CIMS现代集成制造系统概论-现代集成制造系统中的信

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

CAD/CAE生产管理

MRP/ERP其他部门电子文档

工艺设计

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10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利用PDM可以大大大简化开开发和设设计工作作重要工作作查找通知检查归档分类设计计算绘图建立零件件表修改图纸管理理文档管理理零件分类类产品结构构管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文档保存存基于PDM的系统解解决方案案零件管理理111.PDM概述PDM的进一步步定义以软件为基础，，在逻辑辑上将各各个CAx信息化孤孤岛集成成起来，，利用计算机系系统控整个产产品的开开发设计计过程，，逐步建建立虚拟的产产品模型型，最终形形成完整整的产品品描述、、生产过过程描述述和控制制数据。。PDM明确定位位为面向向制造业，以产品为管理的的核心，，以数据、过程和资源为管理信信息的三三大要素素。121.PDM概述（2）PDM的特点PDM所有信息息组织和和资源管管理都围围绕产品设计计展开。这这也是PDM区别于其其他信息息管理系系统的关关键所在在。PDM进行信息息管理有有两条主主线静态的产产品结构构动态的产产品设计计流程核心思想想：设计数据据的有序序设计过程程的优化化资源的共共享131.PDM概述（2）PDM的特点整体优化化的观点点描述产品品设计数数据和设设计过程程，规范范产品生生命周期期，保持持产品数数据的一一致性和和可跟踪踪性。面向对象象的开放放式体系系结构提供系统统功能拓拓展和标标准接口口客户/服务器结结构（C/S）支持多种种数据存存储无缝集成成CAD/CAM软件支持多种种硬件平平台、多多种操作作系统和和多种通通信协议议142.PDM的主要功功能基本功能能产品定义义数据和和文件的的存储、、管理与与共享产品数据据和文件件的生成成、变更更过程的的工作流流控制产品结构构的配置置与历史史管理全局应用用支持成组组技术与与模块化化设计支持并行行工程(CE/DFX)知识管理理(KM)的框架支持与生生产系统统(ERP)的集成产品全生生命周期期管理(PLM)的核心152.PDM的主要功功能对于目前前存在的的典型的的PDM系统，其其功能有有强有弱弱，侧重重点和适适应面各各不相同同。总体上，，PDM必须具备备五大功功能：数据和文文档管理理过程和工工作流管管理产品结构构与配置置管理设计检索索与零部部件分类类库管理理项目管理理162.PDM的主要功功能（1）数据和和文档管管理对象：各各种文件件和文档档、产品品数据及及相应的的属性和和版本方方面的信信息基本功能能：产品数据据对象、、有关文文件的检检入/检出、引引用分布式文文件管理理/分布式数数据库管管理安全保密密功能动态浏览览、导航航机制属性管理理数据和文文档的版版本管理理172.PDM的主要功功能（2）过程和和工作流流管理实现产品品的设计计与修改改过程的的跟踪与与控制主要功能能模块：：面向任务务的工作作流管理理图示化的的工作流流程的定定义和修修改编辑辑器工作流程程的异常常处理和和过程重重组触发、警警告和提提醒机制制与电子邮邮件的应应用接口口18PDM系统中工工作流管管理192.PDM的主要功功能（3）产品结结构与配配置管理理产品结构构：产品品各个组组成部分分所占的的比重和和相互关关系的总总和。产品结构构管理：：PDM允许用户户定义所所有与产品相相关的数数据，建立数据与数数据之间间的关联联，提供建建立和编编辑产品结构构树的基本功功能。产品配置置：选择择一组构构件并维维护其关关系以形形成设计计解决方方案的过过程。产品配置置管理：：以电子子资料室室为底层层支持，，以材料料清单BOM为组织核核心，把把定义最最终产品品的所有有工程数数据和文文档联系系起来，，对产品品对象及及其相互互之间的的联系进进行维护护和管理理。