（机械电子工程专业论文）面向现代集成制造的工具管理系统的研究与开发.pdf

盔立航窑航云态堂亟i 金塞 a b s t r a c t s e r i a lw o r kf l o wi sa d o p t e di nt r a d i t i o n a lt o o lm a n a g e m e n t ，s oi ti s d i f f i c u l tt om a k ep r e p a r a t i o n sf o rs h o pf l o o rp r o d u c t i o ni nt i m ea n dt or e s p o n d t op r o d u c t sv a r i a t i o nq u i c k l y t os o l v et h e s eq u e s t i o n s ，t o o lm a n a g e m e n t s y s t e mn e e d sq u i c kr e s p o n s ec a p a b i 】i t ya n d1 e a ns t o c km a n a g e m e n t s ot h e t h e s i sl a y si t se m p h a s e so nc o n c u r r e n tt o o lm a n a g e m e n ta n de f f e c t i r es t o c k m a n a g e m e n ta n dm a k e ss t u d i e sa n dd e v e l o p m e n to nt o o l m a n a g e m e n t i n i t i a l l yt h e t h e s i sc o m p a r e st h eo l dm a n a g e m e n tm o d e w i t hc o n c u r r e n t m a n a g e m e n tm o d e ，t h e np u t sf o r w a r dc o n c u r r e n ts h o pf l o o rw o r kf l o wa n dg i v e s s e v e r a l i m p l e m e n ts t r a t e g i e sw h i c hs u p p o r tc o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ( c e ) s e c o n d a r i l y ，s o m et h e o r i e so fs t o c km a n a g e m e n tw h i c ha r er e l a t e dt ot o o l m a n a g e m e n ta r ed i s c u s s e d ，a n dt h e s et h e o r i e sa r et a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o nw h e n c o n s t r u c tin gt h em a n a g e m e n tm o d e lso ft o o l si ns t o c k a tl a s t ，t h et h e s i sd e t a i l st h ec o n s e q u e n ts o f t w a r e d e v e l o p m e n tw o r ko f t h et o o lm a n a g e m e n ts y s t e m k e yw o r d s ： c o n c u r r e n ti 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 c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g s h o pf l o o rm a n a g e m e n t t o o lm a n a g e m e n t i i 直直航空航云太! 芑亟堂僮监奎 绪论 1 1 现代集成制造系统概论 1 1 1 现代集成制造系统的概念和意义 1 9 7 3 年美国约瑟夫哈林顿( j o s e p hh a r r i n g t o n ) 博士在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 g 一书中首次提出c i m ( 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 g ) 理 念。它的内涵是借助计算机，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来，进而 提高企业适应市场竞争的能力。n 1 现代集成制造系统( 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 ) 是计 算机集成制造系统新的发展阶段。