp l mw h i c hi n t e g r a t e s t h e e n t e r p r i s e i n f o r m a t i o n s y s t e m s ，s u c h a s e r p 。c r m ，s c m ，h a s b e e n d i s c u s s e d a n dt h ea r c h i t e e t u r eo f e n t e r p r i s e i n f o r m a t i o t i s y s t e m in t e g r a t e dw j t hp l mh a sb e e np r e y i d e d ，a n d7 t h ef u t u r ea p p l i c a t i o no r p i m i ne n t e r p r i s ei n f o r m a t io n i z a t i o ni sa l s od o i n t e do u t t h e s ec o n t r ib u t i o n sa r ek e yp a r t so ft h ep r o j e c t u pt oh o w ，w ef i n is h e d a l l t h e d e s i g na n dd e l o p m e n tw o r k t h e l a t h eg a i n e dg o o dr e p u t a t i o ni nt h e 8 t hc h i n at n t e r n a t io n a lm a c h i n et o e ls h o w ，b e i j i n g ，a p r i l ，2 0 0 3 n o wi th a s b e e n1 a u n c h e da n da p p le df o rt h ea p p r a i s a lo r 、l i a n g s us c ie n c ea n dt e c h n 0 1 0 9 y c o m m l t t e e k e y w o r d s ：e n t e r p r i s e in f 、r m a t i o n i z a t i o n ，p d m ，i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ，p l m ， w e b ，d a t a b a s e i i 学位论文独创性声明 y 6448 6 6 本人声明所呈交的学位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，也小包含为获得东南大学或其它教育机构 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 己在论文中作了明确的说明并表示厂谢意。 签名：高攀2o 、r 期：签名：铡! ：r 期： 关于学位论文使用授权的说明 幻、) 斗、了，巧 j 东南大学、中1 4 科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复i = | j 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文彼查阅和借阅，可以公布( 包括t i j 臀) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括 刊狰) 授权东南大学研究叶j 院办理。 签名：盘鑫銎至呈! 导师签名：l 巧丞f 丝f _ l 期：! 竺! 壬：i ：埠 7 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 制造业企业信息化的背景 制造业是国民经济的支柱产业。在丁业化国家，约有四分之一的人u 从事制造业约7 0 8 0 的财富来自制造业。制造业是国民经济的核心和工业化的原动力，我国制造业工业总产值约 占全国g d p 的4 25 。 3 1 随着我国加入w t o 以及经济发展的全球化，我国正日益成为全球制造业的中心。