现代集成制造系统中的信息技术

5.2现代集成制造系统

中的信息技术

产品数据管理PDM现代集成制造系统中的信息技术现代集成制造网络技术5.2.2产品数据模型交换标准STEP5.2.3产品全生命周期管理技术PLM5.2.42产品数据管理PDM现代集成制造系统中的信息技术现代集成制造网络技术5.2.2产品数据模型交换标准STEP5.2.3产品全生命周期管理技术PLM5.2.43背景随着计算机技术和信息技术在制造业的应用，产品信息、设计信息和设计工作的管理与产品开发的自动化之间出现矛盾。海量数据，自动化孤岛，信息不能充分共享数据文件传递滞后、信息一致性无法保障、文件检索和管理困难企业急需整个企业范围内产品数据的管理系统。文档管理系统：工程图样、技术文档（CAD文件）产品数据管理：扩展到产品开发过程——过程图样和电子文档的管理，材料明细表（BOM）和设计过程的管理，面向产品设计、产品制造的集成平台。41.PDM概述（1）PDM的概念以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息和过程集成起来、统一管理，使产品数据在其生命周期内保持一致、最新和安全，从而缩短产品研发周期、降低成本、提高质量、改善性能，使企业赢得主动权和竞争优势。与产品相关的信息包括CAD/CAE/CAM文件、材料清单、产品配置、事务文件、产品订单、电子表格、生产成本、供应商状况等；与产品相关的过程包括设计的组织者、设计人员、加工工序、加工路线、权限的审批与分配、安全、工作标准和方法、工作流程、机构关系等。51.PDM概述需求功能图计算资料产品目录标准图纸零件表准则规格说明书材料表工具单DINISO在开发和设计的工作中，正确的文档应该在正确的时候送到正确的地方。6人工环境下的产品数据管理档案室文件发放放发件文工艺文件(纸介质)产品图纸(纸介质)物料文件(纸介质)其他文件(纸介质)网络产品设计

CAD/CAE生产管理

MRP/ERP其他部门信息孤岛信息孤岛信息孤岛电子文档

工艺设计

CAPP/CAM信息孤岛电子文档电子文档电子文档7企业产品数据管理存在的问题信息共享：异地、不同部门产品信息如何查询、传递？数据版本：如何保证技术中心和各部门的图纸版本一致？安全保密：如何保证各部门的数据不会流失泄密？产品结构：如何简化系列产品开发？保证各部门BOM？计划管理：如何跟踪工作状态？如何记录备案？工程变改：如何分析更改影响？各地如何及时得到通知？符合规范：如何规范协调各部门的工作？符合ISO？信息交流：各部门（含供应商）之间信息如何可视化交流？8PDM环境下的产品数据管理产品设计

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CAPP/CAM电子文档电子文档电子文档产品结构树(BOM)产品图纸三维模型产品工艺文件质量控制文件标准/手册其他...统一产品数据模型统一的产品数据库统一的产品数据管理系统（PDM）数据管理,数据查询,数据共享,权限控制,版本,更改,发放,工作流程,电子邮件...网络9PDM管理下的信息环境华北电力大学自动化系产品数据产品结构管理更改管理工作流程CAD/CAM文档管理S电子数据仓库管理图纸/文档加工数据更改单说明书主模型生产系统10利用PDM可以大大大简简化开开发和和设计计工作作重要工工作查找通知检查归档分类设计计算绘图建立零零件表表修改图纸管管理文档管管理零件分分类产品结结构管管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文档保保存基于PDM的系统统解决决方案案零件管管理111.PDM概述PDM的进一一步定定义以软件为基础础，在在逻辑辑上将将各个个CAx信息化化孤岛岛集成成起来来，利利用计算机机系统统控整个个产品品的开开发设设计过过程，，逐步步建立立虚拟的的产品品模型型，最终终形成成完整整的产产品描描述、、生产产过程程描述述和控控制数数据。。