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现 代 制 造 业 信 息 化 技 术


现代制造业信息化技术

现 代 制 造 业 信 息 化 技 术

主 讲

人:刘 文 剑、金 天 国

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

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现代制造业信息化技术

目 录
目 录
? 1、制造业信息化的先进理念与模式

? 2、制造业信息化总体设计与实施
? 3、制造业信息化系统建模技术 ? 4、制造业信息化的技术集成 ? 5、制造业信息化的生产过程管理集成

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现代制造业信息化技术

1、制造业信息化的先进理念与模式
1、制造业信息化的先进理念与模式
? 1.1 面向产品生命周期的设计(DFX)

? 1.2 并行工程(CE)
? 1.3 敏捷制造(AM) ? 1.4 虚拟制造(VM) ? 1.5 计算机集成制造系统(CIMS) ? 1.6 绿色制造(GM)

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1.1 面向产品生命周期的设计(DFX)
1.1.1 基本概念

DFX是一种哲理,是一种设计方法,它强调 产品设计与过程设计同步进行,要求所有的产品 开发人员都应该在产品的设计阶段尽量考虑产品 整个生命周期的各项因素的影响。

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1.1 面向产品生命周期的设计(DFX)
1.1.2 DFX分类

X 代表决定产品竞争能力的因素; X 代表产品生命周期的某一个环节。
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1.1 面向产品生命周期的设计(DFX)
1.1.3 面向集成的DFM技术

狭义的DFM是指零件的DFM。
对零件设计的优化分析技术,相关约束有材料成本的最 小化、加工工艺的最优化、可制造性等。

广义的DFM是指产品的DFM。
包括:1)零件的DFM; 2)面向装配的设计(DFA); 对产品结构进行优化设计,包括对组成产品零件的分析 和对零件之间装配关系的分析。 3)成本早期预估(early cost evaluating)。
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1.1 面向产品生命周期的设计(DFX)
1.1.4 集成化DFM系统的体系结构
DFM系统的系统结构可以分为4个阶段: 1)产品概念设计及其评价 概念设计:功能建模,方案设计; 评价:方案优选、批量与类型。 2)产品结构设计及其评价 设计:最佳方案结构化; 评价:可装配性、成本和功能。 3)详细设计及其评价 设计:零部件及其工艺; 评价:可制造性。
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1.1 面向产品生命周期的设计(DFX)
4)产品总体性能评价
产品功能、性能和成本等。

右图是基于集成的DFM系统体 系结构。

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1.2 并行工程(CE)
1.2.1 基本概念
并行工程是对产品设计及其相关过程(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,是一种指导新产品开发的哲理。 其运行机理表现在: 一方面突出了人的作用,强调团队的协同工作; 另一方面要求一体化、并行进行相关过程的设计,尤其 是强调概念设计阶段的并行和协调。

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串行与并行开发过程比较
串行开发: 频繁的反馈

概念设计 并行开发:

详细设计

工艺设计

原形制造及测试

生产制造

少量反馈 概念设计

详细设计

工艺设计

原形制造及测试

生产制造 缩短上市时间

下游过程对上游过程的支持信息 图2-4 串、并行产品开发过程的对比

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1.2 并行工程(CE)
1.2.2 并行产品开发的特点
并行工程是对产品开发模式的一种变革: 1)在组织方面,通过组建多学科小组来促进设计过程 的协作与并行;

2)在管理方面,通过改革管理方式和机构重组,建立 扁平化的生产管理模式,实现跨时域、跨功能、多目标的 决策与协调; 3)在技术方面,不仅继承和发展了传统的CAD/CAM技 术,而且还采用了多种并行工程的使能工具(如DFX工具)及 集成技术。
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1.2 并行工程(CE)
并行产品开发的特点如下:
1)在产品设计期间,并行地处理整个产品生命周期中 各个环节的关系与影响因素; 2)组织基于产品生命周期的跨部门多学科的集成产品 开发团队; 3)具有支持并行处理的信息集成支撑工具; ①项目管理系统:主要功能是任务分解、进度安排和 跟踪、资源分配、成本核算和功能分析。 ②工作流管理系统(WFM):是人与计算机共同工 作的自动化协调、控制和通信系统。 如Software Ley公司的COSA Workflow,IBM公司的 FlowMark、Staffware公司的Staffware。
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1.2 并行工程(CE)
③群体决策支持系统:决策室、工程室、远程会议系统、电
子邮件与语言邮件。系统软件如Banxia公司的Decision Explorer。

4)协同工作环境是实施并行工程的必要条件;
协同工作的7个要素: 协作(Collaboration)、信任(Commitment)、交流 (Communications)、折中(Compromise)、一致(Consensus)、不 断提高(Continuous improvement)和协调(Coorsination)
支持人类协同工作的计算机工具被称为CSCW(computer-supported cooperative work) CSCW的概念:利用多媒体技术、网络与通信技术、分布式处理技 术等建立一个多模式的协同工作环境。

5)设计一开始就考虑影响产品质量的所有因素,保证产品 开发一次性成功。
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1.2 并行工程(CE)
1.2.3 实施并行工程的4个要素
(1) 组织结构变革,产品开发队伍(IPT)重构; 团队有四种形式: ①任务级(task); ②项目级(program) ③工程级(project);④企业级(enterprise)

(2) 过程重组,将串行产品开发流程变成集成的、并 行的产品开发过程;
(3) 数字化产品定义,包括数字化产品建模,面向产品 生命周期的数据管理,数字化工具定义和信息集成.开发 PDM. (4) 协同工作环境,用于支持IPT协同工作的网络与计 哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第14页 共236页 算机平台。

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1.2 并行工程(CE)
1.2.4 面向并行工程的系统结构
(1) 基于PDM的并行产品开发的体系结构

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1.2 并行工程(CE)
基于PDM的并行设计系统的功能结构

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(2) 面向并行工程的CAPP系统的总体结构
来自CAD的产 品设计信息 到CAFD的定 位装夹信息 来自CAFD的定 位装夹评价 到CAFD的详 细工艺信息 来自CAFD的 夹紧变形信息 到CAM的数控 工艺信息 来自CAM的数 控工艺评价 来自MPS的加工 过程仿真信息 到DFM的详细 工艺信息 到DFM的资源 需求信息 并 行 协 同 设 计 接 口 人工 进程 参与 总控 内部进程控制

工艺设计 零件特点分析

STEP 前置处理

版本 比较 内部信 息模型 制造资 源库 派生式系统 准备阶段 总结经验工艺 并加入工艺库 确定检索策略并 加入规则库 应用阶段 工艺数 据库 设定检索值 工步排序 检索工艺规程 工艺知 识库 组合编辑 计算切削用量 计算工时 创成式系统 产生可选加工方法 产生可选制造资源 及增加新资源决策 产生可选 定位夹紧方案 全局并行协同优化

共享数 据库

工艺输出和制表

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 图2-7 THCAPP-CE系统的总体结构 第17页 共236页

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(3)

复杂 结构 件设 计与 制造 并行 工程 总体 结构

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1.3 敏捷制造(AM)
1.3.1 敏捷制造的理念
敏捷制造是一种先进的生产理念,也是一种面向市场 快速反应的灵活的生产模式。
通过将高素质的员工、动态灵活的组织机构、企业内 及企业间的灵活管理、以及先进的制造技术进行全面集成, 使企业对持续变化、不可预测的市场需求作出快速反应, 从而获得长期的持续的经济效益。

由此可见:敏捷制造强调人、组织、管理和技术的高 度集成;强调企业面向市场的敏捷性。

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1.3 敏捷制造(AM)
主要特征表现在:
1)是21世纪信息时代最有竞争力的生产模式;
2)具有灵活的动态组织机构 ,形成具有快速响应能 力的动态企业联盟; 3)生产各环节都采用先进的制造理论与技术,如柔 性制造、并行工程、动态计划与调度、企业经营过程重构、 产品数据管理、虚拟产品开发等; 4)建立开放式的基础结构和协同工作环境,把企业 的生产经营活动与市场和合作伙伴紧密地联系起来。

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1.3 敏捷制造(AM)
1.3.2 企业的敏捷性
敏捷性是指适应竞争市场的主动综合应变能力。 1)企业对市场需求的快速响应性; 2)企业组织形态的动态可重组性、可重用性与可扩展性; 3)企业管理方式的自适应性; 企业组织形态自适应性是指应变管理、企业业务流程管 理、动态联盟运作及过程管理。 4)制造资源的分布性、可配置性及可重构性; 5)制造系统的柔性及集成性; 6)制造活动的协同性。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第21页 共236页

现代制造业信息化技术 1.3.3 敏捷制造系统的实现技术

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1.3 敏捷制造(AM)
1.3.4 敏捷制造的实施方法 五个层次: 1)企业敏捷制造战略层; 2)企业的敏捷化建设及经营策略变更层; 3)企业技术准备层; 4)敏捷制造系统构建层; 5)敏捷制造系统运行与管理层。
敏捷制造实施的一般流程如下图所示:

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现代制造业信息化技术 敏捷制造的实施流程

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1.3.5 敏捷制造的实施框架

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1.3 敏捷制造(AM)
1.3.6 产品驱动的企业动态联盟 (1) 基本概念 企业动态联盟亦称为虚拟企业,它是敏捷制造 的一种主要实现模式,它以具有共同利益的产品开 发与制造为凝聚核心,将不同企业中具有技术和经 验优势和资源优势的相关部分组合在一起,构成企 业动态联盟的组织形态。

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产品驱动的企业动态联盟组织形态

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1.3 敏捷制造(AM)
(2) 企业动态联盟的生命周期 1)产品确认并形成盟主企业; 2)盟主企业通过一定方法,如招投标机制选择 盟员企业; 3)按“扁平结构”组成企业的动态联盟; 4)企业联盟的运行; 5)企业动态联盟运行终止并进行利益清算; 6)企业动态联盟解散。

