现代制造信息系统分析与设计

请同学们将手机置于振动状态!,考试时间,地点2007-11-22,下午2:00-4:00主127请大家1:40进入教室,前言,经济竞争将成为世界各国竞争的焦点和社会发展的主要动力。对制造业来说,竞争的核心将是新产品和制造技术的竞争。世界正处于由以原材料和能源消耗为基础的“工业经济”向以信息和知识为基础的“知识经济”转变的重要历史时期。先进制造技术和信息技术高速发展，知识技术产品的更新周期日益缩短，产品创新速度将越来越快，产品的知识含量将越来越高。,围绕以知识为基础的创新产品的竞争，一场以信息技术为特征的新的制造业革命正在波澜壮阔地展开。未来的制造技术将进一步向智能化、集成化、系统化方向发展。,社会信息化基本特征,信息膨胀:进入90年代以来，全世界每年约生产720亿条各种媒介的信息，这就是“信息爆炸”。信息技术高度发展:信息技术，包括计算机、通讯、高密度存贮、声像、复印、印刷等广泛的技术领域及其在信息工作中的应用。,信息、信息技术和信息化的重要性日愈为人类所认识:信息和原材料、能源一起，构成了社会生产的三大支柱。对信息资源的开发和利用，对信息技术的研究和应用，已经成为衡量一个国家综合国力的重要指标，也成为国际竞争中必须抢占的制高点。,信息行业迅速发展:信息资源的开发、信息技术的推广和应用，必然会促使信息技术的产业化、市场化，形成一个新的行业，即信息行业，并促进这个行业的大发展。90年代正在兴起的“全球信息高速公路”，促进第五次产业革命和信息时代的到来。,现代制造信息系统分析与设计AnalysisandDesignforAdvancedManufacturingInformationSystems,第一章引论,1-1制造信息系统基本概念1-2制造信息系统的结构1-3制造信息系统的开发方法1-4制造信息系统的开发方式1-5制造信息系统项目管理,学习本课程意义,人类已进入信息时代，信息已成为社会和经济发展的重要支柱。数字化企业、信息化企业。计算机和网络化技术作为信息处理的重要工具，发挥越来越重要的作用。管理就是决策，决策需要信息，现代企业管理需要信息系统的支持。信息量的剧增，需要作好信息储存、搜索和处理工作。这是信息系统设计与分析的重要部分。,第1-1节制造信息系统基本概念,1-1-1、系统1-1-2、信息1-1-3、信息系统1-1-4、制造信息系统1-1-5、信息系统的发展,1-1-1系统的概念,系统是一些存在着密切联系并通过这些联系达到某种目的的元素集合。系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，且该系统本身又是它所从属的更大系统的组成部分钱学森。,任何一个系统都具有一定结构，该结构描述了系统内各元素之间物理上或逻辑上的关系。系统中有意义的元素为实体(Entity)，描述实体特征的变量称为属性(Attribute)，实体运动的规定时间称为活动(Activity)，描述在任何时间的形态的变量称为状态(State)变量。,系统定义,系统是什么是由一组要素为完成特定功能，具有一定的结构，通过相互间的有机联系而组成的整体。若干要素-制造信息系统的要素是什么？一定结构-制造信息系统的结构是什么？一定功能-制造信息系统的功能是什么？,系统的分类,按系统的复杂程度物理系统生物系统社会系统按系统的起源自然系统人工系统,按系统的抽象程度实体系统概念系统逻辑系统系统与环境关系开放系统封闭系统,系统的特征,整体性层次性目的性稳定性动态性有序性为了特定的目标，各个单元（子系统）间必须保持整体、一致而有序的相互关系，并能随环境的变化而动态地改变自己的行为。,在信息系统分析与设计时，要考虑的问题。,1-1、为什么要用系统地观点考虑问题（1）,例1、力学系统工字钢,a,b,c,抗弯强度？,1-1、为什么要用系统地观点考虑问题（2）,房屋翻修工程：10间相同办公室，刷墙、铺地板改装电灯,甲公司：将10间分10人，总价10万，1个月完成,乙公司：铺地板：1人装电灯：1人刷墙：1人备料：1人组织协调：1人总价10万，1个月完成,材料费：40000元，工资：5000元,赢利10000,赢利35000,例2,子系统1,子系统2,子系统3,子系统4,装配子系统,输入,输入,输入,输出,系统可以串行与并行集成,系统,系统A,系统B,系统C,A1,A2,B1,B2,B3,C1,C2,A21,A22,B31,B32,C21,C22,系统可以分解成子更小的子系统，直到这些子系统的规范和复杂度可以管理。