PDM明确定位为为面向制造业，以产品为管理的核核心，以数据、过程和资源为管理信息息的三大要要素。121.PDM概述（2）PDM的特点PDM所有信息组组织和资源源管理都围围绕产品设计展开。这也也是PDM区别于其他他信息管理理系统的关关键所在。。PDM进行信息管管理有两条条主线静态的产品品结构动态的产品品设计流程程核心思想：：设计数据的的有序设计过程的的优化资源的共享享131.PDM概述（2）PDM的特点整体优化的的观点描述产品设设计数据和和设计过程程，规范产产品生命周周期，保持持产品数据据的一致性性和可跟踪踪性。面向对象的的开放式体体系结构提供系统功功能拓展和和标准接口口客户/服务器结构构（C/S）支持多种数数据存储无缝集成CAD/CAM软件支持多种硬硬件平台、、多种操作作系统和多多种通信协协议142.PDM的主要功能能基本功能产品定义数数据和文件件的存储、、管理与共共享产品数据和和文件的生生成、变更更过程的工工作流控制制产品结构的的配置与历历史管理全局应用支持成组技技术与模块块化设计支持并行工工程(CE/DFX)知识管理(KM)的框架支持与生产产系统(ERP)的集成产品全生命命周期管理理(PLM)的核心152.PDM的主要功能能对于目前存存在的典型型的PDM系统，其功功能有强有有弱，侧重重点和适应应面各不相相同。总体上，PDM必须具备五大大功能：数据和文档管管理过程和工作流流管理产品结构与配配置管理设计检索与零零部件分类库库管理项目管理162.PDM的主要功能（1）数据和文档档管理对象：各种文文件和文档、、产品数据及及相应的属性性和版本方面面的信息基本本功功能能：：产品品数数据据对对象象、、有有关关文文件件的的检检入入/检出出、、引引用用分布布式式文文件件管管理理/分布布式式数数据据库库管管理理安全全保保密密功功能能动态态浏浏览览、、导导航航机机制制属性性管管理理数据据和和文文档档的的版版本本管管理理172.PDM的主主要要功功能能（2）过过程程和和工工作作流流管管理理实现现产产品品的的设设计计与与修修改改过过程程的的跟跟踪踪与与控控制制主要要功功能能模模块块：：面向向任任务务的的工工作作流流管管理理图示示化化的的工工作作流流程程的的定定义义和和修修改改编编辑辑器器工作作流流程程的的异异常常处处理理和和过过程程重重组组触发发、、警警告告和和提提醒醒机机制制与电电子子邮邮件件的的应应用用接接口口18PDM系统统中中工工作作流流管管理理192.PDM的主主要要功功能能（3）产产品品结结构构与与配配置置管管理理产品结结构：：产品品各个个组成成部分分所占占的比比重和和相互互关系系的总总和。。产品结结构管管理：：PDM允许用用户定定义所所有与产品品相关关的数数据，建立立数据与与数据据之间间的关关联，提供供建立立和编编辑产品结结构树树的基本本功能能。产品配配置：：选择择一组组构件件并维维护其其关系系以形形成设设计解解决方方案的的过程程。产品配配置管管理：：以电电子资资料室室为底底层支支持，，以材材料清清单BOM为组织织核心心，把把定义义最终终产品品的所所有工工程数数据和和文档档联系系起来来，对对产品品对象象及其其相互互之间间的联联系进进行维维护和和管理理。202.PDM的主要要功能能（3）产品品结构构与配配置管管理主要功功能模模块：：BOM表的创创建、、自动动生成成和编编辑产品结结构的的图示示化浏浏览和和查询询产品结结构的的多视视图建建模和和管理理产品数数据的的版本本管理理基于规规则的的配置置管理理提供与与MRP、MRPII、ERP等系统统的集集成接接口212.PDM的主要要功能能（4）设计计检索索与零零部件件分类类库管管理最大限限度地地利用用现有有设计计资源源，为为新产品品开发发提供支支持。。