在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上， 它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方 向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体的说，它将传统的制造技术与 现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合，通过计算 机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化 运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、 服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业 在激烈的市场竞争中立于不败之地。从集成的角度看，早期地计算机集成制造系统 侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度上都有了极大的扩 展，除了信息集成外，还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化， 即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。 1 1 2 现代集成制造系统的技术体系和发展趋势 1 现代集成制造的技术体系“1 ( 1 ) 总体技术：包括系统总体模式、系统集成方法论、系统集成技术、标准化 技术、企业建模和仿真技术以及c i m s 系统开发与实施技术等。 直直航空航云太! 芑亟堂僮监奎 绪论 1 1 现代集成制造系统概论 1 1 1 现代集成制造系统的概念和意义 1 9 7 3 年美国约瑟夫哈林顿( j o s e p hh a r r i n g t o n ) 博士在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 g 一书中首次提出c i m ( 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 g ) 理 念。它的内涵是借助计算机，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来，进而 提高企业适应市场竞争的能力。n 1 现代集成制造系统( 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 ) 是计 算机集成制造系统新的发展阶段。在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上， 它不断吸收先进制造技术中相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方 向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体的说，它将传统的制造技术与 现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机地结合，通过计算 机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化 运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、 服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业 在激烈的市场竞争中立于不败之地。从集成的角度看，早期地计算机集成制造系统 侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度上都有了极大的扩 展，除了信息集成外，还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化， 即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。 1 1 2 现代集成制造系统的技术体系和发展趋势 1 现代集成制造的技术体系“1 ( 1 ) 总体技术：包括系统总体模式、系统集成方法论、系统集成技术、标准化 技术、企业建模和仿真技术以及c i m s 系统开发与实施技术等。 画应现岱基盛制造曲王县笸堡丞蕴艘班荭：复五发一 一一一 ( 2 ) 支撑平台技术：包括网络、数据库、集成平台框架、计算机辅助软件工程、 产品数据结构( p d m ) 、计算机支持协同工作及人机接口技术等。 ( 3 ) 设计自动化技术：包括c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 、s b x ( 基于仿真的设计) 、 d f x ( 面向下游工作的设计) 及虚拟样机( v p ) 等。 ( 4 ) 加工生产技术：包括d n c 、c n c 、f m c 、f m s 、虚拟制造( v m ) 以及快速成形 制造( r p m ) 技术等。 ( 5 ) 经营管理与决策系统技术：包括m i s 、o a 、m r p i i 、c a o 、供应链、b p r ( 企 业过程重构) 、e r p 、d e m ( 动态企业建模) 及电子商务等技术。 ( 6 ) 流程企业生产过程控制技术：包括过程检测、先进控制、故障诊断和面向 生产目标的建模、优化集成控制技术等。 