我国制造 业企业将面临愈加激烈的国内外市场的竞争，如何迅速提高企业的竞争力，以应对激烈的市场竞 争很藿要的- - j r 措施就是加快企业信息化的进程。国家“十五规划”中也明确指出：以信息化带 动工业纯，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展。 加快制造技术的进步和加快制造业的发展是加速我国经济发展的蕈要条件，也是加快经济 增长的客观要求。信息技术和网络技术的发展为生产者快速了解需求的多样性提供了可能，并使 企业有可能快速而大量地掌握经济技术信息，为企业实现对市场反应的敏捷化创造了条件。加速 制造业的信息化建设，吸收信息技术和现代管理技术的成果并将其应用于产品设计、生产、管理、 销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现快速、优质、高效、低耗、清洁、优质服务和 灵活宅产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争力，是制造技术进步的潮流和发展方向。 “以信息化带动工业化工业化促进信息化”不仅是一句响亮的口号也是一项重要的战略 力针。作为工业中心地位的制造业，是工业化、现代化建设的发动机和动力源，是现代文明建设 的物质摹础。在国家各有关机构的重视和倡导f 制造业企业的信息化为业界广为重视。”1 企业信息化建设已经不是企业的效益工程而己成为企业的生存工程，如果企业在信息化建设 过程中失去了有利地位，势必被社会无情的淘汰。为了提高竞争力现代的各类制造企业必须解 决以最快的上市速度盯) 最好的质量( q ) 最低的成本( c ) 最优的服务( s ) 及最清洁的环境( e ) 来满 足4 i 同顾客对产品的需求和社会可持续发展的要求。面对激励的竞争，人们不断研究发展制造技 术和制造理论将快速发展的信息技术、网络技术和现代管理技术融入到制造业中不断提升制造 型企业的竞争力：同时制造技术、信息技术和管理理念的不断融合发展，使企业信息系统逐渐科 学化、系统化、集成化、实用化，最终实现了企业信息化。i q 随着信息技术的集成化和信息网络化的不断发展，企业信息化程度不断提高。企业不仪存内 部形成网络，做到信息共享，使企业组织整体高效运营：而且企业还与外部网络沟通，形成互 联网络。信息网络的发展使企业面临着知识化、数字化、虚拟化、网络化、敏捷化、全球化变革。 企业的竞争力日益与企业信息化程度密切相关信息技术、信息系统和信息作为一种资源已不再 仅仅支撑企q k 战略，还有助于决定企、眦战略：信息战略成为企业战略不可分割的一部分竞争优 势也不再仅限于成本差异性和目标集聚三种形式企业信息化形成的独特竞争优势知识优势逐渐 成为企业竞争的优先级竞争优势企业信息化成为不可阻挡的必然趋势。 1 2 数控机床行业的发展趋势 机床是发展机器制造q e ，至整个工业必不可少的复杂生产工具，是各行各业机械装备的工作 母机是整个制造业发展的基础。数控( 以下简称n c ) 机床则是高生产率机电一体化的现代机 械设备对复杂件、难切削件和实现高效优质加工自动化起着决定性作用。n c 机床的占有牢已 经成为评价一个圈家制造业水平的重要指标。自从1 9 5 2 年美国麻省理工学院研制出第一台试验 性数控系统，到现在已走过了4 6 年历程。n c 机床的发展与c a d 、c a e 、c a m 技术互相促进， 相辅相成。c a d 的发展加速了n c 机床的设计：c a m 的发展促进了n c 机床在实际生产中的应 用；c a e 的发展使n c 机床精度的提高和在整个机器制造业中应用更加广泛。随着科学技术的进 一步发艘，市场经济活动的不断深入中国在加入w t o 后参与世界市场激烈竞争中，无论是l 目 内市场还是国际市场，对n c 机床的需求将日益增多n c 机床的菠展前景非常广阔。中国机床 业能否振兴、n c 机床技术能否迅速提高、产量能否迅速扩大对于中国制造业的发展具有寸 分甫要意义。 第一章绪论 我同近几年数控机床虽然发展较快，但与国际上工业先进国家相比还存在较大的差距，主要 问题肯：可靠性差，外观质量差产品开发周期长，总体数控化机床占有率低，因此，我国制造 、i k 的应变能力差。