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1.3 敏捷制造(AM)
(3) 企业动态联盟的建立流程 1)目标确定:用于完成市场机遇的寻求与评 估分析、差距分析与目标确定两项任务; 2)动态联盟建模及伙伴选择:任务包括虚拟 企业过程规划、成员企业确定及动态联盟的企业模 型设计; 3)组织设计:搭建企业动态联盟,从项目分 解的角度出发,进行任务分解; 4)实施:搭建基于网络的信息集成平台。

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企业动态联盟建立流程的四阶段模型

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(4) 企业动态联盟的运行

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1.4 虚拟制造(VM)
1.4.1 虚拟制造的定义

是实际制造在计算机上的本质实现,即采用 计算机仿真与虚拟现实技术,通过计算机上的群 组协同工作,实现产品设计、工艺规划、加工制 造、性能分析、质量检验,以及企业各级过程的 管理与控制等产品制造的本质过程,以增强制造 过程各级的决策与控制能力,预测产品的性能、 产品的制造成本、产品的可制造性等。

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1.4 虚拟制造(VM)
1.4.2 虚拟制造的特点
1)虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射和本质 表现,即采用计算机仿真和虚拟现实技术,在计算机上群 组协同工作,实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性 能分析、质量检验,以及企业各级过程的管理与控制等产 品制造的本质过程的模拟与仿真。 2)虚拟制造通过数字化产品模型来反映产品演变过程 的全部信息,如结构配置、零件信息、CAD/CAPP/ CAE/CAM 文件、材料清单、维护文件等全是电子文档。

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1.4 虚拟制造(VM)
3)虚拟制造是基于模型的集成。通过模型集成实现制 造系统的五大要素(人、组织管理、物流、信息流和能量流 )的高度集成;通过产品模型、过程模型、活动模型和资源 模型的组合与匹配,仿真特定制造系统中的设备布置、生 产活动、经营活动等行为。

4)虚拟制造具有分布式的协同工作环境。分布在不同 地点、不同部门的具有不同专业背景的人员,可以在同一 个产品模型上协同工作,交流和共享信息。 5)虚拟制造实现了人与虚拟制造环境交互的自然化。 通过媒体映射的模型运行信息与人的思维进行信息融合, 来深刻的理解与领会产品制造过程的本质。

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1.4 虚拟制造(VM)
1.4.3 虚拟制造的分类
(1). 以设计为中心的虚拟制造
核心思想是以设计为中心的虚拟制造的核心思想是:把制造信息 引入到设计过程中,利用制造仿真来优化产品设计。其目标是仿真与 评价产品的可制造性、可装配性、产品的性能。

(2). 以生产为中心的虚拟制造
核心思想是将仿真技术引入到生产过程中,通过建立生产过程模 型来评估和优化生产过程。其目标是评价可生产性,对生产计划与调 度、生产过程进行仿真。

(3). 以控制为中心的虚拟制造
核心思想是通过对制造设备和制造过程进行仿真。其目标是对各 种制造单元的控制策略和制造设备的控制策略进行评估。
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现代制造业信息化技术 三类虚拟制造之间的关系

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现代制造业信息化技术

1.4 虚拟制造(VM)
1.4.4 虚拟制造的体系结构
五层构成,分别是: 1)经营决策层:根据用户需求分析作出生产产品的 种类、规模、性能和规格等决策; 2)产品决策层:作出产品总体方案决策,对其性能 作出评价,对其成本作出初步预估; 3)生产决策层:根据上层决策和企业现状,作出产 品开发计划、生产任务规划、生产调度计划等决策; 4)虚拟设计与制造层:完成虚拟设计到虚拟制造与 装配的全部生产过程的仿真; 5)集成支撑环境层。
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现代制造业信息化技术

虚 拟 制 造 系 统 的 体 系 结 构

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现代制造业信息化技术

1.4 虚拟制造(VM)
1.4.5 虚拟制造的环境与平台 虚拟制造应包括产品的可制造性、可生产性 和可合作性的支持。
可制造性是指可加工性和可装配性;可生产性是指 如何优化生产计划和调度;可合作性是指为企业联盟提供 协同工作环境。

虚拟制造平台应包括虚拟制造、虚拟生产和 虚拟企业三个层次。

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现代制造业信息化技术
虚拟制造环境与平台体系

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1.4 虚拟制造(VM)
(1). 虚拟制造平台

该平台支持产品的并行设计、工艺规划、加工、装配 及维修等过程,进行可制造性分析。它是以全信息模型为 基础的众多仿真分析软件的集成,虚拟制造平台应具有统 一的框架、统一的数据模型,并具有开放的体系结构。 (2). 虚拟生产平台 该平台将支持生产环境的布局设计及设备集成、产品远 程虚拟测试、企业生产计划及调度的优化,进行可生产性 分析。 (3). 虚拟企业平台 为敏捷制造提供虚拟企业协同工作环境。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第41页 共236页

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1.4.6 基于Internet的虚拟制造系统软件的体系结构

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第42页 共236页

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1.5 计算机集成制造系统(CIMS)
1.5.1 计算机集成制造(CIM)的基本概念 计算机集成制造(Computer Integrated Manufacturing, CIM)是一种先进的哲理,一种新的制造思想和技术形态,它 强调系统的观点,认为企业各个生产环节是不可分割的,需 要统一组织和安排;它强调信息化的观点,认为产品制造过 程是信息采集、传递和加工处理的过程。 CIM是一种组织、管理和运行企业的哲理,它将信息技术、 现代管理技术和制造技术相结合,并应用于企业产品全生命 周期的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化,实 现物流、信息流、价值流的集成和优化运行,达到人(组织、 管理)、经营和技术三要素的集成。

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第43页 共236页

现代制造业信息化技术
1.5.2 CIMS系统的结构组成

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第44页 共236页

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1.5.3 计算机集成制造系统软件的层次结构

CIMS层次结构是将复杂的大系统划分为若干个较小的子 系统,依靠信息传递,通过网络和数据库,实现上层对下层 的控制,以及将下层的状态信息进行及时的反馈。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第45页 共236页

现代制造业信息化技术

1.5 计算机集成制造系统(CIMS)
1.5.4 计算机集成制造系统的网络体系结构

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第46页 共236页

现代制造业信息化技术

1.5 计算机集成制造系统(CIMS)
1.5.5 CIMS集成技术的发展 信息集成→过程集成→企业集成 信息集成主要内容有:企业建模、系统设计方 法、软件工具和规范;异构环境和子系统的信息集 成。 过程集成是利用并行工程理念,基于协同工作 环境(CSCW)和产品数据管理技术(PDM)实现产 品设计与开发过程的并行与集成。 企业间集成通过网络技术和协同工作平台,实 现企业间生产和经营决策的协作与集成。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第47页 共236页

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1.6 绿色制造(GM)
1.6.1 绿色制造的基本概念
绿色制造就是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现 代制造模式,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运 输、使用到报废处理的整个生命周期中,对环境的负面影 响最小、资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益 最高。

1.6.2 绿色设计 (1). 基本概念
在产品设计阶段,考虑在产品生命周期的全过程中, 各个环节对资源和环境的影响,使得产品及其制造过程对 环境的影响和资源的消耗最小。 并行工程是实现绿色设计的最佳工作模式。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第48页 共236页

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1.6 绿色制造(GM)
绿色产品并行闭环设计流程图

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1.6 绿色制造(GM)
(2). 绿色设计理念的两种模式
1)面向拆卸的设计(Design for Disassembly, DFD) 拆卸工作量最小原则;结构可拆卸准则;拆卸易于操作准 则;易于分离原则;产品结构的可预估性准则。

2)面向回收的设计(Design for Recovering &recycling, DER) 重用;再加工;高级回收;次级回收;三级回收;四级 回收;处理。

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第50页 共236页

现代制造业信息化技术

1.6.3 绿色 制造 系统 的体 系结 构

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现代制造业信息化技术

2、制造业信息化总体设计与实施

? 2.1 制造业信息化系统的组成与总体结构
? 2.2 产品数据管理(PDM)技术 ? 2.3 制造资源管理(MRPII)与企业资源计划(ERP) ? 2.4 制造业信息化的实施

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第52页 共236页

现代制造业信息化技术

2.1 制造业信息化系统的组成与总体结构
2.1.1 制造企业信息化系统的建设内容 信息化建设包括硬件建设、软件建设、应用系 统建设三个方面。 应用系统建设包括网络平台、信息资源及应用 软件建设三大部分。 制造企业信息化系统的逻辑结构和建设内容如 下图所示。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第53页 共236页

现代制造业信息化技术

2.1.2 面向产品全生命周期的制造企业信息化系统
广义的制造业信息化是一个面向产品的全生命周期的 信息化系统,产品决策与营销链,产品制造链。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第54页 共236页

现代制造业信息化技术

面向 产品 全生 命周 期的 信息 化系 统

军工企业 ERP系统 成本管理

采购

销售

供应链

客户关系 财务管理

客户需求

资源管理 军工企业 PTM2系统 项目管理
技术准备计划与调度

生产计划大纲 工程BOM

库存管理

生产计划与外协计划管理

车间作业计划与调度

质量管理与控制

产品数据
零件CAPP 工装CAD CAM 装配CAAP

产品CAD

网 络 数 据 库 支撑环 境

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第55页 共236页

现代制造业信息化技术

2.1 制造业信息化系统的组成与总体结构
2.1.3 面向产品生产过程的产品技术管理集成 (PTM2)系统 (1). PTM2系统的功能体系结构 1)技术集成线、管理集成线和质量集成线; 2)产品计划与生产决策层、技术与生产准备层、 制造与装配层。

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第56页 共236页

现代制造业信息化技术
P:产品计划与生产决策层 P:产品与生决策层 产品计划与生产决策
产品经大纲 项目分工

产品项目管理 质量总体信息

产品CAD
产品设计流程 产品设计结果 装配仿真

(1) PTM2 系统的 功能体 系结构

.质量管理体系确定 .质量目标确定 .质量控制措施

项目合同管理 项目产品结构信息管理 项目工艺总方案(技术流程) 项目计划与进度 项目质量、成本管理

T:技术与生产准备层 外协、外购管理
型号计划与调度 总外划与调度 (合同.进度.验收)