主要功功能模模块：：按不同同规则则组织织零部部件的的分类类结构构支持各各种零零部件件标准准支持新新标准准定义义功能能零部件件图示示化查查询功功能分类各各种技技术文文档222.PDM的主要要功能能（5）项目目管理理为管理理者提提供每每时每每刻项项目和和活动动的状状态信信息。。与流行行的项项目管管理软软件包包接口口，获获得对对资源源进行行规划划和对对重要要路径径进行行报告告的能能力。。主要功功能模模块：：项目的的创建建、删删除和和属性性修改改项目参参与人人员的的机构构组织织定义义和角角色指指派项目基基本信信息及及进展展情况况的浏浏览所需资资源的的规划划和管管理有关工工作活活动的的审查查，审审计项项目进进度管管理与与进度度报告告233.PDM的体系系结构构结合PDM系统的的功能能来看看体系系结构构网络层层——物理层层系统服服务层层——逻辑层层应用层层——功能模模块基本功能模块系统管理模块图5.8PDM系统的的体系系结构构243.PDM的体系结构构网络层关系型数据据库：事务务性数据二维关系表表格：数据据动态变化化系统服务层层分布式网络络，可以访访问存储在在不同物理理设备上的的数据描述整个系系统的产品品信息的管管理数据的的公共视图图应用层基本功能模模块：五大大功能系统管理模模块：系统统管理、工工作环境25利用PDM实现异地设设计PDMServerInternet/LAN/WANClientLocalFilesFilesDBFilesDBFilesDB通过分布式式网络访问问存储在不不同物理设设备上的数数据（与实际地地点无关，，不受地域域限制）264.PDM的应用需求分析PDM软件的选择择：从企业业的实际需求出发，重点点考虑企业现状，企业对PDM系统功能、信息及性能的需求。总体功能体体系结构子系统设计计分步骤、有有层次网络层系统服务层层应用层用户图5.9系统总体功功能结构实实例27产品数据管管理PDM现代集成制制造系统中中的信息技技术现代集成制制造网络技技术5.2.2产品数据模模型交换标标准STEP5.2.3产品全生命命周期管理理技术PLM5.2.428背景制造全球化、制造敏捷化、制造网络化和制造虚拟化是现代制造造业发展的的趋势，而而制造全球球化、制造造敏捷化和和制造虚拟拟化均离不不开制造网络化的支撑环境。敏捷性：反反映企业驾驭变化的能力，企企业要实现现的任何战战略转移都都可以从它它具有的善善于转变的的能力中获获益。敏捷制造是是美国国防防部的一项项研究计划划。100多家公司司参加，，提出了了既能体体现国防防部与工工业界各各自的特殊利益益，又能获取他他们共同利益的一种新的生生产方式。敏捷制造：强强调通过联合来赢得竞争，，通过产品制制造、信息处处理和现代通通信技术的集集成，实现人人、知识、资资金和设备(包括企业内部部的和分布在在全球各地合合作企业的)的集中管理和和优化利用。。291.现代集成制造造网络技术概概述敏捷制造网络络体系现代集成制造造网络技术就就是服务于敏敏捷制造的，，其目的就是是建立一个敏敏捷制造网络络体系。利用互联网（（Internet）、企业内部部网（Intranet）构建敏捷制造网络络集成平台，结合有关企企业和高校、、研究所、研研究中心等为为一体，实现现基于网络的的信息资资源共共享和设计制制造过过程的集成成。建立以以网络络为基基础的的，面面向广广大中中小型型企业业的先先进制制造技技术虚虚拟服服务中中心和和培训训中心心，建建立网网络化化制造造工程程，具具体实实施包包括：：基于Intranet的制造造环境境内部网网络化化基于Internet制造业业与外界界联系系的网网络化化301.现代集集成制制造网网络技技术概概述基于Intranet的制造造环境境内部部网络络化实现企企业中中工程程设计计、管管理信信息系系统等等制造造过程程子系系统的的集成成，完完成企企业内内部网网的建建设，，深化化应用用CAD、CIMS技术，，提高高企业业在计计算机机网络络支持持的新新型制制造模模式下下的管管理水水平。。