要缩小与世界先进水平的差距，除了加大力度实施质量工程，提高数控机床的 无故障率，跟踪国际水平使数控机床向高效高精方面发展还瞄须加大成套设计开发能力上求 突破搞模块化设计，从而缩短开发周期，快速响应市场，要实现这一日标，一定要加强企业的 信息化建设才能实现。 1 3 产品数据管理p d m 概述 1 3 i 产品数据管理p d m 的产生背景 匕十年代，美国的j o s e p hh a r r i n g t o n 博士根据计算机越来越强大的信息处理能力和计算机网 络技术的发展情况及其存制造业广泛的应用前景，首先提出了计算机集成制造( c i m ，c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 的概念其核心思想就是强调在制造业中充分利用计算机的网络、通讯 技术和数据处理技术，实现产品信息的集成。近年来提出的并行工程( c e ，c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 则是强调在c i m 信息集成的基础上，在制造业中采用并行处理的方法进行产品设计及其相关过 程的实施，克服了传统的顺序工程在设计时不能及早考虑制造过程、支持环境、质量保证和设计 开发周期长等问题使得企业开发的产品能够及早地以低成本投放市场，并很好地满足用户的需 求以期获得强大的市场竞争能力。1 9 9 4 年开始的美国国家工业信息基础结构协议n i i i p ( n a t i o n a l i n d u s t r yi n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r ep r o t o c 0 1 ) 项目则把目标定在不同应用系统间跨因特网解决产 品信息的共享与交换。由于计算机技术的全面发展和普遍应用使得产品开发过程各阶段计算机 化耍求和推动了产品数据管理的产生和发展。广大c a d 用户一方面从c a d 等技术的推广应用 中明冠地提高了设计能力和图纸质量。同时，由于三维模型设计、有限元分析验证、机构动力学 仿真等技术手段的应用，大大减少了差错、提高了设计质量、降低了返工率。随着各种先进技术 的运用。企业产品开发周期在缩短信息量在成倍增加，信息在企业中已占据越来越重要的地位。 针对上述的问题，企业在已有一定的计算机辅助工具的基础上亟需一个统一的工具从宏观 上将笤种应片! f 软件集成起来，并对其产生的大量数据统一管理与控制：通过先进的信息管理手段 实现团队的异地协作，保证产品数据的安全、可控，并可以跟踪产品开发进度、适应数据的频繁 修改等。产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) p d m 正是在这一背景f 产生的一项新的管理思 想和技术。 1 3 2 产品数据管理p d m 的概念 产品数据管理p d m ，从字面上就能看出它是用来管理一切与产品相关的数据信息。产品数 据管理要包含所有与产品设计相关的设计信息并使它们可以被所有参与产品开发的人员访问。 关丁产品数据管理的定义虽然尚未有统一的定论，但是按照专门从事p d m 和c t m 相关技术咨询 业务的国际公司一c i m d a t a 公司总裁e dm i l l e r 在( ( p d mt o d a y ) ) 一文中给出的p d m 的定义即 p d m 是管理所有与产品相关的下述信息和过程的技术：( 1 ) 与产品相关的所有描述产品的各种 信息。包括零部件信息、结构配雷、文件、c a d 和c a e 档案、审批信息等。( 2 ) 对这些过程的 定义和管理，包括信息的审批和发放。1 9 9 5 年9 月g a r t n e rg r o u p 公司的db u r d l c k 在c i m 策 略分析报告r i t 把p d m 定义为：“p d m 是为企业设计和生产构筑一个并行产品艺术环境( 由供应、 1 二程设计、制造、采购、销售与市场，客户构成) 的关键使用技术。一个成熟的p d m 系统能够使 所有参与创建、奄流、维护设计意图的人在整个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所 有片构数据”。 产品数据管理实际上是企业计算机信息化发展到一定阶段的必然结果。