2 现代集成制造技术的发展趋势 ( 1 ) 总体技术发展新动向： 提出了以下一些先进制造系统的新模式、新概念和新思想：可伸缩的、柔性的 智能制造系统组织模式；基于复杂系统模型的制造系统组织模式；偏重于管理优化 的先进制造系统模式、大量定制生产的制造系统模式；可持续发展的、社会和环境 可承受的制造系统模式；综合的制造系统模式。 ( 2 ) 设计自动化技术发展新动向： 协同、面向全生命周期的设计：包括团队技术、d f x 技术、面向集成设计的c a x 技术、s b x 技术；绿色产品设计；网络化设计。 ( 3 ) 加工生产自动化技术发展新动向： 更加注重研究加工生产自动化技术中人的作用的发挥；单元系统的研究仍然占 有重要的地位：制造过程的计划和调度研究十分活跃；柔性制造技术的研究向着深 度和广度发展；适应现代化生产模式的制造环境的研究正在兴起：底层加工系统的 计算机化、智能化、集成化研究越来越活跃。 ( 4 ) 经营管理与决策系统技术发展新动向： 企业过程重构( b p r ) 成为优化企业运营的有效理论和方法；新一代生产经营管 理技术；从制造资源计划( m r p i i ) 企业资源计划( e r p ) 动态企业建模 ( d e m ) 智能资源技术( i r p ) ；电子商务的发展正成为关注焦点。 ( 5 ) 支撑技术发展新动向： 企业网络已从局域网发展到i n t e r n e t i n t r a n e t e x t r a n e t ：数据库技术向面向 分析的网络化数据仓库发展：计算机支持协同工作环境向多媒体、网络化、智能化 发展；新一代c a s e 工具与面向对象技术相结合；p d m 从领域级发展到企业级；多通 道用户界面成为人机界面研究重点。 ( 6 ) 先进制造中的建模仿真技术发展新动向： 2 直塞航空舷云太堂亟堂位监塞 仿真建模技术成功地支持复杂产品全生命周期的制造：迅速发展中的分布式交 互仿真技术和综合仿真技术环境：广泛重视和研究虚拟样机技术：虚拟现实技术己 成为产品设计制造的重要手段。 ( 7 ) 集成技术发展新动向： 强调系统的观点，拓展了系统集成优化的内容：信息集成( 含功能集成) 、过程 集成和企业间集成优化：企业活动中三要素和三流的集成优化：以及c i m s 相关技术 和各类人员的集成优化。并且相应地，并行工程也不再是只注重于设计上的并行， 而是在产品的全生命周期的并行设计与制造。 3 对c i m s 的一些认识 随着先进制造技术的不断发展，相继出现了智能制造( i n t e l l i g e n t m a n u f a c t u r i n g ) 、虚拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) 、敏捷制造( a g i l e m a n u f a c t u r i n g ) 、虚拟企业( v i r t u a le n t e r p r i s e ) 等概念。但是并不意味着c i m s 已 经过时了，原因如下： 第一：从c i m 哲理内涵来看，c i m s 是不断发展的，人们对c i m s 的认识也是不断 深化的。现在，人在c i m s 中的作用，得到充分的重视；制造资源计划、精良生产、 准时制生产等先进生产思想在c i m 的哲理下得以综合运用； 第二：实际上，以信息集成为核心的c i m s 正是这些先进制造模式的有力支撑。 以敏捷制造为例，其核心实际上也是集成，是企业间的动态集成，是新产品开发过 程的动态集成。因此，敏捷制造是c i m s 集成概念的延伸，从某种意义上来讲，是 c i m s 发展的新阶段。再如智能制造技术，其强调的是整个制造过程的自组织能力， c i m s 的众多研究内容，正是智能制造的发展基础：反过来，智能制造对c i m s 提出 了更高的要求。集成是智能的基础，而智能则推动更高水平的集成。所以c i m s 对我 国现有的制造业基础来讲，对企业c i m s 的设计实施人员来讲，要做的工作还很多。 第三：c i m s 能够提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争 中立于不败之地。在c i m s 的递阶控制结构中，车间管理层位于中间层，起到了承上 启下的关键作用。这主要在于它是制造企业的基础环节，是管理层和执行层的结合 部，同时还是信息流和物流的交汇点，是c i m s 信息集成的中枢，是控制集成的协调 中心，是企业生产力的直接体现。车间上层( 包括m i s 、c a d c a p p c a m 分系统) 的 指令和信息要通过车间管理层下达到底层去执行，底层把各种生产信息反馈给车间 管理层，并通过车间管理层进行汇总和上报。所以车问管理层既是信息的源头，又 是信息的汇聚点，它的优劣直接影响到系统的生产率、产品质量和经济效益。 车间管理的目标就是合理安排生产计划，充分利用现有的各种资源，消除生产 瓶颈，提高产品加工质量，缩短加工周期等等。就刀具、工装、量检具等资源的管 3 画自班岱塞或剑造的王县筻垄丕统曲硒宜皇五篮一 理来讲，一方面因为企业要求具有快速的市场响应能力，所以车间资源应该能够及 时、快速地为生产做出准备；另一方面，为了限制此类资源日益膨胀的库存，所以 资源应该能够做到优化储备、有效利用。而这也正是面向现代集成制造的工具管理 所侧重的两个方面。