,系统-形式化模型,1、系统空间:各种实体活动的范围工资发放系统：实体：人（张三、李四等）2、属性及系统状态属性：人（姓名、年龄、性别、职业）系统建模原则：以最少但又充分的属性和状态3、系统的输入与输出4、系统的目标及决策者价值,系统是一种相互联系的实体（objects）的集合。表示：S=Oi|iI,系统建模,系统分析,系统设计,1-1-2、信息概念,1、数据的定义对客观事物进行记录并可以鉴别的符号，它不仅指狭义上的数字，还可以是文字、图形和声音等；它是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示。是用数字、符合、字母表示的记载事实，信息用数字表示后，易于计算机处理。2、信息的定义客观世界事物的反映，它提供了现实世界事物的消息与知识。在信息系统中，信息是经过加工后的数据。3、数据与信息的关系比喻：“原料”与“成品”的关系,4、模型,是指对于某个实际问题或客观事物、规律进行抽象后的一种形式化表示方法。数学模型：对于现实中的原型，为了某个特定目的，作出一些必要的简化和假设，运用适当的数学工具得到一个数学结构。也可以说，数学建模是利用数学语言（符号、式子与图象）模拟现实的模型。把现实模型抽象、简化为某种数学结构是数学模型的基本特征。它或者能解释特定现象的现实状态，或者能预测到对象的未来状况，或者能提供处理对象的最优决策或控制,程序模型,逻辑模型,结构模型,方法模型,分析模型,管理模型,数据模型,系统模型.,5、模块和模式,模块：是指一组程序的集合。模式：是一种工作或运作方式，也称范式。开发模式管理模式处理模式,信息的主要特性,准确性反映现实事物的程度；时效性生命周期；有序性信息发生有先后顺序；共享性可以使用同样的信息；可储存性文字、图形、图象、声音、符号等；适用性信息因人而异、因事而异、因时而异、因地而异。,1-1-3、信息系统,是指基于计算机和各种软件技术、融各种管理理论和管理方法，最终为管理服务的人-机信息处理系统。信息系统的结构是指它所包含的各个部件及其结构关系。出于对部件的不同理解，就构成了不同的结构方式，如概念结构、功能结构和体系结构。信息系统是人机系统,管理信息系统,概念：管理信息系统MIS是由人和计算机等组成的能进行信息收集、传递、存储、加工、维护和使用的系统-中国企业管理百科全书，1984管理信息系统的基本功能：数据的采集和输入；数据的传输；信息的存储；信息的加工；信息的维护；信息的使用,1-1-4、制造信息系统,在制造系统中,众多的规划与控制决策只有在足够的信息支持的基础上才能实现。决策所需要的信息常来自书面材料，包括图纸、文档和图片等。人的经验。机内和网上的数据和知识。决策则由人或人和计算机一起完成。计算机提供信息支持和算法支持。,制造信息系统,产品生命期,发货,报废,产品数据管理PDM,产品数据管理的延伸,企业资源规划ERP,三维技术,二维,二维,第一代电子商务B2C,第二代电子商务B2C+B2B,第三代电子商务B2C+B2B,二维,三维技术,二维,二维,产品数据管理PDM,第一代电子商务B2C,第二代电子商务B2C+B2B,第三代电子商务B2C+B2B,二维,二维,二维,销售及分销,供应商合作管理,生产计划,产品开发,服务及维修,制造系统概述,制造业是将可用资源与能源通过制造过程转化为可供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。它涉及到国民经济的大量行业，如机械、电子、轻工、化工、食品、军工、航天等可以说制造业是国民经济和综合国力的产业支柱制造过程是制造业的基本行为。制造过程可定义为将制造资源(原材料+劳动力+能源等)转变为有形财富或产品的过程。,制造系统是工艺、机器系统、人、组织、结构、信息流、控制系统和计算机的集成组合，其目的在于取得产品制造的经济性和产品性能的国际竞争性（英国著名学者J.Parnaby1989）制造系统是制造业中形成制造生产（简称生产）的有机整体，在机电工程产业中，制造系统具有设计、生产、发运和销售的一体化功能（国际生产工程学会(CIRP)1990）,制造系统是人、机器和装备以及物料流和信息流的一个组合体（美国麻省理工学院(MIT)教授G.Chryssolouris于1992）制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关的软件包括制造理论制造技术（制造工艺和制造方法等）和制造信息等组成了一个具有特定功能的有机整体，称之为制造系统。,制造系统的三流结构论,制造系统在运行过程中无时无刻不伴随着三流的运动。