202.PDM的主要功功能（3）产品结结构与配配置管理理主要功能能模块：：BOM表的创建建、自动动生成和和编辑产品结构构的图示示化浏览览和查询询产品结构构的多视视图建模模和管理理产品数据据的版本本管理基于规则则的配置置管理提供与MRP、MRPII、ERP等系统的的集成接接口212.PDM的主要功功能（4）设计检检索与零零部件分分类库管管理最大限度度地利用用现有设设计资源源，为新产品开开发提供支持持。主要功能能模块：：按不同规规则组织织零部件件的分类类结构支持各种种零部件件标准支持新标标准定义义功能零部件图图示化查查询功能能分类各种种技术文文档222.PDM的主要功功能（5）项目管管理为管理者者提供每每时每刻刻项目和和活动的的状态信信息。与流行的的项目管管理软件件包接口口，获得得对资源源进行规规划和对对重要路路径进行行报告的的能力。。主要功能能模块：：项目的创创建、删删除和属属性修改改项目参与与人员的的机构组组织定义义和角色色指派项目基本本信息及及进展情情况的浏浏览所需资源源的规划划和管理理有关工作作活动的的审查，，审计项项目进度度管理与与进度报报告233.PDM的体系结结构结合PDM系统的功功能来看看体系结结构网络层——物理层系统服务务层——逻辑层应用层——功能模块块基本功能模块系统管理模块图5.8PDM系统的体体系结构构243.PDM的体系结结构网络层关系型数数据库：：事务性性数据二维关系系表格：：数据动动态变化化系统服务务层分布式网网络，可可以访问问存储在在不同物物理设备备上的数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多家公司参参加，提出出了既能体体现国防部部与工业界界各自的特殊利益，又能获取取他们共同利益的一种新的的生产方式式。敏捷制造：：强调通过过联合来赢得竞争争，通过产产品制造、、信息处理理和现代通通信技术的的集成，实实现人、知知识、资金金和设备(包括企业内内部的和分分布在全球球各地合作作企业的)的集中管理理和优化利利用。291.现代集成制制造网络技技术概述敏捷制造网网络体系现代集成制制造网络技技术就是服服务于敏捷捷制造的，，其目的就就是建立一一个敏捷制制造网络体体系。利用互联网网（Internet）、企业内内部网（Intranet）构建敏捷制造网网络集成平平台，结合有关关企业和高高校、研究究所、研究究中心等为为一体，实实现基于网网络的信息资源共共享和设计制造过过程的集成。建立以网络络为基础的的，面向广广大中小型型企业的先先进制造技技术虚拟服服务中心和和培训中心心，建立网网络化制造造工程，具具体实施包包括：基于Intranet的制造环境境内部网络化化基于Internet制造业与外界联系系的网络化化301.现代集成制制造网络技技术概述基于Intranet的制造环境境内部网络络化实现企业中中工程设计计、管理信信息系统等等制造过程程子系统的的集成，完完成企业内内部网的建建设，深化化应用CAD、CIMS技术，提高高企业在计计算机网络络支持的新新型制造模模式下的管管理水平。。基于Internet网企业与外外界信息交交流供应链管理理公共数据中中心远程服务异地设计和和制造图5.10网络化制造造信息结构构311.现代集成制制造网络技技术概述供应链管理理将生产商、、供应商、、销售商等等在一条链链路上的所所有环节都都联系起来来并进行优优化，使生生产资料以以最快的速速度变成增增值产品送送到消费者者手中。降低成本、、减少库存存，优化资资源配置。。公共数据中中心利用现代化化手段使信信息和知识识为尽可能能多的需求求者服务，，实现企业业间资源共共享、组合合和优化利利用。远程服务在资源的需需求者和提提供者之间间架设起信信息桥梁。。缩短产品开开发周期、、提高产品品开发一次次成功率、、增强企业业自主开发发能力。异地设计和和制造多个异地企企业组成动动态联盟，，合作开发发，抓住机机遇，赢得得竞争。322.制造网络实实现的关键键技术分布式网络络通信技术术网络数据的的存取和交交换技术信息交换技技术协同工作技技术工作流管理理333.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——AIMS美国国防部部第一个敏敏捷制造计计划，有五五个国防和和民用工业业单位参加加。