《CAD CAM技术》-CAD CAM技术第九章

9.1生产系统概述一、生产系统的定义生产系统(ProductionSystem)是指组织实现公司(或其他组织)的生产运作所需的人、设备以及流程的集合。生产系统是实现企业生产计划的制订、实施和控制的一个多层次多目标的系统，可以完成信息的收集、传递和加工处理，同时自身可以根据企业内部和外部环境不断发展变化。二、生产系统的功能1.满足用户对产品的要求2.满足产品对生产系统的要求三、生产系统结构1.结构化要素下一页返回9.1生产系统概述结构化要素是指生产系统中的硬件及其组合关系。结构化要素是构成生产系统主体框架的要素，主要包含生产技术、生产设施、生产能力和生产系统的集成等，这也就是“技术”的要素。2.非结构化要素非结构化要素是指在生产系统中支持和控制系统运行的软件性要素。主要包含人员组织、生产计划、库存和质量管理等，是“管理”的要素。四、生产系统的主要特征①生产系统是企业生产计划的制订、实施和控制的综合系统。②生产系统是人与机器复合的系统。上一页下一页返回9.1生产系统概述③生产系统是一个多层次多目标的系统。④生产系统是一个具有信息收集传递和加工处理功能的信息处理系⑤生产系统是根据企业内部和外部环境不断发展变化的系统。上一页返回9.2计算机集成制造(CIM)系统9.2.1计算机集成制造系统定义CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理，它借助计算机软硬件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行，以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢得市场竞争。CIM是一种概念、一种哲理。它指出了制造业应用计算技术的更高阶段。9.2.2CIMS的体系结构与功能模块一般CIMS包括4个功能分系统和2个支持分系统(图9-1)，其中4个功能分系统也构成了CIMS的功能下一页返回9.2计算机集成制造(CIM)系统9.2.3CIMS发展趋势1.集成化2.数字化3.虚拟化4.全球化5.柔性化6.智能化7.标准化8.绿色化上一页返回9.3PDM与ERP9.3.1产品数据管理(PDM)概述随着CAD/CAE/CAM/CAP等工程设计领域工具的不断丰富，PDM本身功能也不断发展，逐渐脱离CAD系统而成为独立的工程设计领域软件支撑平台。20世纪90年代中期，以IMAM等为代表的大中型PDM独立产品的出现，标志着PDM走向成熟，并逐渐形成PDM技术的几大重要功能:电子仓库和文档管理、工作流和过程管理、产品结构和配置管理、设计检索和零件库、项目管理、查看和圈阅、扫描与成像、电子协作、系统集成等。其中核心的功能模块有产品结构与配置管理、工作流管理以及图文档管理等。PDM系统不但能够提供产品设计、制造和技术支持服务所需的大量数据跟踪与存储功能，而且能够控制产品信息的处理和使用，管理产品下一页返回9.3PDM与ERP的开发过程。9.3.2PDM的体系结构和特点一、PDM的体系结构PDM的体系结构一共分四层，即用户界面层、功能模块及开发工具层、框架核心层和系统支撑层，如图9-2所示。二、PDM的特点PDM的特点是能协助工程师们与产品过程中相关的管理人员进行产品设计管理和产品数据管理。产品的设计分为产品工程设计和工艺规划设计两个部分。前者以产品图纸设计为主，采用CAD子系统来实现;后者用LAPP子系统完成。三、PDM与CAD/CAM的集成上一页下一页返回9.3PDM与ERPPDM以其对产品生命周期中信息的全面管理能力，不仅自身成为CAD/CAM集成系统的重要构成部分，同时也为以PDM系统作为平台的CAD/CAM集成提供了可能。1.CAM与PDM的集成2.CAPP与PDM的集成3.CAD与PDM的集成9.3.3企业资源计划(ERP)概述ERP即是在MRP(ManufacturingResourcePlanning，制造资源计划)系统的基础上发展起来的新一代企业管理信息系统，它以整个供应链为管理核心，将企业内部所有资源整合在一起，对采购、生产、成本、库存、分销、运输、财务、人力资源进行规划，使企业资源达到上一页下一页返回9.3PDM与ERP最佳组合，然后通过获取客户订单，完成加工和交付，得到客户款项，取得最佳效益。ERP的发展，源于信息技术的广泛应用和管理技术的进展。ERP的发展经历了如下几个发展阶段，如图9-3所示。1.库存事务MIS(ManagementInformationSystem)阶段2.MRP(MaterialRequirePlanning)阶段3.MRPII(ManufactureResourcePlanning)阶段4.ERP(EnterpriseResourcePlanning)阶段5.电子商务时代的ERP9.3.4ERP的特点管理对象:ERP系统主要是对生产计划、加工订单、销售订单、采购上一页下一页返回9.3PDM与ERP订单和生产成本等进行管理。管理数据结构:PROM,(;BOM和Routing。生产管理者们常用PROM和Routing寻找到物料需求中出现的问题，根据CBOM和Routing寻找制造成本差异。管理手段:订单周期管理。制造管理者们通过查询事项处理功能模块，跟踪加工订单，采购订单、销售订单周期内的状态，管理和控制物流和资金流。