以下我们对工具管理系统加以介绍。 1 2 工具管理系统概述 i 2 i 工具管理系统在现代集成制造系统中的地位、作用 通常，我们认为c l m s 由管理信息分系统、设计自动化分系统、制造自动化分系 统、质量保证分系统、计算机网络分系统和数据库分系统，共六个部分有机组成， 即c i m s 由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。工具管理系统隶属于制造自动化 分系统，它管理着c i m s 中的所有加工刀具、工装和量检具。一些企业的车间里有大 量的工具需要管理，这些工具占用资金惊人( 可达近亿元) ，如果管理不善将会造 成极大的浪费，并且工具准备的不及时也会影响到整个系统的快速响应能力。所以， 工具管理系统的效率与质量的高低直接关系到整个企业的运行效率和生产柔性。 以下我们从几个方面分析工具管理系统在c i m s 中的地位和作用： 从c i m s 相关子系统的角度： c i m s 不仅强调信息集成，而且强调在零件设计阶段就并行地考虑工艺设计与制 造等相关的问题，实现功能集成，保证零件具有良好的可加工性。这种可加工性要 靠合适的刀具、工装、量检具来保证，工具是实现零件功能的重要手段。 ( 1 )c a dc a d 是c i m s 的设计源头。在并行环境下，作为上游的c a d 必须充分考虑 到下游的c a p p 、c a m 等环节。因为零件特征的实现要考虑到刀具、工艺装备的状况， 它们是实现零件可制造性评价的重要依据； ( 2 )c a p p 安排工艺路线，制定工艺规程时，每道工序都对应着特定的刀具、工装、 量检具。同一特征在加工过程中可能对应着不同的刀具。例如：孔加工可能对应着钻、 扩、铰，也可能对应着钻、车、镗。这时，资源的状况直接影响着工艺路线的安排； ( 3 )c a m 制造环节能提供的工具种类是影响零件可制造性的一个重要约束条件。 性能良好的工具能方便地实现产品功能。所以制造环节应具备品种齐全、方便检索 的工具库； ( 4 ) m i s 信息管理系统要制定生产计划，进行固定资产和成本核算。此时要考虑 工具的性能和使用寿命，以及工具的其它属性，如名称型号、使用部门或人员、以 及破损情况，从而建立一个信息完备的工具数据库；并且工具资源贯穿到制定生产 4 画自班岱塞或剑造的王县筻垄丕统曲硒宜皇五篮一 理来讲，一方面因为企业要求具有快速的市场响应能力，所以车间资源应该能够及 时、快速地为生产做出准备；另一方面，为了限制此类资源日益膨胀的库存，所以 资源应该能够做到优化储备、有效利用。而这也正是面向现代集成制造的工具管理 所侧重的两个方面。以下我们对工具管理系统加以介绍。 1 2 工具管理系统概述 i 2 i 工具管理系统在现代集成制造系统中的地位、作用 通常，我们认为c l m s 由管理信息分系统、设计自动化分系统、制造自动化分系 统、质量保证分系统、计算机网络分系统和数据库分系统，共六个部分有机组成， 即c i m s 由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。工具管理系统隶属于制造自动化 分系统，它管理着c i m s 中的所有加工刀具、工装和量检具。一些企业的车间里有大 量的工具需要管理，这些工具占用资金惊人( 可达近亿元) ，如果管理不善将会造 成极大的浪费，并且工具准备的不及时也会影响到整个系统的快速响应能力。所以， 工具管理系统的效率与质量的高低直接关系到整个企业的运行效率和生产柔性。 以下我们从几个方面分析工具管理系统在c i m s 中的地位和作用： 从c i m s 相关子系统的角度： c i m s 不仅强调信息集成，而且强调在零件设计阶段就并行地考虑工艺设计与制 造等相关的问题，实现功能集成，保证零件具有良好的可加工性。这种可加工性要 靠合适的刀具、工装、量检具来保证，工具是实现零件功能的重要手段。 ( 1 )c a dc a d 是c i m s 的设计源头。在并行环境下，作为上游的c a d 必须充分考虑 到下游的c a p p 、c a m 等环节。因为零件特征的实现要考虑到刀具、工艺装备的状况， 它们是实现零件可制造性评价的重要依据； ( 2 )c a p p 安排工艺路线，制定工艺规程时，每道工序都对应着特定的刀具、工装、 量检具。同一特征在加工过程中可能对应着不同的刀具。例如：孔加工可能对应着钻、 扩、铰，也可能对应着钻、车、镗。这时，资源的状况直接影响着工艺路线的安排； ( 3 )c a m 制造环节能提供的工具种类是影响零件可制造性的一个重要约束条件。 性能良好的工具能方便地实现产品功能。所以制造环节应具备品种齐全、方便检索 的工具库； ( 4 ) m i s 信息管理系统要制定生产计划，进行固定资产和成本核算。此时要考虑 工具的性能和使用寿命，以及工具的其它属性，如名称型号、使用部门或人员、以 及破损情况，从而建立一个信息完备的工具数据库；并且工具资源贯穿到制定生产 4 画自班岱塞或剑造的王县筻垄丕统曲硒宜皇五篮一 理来讲，一方面因为企业要求具有快速的市场响应能力，所以车间资源应该能够及 时、快速地为生产做出准备；另一方面，为了限制此类资源日益膨胀的库存，所以 资源应该能够做到优化储备、有效利用。而这也正是面向现代集成制造的工具管理 所侧重的两个方面。以下我们对工具管理系统加以介绍。 