目标：联合合国防和民用工业两个工业体体系，开发发一个国家信息基基础框架（AIMSNet），组成一一个统一的的敏捷制造系系统的信息框架架，提供一一个标准的的通过局部部计算机网网络或Internet获取各种敏捷制造服服务的方法。AIMS加快了国防防工业和民民用工业之之间的转换换。国防工业开开工不足时时，可以承承接民用生生产任务。。国防工业生生产紧张时时，民用工工业可以为为国防工业业提供生产产服务。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）计算机机辅助制制造网络络——CAMNet由美国国国防部资资助、通通用电器器开发的的模具计算算机辅助助制造网网，目标是是以计算算机技术术为基础础，利用用高速计计算机网网络把企企业集成成在一起起。参加产品品开发与与制造的的合作伙伙伴（制制造商、、供应商商、技术术推广部部门、制制造服务务部门、、政府部部门等））在网络络上协调调工作，，摆脱距距离、时时间、计计算机平平台和工工具的影影响，在在网上获获取重要要的设计计和制造造信息，，如CAD模型、生生产工艺艺、制造造仿真、、顾客需需求等。。CAMNet提供四种种服务：：363.制造网络络的应用用模式（3）企业集集成网路路——EINet由美国国国防部ARPA资助、TradeWave公司开发发的一个个先进的的通信基础础框架，，允许各种种工业应用用在网络内内透明地地相互连连接，并并提供增增值服务务。目录服务务强大的搜搜索能力力，帮助助用户在在电子市市场或企企业内部部寻找信信息、服服务和人人员。安全性服服务通过用户户权限为为网络安安全提供供保障。。电子汇款款服务支持在整整个网络络上进行行商业往往来。通过这些些服务，，用户能能够快速速地确定定所需要要的信息息、安全全地进行行各种业业务以及及方便地地处理财财务事务务。373.制造网络络的应用用模式（4）零件组组网络——PartNet由美国国国防部资资助、Utah大学和PartNet公司合作作完成，，是一个个在线零件件目录和分布式组组件信息息系统。它建立在在最新的的网络技术术、面向对象象的应用用开发和分布式数数据库的基础上上，为内内部或外外部用户户提供在在线的桌桌面访问问。用户户可在任任何地点点确定、、搜索和和选择存存储在零零件目录录中的组组件。图5.13PartNet工作原理理网络信息息中间商商技术（（NIB）虚拟数据据库接口口技术（（VDI）384.制造网络络的发展展趋势面向全球球制造，，构建全全球制造造体系制造组织织的动态态联盟人机智能能的柔性性交互39产品数据据管理PDM现代集成成制造系系统中的的信息技技术现代集成成制造网网络技术术5.2.2产品数据据模型交交换标准准STEP5.2.3产品全生生命周期期管理技技术PLM5.2.440背景数字化产产品数据据必须包包括足够够的信息息来表达达产品的的整个生生命周期期，即从从设计到到分析、、制造、、质量控控制测试试、检测测和产品品支持功功能。为了做到到这一点点，需要要一个涵涵盖几何何、拓扑扑、公差差、约束束、属性性、装配配、尺寸寸和其他他许多方方面内容容的标准准。411.STEP概述产品模型型数据交交换标准准(StandardforTheExchangeofProductmodeldata,STEP)STEP是一套关关于产品品整个生生命周期期中产品数据据的表达和交换的国际标标准。产品的数数据表达达和交换换构成了了STEP的基础。目的：提供一种种不依赖赖于具体体系统的的中性机机制，能能够描述述整个生生命周期期中无二义性性的产品数数据，同同时保持持数据的的一致性和完整性，以实现现不同系系统的数数据交换换，数据据的共享享和长期期存档。。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引入这这些概概念来来描述述客观观事物物、客客观事事物的的特性性、事事物之之间的的关系系。把一般般的事事物/概念抽抽象为为实体，若干干实体体的集集合组组成模式。事物的的特性性用实实体的的属性（Attribute）表示。。