基于Internet网企业业与外外界信信息交交流供应链链管理理公共数数据中中心远程服服务异地设设计和和制造造图5.10网络化化制造造信息息结构构311.现代代集集成成制制造造网网络络技技术术概概述述供应应链链管管理理将生生产产商商、、供供应应商商、、销销售售商商等等在在一一条条链链路路上上的的所所有有环环节节都都联联系系起起来来并并进进行行优优化化，，使使生生产产资资料料以以最最快快的的速速度度变变成成增增值值产产品品送送到到消消费费者者手手中中。。降低成本本、减少少库存，，优化资资源配置置。公共数据据中心利用现代代化手段段使信息息和知识识为尽可可能多的的需求者者服务，，实现企企业间资资源共享享、组合合和优化化利用。。远程服服务在资源源的需需求者者和提提供者者之间间架设设起信信息桥桥梁。。缩短产产品开开发周周期、、提高高产品品开发发一次次成功功率、、增强强企业业自主主开发发能力力。异地设设计和和制造造多个异异地企企业组组成动动态联联盟，，合作作开发发，抓抓住机机遇，，赢得得竞争争。322.制造网网络实实现的的关键键技术术分布式式网络络通信信技术术网络数数据的的存取取和交交换技技术信息交交换技技术协同工工作技技术工作流流管理理333.制造网网络的的应用用模式式（1）制造造系统统的敏敏捷基基础框框架——AIMS美国国国防部部第一一个敏敏捷制制造计计划，，有五五个国国防和和民用用工业业单位位参加加。目标：：联合合国防和民用工工业两个工工业体体系，，开发发一个个国家信信息基基础框框架（AIMSNet），组组成一一个统统一的的敏捷制制造系系统的信息息框架架，提提供一一个标标准的的通过过局部部计算算机网网络或或Internet获取各各种敏捷制制造服服务的方法法。AIMS加快了了国防防工业业和民民用工工业之之间的的转换换。国防工工业开开工不不足时时，可可以承承接民民用生生产任任务。。国防工工业生生产紧紧张时时，民民用工工业可可以为为国防防工业业提供供生产产服务务。343.制造网络的的应用模式式（1）制造系统统的敏捷基基础框架——AIMSAIMSNet是建立在Internet基础上的制制造企业信信息基础框框架，包含含客户、供供应商和其其他AIMS用户。通过Internet访问制造服务单单元，并以此为为基础构造造虚拟企业的概念。5个公司都都在网上提提供了标准的柔性性制造服务务，采用公司司现有的制制造设备，，通过标准准接口代理理进行封装装，形成AIMS制造服务网网络，客户和供供应商可以以通过网络络，采用结结构化的通通讯方式来来请求所需的的信息（如成本、、设备能力力、库存情情况等）、、进行项目招招标、发放定单。AIMS项目的研究究实践为实实施网络化制造造和建立面向制造的的国家信息基基础结构提供了良好好的参考。。353.制造网络的的应用模式式（2）计算机辅辅助制造网网络——CAMNet由美国国防防部资助、、通用电器器开发的模具计算机机辅助制造造网，目标是以以计算机技技术为基础础，利用高高速计算机机网络把企企业集成在在一起。参加产品开开发与制造造的合作伙伙伴（制造造商、供应应商、技术术推广部门门、制造服服务部门、、政府部门门等）在网网络上协调调工作，摆摆脱距离、、时间、计计算机平台台和工具的的影响，在在网上获取取重要的设设计和制造造信息，如如CAD模型型、、生生产产工工艺艺、、制制造造仿仿真真、、顾顾客客需需求求等等。。CAMNet提供供四四种种服服务务：：363.制造造网网络络的的应应用用模模式式（3）企企业业集集成成网网路路———EINet由美美国国国国防防部部ARPA资助助、、TradeWave公司司开开发发的的一一个个先先进进的的通信信基基础础框框架架，，允许许各各种种工业业应应用用在网网络络内内透透明明地地相相互互连连接接，，并并提提供供增增值值服服务务。。目录录服服务务强大大的的搜搜索索能能力力，，帮帮助助用用户户在在电电子子市市场场或或企企业业内内部部寻寻找找信信息息、、服服务务和和人人员员。。