厂级生产计划与调度
计划与调度协调 技术准备计划分解 生产计划分解

零件CAPP
零件工艺设计 工艺文件管理 工作流程管理

企业资源管理
设备管理 工装管理 人力资源管理

技术准备与调度
型号技术准备计划与调度 (工艺准备,物料准备, 装配准备)

工装CAD
流程管理 工装设计 工装图档管理

质量计划.调度.分析
.零部件质量计划制定 .外协件质量计划 .工装质量计划 .质量跟踪、统计与分析 .质量文档管理

生产计划与调度
型号生产计划与调度 关键能力平衡 月生产计划大纲 工时管理

装配规划与分析
装配工艺设计 装配精度分析 装配过程仿真 工艺文件管理

CAM
NC程序生成 加工过程仿真 DNC控制

M:制造与装配层 质量检验与反馈
.工序质量检验 .零部件质量检验 .工装设备质量检验 .质量信息反馈

车间生产计划与调度
车间作业计划制定 车间作业计划仿真 车间作业计划管理 制造流程管理 工时管理

装配过程管理
型号产品配套管理 装配过程管理与调度 装配结果管理

车间技术管理
技术文件管理 生产进度查看 工艺文件更改 Nc程序编制调试

单元级生产管理
接受周日生产计划 协调内部设备能力平 衡 反馈进度、质量信息

成品及半成品库存管理
零部件入库管理 库存状态管理 型号产品齐套管理

网络数据库环境和支撑框架

2013年7月26日10 时26分

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现代制造业信息化技术
ERP系统接口 应 用 层

(2) PTM2 系统的 软件体 系结构

工程设计应用子系统

项目与生产管理应用子系统

质量管理应用子系统 质 质 质 量 质 量 量 检 量 统 综 验 计 计 合 与 划 分 信 控 平 析 息 制 台 平 管 平 台 理 台 质量集成子系统

产 品 业 务 层
CAD

CAPP

CAFD

CAM

CAAP

平 台

技 术 平 台

技 术 平 台

技 术 平 台

技 术 平 台

生 产 计 划 大 纲 平 台

项 目 管 理 平 台

技 术 准 备 管 理 平 台

外 协 管 理 平 台

生 产 调 度 平 台

制 造 过 程 管 理 平 台

装 配 过 程 管 理 平 台

制 造 资 源 管 理 平 台

技术集成子系统

管理集成子系统

流程定义工具 支 撑 层

数据定义工具

横道图(棒图)工具

接口定义工具

表格定义工具

数据适配器(基于ODBC) 数据库服务(Oracle、Sql Server) 项目综合 数据库 产品工程 数据库 生产管理 数据库

STEP格式转换 文件服务(FTP) 质量管理 数据库 综合文 档

XML格式转换器 WWW服务(J2EE) 元数据 字典库 企业资源 数据库

网络操作系统(Unix、Windows)

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第58页 共236页

现代制造业信息化技术
厂、所领导

(3) PTM2 系统的 组织模 式

项目总负 责人

产品设计 部门

工艺设计 部门

生产计划 部门

备料 部门

车间加工 部门

入库 部门

专业设 计组A

专业设 计组B

专业设 计组A

专业设 计组B

专业计 划组A

专业计 划组B

专业备 料组A

专业备 料组B

专业制 专业制 造组A 造组B

专业制 造组A

专业制 造组B

型号主任设计师1 项目设计 负责人 型号主任设计师2

项目工艺 负责人

型号主任工艺师1 型号主任工艺师2

项目生产 负责人

型号调度1

型号调度2

过程控制

产品全信 息模型

产品设 计视图

产品工 艺视图

零件计 划视图

产品物 料视图

车间加 工视图

零件 成品

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第59页 共236页

现代制造业信息化技术

(4) PTM2系统的功能界面

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第60页 共236页

现代制造业信息化技术

2.2 产品数据管理(PDM)技术
2.2.1 产品数据管理的概念 PDM是一门管理所有与产品相关的信息和所有 与产品相关的过程的技术。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、工作流程、机构关系等。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第61页 共236页

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2.2 产品数据管理(PDM)技术
2.2.2 PDM系统的特点
1)用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述, 保持产品数据的一致性和可跟踪性; 2)采用面向对象的开放式体系结构,提供系统功能扩展和 标准接口;

3)采用客户/服务器结构(C/S),为多用户协同工作提供 了一个方便灵活的运行方式;
4)支持多种数据存储,如分布式数据存储、元数据存储;

5)可实现与CAD/CAM软件的无缝集成;
6)支持多种硬件平台、多操作系统以及多种通信协议。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第62页 共236页

2013年7月26日10 时26分

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2.2.3 PDM系统的体系结构

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第63页 共236页

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2.2 产品数据管理(PDM)技术
2.2.4 PDM系统的主要功能 (1). 数据与文档管理
文档有五类:图形文件、文本文件、数据文件、表格文 件、多媒体文件。
基本功能: 1)产品数据对象、有关文件的检人/检出和引用; 2)分布式文件管理/分布式数据库管理; 3)安全保密功能;4)动态浏览和导航机制; 5)属性管理,包括数据相关属性的创建、删除、修改 和查询机制;6)数据和文档的版本管理。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第64页 共236页

2013年7月26日10 时26分

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工程图档管理的体系结构如下:

主要功能包括:图档信息定义和编辑模块、图档入库与 出库模块、图档浏览模块、图档批注模块等。 2013年7月26日10
时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第65页 共236页

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2.2 产品数据管理(PDM)技术
(2). 产品结构与配置管理
产品结构管理(product structure management)允许用 户定义所有与产品相关的数据,建立数据与数据之间的关联, 提供建立和编辑产品结构树的基本功能,还能控制相关数据 的更改,从而保证了产品数据一致性和完整性。

产品配置管理(product configuration management)以 电子仓库为底层支持,以材料清单BOM为其组织核心,把定 义最终产品的所有工程数据和文档联系起来,对产品对象及 其相互之间的联系进行维护和管理。

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第66页 共236页

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2.2 产品数据管理(PDM)技术
产品结构与配置管理的主要功能模块包括:
1)BOM表的创建、自动生成和编辑;

2)产品结构的图示化浏览和查询;
3)产品结构的多视图建模和管理; 4)支持产品数据的版本管理; 5)基于规则的配置管理; 6)提供与MRP、MRPⅡ、ERP等系统的集成接口。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第67页 共236页

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2.2 产品数据管理(PDM)技术
产品结构与配置管理的体系结构

产品结构与配置管理 接口层

产品结构 定义与编辑

产品信息 录入与修改

产品结构 视图管理

产品结构 查询与浏览

产品信息 版本管理

产品结构与信息 提取工具 数据库接口层

2013年7月26日10 时26分

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第68页 共236页

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2.2 产品数据管理(PDM)技术
(3). 过程和工作流程管理
主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制。 主要功能模块包括: 1)面向任务的工作流管理; 2)图示化的工作流程的定义和修改编辑器; 3)工作流程的异常处理和过程重组; 4)具有触发、警告和提醒机制; 5)提供与电子邮件的应用接口。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第69页 共236页

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2.2 产品数据管理(PDM)技术
(4). 设计检索与零部件分类库管理
主要功能模块包括: 1)组织零部件的分类结构; 2)支持现有的各种零部件标准; 3)支持新标准定义功能; 4)零部件图示化查询功能; 5)支持对各种技术文档的分类。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第70页 共236页

现代制造业信息化技术

2.2 产品数据管理(PDM)技术
(5). 项目管理
项目管理是在项目实施过程中实现其计划、组织、人 员及相关数据的管理与配置,进行项目运行状态的监控,完 成计划的反馈。 主要功能模块包括: 1)项目的创建、删除和属性修改; 2)项目参与人员的机构组织定义及角色指派; 3)项目基本信息及进展情况的浏览; 4)项目所需资源的规划与管理; 5)项目有关工作活动的审查,审计项目进度管理与 进度报告。 2013年7月26日10
时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第71页 共236页

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2.3 制造资源计划(MRPII)与企业资源计划(ERP)

2.3.1 制造资源计划 MRPⅡ的基本思想是:基于企业经营目标制定 生产计划,围绕物料转化组织制造资源,实现按需 要、按时进行生产。

制造资源计划MRPII的逻辑流程如下图所示:

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第72页 共236页

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经营规划 销售与运作规则 领导 销售规划 决 策 层 市场 宏 观

2.3 制造资 源计划 (MRP II)与 企业资 源计划 (ERP)
资源清单

产品规划 资源需求计划

应 收 账

销售 需求信息 客户信息

可行?

主生产计划 粗能力计划 计划 计 划 层

成本中心 会计科目 总 账 库存信息 物料清单 工作中心 工艺路线 财 务 供应商信息 应 付 款 技术 物料需求计划 能力需求计划 可行? 生产 车间 采购作业 供应 成本会计 成本 车间作业 可行?