即总是伴随着物料流、信息流和能量流的运动。,制造系统-物资流,物料流:制造系统输入的是原材料或坯料（有时也包括半成品）及相应的刀具、量具夹具、润滑油、冷却液和其它辅助物料等，经过输送、装夹、加工、检验等过程，最后输出半成品或产品（一般还伴随着切屑的输出）。整个加工过程（包括加工准备阶段）是物料输入和输出的动态过程，这种物料在机械加工系统中的运动被称为物料流。,制造系统-信息流,信息流:在制造系统中,必须集成各方面的信息,以保证制造过程的正常进行。这些信息主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、工件要求质量指标、切削参数等等。这些信息又可分为静态信息（如工件尺寸要求公差大小等）和动态信息（如刀具磨损程度机床故障状态等）。所有这些信息构成了制造过程的信息系统，这个系统不断地和制造过程的各种状态进行信息交换，从而有效地控制制造过程，以保证制造效率和产品质量，这种信息在机械加工系统中的作用过程称为信息流。,制造系统-能量流,能量流：能量是一切物质运动的基础。制造系统是一个动态系统，其动态过程是指制造系统过程中的各种运动过程。这个运动过程中的所有运动，特别是物料的运动均需要能量来维持。来自制造系统外部的能量（一般是电能），多数转变为机械能。一部分机械能用以维持系统中的各种运动另一部分通过传递、损耗而达到制造系统的切削区域，转变为分离金属的动能和势能。这种在制造系统过程中的能量运动称为能量流。,现代制造系统-信息制造观,传统制造观注重用制造系统中的物料流与能量流来描述制造系统。信息制造观计算机集成制造、CIMSCIM(ComputerIntegratedManufacturing,计算机集成制造或计算机综合制造)是美国约瑟夫.哈林顿(JosephHarrington)博士于1973年在其ComputerIntegratedManufacturing一书中首先提出企业生产的各个环节,即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动，是一个不可分割的整体要紧密连接统一考虑。整个制造过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程,最终形成的产品可看作是数据的物质表现。,制造信息的特点,制造信息的量化制造信息的准确可靠制造信息及时性制造信息的成本、价值与质量制造信息存取和更新,制造信息系统,用计算机辅助处理生产信息始于60年代初,用于订货单统计分析、分析、存货查询、生产信息采集分析、辅助管理及控制等。此后逐步扩展成为现今的MIS。MIS是一个多层次多模块组成并不断扩展的应用软件。MIS面对的是生产管理大系统。MIS本身是个大信息系统，它将制造的规划、实施和控制等信息模块作及时优化的集成，利用计算机的信息处理和传递能力，将大量的数据以最低成本转化成为供现代工业管理及时决策使用的信息。,常用的制造信息系统,CADCAPPCAMPDM,CAQMRPIIERPMRO,SCMCMCRM,常用的制造信息系统,产品设计制造信息系统CADCAPPCAMCAEPDM,企业内部生产组织管理系统MRPERPSCMCAQCMMRO,常用的制造信息系统,企业外部营销管理系统CRMSCM生产过程自动化系统MES生产辅助信息系统HROA,常用的制造信息系统,举例:生产管理信息系统-主要功能,数据库的构造。提供生产管理、库存管理等所需的基本数据文件包括：销售规划文件、财务数据文件、生产能力文件、工时标准文件、库存文件、生产组织文件、加工单元及机器设备文件、各种样本文件。数据库维护模块。记录数据的增删、修改和提取，以及产生上述基本数据文件维护文件等。,生产规划模块。在现有设备生产能力及用户有需求的约束条件下，以最大产值及利润为目标建造生产计划及生产调度方案。成组物料需求规划模块。在生产计划、生产调度及库存信息支持下，利用成组技术进行MRP,所需物料又可分为外购件、自制作及分合同供货件等。其中自制件可按成组编码分类分组下达制造。,库存控制模块。按时更新库存状态文件并提供库存出入报告。还提供在制品情况、库存情况及按产品及成组生产单元生产要求向产品装配提供另件的情况。生产能力规划模块。在成组物料需求规划及工时标准文件基础上，产生工时需求规划，推之平衡并调整成组设备负荷。若发现有不平衡则一般需要重新进行生产规划及生产计划。,1-1-5、信息技术与信息系统的发展,计算机的产生和以计算机为基础的信息系统形成由于战争和军事上的需要，世界上第一台电子计算机诞生；商用小型计算机的出现，把计算机的应用从单纯的数值运算扩大到适合于数据处理的广泛领域，为计算机和信息技术的繁荣和发展奠定了基础。