安全全性性服服务务通过过用用户户权权限限为为网网络络安安全全提提供供保保障障。。电子子汇汇款款服服务务支持持在在整整个个网网络络上上进进行行商商业业往往来来。。通过过这这些些服服务务，，用用户户能能够够快快速速地地确确定定所所需需要要的的信信息息、、安安全全地地进进行行各各种种业业务务以以及及方方便便地地处处理理财财务务事事务务。。373.制造造网网络络的的应应用用模模式式（4）零零件件组组网网络络———PartNet由美美国国国国防防部部资资助助、、Utah大学学和和PartNet公司司合合作作完完成成，，是是一一个个在线线零零件件目目录录和分布布式式组组件件信信息息系系统统。它建建立立在在最最新新的的网络络技技术术、面向向对对象象的的应应用用开开发发和分布布式式数数据据库库的基基础础上上，，为为内内部部或或外外部部用用户户提提供供在在线线的的桌桌面面访访问问。。用用户户可可在在任任何何地地点点确确定定、、搜搜索索和和选选择择存存储储在在零零件件目目录录中中的的组组件件。。图5.13PartNet工作作原原理理网络络信信息息中中间间商商技技术术（（NIB）虚拟拟数数据据库库接接口口技技术术（（VDI）384.制造造网网络络的的发发展展趋趋势势面向向全全球球制制造造，，构构建建全全球球制制造造体体系系制造造组组织织的的动动态态联联盟盟人机机智智能能的的柔柔性性交交互互39产品数据管理理PDM现代集成制造造系统中的信信息技术现代集成制造造网络技术5.2.2产品数据模型型交换标准STEP5.2.3产品全生命周周期管理技术术PLM5.2.440背景数字化产品数数据必须包括括足够的信息息来表达产品品的整个生命命周期，即从从设计到分析析、制造、质质量控制测试试、检测和产产品支持功能能。为了做到这一一点，需要一一个涵盖几何何、拓扑、公公差、约束、、属性、装配配、尺寸和其其他许多方面面内容的标准准。411.STEP概述产品模型数据据交换标准(StandardforTheExchangeofProductmodeldata,STEP)STEP是一套关于产产品整个生命命周期中产品数据的表达和交换的国际标准。。产品的数据表表达和交换构构成了STEP的基础。目的：提供一种不依依赖于具体系系统的中性机机制，能够描描述整个生命命周期中无二义义性的产品品数据据，同同时保保持数数据的的一致性性和完整性性，以实实现不不同系系统的的数据据交换换，数数据的的共享享和长长期存存档。。特点：可拓展性性，支持持广泛的的应用领领域能表达完完整的产产品数据据，提供供多种数数据交换换方式具有中性性机制，，可以独独立于任任何具体体的系统统国际性，，由用户户开发而而不是供供应商422.STEP标准的应应用STEP标准不仅仅允许公公司在内内部高效效率地交交换数据据，还可可以与国国际上的的合作伙伙伴交换换数据。。STEP标准是计计算机可可理解的的，支持持设计重重用、数数据保存存，并且且在产品品的整个个生命周周期均提提供了对对数据的的访问。。应用领域域：数据交换换产品数据据库并行工程程产品数据据的长期期存档433.STEP各组成部部分（1）EXPRESS语言一种描述述产品信息息模型的形式化描描述语言言，具有可可读性，，被计算算机所理理解，但但并不是是一种程程序设计计语言。。描述的的代码不不能由计计算机编编译，其其实现依依赖于与与其他可可编译语语言之间间(C++，，Java)的语言联编编。EXPRESS是面向对对象、面面向模式式的语言言。每种种信息模模型由若若干模式式组成。。模式内内有分类类型说明明、实体体、规则则、函数数与过程程。STEP引入这些些概念来来描述客客观事物物、客观观事物的的特性、、事物之之间的关关系。把一般的的事物/概念抽象象为实体，若干实实体的集集合组成成模式。事物的特特性用实实体的属性（Attribute））表示。实体之间间的关系系用子类（Subtype）和超类（Supertype））说明。