微 观

执 行 控 制 层

业绩评价 财务系统 基础数据 物料系统

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第73页 共236页

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2.3 制造资源计划(MRPII)与企业资源计划(ERP)

2.3.2 企业资源计划
ERP的特点: 1)ERP更加面向市场,面向经营,面向销售,强化供应量管 理功能,强调了供应商、制造商与分销商间新的伙伴关系; 2)ERP更强调企业流程与工作流,支持企业过程重组; 3)ERP更多地强调财务,实现了资金流与物流、信息流的有 机结合; 4)ERP较多地考虑人的因素作为资源在生产经营规划中的作 用; 5)在生产制造计划中,ERP支持MRPⅡ与JIT (Just-In-Time) 的混合生产管理模式; 6)ERP采用了最新的计算机技术,如客户/服务器分布式结构、 面向对象技术、电子数据交换、多数据库集成、电子商务平台等。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第74页 共236页

现代制造业信息化技术

ERP 功能 逻辑 流程 图

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第75页 共236页

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2.3 制造资源计划(MRPII)与企业资源计划(ERP)

2.3.3 ERP软件系统的主要功能 1. 销售预测,输出销售预测表,生成反映预测 的销售订单。 2. 订单管理
1)产品报价处理; 2)订单信息处理; 3)客户信用检查; 4)库存信息查询; 5)发货确认处理; 6)客户档案管理。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第76页 共236页

2013年7月26日10 时26分

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2.3 制造资源计划(MRPII)与企业资源计划(ERP)

(3). 销售管理
销售统计、销售分析和客户管理。

(4). 采购管理
物料请购管理、供应商管理、采购订单管理、收退货管 理和采购经济核算。

(5). 库存管理
库存档案管理、ABC分类管理、日常进出库管理、物料 移位处理、物料盘点管理、收料质量检验管理、呆滞物料处 理、库存统计分析。

(6). 生产计划大纲
编制1~3年内的生产计划纲要。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第77页 共236页

2013年7月26日10 时26分

现代制造业信息化技术

2.3 制造资源计划(MRPII)与企业资源计划(ERP)

(7). 主生产计划
编制年生产计划,并按月分解为月生产计划。

(8). 物料需求计划
生产物料清单(Bill of Material, BOM),它是以数据 格式来描述产品结构的文件。BOM主要格式有:单级型 BOM、多级型BOM和综合型BOM。 构造BOM应注意的问题: 1)每一个项目(零部件)必须有一个惟一的编码; 2)BOM中零件、部件的层次关系一定要反映实际装配 过程; 3)为了强化某些工装、模具的准备工作,还可以将这 2013年7月26日10 时26分 些工具构造在BOM中;
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第78页 共236页

现代制造业信息化技术

2.3 制造资源计划(MRPII)与企业资源计划(ERP)
4)可以灵活地设计BOM中每个项目的属性,例如计划 方面、成本方面的、库存方面的、订单方面的等等。

(9). 能力需求计划
对物料需求计划所需能力进行核算的一种计划管理方法。

(10). 车间作业计划
车间作业计划(Production Activity Control, PAC)是企业 短期计划管理的核心部分。

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第79页 共236页

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2.3 制造资源计划(MRPII)与企业资源计划(ERP)
车间作业管理则根据生产处下达给车间的月生产计划, 车间的生产资源情况,包括设备、人员、物料的可用性及加 工能力的大小,以及材料、工装刀具的准备情况,将零部件 的月生产计划细分为车间生产的周或日计划,组织日常的生 产。 车间作业计划的主要功能包括生产计划和生产作业调度 控制两个方面。车间作业管理的主要内容是:作业分配、作 业排序、作业修改、作业监控。 (11). 成本核算

(12). 财务管理 (13). 分销管理 (14). 人力资源管理
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第80页 共236页

2013年7月26日10 时26分

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2.4 制造业信息化的实施
2.4.1 企业信息化工程的 开发过程

1)可行性论证; 2)初步设计; 3)详细设计; 4)实施与测试; 5)运行和维护。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第81页 共236页

现代制造业信息化技术

2.4 制造业信息化的实施
2.4.2 制造业信息化工程的可行性论证 1)了解企业的市场环境、生产经营特点、经营 目标及采取的策略; 2)企业现状分析包括:生产经营活动分析、组 织机构与工作流程分析、生产流程分析、市场分析、 技术与队伍现状、问题与对策分析等; 3)确定信息化工程的目标及主要功能; 4)提出信息化工程的总体初步方案和拟定采取 的技术路线;
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第82页 共236页

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2.4 制造业信息化的实施
5)明确信息化工程的关键技术,分析可行性和 解决的途径; 6)提出实施信息化工程对组织机构变化的要求; 7)制定信息化工程的初步开发计划; 8)分析制定投资规划并进行初步的成本效益分 析; 9)编写可行性论证报告。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第83页 共236页

现代制造业信息化技术

可 行 性 论 证 的 工 作 程 序

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第84页 共236页

现代制造业信息化技术

2.4 制造业信息化的实施
2.4.3 制造业信息化工程的初步设计
1)明确制造业信息化工程的目标,包括总目标和阶段 目标,功能目标和效益目标等; 2)系统总体结构设计,给出系统的构成,应用系统的 层次结构和信息系统的层次结构; 3)系统的功能及技术性能指标设计,绘制系统的功能 模型图; 4)确定系统内的实体和联系,绘制系统的信息模型图; 5)提出系统集成方案及所需的内、外部接口; 6)制定信息分类编码体系;
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第85页 共236页

现代制造业信息化技术

2.4 制造业信息化的实施
7)确定系统配置,对系统重要的软件、硬件的选型要进 行论证; 8)提出系统的关键技术、解决方案,并论证其技术的可 行性; 9)提出具体的实施进度计划;

10)规划信息化工程的组织机构、人员配置及培训计划;
11)提出经费预算及资金筹措途径,进行经济效益分析; 12)编写初步设计报告,功能模型图册和信息模型图册。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第86页 共236页

现代制造业信息化技术

初 步 设 计 的 工 作 程 序

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第87页 共236页

现代制造业信息化技术

2.4 制造业信息化的实施
2.4.4 制造业信息化工程的详细设计 1)系统详细需求分析; 2)规定系统运行环境及限制条件; 3)确定系统性能指标; 4)确定各分系统的详细功能界面、信息界面、 资源界面和组织界面;

5)建立系统的总体信息模型;
6)完成数据库的逻辑设计,确定数据类型、 共享方式、访问频度和流量,进行数据安全和保密 设计,编写系统信息数据字典; 2013年7月26日10
时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第88页 共236页

现代制造业信息化技术

2.4 制造业信息化的实施
7)完成网络的逻辑设计与物理设计,确定网络协议及 服务; 8)拟定编码方案,给出代码表; 9)确定软硬件配置及采购开发工作需求; 10)确定实施计划和要求; 11)制定系统测试计划和质量保证措施; 12)编写详细设计报告和有关文档,如功能模型与信息 模型图册,编码手册,系统测试计划等。

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第89页 共236页

现代制造业信息化技术

详 细 设 计 的 工 作 程 序

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第90页 共236页

现代制造业信息化技术

3.制造业信息化系统建模技术

? 3.1 数字化产品建模方法 ? 3.2 特征建模方法 ? 3.3 功能模型建模方法

? 3.4 信息模型建模方法

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第91页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
模型是实际对象或系统的抽象及简化表示,是 抽取研究对象的本质特征,忽略或精简一些次要的 非本质影响因素的对象表示法。 3.1.1 基本概念 (1). 产品数据与产品数据模型
是指产品生命周期所有阶段有关产品的数据总和。一个 完整的产品定义数据模型不仅是产品数据的集合,还应反映 出各类数据的表达方式以及相互间的关系。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第92页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
(2). 产品建模
将人们头脑中构思的产品模型转换成用图形、符号或 算法表示的形式,然后形成计算机内部数据模型的过程。换 句话说,就是在计算机内部产生、存储、处理和表达产品的 过程。

(3). 机械产品建模
根据使用需求确定产品应具备的功能,构思出产品的 工作原理、运动方式、力和能量的传递,结构形状以及所使 用的材料等事项,将其在计算机内部转化为具体描述或数据 模型,例如图纸、文档等 。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第93页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
(4). 数字化产品建模
定义和表达产品在全生命周期中所必需的产品数据内容, 数据关系以及活动过程的数字化信息模型。换句话说,数字 化产品建模是建立产品数字化信息模型的过程。

3.1.2 零件信息模型 (1). 零件信息模型的总体结构
零件信息模型是一个层次的结构,包含有零件层、特征 层和几何层。零件层主要反映零件的总体信息;特征层包含 各类特征信息及其相互间关系;几何层记录了零件的点、线、 面的几何/拓扑信息。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第94页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
基于特征的零件信息模型的总体结构
零件 零件层 IST 管理特征 IST IST IST IST 技术特征

形状特征 精度特征 REF 几何/拓扑信息 REF 材料热处理特征 REF 特征层

IST

几何层

IST — 从属关系
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第95页 共236页

REF— 引用关系

2013年7月26日10 时26分

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
(2). 零件信息模型的数据结构 1)管理特征数据结构

管理特征描述零件的总体信息和标题栏信息。
零件类型 零件名 图号 GT码 件数 材料名 设计者 设计日期 其他

E

S

S

S

1

S

S

S

E-枚举数据类型 I-整形数据类型

S-字符数据类型

2)形状特征数据结构 形状特征包括有几何属性、精度属性、材料热处理属性 和关系属性等。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第96页 共236页

2013年7月26日10 时26分

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
形状特征的数据结构
特 征 类 别 S 特 征 标 几何 识 要素 I *Pt 几 何 属 性 和 精 度 属 性 定位 定形尺寸 定位尺寸 形状 坐标 及公差 及公差 公差 R *Pt *Pt *Pt 位置 公差 *Pt 表面粗 糙度 *Pt 材料热 处理属 性 *Pt 关系 属性

E

几何要素

定形尺 寸公差

定位尺 寸公差

形状公差

位置公差

表面粗 糙度

材料热 处理

S – 字符数据类型 E – 枚举数据类型 I – 整型数据类型 R – 实型数据类型 *Pt – 指针

几 何 要 素 几何要素类型 E 几何要素标识 所属形状特征标识 I I 基准

2013年7月26日10 时26分

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第97页 共236页

现代制造业信息化技术
尺寸类型 E 尺寸值 R 公差等级 基本偏差代号 I E 上偏差 R 下偏差 R 被测几何要素 *Pt

a)定形尺寸与公差的数据结构

3)精度 特征的数 据结构。 包括:精 度规范信 息、实体 状态信息、 基准信息。

几何要素 起始几何要素1 终止几何要素2 *Pt *Pt

尺寸类型 尺寸值 公差等级 基本偏差代号 上偏差 E R I E R

下偏差 R

b)定位尺寸与公差的数据结构
特征标识 I 形状公差名 E 公差值 R 公差等级 I 实体状态 E

几何要素 被测几何要素 *Pt

c)形状公差的数据结构
第2基准 *Pt

几何要素

特征标识 I

位置公差名 E

公差值 R

公差等级 I

第1基准 *Pt

被测几何要素 *Pt

基准代号 基准几何要素1 S *Pt

基准几何要素2 *Pt

... *Pt

几何要素

d)位置与公差的数据结构

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第98页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
材料获取方式 E 评定参数名 E 评定参数值 R 被测几何要素 *Pt

e)表面粗糙度的数据结构

几何要素

4)材料热处理特征的数据结构 包括:材料信息和热处理信息。如下图所示:
材料名 S 力学性能 参数 E 性能上 限值 R 性能上 限值 R 热处理 热处理工 硬度 艺名 单位 方式 E E E 最高硬 度值 I 最低硬 度值 I 被测几 何要素 *Pt 几何要素类

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第99页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
5)技术特征的数据结构 包括:零件的技术要求和特性表等。 (3) 基于特征的零件信息模型的应用举例
C1
6 7 8 9

55m6

5

5

70 80

r1
2

50k6

r1.