上一页返回9.4并行设计9.4.1并行工程定义并行工程又称同步工程或并行设计，是一种提高企业竞争能力，并使其获得巨大效益的新方法。它是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期(从概念形成到产品报废)中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求。9.4.2并行设计的主要特点1.并行特性(时序特性)2.整体特性3.协同特性并行工程强调以下几点:下一页返回9.4并行设计①有效的组织模式。②强调一体化，并行地进行产品及相关过程的设计。③强调协调效率，特别强调“1+1>2","1+1+1,3”的观点。4.集成特性①人员集成。②信息集成。③功能集成。④技术集成。⑤设计阶段冲突数量增加。⑥并行工程重视对用户需求的分析。上一页下一页返回9.4并行设计9.4.3并行设计研究趋势目前对并行设计的研究和实践，通常仅限于一个企业范围内的生产经营各环节，而这是不能适应未来发展的需要的，其原因有二:第一，由于新技术的出现和更迭速度越来越快，未来任何一个企业都不可能具备所有的技术和人才优势;第二，面对未来持续变化的商务环境，单独一个企业对市场的适应能力已不足以把握转瞬即逝的商机，只有建立具有快速反应机制的社会协作体系，才能适应未来市场的要求。上一页返回9.5虚拟制造9.5.1虚拟制造的定义“虚拟制造”的基础是虚拟现实技术。所谓的虚拟现实技术，是指利用计算机和外围设备，生成与真实环境相一致的三维虚拟环境，允许用户从不同的角度和视点来观看这个环境，并且能够通过辅助设备与环境中的物体进行交互关联。“虚拟制造”则是利用虚拟现实技术，在计算机上完成制造过程的技术。采用此技术，在实际的制造之前，可以对产品的功能和制造性、经济性等方面的潜在问题进行分析和预测，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检测及企业各级的管理控制等，增强制造过程中各级的决策和控制能力。虚拟制造与实际制造系统的关系，如图9-4所示。下一页返回9.5虚拟制造9.5.2虚拟制造系统的基本构成与关键技术虚拟制造系统(VMS)是基于虚拟制造技术实现的制造系统，是现实制造系统RMS(RealManufacturingSystem)在虚拟环境下的映射，而现实制造系统是物质流、信息流、能量流在控制机的协调与控制下，在各个层次上进行相应的决策，实现从投入到产出的有效的转变。VMS的基本工作流程如图9-5所示。重点需研究虚拟制造系统基础理论及其关键技术，主要内容如下。①虚拟制造系统的理论体系;②基于分布式并行处理环境下的虚拟制造系统的开放式体系结构的研究;③虚拟环境下的产品主模型技术，即主模型是一个核心，能以此为中上一页下一页返回9.5虚拟制造心，通向设计、制造、生产管理等各个环节，并为其提供服务。④虚拟环境下分布式并行处理的智能协向求解技术;⑤虚拟环境下系统全局最优决策理论与技术;⑥现实制造系统与虚拟制造系统之间的映射;虚拟设备、虚拟传感器、虚拟单元、虚拟生产线、虚拟车间及虚拟工厂(公司)的建立;⑦基于虚拟现实、科学可视化技术、多媒体及计算机仿真等技术的综合可视化技术的研究，以实现真实动画感的虚拟产品的装配仿真、生产制造过程及生产调度仿真、数控加工过程仿真等技术与系统。9.5.3虚拟制造的特点1.以模型为核心虚拟制造技术本质上还是属于仿真技术，离不开对模型的依赖。上一页下一页返回9.5虚拟制造2.以模型信息集成为根本虚拟制造对单项仿真技术的依赖决定了它所面临的是众多的适应各单项仿真技术的异构模型，如何合理地集成这些模型就成为虚拟制造成功的基础。3.以高逼真度仿真为特色包括两个方面的含义:仿真结果的高可信度，以及人与这个虚拟制造环境交互的自然化。上一页返回9.6柔性制造系统9.6.1柔性制造系统的产生与简介一、柔性系统的产生柔性制造系统的出现、应用和发展的动力是社会的生产需求—市场需求和市场竞争。柔性制造系统出现的基础是:计算机硬软件的空前成就;成组技术的应用;数控技术与系统的实用化，特别是CNC机床的广泛应用;物料传输与装卸自动化技术的发展及它们的集成组合。从生产应用观点看，迄今为止，FMS仍然是主要的生产自动化制造系统。二、柔性系统的简介柔性制造系统是指可变的，自动化程度较高的，由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。下一页返回9.6柔性制造系统FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。9.6.2柔性制造系统的基本组成与特点1.加工系统2.工件运储系统3.刀具运储系统4.计算机控制系统5.其他柔性制造系统的特点:①高集成度:通过Profibus-DP工业现场总线等网络通信手段，将系统上一页下一页返回9.6柔性制造系统中的所有单机设备进行高度、高效的集成。②高开放性:为客户开放所有具有自主知识产权的软件源代码。③工业化:所有单元设备乃至整个系统都采用了标准工业级的装备和系统集成手段。④模块化:系统中的单元设备(全自动堆垛机和混合式流水线)具有“联机/单机”两种操作模式。⑤先进性:“开放式运动控制器+伺服电机驱动”的精密伺服系统，具有高速、高精度和低噪声的良好系统品质;集成了工业物流系统中的标准物流输送装备:皮带式输送线、滚筒式输送线、差速链、转角机和流利链等。⑥完