443.STEP各组成部部分（2）信息模模型的图图形表示示为了能够够直观地地表示所所建立的的数据模模型，STEP中还规定定用EXPRESS-G图表示实体体、实体体的属性性，实体体和属性性之间的的关系、、实体之之间的关关系等等等。实体用方方框表示示，实体体和属性性之间用用线连接接，连线线上标注注属性名名和基数数约束；；实体和和属性之之间的关关系是隐隐含的。。IDEF0用于描述应应用协议中中的应用活活动模型。。IDEF1x方法的图形形表示用于于描述信息息模型。NAIM数据建模方方法的图形形表示用于于描述信息息模型。453.STEP各组成部分分（3）集成资源源在STEP标准不同的的应用协议议中，有很很多模型的的内容可能能是相同的的或相似的的，例如不不同领域的的几何模型型和管理信信息模型必必定会有共性的方面。STEP把不同领域域中有共性性的信息模模型抽取出出来，制定定为标准的的集成资源或应用。（4）应用协议议由于STEP的广泛性和和复杂性，，任何一个个组织想要要完整地实实现它都是是不可能的的。为了保保证STEP的不同实现现之间的一一致性，它它的子集的构成成也必须是是标准化的的。对于某一一具体的应应用领域，，这一子集集就被称为为应用协议。这样，若若两个系统统符合同一一个应用协协议，则两两者的产品品数据就应应该是可交交换的。应用协议是是一份文件件，用以说说明如何用用标准的STEP集成资源解释产品数据模模型文本，以满足工工业需求。。463.STEP各组成部分分（5）实施方法法实现STEP数据系统的的方式。STEP数据系统的的实现分为为四个层次次（由低到到高）：文件交换工作格式交交换共享数据库库交换知识库交换换（6）一致性测测试确定被测实实施是否满满足有关应应用协议中中提出的一一致性要求求。474.产品模型信信息建模过过程STEP为开发各种种系统，提提供了一种种标准化的的建模工具具和方法论论：应用以IDEF0为基础的功功能分析法法，建立应用活动模型型，以描述具体体系统的过程程、信息流和和功能需求。。应用EXPRESS-G、IDEFlx、NIAM数据分析和设设计方法，建建立应用参考模型型，以描述具体体系统的信息息要求、约束束、功能及对对象。根据AAM和ARM，从集成资源中中抽出所需资资源构件，增增加约束、关关系和属性，，建立用EXPRESS语言描述的应用解释模型型，形成具体系系统的概念模模式。48产品数据管理理PDM现代集成制造造系统中的信信息技术现代集成制造造网络技术5.2.2产品数据模型型交换标准STEP5.2.3产品全生命周周期管理技术术PLM5.2.4491.PLM概述全球经济一体体化要求企业业不仅要整合合企业内部的的业务流程，，而且还要和和合作伙伴时时时协同，共共享资源，实实现产品数据据的集成。过去：全生命周期内内各个阶段上上的单元技术术某个环节的解解决方案如今：各技术单元、、各解决方案案之间、企业业内部与外部部之间，如何何集成与协同同？如何解决“信信息孤岛”和和“自动化孤孤岛”？PLM是在Web环境下，从市市场的角度并并以全生命周周期内产品数数据集成为基基础，研究产产品在其生命命周期从产品品规划、设计计、制造到销销售等过程的的管理与协同同。新产品引进成长成熟衰退退出502.PDM/PLM的对比（1）定义PDM(产品数据管理理)管理所有与产品相关信息息和所有与产品相关过程程的技术。PLM(产品全生命周周期管理)以产品创新为中心的战略略管理方法，，支持企业内内或企业间从从产品概念设设计到产品使使用生命结束束过程中产品品信息的协同产产生、管理、、分发和使用用。CPDM(协同产品开发发管理)一种面向参与与产品开发的的多个组织（（包括分子公公司、客户、、供应商等））进行异地化、网络络化、数字化化协同产品研发发的数据共享与过程管理技术。51产品全生命周周期各阶段需求与计划概念设计产品设计制造工程产品测试和质量保证批量生产销售和分销维护维修循环再利用522.PDM/PLM的对比PD