5

3

56 65

4

240 280

2013年7月26日10 技术要求:调质处理,硬度200-250HBS。 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第100页 共236页

50k6
B

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管理信息 几何信息 定位尺寸与公差 整体热处理信息 未注表面粗糙度 技术特征信息

管理信息 零件类型 零件名 材料 图号 设计者 设计日期 . . . 实心轴 轴 45 JA401

定位尺寸与公差 尺寸类型 尺寸值 公差等级 上偏差 下偏差 起点形状特征号 起点几何要素名 终点形状特征号 终点几何要素名 距离 240mm

热处理特征

表面粗糙度

基于 特征 的零 件信 息模 型的 数据 结构 实例

1 左端面 3 右端面

热处理方式 热处理工艺名 硬度单位 最低硬度值 最高硬度值

整体 调质 HBS 220 250

材料获取方式 评定参数名 评定参数值 北侧几何要素

切除 Ra 1.6 um 外圆 柱面

圆柱面1

圆柱面2

圆柱面3

圆柱面4

倒角5

键槽6

过渡圆角7

过渡圆角8

键槽9

过渡圆角10

倒角11

形状特征3

特征类名 圆柱体

特征标识 3

几何形 状参数

位置公差

形状公差

表面粗糙度

局部热处理

几何要素

定位坐标

定位尺寸与公差 尺寸类型 尺寸值 公差等级 上偏差 下偏差 被测几何 要素 被测几何 要素2 长度 65mm 左端 面 右端 面

定形尺寸与公差 尺寸类型 尺寸值 公差等级 基本偏差 代号 上偏差 下偏差 被测几何 要素 直径 55mm 0.030mm 0.011mm 外圆 柱面

位置公差 公差名 圆跳 0.025 公差值 mm 公差等级 被测几何 7 要素 第1基准 外圆柱 面 第2基准

形状公差 公差名 公差值 公差等级 被测几何 要素

表面粗糙度 材料获取方式 评定参数名 评定参数值 被测几何要素 切除 Ra 1.6 um 外圆 柱面

热处理 热处理方式 热处理工艺 硬度单位 最低硬度 最高硬度

几何要素名 左端面 外圆柱面 右端面 中心线

所属特征标识 3 3 3 3

几何要素局部标识 1 2 3 4

基准 几何要素名 基准代号 几何要素1 几何要素2 A-B 中心线 中心线 2 4 4 4 所属形状特征标识 几何要素局部标识

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第101页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
3.1.3 产品信息模型
产品信息模型是指产品从毛坯到成品的整个设计和制造 过程所需要的信息总和,它是由产品结构信息模型和产品工 艺信息模型组合而成的复合模型。

(1). 产品结构信息模型
1)产品结构信息模型 产品结构信息模型是描述产品的结构组成以及各组成元 素相互关系的信息总和。构成产品的组成元素包括部件、组 件和零件。

产品结构信息包含三类信息:工程图形信息、基本属性 2013年7月26日10 信息、装配信息。
时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第102页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
产品结构信息模型如下:
产品

部件 1

...

部件 N 零件

组件 1

... ...

组件 M

零件

组件 1.1

组件 1.P

零件

组件 1.1.1 零件

...

组件 1.1.Q

零件

产品结构信息模型也可以用产品明细表BOM进行描述 。 其结构为:
零部件代码 码 零部件基本信息(图号、材料、规格、来源等) 父件代 2013年7月26日10 时26分
第103页 共236页

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
2)产品结构的自动编码及可视化处理 一般采用层次数字码来描述树形产品结构。首先要 对产品结构进行编码。产品结构码编码规则如下:

1 产品代号 部件代码 组件代码 1 组件代码 2

2

3

4

5

6

7

8

零件来源 零件代码 组件代码 3

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第104页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
产品结构的可视化处理是利用计算机对产品结构码进行 分析,再现产品结构树的处理过程。
产品

XX@0000X

部件

零件

XX0####X

部件层

XX@@000X

组件 1

零件

XX@0###X

组件 1 层

XX@@@00X

组件 2

零件

XX@@0##X

组件 2 层

XX@@@@0X

组件 3

零件

XX@@@0#X

组件 3 层

零件

XX@@@@#X

第五层零件

2013年7月26日10 图中××为产品的基本信息;@位代表了层次结构,且肯定不 时26分 为零;#位为顺序号,如####表示0001~9999的顺序号。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第105页 共236页

现代制造业信息化技术

3.1 数字化产品建模方法
(2). 产品工艺信息模型
产品工艺信息模型是表示构成产品的零件从毛坯到成品 的全部工艺过程信息的模型。产品工艺信息模型示意图如下:
毛坯 制造资源 1.1 制造资源 1.2 加工方法 1 加工方法 2

...

加工方法 N

成品

...

...

工序 1.1 检验 1.1 工序 1.2 检验 1.2

制造资源 1.m

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...

工序 1.m

...

检验 1.m

第106页 共236页

...
2013年7月26日10 时26分

现代制造业信息化技术

3.2 特征建模方法
3.2.1 特征与特征建模的概念 特征:是一组具有特定属性且相互关联的几 何形体,是零件形状、工艺和功能等特征信息集 的综合描述。它能携带和传送有关设计和制造所 需要的工程信息。 特征建模:是指通过特征及其集合来定义和 描述零件模型的过程。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第107页 共236页

现代制造业信息化技术

3.2 特征建模方法
3.2.2 特征的分类与特征间的关系
(1). 特征的分类 1)形状特征 描述零件上有一定拓朴关系的几何形状信息。形状特征 是携带其他特征信息的载体。形状特征可分为主要形状特 征和辅助形状特征,其中主要形状特征用于构造零件的基 本形状,辅助形状特征用于对主要形状特征的补充。 2)精度特征 用于描述产品、零件几何形状和尺寸的误差信息。 3)材料特征 用于描述产品、零件的材料成分、物理化学指标、热处 理方法 2013年7月26日10
时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第108页 共236页

现代制造业信息化技术

3.2 特征建模方法
4)技术特征 用于描述产品、零件的性能、工艺技术要求、功能等信息。 5)管理特征 6)装配特征 用于描述零件之间、特征之间的装配关系、装配方向、配 合表面、装配顺序、装配工具等信息

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第109页 共236页

现代制造业信息化技术

3.2 特征建模方法
(2). 特征表达与特征联系
1)特征的表示与约束 对形状特征的表示有三种方法,即边界表示(B-rep)、几 何体素构造表示(CSG)和二者的混合表示。 特征约束是指对特征的形状尺寸或工程信息的限制。分 为几何约束和工程约束。 2)特征联系 邻结关系:反映主要形状特征间的空间相互位置关系。 所属关系:反映特征对象与其所属特征类间的关系。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第110页 共236页

2013年7月26日10 时26分

现代制造业信息化技术

3.2 特征建模方法
引用关系:描述特征类间作为关联属性而相互引用的关系。 附属关系:辅助形状特征从属于一个主要特征或另一个辅助 形状特征构成的关系。

3.2.3 制造特征的层次结构
制造特征之间可以形成树状的层次结构。特征之间是否 形成父子关系,取决于加工时是否相互影响。零件特征对 象的层次结构如下图所示。

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第111页 共236页

现代制造业信息化技术
特征 (超类)

主特征

辅特征

零 件 特 征 的 对 象 层 次 结 构 图

非回转 特征

平面

回转特征

辅助孔

辅助槽

倒角

长方体



台阶 圆柱 球体 孔

定位孔

中心孔

圆倒角

平倒角

方槽

V形槽

T形槽

A型中心孔

B型中心孔

圆柱 齿轮

带螺纹 圆柱体

无螺纹 圆柱体

键槽

退刀槽

斜齿 轮

直齿 轮

圆锥 台

圆锥 体

光滑 圆柱

主平 键槽

半圆 键槽

盘平 键槽

内退 刀槽

外退 刀槽

无螺纹圆 柱孔

锥孔

螺纹孔

沉孔

通孔

盲孔

螺纹通孔

螺纹盲孔

B型沉孔

A型沉孔

尖底孔

平底孔

螺纹平底孔

螺纹尖底孔

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第112页 共236页

现代制造业信息化技术

3.2 特征建模方法
3.2.4 特征建模 (1). 特征模型
零件特征的组成可用如下特征集 F 表示:

F ??
i ?1

n

?
j ?1

m

f ij

式中:i 表示特征数;j 表示特征分类; f 11 —形状特征集; f12 —精度特征集; f 13 —材料特征集; f14 —装配特征集; 1)零件特征模型可以用数据结构表示,如下图所示: 2013年7月26日10
时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第113页 共236页