企业产品开发的各专 业领域计算机化到一定程度，必然要遇到信息集成的问题，一般的系统难以承担此任。唯有产品 数据管理系统才能以前所未有的更广阔的视角来展示产品、过程与人员的关系。它横跨企业的产 品设计开发全过程直至产品全生命周期，它纵向深入到产品结构的各个层面直至产品零件的各个 侧而，它从信息共享等各方面有力地支持并行工程，它为产品开发团队( t e a m w o r k ) 的每一个成 员角色提供更加完备的服务特别是在支持设汁重用方面它能发挥明显的优势，产品数据管理系 统就是按照产品数据管理思想实现的软件。 硕士学位论文 1 3 3 产品数据管理p d m 的发展历程 p d m 技术的发展可以分为以下三个阶段：配台c a d 工具的p d m 系统、专业p d m 产品产 生币p d m 的标准化阶段。p 1 1 、配合c a d 工具的p d m 系统 早期的p d m 产品涎牛于2 t l 世纪的8 ( 1 年代初。在当时，c a d 已经在企业中得到了广泛的应 用：c 程师们存享受c a d 带来好处的同时，也不得不将大量的时间浪费在查找设计所需信息上 对丁电子数据的存储和获取的新方法需求变得越来越迫切了。针对这种需求，番c a d 厂家配合 自己c a d 软件推出了第一代p d m 产品，这些产品的目标主要是解决大量电子数据的存储和管理 问题提供了维护“电子绘斟仓库”的功能。第一代p d m 产品仅在一定程度上缓解了“信息孤 岛”问题，仍然普遍存在系统功能较弱、集成能力和开放程度较低等问题。 2 、专业p d m 产品 通过对早期p d m 产品功能的不断扩展最终出现了专业化的p d m 产品如s d r c 公司的 m c t a p h a s c 和u g s 的i m a n 等就是第二代p d m 产品的代表。与第一代p d m 产品相比在第二 代p d m 产品中出现了许多新功麓，如对产品生命周期内各种形式的产品数据韵管理能力、对产 品结构与配置的管理、对电子数据的发布和更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询 等间时软件的集成能力和开放程度也有较大的提高，少数优秀的p d m 产品可以真正实现企业 级的信息集成和过程集成。第二代p d m 产品在技术上取得巨大进步的同时，在商业上也获得了 很人的成功。p d m 开始成为一个产业，出现了许多专业开发、销售和实施p d m 的公司。 3 、p d m 的标准化阶段 1 9 9 7 年2 月，0 m g 组织公布r 其p d me n a b l e r 标准草案。作为p d m 领域的第一个国际标 准，本草案由许多p d m 领域的主导厂商参与制订如i b m 、s d r c 、p t c 等。p d me n a b l e r 的公 布标志着p d m 技术在标准化方面迈出了崭新的一步。p d me n a b l e r 基于c o r b a 技术，就p d m 的系统功能、p d m 的逻辑模型和多个p d m 系统间的互操作提出了一个标准。这一标准的制订为 新一代标准化p d m 产品的发展奠定了基础。 9 ( ) 年代末期p d m 技术的发展出现了一些新动向。随着现代科技飞速垃展任何企业要想 建赢一个大而全的体系都越来越难，任何企业都要经常与其它企业进行联合，甚至许多来自坷i 同 企业的职能部门临时组织在一起组成所谓“虚拟企业”，共同完成某项社会生产任务。这些新 的社会生产方式要求人们刘于企业功能的分析思路和方法也有所改变。如果说第二代p d m 产品 配合了“自顼向下”企业信息分析方法的话，第三代p d m 产品就应当支持以“标准企业职能” 和“动态企业”思想为中心的新的企业信息分析方法。新技术的发展是产生新一代p d m 产晶的 推动力。目前，p d m 的新技术有： c o r b a d c o m 墼于网络的分布式计算技术是近年来获得很大进步的技术之。以分布式计算技术为基础 基r 构件的系统体系结构将逐渐取代模块化的系统体系结构。存分布式计算技术的标准方面， 育存在着阿大阵营一个是以o m g 组织为核心的c o r b a 标准另个是以微软为代表的基于 d c o m ( d i s t r i b u t e d c o m p o n e n t o b i e c t m o d e l ，分布式部件对象模型) 的a c t i v e ) ( 标准。