1 2 工具管理系统概述 i 2 i 工具管理系统在现代集成制造系统中的地位、作用 通常，我们认为c l m s 由管理信息分系统、设计自动化分系统、制造自动化分系 统、质量保证分系统、计算机网络分系统和数据库分系统，共六个部分有机组成， 即c i m s 由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。工具管理系统隶属于制造自动化 分系统，它管理着c i m s 中的所有加工刀具、工装和量检具。一些企业的车间里有大 量的工具需要管理，这些工具占用资金惊人( 可达近亿元) ，如果管理不善将会造 成极大的浪费，并且工具准备的不及时也会影响到整个系统的快速响应能力。所以， 工具管理系统的效率与质量的高低直接关系到整个企业的运行效率和生产柔性。 以下我们从几个方面分析工具管理系统在c i m s 中的地位和作用： 从c i m s 相关子系统的角度： c i m s 不仅强调信息集成，而且强调在零件设计阶段就并行地考虑工艺设计与制 造等相关的问题，实现功能集成，保证零件具有良好的可加工性。这种可加工性要 靠合适的刀具、工装、量检具来保证，工具是实现零件功能的重要手段。 ( 1 )c a dc a d 是c i m s 的设计源头。在并行环境下，作为上游的c a d 必须充分考虑 到下游的c a p p 、c a m 等环节。因为零件特征的实现要考虑到刀具、工艺装备的状况， 它们是实现零件可制造性评价的重要依据； ( 2 )c a p p 安排工艺路线，制定工艺规程时，每道工序都对应着特定的刀具、工装、 量检具。同一特征在加工过程中可能对应着不同的刀具。例如：孔加工可能对应着钻、 扩、铰，也可能对应着钻、车、镗。这时，资源的状况直接影响着工艺路线的安排； ( 3 )c a m 制造环节能提供的工具种类是影响零件可制造性的一个重要约束条件。 性能良好的工具能方便地实现产品功能。所以制造环节应具备品种齐全、方便检索 的工具库； ( 4 ) m i s 信息管理系统要制定生产计划，进行固定资产和成本核算。此时要考虑 工具的性能和使用寿命，以及工具的其它属性，如名称型号、使用部门或人员、以 及破损情况，从而建立一个信息完备的工具数据库；并且工具资源贯穿到制定生产 4 直立航窒航云盔兰亟茎焦监盘l 一 计划、分配资源、计划调整与重调度各环节。因此，要求能对工具进行方便合理的 查询、调度、使用、管理和维护。 由此可见，c i m s 各子系统对工具的管理、使用提出了众多的要求。但缺乏一根 贯穿各子系统的红线，这就是进行系统有序的工具管理。 从企业生产需求的角度看： 科学技术的迅猛发展，促使市场竞争日趋白热化，产品市场寿命不断缩短，新 产品开发频率越发迅捷。与此同时，产品的种类也不断地增多，生产批量随着市场 的变化而变化，这一切迫使工厂企业必须具有灵活应变的适应能力。仅仅就实际生 产而言，由于生产任务的频繁变更，导致相应的刀具、工装、量检具等生产辅助工 艺装备的数量、规格以及装备调整上的工作量成倍增加，工厂对这些设备的管理、存 放、维护工作就显得十分紧迫。从目前的生产状况来看，通常刀具、工装、量检具 等工艺设备所占的费用是整个产品生产成本的1 0 一2 0 ，甚至更高。当前，c i m s 的应用为工具的科学管理提供了可能和实施条件，通常为了获得较好的材料、产品 以及为了信息的流通，人们往往把企业设计得适合于发挥计算机技术的优点，使其 具有较高的自动化，从而取得较大的成功。如果不从全局着眼，合理管理工厂的工 具，将会出现工具库存量不足，造成机床停工或利用率低下：或者工具库存量过大， 占用资金较多等问题。而这一切将使一个拥有很多加工设备和经营许多加工工厂的 企业效率降低，严重地影响了c i m s 的效率。如果采用了合理的工具管理系统就可以 避免这些问题，工具管理系统不仅可以为车间生产加工快速提供合适的工具，保证 加工过程顺利进行以外，还能减少库存及周转数量，降低库存费用，同时还涉及到 产品设计、工艺编程、库存维护、质量管理、成本核算等生产经营活动，从而降低 产品价格，增加市场竞争能力。 由上可见，工具管理是实现工厂自动化的重要部分，它为c i m s 的实施成功、真 正给企业带来巨大的经济效益提供基础保证。 1 2 2 工具管理系统的研究现状 工具管理传统上已经有了许多理论和方法，并且已经有了不少成功的经验。国 内外从事工具管理系统研究的专家针对各种具体系统已经开发出了许多工具管理软 件，这些系统大都超越了过去简单的工具管理，而是结合了计算机技术和网络技术， 数据库技术，控制技术，管理技术等先进技术，实现了工具管理的计算机化、集成 化，建立了工具有关信息数据库，实现了信息共享。但是，随着先进制造技术如并 行工程、敏捷制造的发展，这些系统渐渐地暴露出它的局限性。这些软件都是为了 某些单位的具体问题而提出且实现的，已开发或者应用的工具管理系统从本质上来 5 直立航窒航云盔兰亟茎焦监盘l 一 计划、分配资源、计划调整与重调度各环节。因此，要求能对工具进行方便合理的 查询、调度、使用、管理和维护。 由此可见，c i m s 各子系统对工具的管理、使用提出了众多的要求。但缺乏一根 贯穿各子系统的红线，这就是进行系统有序的工具管理。 从企业生产需求的角度看： 科学技术的迅猛发展，促使市场竞争日趋白热化，产品市场寿命不断缩短，新 产品开发频率越发迅捷。与此同时，产品的种类也不断地增多，生产批量随着市场 的变化而变化，这一切迫使工厂企业必须具有灵活应变的适应能力。