实体之之间的的关系系用子类（Subtype）和超类（Supertype）说明。。443.STEP各组成成部分分（2）信息息模型型的图图形表表示为了能能够直直观地地表示示所建建立的的数据据模型型，STEP中还规规定用用EXPRESS-G图表示实实体、、实体体的属属性，，实体体和属属性之之间的的关系系、实实体之之间的的关系系等等等。实体用用方框框表示示，实实体和和属性性之间间用线线连接接，连连线上上标注注属性性名和和基数数约束束；实实体和和属性性之间间的关关系是是隐含含的。。IDEF0用于描描述应应用协协议中中的应应用活活动模模型。。IDEF1x方法的的图形形表示示用于于描述述信息息模型型。NAIM数据建建模方方法的的图形形表示示用于于描述述信息息模型型。453.STEP各组成成部分分（3）集成成资源源在STEP标准不不同的的应用用协议议中，，有很很多模模型的的内容容可能能是相相同的的或相相似的的，例例如不不同领领域的的几何何模型型和管管理信信息模模型必必定会会有共性的方面面。STEP把不同同领域域中有有共性性的信信息模模型抽抽取出出来，，制定定为标标准的的集成资资源或应用用。（4）应用用协议议由于STEP的广泛泛性和和复杂杂性，，任何何一个个组织织想要要完整整地实实现它它都是是不可可能的的。为为了保保证STEP的不同同实现现之间间的一一致性性，它它的子集的的构成成也必必须是是标准准化的的。对于于某一一具体体的应应用领领域，，这一一子集集就被被称为为应用协协议。这样样，若若两个个系统统符合合同一一个应应用协协议，，则两两者的的产品品数据据就应应该是是可交交换的的。应用协协议是是一份份文件件，用用以说说明如如何用用标准准的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，建立应用活动模模型，以描述具具体系统的的过程、信信息流和功功能需求。。应用EXPRESS-G、IDEFlx、、NIAM数据分析和和设计方法法，建立应用参考模模型，以描述具具体系统的的信息要求求、约束、、功能及对对象。根据AAM和ARM，从集成资源源中抽出所所需资源构构件，增加加约束、关关系和属性性，建立用用EXPRESS语言描述的的应用解释模模型，形成具体体系统的概概念模式。。48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PLM5.2.4491.PLM概述全球经济一一体化要求求企业不仅仅要整合企企业内部的的业务流程程，而且还还要和合作作伙伴时时时协同，共共享资源，，实现产品品数据的集集成。过去：全生命周期期内各个阶阶段上的单单元技术某个环节的的解决方案案如今：各技术单元元、各解决决方案之间间、企业内内部与外部部之间，如如何集成与与协同？如何解决““信息孤岛岛”和“自自动化孤岛岛”？PLM是在Web环境下，从从市场的角角度并以全全生命周期期内产品数数据集成为为基础，研研究产品在在其生命周周期从产品品规划、设设计、制造造到销售等等过程的管管理与协同同。新产品引进成长成熟衰退退出502.PDM/PLM的对比（1）定义PDM(产品数据管管理)管理所有与与产品相关信信息和所有与产品相关过过程的技术。PLM(产品全生命命周期管理理)以产品创新为中心的战战略管理方方法，支持持企业内或或企业间从从产品概念念设计到产产品使用生生命结束过过程中产品品信息的协同同产生、管管理、分发发和使用。CPDM(协同产品开开发管理)一种面向参参与产品开开发的多个个组织（包包括分子公公司、客户户、供应商商等）进行行异地化、网网络化、数数字化协同产品研研发的数据共享与过程管理技术。51产品全生命命周期各阶阶段需求与计划划概念设计产品设计制造工程产品测试和和质量保证批量生产销售和分销销维护维修循环再利用用522.PDM/PLM的对比PDM是PLM的基础PLM是PDM的拓展都以产品为管理核心心以数据、过程和资源为管理信息息三大要素素PDM实现了对CAx有形数据的管理PLM实现了CAx与ERP的集成，把人员、、过程和信信息有效集集成在一起起没有PDM就没有PLM!532.PDM/PLM的对比PLM完全包含PDM的