,管理领域中的应用分支在数据处理中的应用：电子数据处理系统（EDPs，ElectronicDataProcessingsystem）在管理领域中的应用-管理信息系统（MIS，ManagementInformationSystem）,1-1-5、信息技术与信息系统的发展,DSSDecisionSupportSystem：把信息系统在管理领域的应用又推到了一个更高的阶段。产品市场分析DSS；金融（股票证卷）市场分析DSS；企业经营和战略发展DSS；投资咨询DSS；企业诊断DSS等；,1-1-5、信息技术与信息系统的发展,办公事务OA（OfficeAutomation）OIS（OfficeInformationSystem）IBS（IntelligenceBuildingSystem）商贸交易从业务对象来分：对公业务（B2B）和商业零售（B2C）从商贸交易范围来分：电子商务系统从技术标准的应用来分：Web-based/EDI-based/SET-CA从网络技术对交易过程的支持程度来分：（Pro-Trade/Transaction）（Trade/Transaction）（Post-Trade/Transaction)网络营销系统,1-1-5、信息技术与信息系统的发展,工程应用-在生产制造中的应用柔性加工系统（FMS，FlexibleManufactureSystem）CAD，ComputerAidedDesignCAM，ComputerAidedManufactureCIMS，ComputerIntegrateManufactureSystem,1-1-5、信息技术与信息系统的发展,软件开发和软件工程结构化系统开发方法（SSDT，StructureSystemDevelopmentTechnique）软件工程（SE，SoftwareEngineering）商务系统规划（BSP，BusinessSystemPlanning）方法面向对象（ObjectOriented）计算机辅助软件工程（ComputeraidedSoftwareEngineering）,1-1-5、信息技术与信息系统的发展,人工智能人工智能（AI，ArtificialIntelligence）、知识工程（KE，KnowledgeEngineering）、基于知识处理的自动推理系统和专家系统（ES，ExpertSystem）,1-1-5、信息技术与信息系统的发展,航空发动机快速响应制造系统,制造信息系统-实际的项目,典型发动机装配过程,航空发动机装配与试车是发动机制造中的最终阶段，发动机装配制造过程非常复杂，流程与供应链复杂。,总体结构,装试生产线快速响应数字化制造-体系框架,压气机叶片数字化生产线-总体规划,直升机数字化管理综合应用系统,信息系统发展的三个阶段,20世纪5060年代期间计算机在信息处理领域得到广泛的应用它的极高的处理速度、极大的存储能力和极广阔的应用领域向人们展示了其强大的生命力。总的来看，信息系统经历了以下几个发展时期：电子数据处理系统EDPS（ElectronicDataProcessingSystem），它是最早的信息系统。EDPS的功能就是利用计算机完成各类数据的存储、加工处理、输出和数据交换。数据统计系统、数据更新系统、数据查询系统和数据分析系统。管理信息系统MIS-ManagementInformationSystem）是在EDPS的基础之上发展起来的。如：人事档案数据、调查统计数据、库房管理数据、企业管理数据及金融财产数据。决策支持系统DSS（DecisionSupportSystem）,EDPS、MIS、DSS特点,与EDPS相比，MIS有以下特点：强调定量化的管理模型和系统的优化处理；强调系统对处理对象和处理过程的预测和控制作用；强调系统对数据的深层次开发；强调系统化的开发方法。与MIS相比，DSS有以下特点：DSS是面向决策者的；以解决具有不确定性、没有固定处理模式的管理决策问题为主；强调决策过程中人的主要作用，信息系统只是对决策者，即人在决策过程中的工作起支持作用。,1-2信息系统的结构,1-2-1信息系统的物理结构1-2-2信息系统的层次结构1-2-3信息系统的功能结构,1-2-1信息系统的物理结构,计算机硬件系统计算机软件系统通信网络系统数据和存储介质信息收集、处理设备规章制度工作人员,系统的硬件、软件、数据等资源在空间的分别情况分类集中式分布式一般分布式客户-服务器分布集中