仅仅就实际生 产而言，由于生产任务的频繁变更，导致相应的刀具、工装、量检具等生产辅助工 艺装备的数量、规格以及装备调整上的工作量成倍增加，工厂对这些设备的管理、存 放、维护工作就显得十分紧迫。从目前的生产状况来看，通常刀具、工装、量检具 等工艺设备所占的费用是整个产品生产成本的1 0 一2 0 ，甚至更高。当前，c i m s 的应用为工具的科学管理提供了可能和实施条件，通常为了获得较好的材料、产品 以及为了信息的流通，人们往往把企业设计得适合于发挥计算机技术的优点，使其 具有较高的自动化，从而取得较大的成功。如果不从全局着眼，合理管理工厂的工 具，将会出现工具库存量不足，造成机床停工或利用率低下：或者工具库存量过大， 占用资金较多等问题。而这一切将使一个拥有很多加工设备和经营许多加工工厂的 企业效率降低，严重地影响了c i m s 的效率。如果采用了合理的工具管理系统就可以 避免这些问题，工具管理系统不仅可以为车间生产加工快速提供合适的工具，保证 加工过程顺利进行以外，还能减少库存及周转数量，降低库存费用，同时还涉及到 产品设计、工艺编程、库存维护、质量管理、成本核算等生产经营活动，从而降低 产品价格，增加市场竞争能力。 由上可见，工具管理是实现工厂自动化的重要部分，它为c i m s 的实施成功、真 正给企业带来巨大的经济效益提供基础保证。 1 2 2 工具管理系统的研究现状 工具管理传统上已经有了许多理论和方法，并且已经有了不少成功的经验。国 内外从事工具管理系统研究的专家针对各种具体系统已经开发出了许多工具管理软 件，这些系统大都超越了过去简单的工具管理，而是结合了计算机技术和网络技术， 数据库技术，控制技术，管理技术等先进技术，实现了工具管理的计算机化、集成 化，建立了工具有关信息数据库，实现了信息共享。但是，随着先进制造技术如并 行工程、敏捷制造的发展，这些系统渐渐地暴露出它的局限性。这些软件都是为了 某些单位的具体问题而提出且实现的，已开发或者应用的工具管理系统从本质上来 5 西盈强毡篡盛童4 造敛至县筐型丕蕴殴监珏皇珏发 讲大多数是一种工具库存管理系统，方便了工具的台帐管理、盘点和查询等日常事 务，但集成性较差，对并行工程的支持较弱，通常不能根据生产计划的调整进行快 速响应：同时没有能够很好地解决工具的精良储备和快速响应之间的矛盾。随着现 代集成制造系统的提出和先进制造技术的发展，开发出面向现代集成制造系统、支 持并行工程的工具管理系统已越来越显现出其重要性与必要性。 1 3 本课题的来源及本文的研究内容 1 3 1本课题的来源 “d n c 通讯网络及管理系统( 简称：3 c d n c 系统) ”是江西省的重大科技攻关 项目，应用单位为江铃齿轮股份有限公司( 简称：江齿公司) ，该公司专业生产经 营汽车变速器、工程机械变速箱、摩托车齿轮传动装置，是典型的多品种、小批量 生产企业。公司拥有一批具有世界先进水平的数控设备和一流的生产工艺，并通过 了i s 0 9 0 0 2 质量体系认证，产品已随主机进入国际市场。其中，五十铃n 系列变速 器产品质量已稳定在国际同类产品水平。 江齿公司拥有一批高素质的经营管理、产品设计开发与制造的专业人才，拥有 计算机管理系统，配备有先进的c a d 设计系统，形成了快速适应市场的产品开发能 力。一九九九年由国家正式立项组织实施8 6 3 3 c c i m s 应用示范工程，实施了c a p p ， 实现了c a d c a p p 的初步集成，实施了包括销售管理、库存管理、劳动人事管理、外 协配套管理、设备管理、经营管理等在内的管理信息分系统( m i s ) ，实施了财务管理 系统，初步构建了以质量计划、控制、统计、分析为核心的质量管理系统( c a q ) ，建 立了网络、数据库系统及企业w e b 网站，并通过d d n 专线实现了与i n t e r n e t 的互联。 随着企业信息化工程的不断深化，车间管理的科学化、现代化、信息化的需求 越来越迫切。但车间管理现在普遍存在着以下问题： ( 1 ) 生产计划比较粗，计划的下达并未经过资源有效性的确认和能力平衡。 ( 2 ) 在制品的信息共享程度不高。 ( 3 ) 设备、工具等资源管理手段落后。 ( 4 ) 由于已有m i s 信息系统尚未完全正常运行，管理模式还不十分确立，生产计 划管理层和车间执行层重复进行许多工作，诸如上、下工序的实际状况的了解，库 存的查询，采购的申请。 ( 5 ) n c 程序缺乏管理，难以控制与共事。 ( 6 ) 生产是以车间为单位、按单个设备以手工方式进行组织与安排，造成设备利 用率不高。 6 西盈强毡篡盛童4 造敛至县筐型丕蕴殴监珏皇珏发 讲大多数是一种工具库存管理系统，方便了工具的台帐管理、盘点和查询等日常事 务，但集成性较差，对并行工程的支持较弱，通常不能根据生产计划的调整进行快 速响应：同时没有能够很好地解决工具的精良储备和快速响应之间的矛盾。随着现 代集成制造系统的提出和先进制造技术的发展，开发出面向现代集成制造系统、支 持并行工程的工具管理系统已越来越显现出其重要性与必要性。 1 3 本课题的来源及本文的研究内容 1 3 1本课题的来源 “d n c 通讯网络及管理系统( 简称：3 c d n c 系统) ”是江西省的重大科技攻关 项目，应用单位为江铃齿轮股份有限公司( 简称：江齿公司) ，该公司专业生产经 营汽车变速器、工程机械变速箱、摩托车齿轮传动装置，是典型的多品种、小批量 生产企业。