近年来 o m g 组织在c o r b a 标准的制定和推广方面付出了巨大的努力同时许多c o r b a 标准的产品 也存逐渐成熟和发展。同时。由于微软存操作系统方面的绝对统治地位，a c t i v e x 标准在w i n d o w s 系列平台上显得更加实用，相应的工具也更加成熟。h 前这两大标准的争夺仍然没有结束许多 商品化软件多是同时支持两个标准。 2 ) j a v a 浯言 j a v a 语言从它出现的第天就成为计算机界的一个热点。j a v a 语言具有高度的可移植性、稳 定性扭安全性等优点这些使它一经推出就获得了广泛的支持。j a v a 不仅仅是一种新的计算机语 言同时还是一种移动式的计算平台。j a v a 语言f 内“一次编程到处可用”的特点使它成为了编 写网络环境下的移动式构件的最佳选择。将分布式汁算框架和j a v a 技术结合起柬将是构造网络信 息系统最理想的模式。 3 ) i n t e r n e t f i n t r a n e t 为r 满足! c _ i 了商务时代企业的需求p d m 系统必须架构在i n t e r n e t i n t r a n e t 之上，必须提供 第一章绪论 余业产品开发的电子商务解决方案。这是新一代p d m 技术和系统p d m i i ( p r o d u c td e v e l o p m e n t m a n a g e m e n t ) 的目标，也是解决国内企业采用p d m 系统时所遇问题的基础。这类系统是跨越延 展供应链的产品信息和生命周期过程管理的全面解决方案。它们使企业能够以i n t e r n e t i n t r a n e t 的 发展速度快速超越其竞争对手。得到重要的战略利益。 1 3 4 产品数据管理p d m 的发展前景 九r 年代中期以后，企业经营全球化趋势以及基于i n t e r n e t 约电子商务的掀起，对p d m 开发 和使用产生深远影响。新的协同和电子商务技术的m 现大大促成r 分布在地理不同位置的团队成 员之间实时、同步的开展工作。进入2 l 世纪，企业之削的竞争更加激烈，客户对产品的个性化 要求越来越高。越来越多的成功企业开始意识到企业真正的生命力在于新产品的创新能力。随着 w e b 技术的口益成熟，企、l k 竞争热点从产品的成本、质量和上市时间转向能够快速响应市场变化 的产品创新。将产品整个生命周期的所有数据收集并有效组织起柬，通过提供一个统一的入口让 产品开发工程师随时能够共享、访问并重复利用这些企业财富，在短时间内开发出高质量满足用 户个性化要求的产品成为众多企业追求的目标9 0 年代末出现的协同产品定义管理c p d m ( c o i l a b o r a t i v ep r o d u c td e f i n i t i o nm a n a g e m e n t ) 又进一步演化为产品全生命周期管理( p l m ( p r o d u c t l i f e c y c l e m a n a g e m e n t ) ，并成为企业参与全球竞争的一种战略性方法。 p l m 代表了现代p d m 的最新思想和理念，它是对p d m 的扩展，p l m 更强调的是产品本身 产品创新是它的驱动力。因为产品是一切制造型企业业务活动的核心，如果产品资源不能有效地 加以管理、利用和作为财富来对待，任何先进管理理念都只能是纸上谈兵、空中楼阁。 1 3 5 产品数据管理p d m 的应用 随着计算机应用的迅速发展采用计算机辅助设计技术和先进的信息管理技术是企业进行技 术更新改造、提高产品竞争力的必由之路。据国外资料统计，p d m 的应用能使产品设计周期缩 短2 5 减少工程设计修改4 加快产品投放市场进度5 0 8 0 总成本削减2 5 以上。国 外的些汽车、飞机公司实施p d m 系统后均大大提高了企业的效益。国内据对机电工业近五百 家企业调查，新产品开发周期平均达2 4 个月其中单件、小批量产品的生产技术准备周期约占 供货期的3 2 。有的高达6 ( ) ，采用p d m 技术后，可缩短生产周期5 0 - 8 0 。