智能制造技术基础 课件 4.6智能制造信息系统

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信息化时代背景下,智能制造的发展速度不断加快,在这一过程中信息所发挥的作用越来越突出,强化智能制造信息系统设计能力成为工作重点。智能制造信息系统智能制造信息系统定义智能制造信息系统(Smart

Manufacturing

Information

System,SMIS)是由人、计算机和其他外围设备等组成的对制造信息进行收集、传递、分析、存储、加工、维护和使用的管理系统。SMIS,可以实现用户、制造企业与制造过程的信息交互,使制造企业在计划、开发、设计、生产、物流直至经营管理的全过程中,做到各种生产装备和生产线生产作业的协调和集成,进而提高生产效率,减少资源浪费。智能制造信息系统SMIS可视为若干不同功能的子系统相融合形成的一个复杂系统,包括ERP系统、MES、MRP系统、MRPⅡ系统、DRP系统、SCM系统,以及与辅助设计系统交换数据的接口。从功能的角度来看智能制造信息系统定义

智能制造信息系统SMIS的发展历程智能制造信息系统智能制造信息系统的组成SMIS最基本的功能之一就是收集制造活动中各种有用的数据,并利用起支撑作用的软硬件对数据进行传输、分析、存储和管理,从而实现资源利用最大化。(1)制造数据(2)硬件环境(3)软件基础组成

智能制造信息系统智能制造信息系统的组成(1)制造数据在SMIS中,支撑制造活动的各种指令、数据、图形、文件等被称为制造数据,它们以二进制数据的形式在SMIS的网络中进行传递,是SMIS运行的重要驱动源,也是连接SMIS中各子系统的纽带。

智能制造信息系统1)市场客户信息:如市场需求信息、市场供应信息、客户信息等。2)产品数据:如产品图纸、物料清单数据、零件几何特征编码等。3)生产控制数据:如生产计划、调度命令、控制指令等。4)质量信息:如质量检验报告、质量统计数据等。5)工艺信息:如工艺文件、数控程序、加工过程状态等。6)生产状况数据:如设备数据、物料数据、人员信息数据等。7)经营管理信息数据:如预测信息数据。智能制造信息系统的组成(1)制造数据从宏观上看,制造信息数据主要包括:还包括决策信息数据、财务信息数据和企业状况信息数据等。智能制造信息系统可看作是对制造过程中各种信息数据资源进行采集、传输和加工的过程,最终形成的产品是信息数据的物质表现,即信息数据的物化。制造过程的实质智能制造信息系统的组成(1)制造数据

智能制造信息系统SMIS的硬件环境包含服务器、控制系统、生产现场设备及工业网络设备等硬件。(2)硬件环境智能制造信息系统的组成硬件环境是构建SMIS的基础,为SMIS的运行提供必要的支持。智能制造信息系统1)服务器:运行SMIS软件的载体。2)控制系统:包括可编程控制器、集散控制系统等。3)生产现场设备:包括传感器、RFID设备、工业机器人、数控机床等。4)工业网络设备:包括现场总线、工业以太网和工业无线等各方式的通信设备。(2)硬件环境智能制造信息系统的组成

智能制造信息系统各硬件在SMIS中发挥的作用(2)硬件环境智能制造信息系统的组成

智能制造信息系统除了必要的硬件支持,SMIS的正常运行还需要完善的计算机网络和稳定可靠的数据库软件。(3)软件基础智能制造信息系统的组成

智能制造信息系统计算机网络是指将地理位置不同且具有独立功能的多台计算机及其外部设备通过通信线路连接起来,在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下实现资源共享和信息传递。(3)软件基础智能制造信息系统的组成1)计算机网络智能制造信息系统(3)软件基础智能制造信息系统的组成1)计算机网络计算机网络最重要的三个功能是数据通信、资源共享和分布处理。在SMIS中,计算机网络主要用作系统网络、生产网络和现场工业网络。

智能制造信息系统(3)软件基础智能制造信息系统的组成1)计算机网络系统网络:用来执行企业的计划、组织、人员管理、指导与领导等工作,实

现企业管理信息化,提高工作效率。生产网络:用来执行制订生产计划、管理生产资源、调控生产过程、设计

工艺工程、保证生产质量等工厂级任务。现场工业网络:用来执行监控车间生产、控制设备、管理车间信息等任务。智能制造信息系统数据库按照一定的模型对数据进行组织、描述和存储,具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,并支持用户共享。(3)软件基础智能制造信息系统的组成2)数据库数据库是指长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据的集合。在数据库中,数据存储的主要载体是表,也可以是相关数据组,有一对一、一对多、多对多三种表关系。

智能制造信息系统层次数据库网状数据库关系数据库面向对象数据库(3)软件基础智能制造信息系统的组成2)数据库按数据存储的逻辑结构分

智能制造信息系统优点:方便进行快速数据查询和数据管理。缺点:数据存储存在冗余，用户必须十分熟悉数据库结构。(3)软件基础智能制造信息系统的组成2)数据库①

层次数据库:数据组织形式：一对多、父结点对子结点的方式。

智能制造信息系统(3)软件基础智能制造信息系统的组成2)数据库数据组织形式：连接指令或指针。数据间为多对多的关系。用于矢量数据描述。优点：快速访问数据、可以从任何表开始访问其他表数据、便于开发更复杂的查询方式来检索数据。缺点：不便于用户修改数据库结构。用户必须掌握数据库结构②