现代制造业信息化技术
尺寸类型 E 尺寸值 R 公差等级 I 基本偏差代号 E 上偏差 R 下偏差 R 被测几何要素 *Pt

a)定形尺寸与公差的数据结构
尺寸类型 尺寸值 E R 公差等级 I 上偏差 R 下偏差 R

几何要素 起始几何要素1 起始几何要素2 *Pt *Pt

b)定位尺寸与公差的数据结构
特征标识 I 形状公差名 E 公差值 R 公差等级 I 实体状态 E

几何要素 被测几何要素 *Pt

c)形状公差的数据结构
特征标识 I 位置公差名 E 公差值 R 公差等级 I 第1基准 *Pt 第2基准 *Pt

几何要素

被测几何要素 *Pt

d)位置公差的数据结构
材料表面加工方式 E 评定参数名 E 评定参数值 R 被测几何要素 *Pt

几何要素 S – 字符数据类型 E – 枚举数据类型 I – 整型数据类型 R – 实型数据类型 *Pt – 指针

e)表面粗糙度的数据结构

几何要素

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第114页 共236页

现代制造业信息化技术
2)零件相关性特征模型也可用特征关系树表示,关系树 的建立过程如下图所示:
f1 f7 f6
f8

f4

f
f2 f5 f3 f9

3 d

f
d

1 d

a) 零件特征构成模型
B7 L87 H18 B8 H13 B9

f

7

p

f

8 d

f

9

c) 零件特征关系树

b) 零件特征关系分析
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第115页 共236页

2013年7月26日10 时26分

现代制造业信息化技术

3.2 特征建模方法
(2). 特征的层次结构 特征的层次结构可以定义为三层(如下图所示),即应用 特征层、形状特征层和几何表达层。应用特征描述生产活 动的过程属性。
应用特征层描述生产活动的过程属性。

形状特征层描述特征的基本形状构成。
几何表达层是表达特征形素构成信息(点、线、面、体) 的数学模型和数据结构。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第116页 共236页

现代制造业信息化技术

应用特征 功能特征 结构特征 制造特征

特 征 层 次 结 构

特征抽象语义/最小几何表示

形状特征 几何形态 拓扑形态 几何相似

几何面 - 边邻接图

几何表达 B-rep/CSG 隐式表示 O- O表示

2013年7月26日10 时26分

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第117页 共236页

现代制造业信息化技术
功能特征 装饰 连接 固定 传动 组合结构 工作 运动 支承 导向 定位 密封 反射 喷漆 专用结构 标准结构 基本结构 结构特征 机加工艺 车削 铣削 磨削 刨削 滚花 辅助工艺 钣金工艺 热处理 折弯 冲裁 落料 切割 制造特征 毛坯工艺 装配工艺 锻压 铸造 焊 注 应用特征

面向 设计 过程 的特 征分 类层 次细 化结 构

形状特征 精度特征 尺寸精度 形状精度 位置精度 表面粗糙度 技术特征 功能要求 结构性能 制造要求 管理特征 材料特征 板材 型材 管材 块材

形状特征

公称几何 B-Rep 隐式表示 几何参数化 求解几何 CSG

几何表达

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第118页 共236页

现代制造业信息化技术
(3). 基于特征的零件信息模型的层次结构 用零件总体信息层、特征信息层、形状几何层三层来描 述,如下图所示:
零件名称 最大尺寸 零件代号 质量 设计者 缺省粗糙度 材料 缺省公差值 设计历史

??

总体信息层

设计特征
表面粗糙度 设计尺寸/ 尺寸公差 表面处理 设计基准

制造特征
加工方法 加工尺寸/ 尺寸公差 工序基准 热处理 表面处理 热处理 特征内 几何约束 几何组成 加工/定位 基准 形位公差 表面粗糙度

形位公差

特征间 几何约束

特征内 几何约束 几何组成

特征间 几何约束

特征层

B-rep/CSG表示

几何层

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第119页 共236页

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3.3 功能模型建模方法
功能建模常用的方法是IDEF0方法。该模型由一系列 图形组成。图形元素主要是简单的盒子及箭头。 IDEF0方法把描述功能活动的图形称为活动图形,其 中,盒子表示活动,箭头表示由系统处理的事件。

3.3.1 活动图形
IDEF0模型按照结构化方法自顶向下,逐步分解细 化。一个系统的功能模型用一组递阶分解的活动图形来 表示,其递阶关系可以表示成树状结构,底层的详细图 是顶层较抽象图的一个分解,顶层较抽象的图称为父图, 底层详细图称为子图。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第120页 共236页

现代制造业信息化技术

3.3 功能模型建模方法
IDEF0递阶层次分解图
整个系统

3.3.2 盒子

1

A0图 2 3 4

盒子代表活动,用主动的动 词短语来描述 ,盒子的内部 写上描述盒子的短语 ,盒子 的右下角写上编号,从1编到 6。 盒子的四边表示输入、控制、 输出与机制。

1

A3图 2 3

3.3.3 箭头

在活动图形上,箭头代表资 料约束,而不代表流或顺序。 箭头有两类:一类称内部箭头,它的两端分别连在图形的 盒子上。另一类称边界箭头,它两端中的一端是开的,表示由 图形以外的活动所产生,或供图形以外的活动所使用。盒子底 2013年7月26日10 部的机制箭头指出活动是依靠什么来完成的。 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第121页 共236页

现代制造业信息化技术

3.3 功能模型建模方法
3.3.4 功能建模的基本原则及应用实例
IDEF0图展开的基本原则是: 1)一次分解的子功能数不宜超过6; 2)对展开的子功能进行编号,编号按子功能在图形中的 位置自上而下,从左至右的顺序,用自然数标注在盒子 的右下角; 3)展开后图形中的箭头有两类,一类是内部箭头,其两 端分别联到两个盒子上,表示两个子功能之间的联系; 箭头也可以连到同一个盒子的不同侧面上,表示该功能 本身存在的反馈作用;另一类箭头是边界箭头,表示子 功能继承了其父功能的某种对外联系; 4)ICOM码。I、C、O、M码分别代表输入、控制、输 出和支撑机制; 2013年7月26日10 5)结点号用来标志图形和盒子在层次中的位置。 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第122页 共236页

现代制造业信息化技术
CAD/CAM系统功能模型AO图
作者 审阅 用途 项目 建议图 完成图 上级 计划 技术、经济外 协信息 型号需求 表准 技术 规范 指标 生 产 制 造 状 态 设 计 信 息 外配套合同 报告 计划 日期 日期 初图 描图 日期 附页 父图 A0

生产管理
设 计 信 息 设计工艺信息

1 设计 设计 质量 计划 规范 指标 经营 计算 管理人 员与组 管理 机软 设计要求 模式 件硬 织 与技 件 设计、工艺任务书 工程设计 术 2 设计人 并行 计算 员与组 工程 机软 模式 件硬 织 与技 件 术

设计文本

质 量 计 划

制造 规范

原材料

制造自动化
3

产品 质量 规范

物料需求、工装生产需求 工时、人员、物料、在制品、 废品、加工状态信息

生产人 制造 计算 员与组 设备 机软 织 与技 件硬 件 术

质量管理
生产信息 4 质检 质检 计算 人员与 设备 机软 组织 与技 件硬 术 件

质量信息、仪器设备状态及维修、检定申请

图号

题目

EAM-FDM

编号

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第123页 共236页

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
信息模型是指采集和整理共享信息数据的基本模式 及其联系,信息模型建模常用的方法是IDEF1X方法。

3.4.1 IDEF1X模型的基本结构
IDEF1X模型的基本结构: 1)包含数据的有关事物,例如人、概念、地方和事 物等,用盒子来表示; 2)事物之间的联系,用连接盒子的连线来表示; 3)事物的特征,用盒子中的属性名来表示。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第124页 共236页

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
其基本成分有:
(1). 实体(entity) 实体包括三部分内容:语义、语法和规则。实体表示具 有相同属性或特性的一个现实或抽象事物的集合。实体 又分为独立实体和从属实体两类,独立实体是指从不依 赖于其他实体存在的实体;从属实体是指必须依赖于其 他实体才能存在的实体。

IDEF1X用矩形表示实体,其中方角的矩形表示独立实 体,圆角的矩形表示从属实体。在矩形的上方应标出实 体的名称和序号,用“/”分隔。实体的名称不允许有二 义性,通常用名词或名词短语命名。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第125页 共236页

现代制造业信息化技术
独立实体和从属实体的表示符号
表示 实体名/实体号 独立实体 表示符号 实体名/实体号 从属实体 表示符号 学生成绩 3/4 示例 学生 / 2

实体存在下述规则: 1)每一个实体必须有惟一的实体名;

2)一个实体可以有多个属性,属性可以是自身固有的, 也可以是继承的;
3)实体应有一个或多个能惟一标识实体实例的属性;

4)任何实体可以与其他实体有联系。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第126页 共236页

2013年7月26日10 时26分

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
独立实体 独立实体的各种属性的数据通常以表格、曲线、手册等 形式出现,在相当一段时间内稳定不变,并经常被查问 和引用。采用只读静态数据库的方法来维护的。 从属实体 独立实体参与生产活动所派生出来的动态信息,按照 IDEF1的定义,属于从属实体或派生实体。派生实体的各 种属性信息的数据将随时间不断地改变,是生产活动过 程中产生的报表,用于反映事物在某一时间的状态。中 间数据信息也是一种从属实体。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第127页 共236页

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
(2). 属性
属性表示实体的特征和性质;属性名称一般用名词或名 词短语表示。实体被一水平分割线分割,其中主关键字属 性位于实体分割线的上方,非关键字属性位于下方。 属性存在下述规则:

1)每个属性必须有一个惟一的名称。
2)一个实体可以有多个属性,一个属性只能属于一个 实体,这就是“单属规则”。

3)一个实体可以有多个继承属性,而每个继承属性都 必须是某个相关的父实体或一般实体主关键字的一部分。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第128页 共236页

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
4)实体实例不允许重复,即为非重复规则。属性及其表示 如下图。
雇员 /1 属性名 [属性名] ... [属性名] [属性名] [属性名] 表示 主关键字 属性 雇员号