c i m s 示范应用 企业使用p d m 新技术后，对减低产品开发成本、提高设计能力等均取得了明显的效益。随着中 f j 信息化进程的发展，国内应用p d m 系统的企业也越来越多p d m 产品的开发与应用进入丁快 速发展时期。目前，尽管国产p d m 产品在功能、性能及稳定性方面与国外软件还有差距，但在 适应企业需求、价格及技术支持等方面已经具有了一定的优势，相信随着国内p d m 生产厂家的 不断努力，产p d m 产品会有更加美好的发展前景。 1 4 课题来源及意义 奉课题来源r 江苏省十五重大- l , j k 攻关招标项目：“高速高精度数控车床”的开发( 项目批 准号；b e 2 0 0 1 0 6 8 ) 。本课题的研究目的是瞄准国际同类高速高精度数控车床的先进水平，设计开 发拥有自主知识产权并具有刚性好、精度高、整机动态性能好等特点的高速高精度数控车床。 根据攻关项目要求，本文生要研究该高速高精度数控车床结构动态优化设计c a d c a e 的数 据集成和产品数掘管理p d m 系统的关键技术研究所研究内容处于国内外机床产品设计领域的 前沿它的实现，将改变现有制造型企业产品开发的传统观念，将以先进的网络、信息共享和管 理技术应用于新产品的开发，将大大促使产品研发和业务过程的刨新和全面改进。 第2 章制造企业信息化的需求分析 2 1 引言 第2 章制造企业信息化的需求分析 需求分析赴一个项目的开端也是项目实施的基石。在失败的项目中，许多都是由丁需求分 析不明确造成的。因此一个项目成功的关键因素第一就是对需求分析的把握程度。 一旦需求分析不明确业务流程不合理，用户将会不爿惯甚至不愿意去使用开发实施的系统。 重视需求分析的重要性并且采用必要的手段和方法来进行需求调研，切切实实地把握用户的需求 和力向，才能在系统的功能界定、开发范围上有一个全局的把握。 加侠制造技术的进步和加快制造业的发展，是加速我国经济发展的重要条件也是加快经济 增长的客观要求。信息技术和网络技术的发展为生产者快速了解需求的多样性提供了可能，并使 企p 有可能快速而大量地掌握经济技术信息，为企业实现对市场反应的敏捷化创造了条件。 加速制造业的信息化建设，吸收信息技术和现代管理技术的成果并将其应用于产品设计、生 产、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高教、低耗、清洁、灵活生 产提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争力，是制造技术进步的潮流和发展方向。 c i m s 和c a d 应用工程的发展加速了我国制造业的技术进步对提高企业的市场竞争力起 到了至关重要的作用，以计算机应用为代表的信息技术应用已经成为现代企业的重要组成部分。 然f f j i 我国制造业仍然远没有彻底摆脱缺乏新产品创新能力的困境，突出表现为产品开发周期长、 f h 场响应速度慢。因此计算机辅助技术的深化应用和信息化建设的全面发展必须面向设计创新 与过程创新以及管理刨新。“ 2 2 制造企业亟待解决的信息管理问题 如今，广大c a d 用户一方面从c a d 等技术的广泛应用中明显地提高了设计能力和图纸质量， 特别是采用三维模型设计、有限元分析验证、机构运动仿真等手段、大大地减少了差错、提高了 设计质量、降低，返工率：另一方面，由于c a d 技术的全面推广一系列问题开始摆在企业的 面前。8 1 1 9 2 2 1 资料管理： 过去下工设计阶段，所有的资料由资料室统一管理，c a d 技术广泛应用以后大部分资料 由纸质版转化为电子版存储在计算机硬盘中，而只有少部分工程图纸依然存放在资料室中。随 着c a d 技术的深入应用原有的资料管理体系已经无法适应资料管理渐渐出现了以下问题： 1 、文件查询： 每设训一个新产品都会有大量的文件和图纸其中有8 0 继承自老产品的成果，冈此老产品 的设计图纸在新产品的开发中需要经常查阅，而大量的设计信息以计算机文件或昔文本殳仲的 形式存在，分布于各个设计部门的各台计算机中。用户查询相关资料如果没有相应的辅助工具， 往往要化费大量的时间和精力，因此文件的查询成为亟待解决的问题。 