公司拥有一批具有世界先进水平的数控设备和一流的生产工艺，并通过 了i s 0 9 0 0 2 质量体系认证，产品已随主机进入国际市场。其中，五十铃n 系列变速 器产品质量已稳定在国际同类产品水平。 江齿公司拥有一批高素质的经营管理、产品设计开发与制造的专业人才，拥有 计算机管理系统，配备有先进的c a d 设计系统，形成了快速适应市场的产品开发能 力。一九九九年由国家正式立项组织实施8 6 3 3 c c i m s 应用示范工程，实施了c a p p ， 实现了c a d c a p p 的初步集成，实施了包括销售管理、库存管理、劳动人事管理、外 协配套管理、设备管理、经营管理等在内的管理信息分系统( m i s ) ，实施了财务管理 系统，初步构建了以质量计划、控制、统计、分析为核心的质量管理系统( c a q ) ，建 立了网络、数据库系统及企业w e b 网站，并通过d d n 专线实现了与i n t e r n e t 的互联。 随着企业信息化工程的不断深化，车间管理的科学化、现代化、信息化的需求 越来越迫切。但车间管理现在普遍存在着以下问题： ( 1 ) 生产计划比较粗，计划的下达并未经过资源有效性的确认和能力平衡。 ( 2 ) 在制品的信息共享程度不高。 ( 3 ) 设备、工具等资源管理手段落后。 ( 4 ) 由于已有m i s 信息系统尚未完全正常运行，管理模式还不十分确立，生产计 划管理层和车间执行层重复进行许多工作，诸如上、下工序的实际状况的了解，库 存的查询，采购的申请。 ( 5 ) n c 程序缺乏管理，难以控制与共事。 ( 6 ) 生产是以车间为单位、按单个设备以手工方式进行组织与安排，造成设备利 用率不高。 6 西盈强毡篡盛童4 造敛至县筐型丕蕴殴监珏皇珏发 讲大多数是一种工具库存管理系统，方便了工具的台帐管理、盘点和查询等日常事 务，但集成性较差，对并行工程的支持较弱，通常不能根据生产计划的调整进行快 速响应：同时没有能够很好地解决工具的精良储备和快速响应之间的矛盾。随着现 代集成制造系统的提出和先进制造技术的发展，开发出面向现代集成制造系统、支 持并行工程的工具管理系统已越来越显现出其重要性与必要性。 1 3 本课题的来源及本文的研究内容 1 3 1本课题的来源 “d n c 通讯网络及管理系统( 简称：3 c d n c 系统) ”是江西省的重大科技攻关 项目，应用单位为江铃齿轮股份有限公司( 简称：江齿公司) ，该公司专业生产经 营汽车变速器、工程机械变速箱、摩托车齿轮传动装置，是典型的多品种、小批量 生产企业。公司拥有一批具有世界先进水平的数控设备和一流的生产工艺，并通过 了i s 0 9 0 0 2 质量体系认证，产品已随主机进入国际市场。其中，五十铃n 系列变速 器产品质量已稳定在国际同类产品水平。 江齿公司拥有一批高素质的经营管理、产品设计开发与制造的专业人才，拥有 计算机管理系统，配备有先进的c a d 设计系统，形成了快速适应市场的产品开发能 力。一九九九年由国家正式立项组织实施8 6 3 3 c c i m s 应用示范工程，实施了c a p p ， 实现了c a d c a p p 的初步集成，实施了包括销售管理、库存管理、劳动人事管理、外 协配套管理、设备管理、经营管理等在内的管理信息分系统( m i s ) ，实施了财务管理 系统，初步构建了以质量计划、控制、统计、分析为核心的质量管理系统( c a q ) ，建 立了网络、数据库系统及企业w e b 网站，并通过d d n 专线实现了与i n t e r n e t 的互联。 随着企业信息化工程的不断深化，车间管理的科学化、现代化、信息化的需求 越来越迫切。但车间管理现在普遍存在着以下问题： ( 1 ) 生产计划比较粗，计划的下达并未经过资源有效性的确认和能力平衡。 ( 2 ) 在制品的信息共享程度不高。 ( 3 ) 设备、工具等资源管理手段落后。 ( 4 ) 由于已有m i s 信息系统尚未完全正常运行，管理模式还不十分确立，生产计 划管理层和车间执行层重复进行许多工作，诸如上、下工序的实际状况的了解，库 存的查询，采购的申请。 ( 5 ) n c 程序缺乏管理，难以控制与共事。 ( 6 ) 生产是以车间为单位、按单个设备以手工方式进行组织与安排，造成设备利 用率不高。 6 因此，只有进一步实现以d n c 控制和车间生产管理为核心的制造自动化分系统 ( m a s ) ，有效地、经济地将不同的数控系统及生产车间进行集成，实现c a d c a p p c a m 、 m i s 、c a q 与车间生产管理的集成，才有可能提高车间生产管理水平。 1 3 2 本文的研究内容 本文讨论的工具管理系统是j c d n c 车间管理系统中的一部分。由于现在企业客 户的需求越来越趋向于个性化，产品定制越来越普及，所以企业要抢占市场，必须要 迅速响应市场的这种变化。而这相应地对企业的资源管理提出了更高地要求。工具， 作为资源的一种，有着举足轻重的作用。对于工具的管理，本文在研究车间生产实 际的基础上，从支持并行工程和精良化库存的角度进行工具管理技术的研究，并且 在此基础上完成了车间工具管理系统的开发。 7 因此，只有进一步实现以d n c 控制和车间生产管理为核心的制造自动化分系统 ( m a s ) ，有效地、经济地将不同的数控系统及生产车间进行集成，实现c a d c a p p c a m 、 m i s 、c a q 与车间生产管理的集成，才有可能提高车间生产管理水平。 