非主关键 字属性

雇员名 生日 性别 ... 示例

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第129页 共236页

现代制造业信息化技术

(3) 连接关系
在IDEF1X中,连接关系用来描述实体之间的联系。 连接关系包括确定连接关系、非确定连接关系和分类关 系三种。
确定连接关系是“一对多关系”。
实体 A/1 关键字 – A ... 关系 实体 B/2 关键字 - A(FK) 关键字 – B
关系名 实体 B/2

非确定连接关系又称为“多对多关系”。
实体 A/1 实体 1 非确定 关系 实体 2 参加 员工 /2 项目 /1

确定 关系

父实体

子实体

表示

示例

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第130页 共236页

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
在用实体描述事物时,某些实体可以是其他实体的分类。 在IDEF1X中称为分类关系。

账户示例:
支票帐户号 /1 支票帐户号 启用日期 截至日期 支票限额 使用金额 收费金额 存款帐户号 /2 存款帐户号 存款日期 取款日期 存款余额 利率 利息 贷款帐户号 /3 贷款帐户号 贷款日期 还款日期 贷款金额 利率 贷款余额 2013年7月26日10 时26分

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第131页 共236页

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
分类关系示例:
帐户 /4 帐户号 类型 开始日期 截至日期

支票帐户 /1 帐户号 (FK) 支票限额 使用金额 收费金额
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

存款帐户 /2 帐户号 (FK) 支票限额 使用金额 收费金额
第132页 共236页

贷款帐户 /3 帐户号 (FK) 支票限额 使用金额 2013年7月26日10 收费金额

时26分

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
3.4.2 建模步骤
1)明确建模的对象,建模的内容与范围,建模的目的;

2)定义实体:标识和定义待建模问题范围内的实体。 标识实体是确定实体表示的成员(实例)的集合,定义 实体是确定实体名;
3)定义关系:标识相关实体间的关系,确定关系名称 和编写关系说明; 4)定义键: ①把模型中的不确定关系,分解成确定关系,分解 的方法是构造一个新实体,作为两个实体的子实体,新 实体与两个父实体之间用确定关系代替;
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第133页 共236页

现代制造业信息化技术

3.4 信息模型建模方法
②标识键属性:实体的属性是其所有实例的该属性 值的集合。IDEF1X中有四种类型的键。实体的候选键是 指实体的一个或多个属性。如果实体只有一种属性,即 一个候选键,也是主键。否则,根据问题需要选择一个 候选键作为主键,其他作为次键。在实体-关系图中,需 要将属性标注在实体中,主键放在实体水平分割线的上 方,次键放在下方; ③迁移键:对于关系连接的实体,需要在实体之间 引入迁移键;

5)定义属性:将每一个具有明确意义的属性分配到实 体中。
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第134页 共236页

现代制造业信息化技术
特征事例 /2 特征事例代号 特征代号 特征名称 零件事例代号 (FK) 特征类型 char(10) char(10) char(10) char(10) char(10) 刀具 /5 刀具代号 刀具名称 刀具类型 char(10) char(10) char(10)

基 于
IDE F1X

零件事例 /1 零件事例代号 零件代号 产品代号 零件名称 材料名称 材料代号 技术要求 零件类型 char(10) char(10) char(10) char(10) char(10) char(10) char(30) char(10)

特征 /3 特征事例代号 (FK) 特征名称 特征代号 特征类型 char(10) char(10) char(10) char(10)

工序 /4 特征事例代号 (FK) 工序序号 工序代号 工序名称 工序内容 机床代号 (FK) 夹具代号 (FK) 刀具代号 (FK) char(10) int char(10) char(10) char(100) char(10) char(10) char(10) 夹具 /6 夹具代号 夹具名称 夹具类型 char(10) char(10) char(10)

的 信 息 模 型 实 例

特征分类

机床 /7 孔特征 /8 特征事例代号 (FK) 孔半径 孔长度 孔半径公差 孔长度公差 精度 粗糙度 char(10) float float float float int float 圆柱特征 /9 特征事例代号 (FK) 半径 长度 半径公差 长度公差 精度 粗糙度 char(10) float float float float int float 机床代号 机床名称 型号 char(10) char(10) char(10)

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第135页 共236页

现代制造业信息化技术

4、制造业信息化的技术集成
?4.1制造业信息化技术集成概述

?4.2制造业信息化的主要集成方式
?4.3CAD/CAM集成的体系结构

?4.4 CAPP系统的主要形式
?4.5基于事例推理的CAPP系统

?4.6基于事例推理的CAFD系统设计
2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第136页 共236页

现代制造业信息化技术

设计过程 设计需 求分析 可行性研究 与分析 CAD过程

设计 结果

设计 评价

设计 优化

设计 分析

设计模型 和模拟

概念 设计

制造过程 工序规划 工艺过 程设计 刀具计划 材料计划 加工编程 市场 加工 检验 装配 CAM过程 运输

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第137页 共236页

现代制造业信息化技术

CAD CAPP CAFD

CAM

产品数据管理系统(PDM) 数据库管理系统(DBMS) 计算机与操作系统(OS)
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第138页 共236页

现代制造业信息化技术

CAD/CAM系统

CAD 概念设计 零部件设计 机构设计 装配设计 载荷计算 工程图设计

CAPP 工艺检索 特征提取 工艺过程推理 工艺过程设计 工艺文件管理

CAFD 组合夹具CAD 应用夹具CAD

CAM 刀具路径规划 后置处理与NC代码生成 加工过程仿真

夹具预装配仿真

结构分析与优化
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第139页 共236页

现代制造业信息化技术

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第140页 共236页

现代制造业信息化技术

4.2制造业信息化的主要集成方式
(1). 通过专用格式文件的集成方式
在这种方式下需要在各系统与专用数据文件之间开发专用的转换 接口进行前置或后置处理。这种方式需要设计的专用格式处理 程序很多,若以双向传输为例,设系统内有N个系统需要互相 传输数据,则需要2N!个前、后置处理程序。用于小范围、简 单的系统信息集成。

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第141页 共236页

现代制造业信息化技术
通过专用格式数据文件的集成方法
系统A R F

F

R

专用数据 文件

专用数据 文件

F

R F R 专用数据 文件 R F

F

R

系统C

系统B

F-前处理器

R-后处理器

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第142页 共236页

现代制造业信息化技术

(2).通过标准格式数据文件的集成方式
在这种方式下,采用统一格式的中性数据文件作为系统集成 的工具,各个应用子系统通过前置和后置数据转换接口进 行系统间数据的传输。 通过标准格式数据文件的集成方式是目前系统集成应用较多 的有效方法之一 。

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第143页 共236页

现代制造业信息化技术 通过标准格式数据文件的集成方式
系统A F-前处理器 F R R-后处理器 标准格式 数据文件

F 系统B

R

F 系统C

R

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第144页 共236页

现代制造业信息化技术

(3). 基于统一产品数据模型和数据库的集成
在这种方案中统一的产品数据模型是实现集成的核心,统 一工程数据库是实现集成的基础。它与用文件形式实现系 统间集成的方法相比,由于不需要通过转换接口来进行数 据交换,加快了集成系统的运行速度,提高了系统集成化 程度。这种方式既可实现各子系统之间直接的信息交换, 又可使集成系统达以真正的数据一致性、准确性、及时性 和共享性。

用户界面

CAD

CAE

CAPP

CAM

工程数据库管理系统 统一产品数据模型
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第145页 共236页

现代制造业信息化技术

(4).基于产品数据管理(PDM)的系统集成
基于PDM的系统集成是指集数据库管理、网络通信能力和 过程控制能力于一体,将多种功能软件集成在一个统一平 台 上 。 系 统 集 成 的 核 心 是 PDM 技 术 向 上 提 供 CAD/CAE/CAPP/CAM的集成平台,把与产品有关的信息集 成管理起来;向下提供对异构网络和异构数据库的接口, 实现数据跨平台传输与分布处理。

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第146页 共236页

现代制造业信息化技术
基于PDM的集成系统体系结构
用户1 用户2 ... 用户n

用户界面层 CAD CAPP CAM ...

系统集成层 权限 控制 用户 管理 项目 管理 工作流程 管理 应用工具 集成

...

异构硬件 平台网络

分布异构 数据库

应用工具

网络通信 服务

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第147页 共236页

现代制造业信息化技术

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第148页 共236页

现代制造业信息化技术

产品设计性能要求 工 程 数 据 库

方案设计

方案设计专家系统

建立产品模型

几何造型系统

修改

全 局 与 局 部 数 据 管 理

标 准 与 标 准 件 库

参 数 化 图 库

切 削 用 量 库

刀 具 库

工程分析(CAE)

有限元分析系统 优化方法软件包 其他

评价 满意 详细设计

不满意

二维交互图形系统 尺寸及汉字处理 国标化

CAPP

工 艺 库

零 NC 部 代 件 码 设 库 计 结 果 库

用 户 接 口

其 他 NC自动编程 不满意

回转体CAPP 非回转体CAPP 零件检验CAPP

2~5维自动编程 仿真

评价 满意 NC后处理

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第149页 共236页

现代制造业信息化技术

设计 设计 质量 计划 规范 指标 设计需求 2D/3D图形 非几何信息 零部件再设计信息 CAD 1 信息编码 CAD 软件 CAPP 2 工 艺 知 识 CAPP 软件 信息编码 工装夹具工艺 再设计信息 工艺再 设计信息 工艺设计任务 零部件数据 产品结构数据