2 、版本管理： c a d 技术使各种资科的修改变得非常方便但不同的版本为数据的一致性和有敬性带来麻 烦如何保证最终使用的是正确版本的图形或图纸就成为至关重要的问题。这就耍求计算机详细 记录设计、加t 过程中躁始资料及相应的更改信息，用不同版本描述当前的有效资料，确保正确 的人存难确的地方获得正确的信息。 3 、数据共享： 原来的资料借阅制度已不适应c a d 技术的发展必须解决信息传递和数据共享的问题以 5 硕士学位论文 便设计人员充分利用原有的设计成果使产品标准化、系列化，降低设计、加工成本提高竞争 能力。现在，要实现全部数据以电子文件形式在计算机网络上交流，就要保证数据在权限控制范 围内随时可以送到需要该资料的人手中，真正实现数据共享。 2 2 2 产品配置管理 按照旧际标准i s 0 1 0 0 0 7i 勺定义，配置是指对被描述存技术文档中或昔体现在产晶实际使用 过程中的产品功能特性和物理特性进行表示。产品配置就是指依据一定的配置规则、方法和手段 完成一个产品所对应的解宅恻，产品配置的最后结果是完成产品的空间拓扑结构、明确产品各组 成部分的构成关系。新产品继承r 老产晶的部分成果，由若干个分系统组成相互之间存在一定 的约束关系。产品配置存在以下问题： 1 、结构关联 产品由很多零部件组成。如一辆汽车约有l t ) 万个零件，一架飞机由2 ( 卜一1 0 0 万个零件组成。 面对数量如此之多的零件企业备类人员要查询有关产品的资料，需花费大量的时间；需要形象 地描述产品全部数据的相互关系，使产品各分系统之间、分系统内各部件之间的约束关系一目了 然。 2 、统一的材料清单 1 i 同部门有h i 同形的b o m 表企业耍花费大量时间和成本才能完成这些报表而要保证 b o m 的一致性则需要投入相当多的人力。如果设计和制造的材料清单不一致，就会造成返工 和浪费。在计算机中要随时最新的设计更改状态，自动生成最新的备类材料定单。 3 、系列产品 承裴老产品，开发新产品，构造新的约束关系。同一个零件可以有不同的版本保存在计算机 内，分别对应系统产品中的不同型号。例如不同发电机组在结构树上用不同版本的图纸来代替， 就町组成不同容量的电站系统。 2 2 3 项目管理 随着市场竞争的加剧经济活动的节奏越来越快，对现在的企业来说市场机会几乎是稍纵 即逝留给企业思考和决策的时间极为有限。因此缩短产品的开发，生产周期，在尽可能短耐 问内满足用户的需求，已成为当今所有企业和管理者最为关注的问题之一。企业的生存和发展， 需要。种更为先进的管理模式，把企业中的人、财、物和信息等资源，高质量、低成本，快速及 时地转换为市场所需要的产品和服务。在西方发达国家，项目管理的应用已十分普及。因为它的 理论与应用方法从根本上改变了管理人员的运作效率。项目管理在企业经营中发挥着降低成本， 提高效率的管理作用越来越受到现代企业的重视。项目管理在运作方式上和管理思维模式上最 人限度地利用了内外资源，可从根本上改变管理人员的工作程序提高效率。在传统制造业的运 作模式 1 ，通常有研发部、工程部、品质部，生产部各司其职，虽然这样的组织结构能够把具有 相一j 职能特点的人员组织存一起，责权分明，部门内部沟通迅捷：但是各个部门各自为阵部门 之间沟通效率低下，部门等级结构复杂，难以进行跨部门的整体综台管理很大程度上制约了产 。昂开发讲程。 2 3 制造企、i k 信息化需求： 随着制造业的不断发展、各种先进技术的运用，企业产品开发周期在缩短，信息量却在成倍 增加t 信息在企业中已占据愈来愈重要的位置。信息由企业创建，已经成为一种新的企业资源， 其利用程度( 信息刨建、流动的速度与重用的程度) ，有效的管理( 存取，版本) 就成为企业信 息化的新任务。个氽业经过长期的发展。一定积累了大量的、丰富的信息。特别是采用c a d 技术之后各领域的专家借助不同的硬件、不同的操作系统如w i n d o w s 和u n i x 等和不问的 戍用软件如a u t o c a d 和p r o e 等参与设计产品信息往往由互不兼容的多种软件系统生成。数 据库管理系统也多有不同，譬如o r a c l e 和f o x p r o 等；文字处理系统包有诸如w i n w o r d 和e x c e l 等；硬件方面则采用p c 机或工作站，这样就产生了类型各异的设计结果。