1 3 2 本文的研究内容 本文讨论的工具管理系统是j c d n c 车间管理系统中的一部分。由于现在企业客 户的需求越来越趋向于个性化，产品定制越来越普及，所以企业要抢占市场，必须要 迅速响应市场的这种变化。而这相应地对企业的资源管理提出了更高地要求。工具， 作为资源的一种，有着举足轻重的作用。对于工具的管理，本文在研究车间生产实 际的基础上，从支持并行工程和精良化库存的角度进行工具管理技术的研究，并且 在此基础上完成了车间工具管理系统的开发。 7 j 画囱班毡塞威盏i 蓝盟互县筐理丕蕴曲盔宜皇珏发一 第二章支持并行工程的工具管理 2 1 并行工程概述 2 1 1 并行工程的发展背景及概念 当前世界制造业市场竞争十分剧烈，多数产品“供过于求”，顾客的个性化需 求越来越突出。在这种情况下，产品的更替非常快，因此，新产品的开发和市场响 应周期直接影响一个企业的竞争能力，直接关系到企业的生存与发展。并行工程 ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) 主要是针对产品开发领域而提出的解决方案。并 行工程由于其目标正是为了提高产品开发与生产全过程的质量( 包括设计、工艺、 制造和服务) ；降低产品全生命周期中的成本( 包括产品设计、制造、发送、支持、 客户使用至产品报废等) ；缩短产品研制开发周期( 包括减少设计反复，减少设计时 间、生产准备时间、制造时间和发送时间) ，因此并行工程这种适应短开发周 期要求的产物，在世界范围内得到了研究机构和企业界的高度重视，并在企业向柔 性化、集成化、信息化、智能化发展的今天，发挥着越来越重要的作用。 目前，人们普遍接受了r i w i n n e r 在美国国防分析研究所( i d a ) 的r 一3 3 8 研究报告中给出的并行工程的定义，即：并行工程是对产品及其相关过程( 包括制 造过程及其支持过程) 进行并行、一体化设计的一种系统化的工作方式，这种工作 模式力图使开发者从一开始就要考虑到产品全生命周期( 从概念设计到产品报废) 中所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求。”1 2 1 2 并行工程的特点及与传统产品开发模式的比较 图2 - 1 表示了传统的开发过程。从图中可以看出传统的开发过程是串行的。 这种传统的开发方式存在着以下的问题： 串行模式存在的问题 ( 1 ) 在串行开发系统中信息流都是单向的，设计、制造过程中缺乏必要与及时的信息 反馈，各环节配合不够紧密，设计制造不可能一次成功，致使开发的后期才发现设 计的问题，造成大量的返工。 ( 2 ) 串行工作过程中，由于不能及早完善地考虑制造过程质量控制的问题，造成产品 质量难以控制。 8 直京航空航云太堂亟堂位论芷 ( 3 ) 设计和工艺串行，工艺过程等待图样，造成生产启动较慢。 ( 4 ) 在图样未下厂之前，生产处于等待状态：图样下厂之后，由于受生产周期的限制， 使工艺设计和工装设计所剩时间较短，更难以保证设计和制造模型的一致性。 ( 5 ) 串行工作过程中，由于不能及时考虑到车间的现有资源情况，使得工具的准备要 在产品的设计和工艺以后才能够进行，准备时间较短，这样极有可能会因为生产所 需的工具没有及时到位而发生误工或停工现象。 较多 图2 1 产品串行开发流程 传统产品的开发管理方式存在的问题 ( 1 ) 有关人员分步介入产品开发过程，尤其是工艺、制造人员介入较晚，容易造成较 多的加工阶段问题。 ( 2 ) 传统管理方式中，按功能设置课题组，没有完全按团队工作设置原则及多学科( 专 业) 组织产品开发队伍，造成产品后期阶段协调增多，容易返工，成本高，产品周 期长。 开发技术与环境存在的问题 ( 1 ) 主要是基于图样的设计，较多的依赖工程师的经验和实验数据，并常常采用产品 原型来验证设计的正确性，无法集成的全面考虑产品的可装配型和可制造性等。由 于设计的产品往往很复杂，人为差错率很高，在设计制造和装配过程中常常会遇到 意想不到的问题，致使设计修改，甚至大规模设计返工。 ( 2 ) 结构分析没有及时介入设计，多为事后发现问题，要等设计修改后才能再分析， 效率低，由于设计与分析交流不及时，修改次数也有限，另外，修改设计的举措往 往由设计人员凭借经验和判断力来确定，最后的设计方案可能是一个较好的方案， 但不能保证是优化的方法。 ( 3 ) 设计的版本管理和变更管理手段落后，技术文件种类较多，易造成设计文件的 不协调性。 ( 4 ) 集成手段差 设计、制造部门建立了独立的子系统，但各子系统之间缺乏必要的通信手段： 部分软件按“孤岛”方式工作，缺少专用接口； 设计评审、信息发布和反馈主要靠人工协调的方式完成。 9 画自现岱塞感蛊造的工县萱里歪荭盥至究皇丑篮l 一 由以上分析可见，原产品串行开发模式存在很多问题。并行工程作为一种哲理、 一种工作方式，它最显著的特点是协同工作、并行活动、系统考虑、连续改进、重 视客户需求、注重质量。可以作为改进传统的开发过程、解决原产品串行开发模式 存在问题的有效途径。产品并行开发流程如图2 - - 2 所示。 首先，根据原有串行流程，将设计、制造的大循环分解为若干小循环，避免将 设计错误传递到下游阶段。重组产品开发的子过程，使其尽量并行进行，减少不必 要的环节，使产品开发过程更合理、高效。重新定位企业的资源，确定各个阶段参 加产品开发的资源。建立并行工作流程，实现过程重组与优