网状数据库:

智能制造信息系统(3)软件基础智能制造信息系统的组成2)数据库优点：快速访问数据、易修改数据库结构、逻辑表示数据、无需知道存储方式、易设计复杂查询、保证数据完整性、准确性高、支持SQL。③

关系数据库:关系数据库中表的关联是通过引用完整性来定义的,主要通过主码和外码(主键或外键)约束条件来实现。缺点：用户必须熟悉表之间的关联关系并掌握SQL。智能制造信息系统(3)软件基础智能制造信息系统的组成2)数据库结构：对象和字面量。对象是一种具有标识的数据结构,可以通过标识明确对象之间的相互关系。字面量是对象的值,它没有标识符。④

面向对象数据库:允许用对象的概念来定义与关系数据库的交互。优点：程序员需掌握面向对象概念，对象可继承属性，自动化处理应用软件工作。缺点：不支持传统编程，需理解面向对象，无统一标准，稳定性不确定。智能制造信息系统(3)软件基础智能制造信息系统的组成2)数据库SMIS一般使用关系数据库来组织、描述和存储数据,这样的数据也称为SQL数据,这部分数据的价值密度很高。

智能制造信息系统SMIS按功能结构可分五层：智能制造信息系统的功能架构智能制造信息系统智能制造信息系统的功能架构企业为识别用户需求而建设的各类平台,包括面向用户的电子商务平台、产品研发设计平台、制造运行平台、服务平台等都需要以该层为基础,方能完成各类应用软件的交互工作,从而实现全体子系统的信息共享。1)企业计算与数据中心层:该层包括网络、数据中心设备、数据存储和管理系统、应用软件等,可提供企业需要的计算资源、数据服务及应用,并具备可视化的应用界面。智能制造信息系统该层有许多子系统软件,包括用于完成产品设计的CAD软件、制订机械加工工艺过程的CAPP软件、对生产过程进行控制的CAM软件及对数据进行管理的PDM软件等。智能制造信息系统的功能架构2)生产设计单元系统层:

该层位于SMIS功能架构的中间位置,具有承上启下的作用。智能制造信息系统该层包含战略管理、投资管理、财务管理、人力资源管理、资产管理、库存管理、销售管理等系统功能。智能制造信息系统的功能架构3)企业资源计划系统层:

智能制造信息系统智能制造信息系统的功能架构该层的基本功能有资源分配及状态管理、工序详细调度管理、生产单元分配管理、过程管理、人力资源管理、维修管理、计划管理、文档控制、生产跟踪、历史状态记录与查询、执行分析、数据采集等。4)制造执行系统层:

智能制造信息系统智能制造信息系统的功能架构生产现场设备主要包括传感器、智能仪表、PLC、机器人、机床、检测设备、物流设备等,控制系统主要包括适用于流程制造的过程控制系统、适用于离散制造的单元控制系统和适用于运动控制的数据采集与监控系统。5)生产控制单元系统层:该层主要包括生产现场设备及其控制系统。

智能制造信息系统智能制造信息系统设计1.功能分析(1)数据管理功能(2)资源管理功能(3)数据可视化功能(4)控制预警功能

智能制造信息系统1.功能分析(1)数据管理功能智能制造信息系统设计为保证智能制造有效性,生产基地车间应被互联网覆盖,系统捕捉生产线信息。系统应实现数据建模、图像捕捉,展现生产情况,并基于分布式架构储存、追溯数据。数据分析应展现大数据挖掘功能。

智能制造信息系统智能制造信息系统设计(2)资源管理功能1.功能分析资源管理包括人力资源管理、财务管理等,需要发挥系统的过程性、全面性控制功能,做好多元业务信息的采集与处理。

智能制造信息系统智能制造信息系统设计(3)数据可视化功能1.功能分析合理规划数据可视化功能,在使用中,系统应能够基于可视化图表直观展现数据,推动抽象数据与可视化图表之间的有机转换。而且,基于这一功能,系统还应能够完成数据的初步分类和整合。

智能制造信息系统(4)控制预警功能1.功能分析智能制造信息系统设计为保证系统运行稳定,系统须具有智能控制与预警功能。系统的信息采集与处理功能应覆盖所有生产线,监控所有生产设备状态,并且,系统应能够对异常信息快速做出适当反应。

智能制造信息系统1)基础设施层:该层作为制造企业建设智能化信息系统的基础,应包括企业的硬件环境与软件环境。硬件环境包括工作站、服务器、传感器、机房等,软件环境则主要由信息处理的各种软件构成。2.分层设计智能制造信息系统设计SMIS一般应采用分层体系：2)数据支撑层:该层能够为制造企业提供生产信息方面的数据服务,能够采用合理的数据架构将制造业生产系统中出现的各项数据及时存储,并保障完整性,当企业的生产业务改变时,该层能够及时变更数据。

智能制造信息系统3)技术支撑层:该层的主要作用是提供技术支持,帮助