而义由于 参与设计的人员可能分属不同的部门甚至是不同地域，设计活动的分数性，使信息常以不同的格 6 第2 章制造企业信息化的需求分析 式和介质动态地存储在不同的部门或地区，从而产生了由各种不同的应用软件生成的、分散地存 放在不问部门或不同地点、不同类型硬件设备上的产品数据称分布异构数据。 企业在已有定的计算机辅助工具的基础上，需要有一个统一的工具从宏观上将各种应用软 件集成起来，并对其产生的大量数据统一管理与拧制：要_ j 先进的信息管理手段支持团队的异地 协作，保证产品数据的安全、可控，并可以跟踪产品开发进度及适应数据的频繁修改等。换句话 说，随着各自动化“孤岛”变大变强它们也就把它们自己置于更大的海洋之中了，相互之间沟 通不够，将大大限制它们能力的发挥，现在到了将它们连结起来的时候了。而将它们联结起来的 纽带和工具，就是产品数据管理p d m 。 7 硕上学何论文 3 1 引言 第3 章企业设计信息分析及其集成 长期以来，我国机床产品的总体技术水平与世界先进国家有着相当的差距首先因为新技术 的应用相对滞后，蚓时低f 的劳动生产率也制约着我国的机床产品的进步。在我国加入w t o 的 经济背景下，国外的高档机床产品哐在占据国内机床市场越来越大的份额我们如何以积极的态 度米迎接这个严峻的挑战，足我们作为机械专业的科技人员的历史使命。充分利用先进的设计技 术，快速开发结构优良，加工精度高，抗振性能好，成本低的机床响应快速变化的市场我国的 机床工业才能走 i 属于自己的一片天地。要达到这个目标掌握先进的机床开发设计方法尤为重 器因为技术刨新才是一个行业的生存发展之源。 c a d 是计算机在工程技术领域晟有影响的应用技术成就之一曾经被美国工程科学院评为 当代最杰出的寸大工程技术成果之一，它是企业提高产品和工程技术水平的重大技术措施，它的 出现已经使产品设计工作的内容和方式发生了本质的变化它是企业抢夺市场分颧和生存发展的 重募手段。 c a e 主要指应用计算机和相应的软件对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的 工作状态和运行行为进行模拟及早发现设计缺陷并证实未来工程、产品功能和性能的可用性 与可靠性。在产品设计中，c a d 的输出正好是c a e 的输入，使c a d 与c a e 连接起来，c a d c a e 信息的集成已经被应用到实际中。 项日管理的知识源手第二次世界大战中的研究，冷战时期在美国阿波罗登月计划中发挥了巨 大的作用从而成为管理学界广泛关注的理论。一般的工程项目常具有这样几个特点：第一必须 在一定的时间范围内完成；第二受到人力、财力和物力等资源的限制；第三，它需要施工队伍的 人员按照一定的训划进行有效的合作。项目管理涉及到顶目开始到结束这段时间的管理，包涵了 很多的资源管理问题，如：机器，材料，经费，备类数据，特别是还包括人员，这些资源的管理 对于每一个项目来说都是至关蘑要的内容，关系到项目实施的成败。 综i 二所述c a d c a e 技术、项目管理在机床的开发过程中都得到了广泛的应用这些技术 涉及到的数据和信息量都非常大为了便于管理更好地为企业和技术人员服务，把它们整合到 。个系统中相当必要。下面就这些技术的相关信息进行详细介绍。 3 2 机床设计c a d i c a e 信息 3 2 1 c a d 设计系统 c a d 建模是整个虚拟制造技术过程的开始，有了三维c a d 模型，就可以直观明了地了解整 机外观是否美舭、线条是否流畅、床身筋板布局是否合理，通过对机床结构的电予数据进行虚拟 装配、运动学仿真，利用参数化设计功能快速优质的设计出系列化机床。 1 、c a d 建模 存传统的机械设计与加工r h 技术人员通过二维工程图纸交换信息。使用计算机以后所有 上程信启。如图形、尺寸、符号等都是以数字开式存取和交换的。计算机图形的生成与手工在 图板上绘罔不同必须先建立图形的数学模型和存储数据结构通过有关运算，才能把图形储存 在计算t ”或显示在计算机屏幕上。用计算机除了能绘制二维工程图外，还能生成三维图形、生成 真实感图形和动态图形，能够对设计的零部件进行物性( 面积、体积、质量、惯性矩、强度、刚度、 湍度、振动等) 计算能够进行颜色和纹理仿真以及切削与装配过程的模拟。可大大缩短产品开发 周期提高产