工时文件、材料单 工艺路线 工序内容 各工序夹具设计信息

CAFD 3 数据库 CAFD 软件

工装夹具 设计信息

信息编码 CAM 4 NC文件 NC校验 DNC故障 诊断结果

微机/服务器/操作人员

加工 CAM 设备 软件

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第150页 共236页

现代制造业信息化技术

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第151页 共236页

现代制造业信息化技术

工艺审查文件

加工与装配工艺性反馈

CAD

零件模型

NC程序

MAS

工艺设计 任务 零 部 件 图 纸 BOM表 材料和 加工需求 PMS 工艺流程 CAPP

工艺信息 编程信息 CAM

调试结果

加工仿 真信息 工装设计任务 工装设计结果 工装设计评价 工装设计任务 QMS 工装模型 CAFD

工 艺 文 件 、 检 验 文 件

工艺文件 检验结果、加工质量

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第152页 共236页

现代制造业信息化技术

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第153页 共236页

现代制造业信息化技术

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第154页 共236页

现代制造业信息化技术

h a i PMS b CAPP c e

CAD

a1

f

QMS

a1

CAFD

j k g d l MAS

a1

CAM

m

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第155页 共236页

现代制造业信息化技术

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第156页 共236页

现代制造业信息化技术

零件族特 征矩阵库

零件族标 准工艺库

派生 规则库

应用 程序库

零件GT编 码及输入

检索零件族

检索零件族 标准工艺

自动派生

加工参数 处理计算

工艺 规则库

交互编辑

格式化输出

工艺规程
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第157页 共236页

现代制造业信息化技术

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第158页 共236页

现代制造业信息化技术

数据库与知识库

机床数据 文件库

夹具数据 文件库

刀工具 文件库

切削 数据库

零件信息 输入

零件加工 顺序生成

机床选择

夹具选择

刀工具 选择

切削 数据 选择

工艺 生成 输出

决策逻辑程序
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第159页 共236页

现代制造业信息化技术

控制流

信息流

制造资源模块

主控模块

零件特征 定义模块

工艺决策模块

资源信息库

工艺信息库 关系型数据库

零件信息库

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第160页 共236页

现代制造业信息化技术

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第161页 共236页

现代制造业信息化技术

加工能力 制 造 资 源

机床

刀具

刀具分组

加工规则

夹具

刀具能力

切削参数

加工车间

量具

余量

切削工时

信息流程

框架匹配

零 件 信 息

加 工 方 法 选 择

工 艺 过 程

机 床 选 择

工 序 排 序

工 序 归 并

夹 具 选 择

工 步 排 序

工 步 归 并

量 具 选 择

刀 具 选 择

余 量 分 配

切 参 选 择

工 时 计 算

工艺过程卡

工序卡

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第162页 共236页

现代制造业信息化技术

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第163页 共236页

现代制造业信息化技术

用户界面

C A D 系 统

工艺决策 零 件 建 模 与 图 形 显 示

创 成 式 设 计

变 异 式 设 计

检 索 式 设 计

尺 寸 链 计 算

工 序 图 生 成

NC程序 A P T 程 序 生 成

N C 程 序 生 成

加 工 过 程 仿 真

工 艺 文 件 管 理 与 编 辑

工 艺 数 据 与 知 识 管 理

工 艺 文 件 输 出 与 打 印

产品数据库
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综合工艺数据库和知识库
第164页 共236页

现代制造业信息化技术

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第165页 共236页

现代制造业信息化技术

工艺知识 与数据库 (KDBM)

设备环境 定义系统 (FEDS)

工具管 理系统 (TMS) (支撑系统)

工艺 规程库

产品设计 数据库 (CAPP) 基于特征 的绘图系统 数据 接口 基于特征的 零件模型 工艺 决策 工序尺寸 (尺寸链) 计算 工序图 绘制

柔性输出

工艺文件 管理器

产品 数据库

(CAM) APT 程序生成 Intellipost 后置处理 多路DNC 系统 数控 机床

NC 程序库

微机网络
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第166页 共236页

现代制造业信息化技术

4.5基于事例推理的CAPP系统
4.5.1 CBR-CAPP系统的推理过程
基于特征的 零件设计

新零件

相似检索

成功工艺 范例 工艺 事例 库 机械加工知识库

检索出的 相似零件 新零件

存储
修正后的 工艺方案 初步工艺 方案

工艺 复用

工艺 修正

基于事例推理的CAP系统的推理过程
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第167页 共236页

现代制造业信息化技术
(1) 相似检索 对于一个新零件,从基于特征设计CAD系统中获得新零件 的特征信息和其他工艺信息,并将这些信息作为索引, 通过相似性计算方法,从事例库中找出一个或几个最为 相似的事例。 (2) 工艺复用 调入最相似的事例的工艺方案,作为新零件的工艺蓝本。 (3) 工艺修正 比较相似零件与新零件的不同之处进行工艺修改 (4) 存储 经过工艺修正的工艺方案通过了工艺审查后,作为成功 的工艺范例,存入事例库中。

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第168页 共236页

现代制造业信息化技术

4.5.2基于事例推理的零件事例的模型表达
(1).事例的对象表达 事例对象表达的定义如下: Case=(caseid,A,M,C,R,index,solution) 其中: ? Caseid是实例对象的标识符 ? A是属性集,事例的属性分为两种,一种是用于检索的 属性,一种是非检索属性,在A中的属性都是非检索的属 性。 每一个属性是一个具有三元素的集合,(a,t,v),a是对 象的属性名,t是该属性的数据类型,v是该属性的属性值。

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第169页 共236页

现代制造业信息化技术
? M是事例对象中的方法集,每一方法具有一个多元素的集 合;(m,tc1,tc2,?tcn,tc),m是该方法的方法名,tci是 该方法(函数)的参数,tc是方法返回值。 ? C是关系对象中的约束集,定义了事例中的属性的约束条 件。 ? R是一个该事例与其他子事例之间的关系集,每一个关系 有一个标识。

? index是事例的一个索引对象 。
? Solution是事例的一个答案对象,描述了该事例问题的解 决方法。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第170页 共236页

现代制造业信息化技术
(2) 零件分类的模型表达 1) 零件类型的对象层次结构的表达
盘盖类 防护盖 轮盘类 法兰盘 离合器 活塞类 离合器 环套类 蜗杆丝杆轴类 回转类 销杆轴类 螺杆螺柱类 普通轴类 圆管圆杆类 异形件类 圆柱外齿轮类 零件类 (超类) 齿轮类 圆柱内齿轮类 锥齿轮类 蜗轮类 棘轮类 复合齿轮 圆柱齿条类 杆条类 凸字体 台阶体 板块类 矩形体 复合矩形体 支撑板 非回转类 箱壳体类 轴承座 支做类 座架类 底座类 支架类 壳体 箱体类 异面体 容器类 罩盖类 垫圈片 环套类 螺母类 衬套轴套类 汽缸油缸类 法兰套类 光轴 单向台阶轴 双向台阶轴 阀体类 凸轮 扇形弓形件 偏心件类 异形盘套类 连杆类 拉杆类 扳手类 齿条类 拨叉类 键类

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第171页 共236页

弯板类

现代制造业信息化技术 2) 零 件 特 征 对 象 层 次 结 构 的 表 达
特征 (超类)

主特征

辅特征

非回转 特征

平面

回转特征

辅助孔

辅助槽

倒角

长方体



阶台 圆柱 球体 孔

定位孔

中心孔

圆倒角

平倒角

方槽

V形 槽

T形槽

A型中心 孔

B型中心 孔

圆柱 齿轮

带螺纹 圆柱体

无螺纹 圆柱体

键槽

退刀槽

斜齿 轮

直齿 轮

圆锥 台

圆锥 体

光滑 圆柱

主平 键槽

半圆 键槽

盘平 键槽

内退 刀槽

外退 刀槽 沉孔

无螺纹圆 柱孔

锥孔

螺纹孔

通孔

盲孔

螺纹通孔

螺纹盲孔

B型沉孔

A型沉孔

尖底孔

平底孔

螺纹平底 孔

螺纹尖底 孔

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第172页 共236页

现代制造业信息化技术
3).零件事例的工艺模型表达

① 答案模型定义:答案对象作为事例对象的一个组成部分, 它记录了该事例的解决问题的方法,同时还包含了它与子 事例或父事例中答案对象的关系,它对答案信息进行结构 化处理,把非结构化的事例“答案”变为结构化的、可操 作的数据信息,使事例的自动化修改成为可能。答案模型 定义如下: Solution=(sltid,P,A,M,R,C) 其中: ·Sltid是答案对象的唯一标识符。

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第173页 共236页

现代制造业信息化技术

? P是操作状态集 ,可以用一个链表表示List(step)在工艺 设计中,每一个操作状态step是一个加工工序,用一个工 序对象表示。 ? A是属性集。 ? M是方法集。 ? R是关系集,定义了该事例的答案对象与子事例或父事例 的答案对象的关系,通过这些关系,来获得子事例或父事 例的答案信息。 ? C是约束集,定义了属性的取值范围或适用条件。

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第174页 共236页

现代制造业信息化技术 ② 零件工艺对象模型
零件工艺对象是零件事例的的主要组成部分,表达了零件的工艺信息 。
夹具类(超类) 夹具ID 加剧名称 适用机床 适用零件类型 尺寸 达到精度范围 关联关系 零件工艺类 零件ID 零件类型 工艺路线 工艺文件 操作集P 组成 关系 1..n 特征工艺类 特征名称 特征ID 特征加工路线 操作集P<工序> 工序类(超类) 机床类(超类) 工序ID 工序名称 达到精度等级 表面质量 使用的机床 使用的刀具 采用的夹具 关联关系 刀具类(超类) 刀具类型 刀具ID 刀具名称 刀具尺寸 刀具材料 机床类型 型号 关联关系 加工精度 转速范围 工作台尺寸 功率

答案类 Solution=(sltid,P,A,M ,R ,C) 继承关系

1..n 组成 关系

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第175页 共236页

现代制造业信息化技术

③ 支持CBR的零件事例模型 基于零件事例的工艺表达模型,可建立基于事例推理的工艺设计的零件事例的系统模型。

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第176页 共236页

现代制造业信息化技术

4.5.3 基于事例推理的工艺修正方法
当一个事例比较复杂,并且可以划分为具有多个子事例组成 的层次结构时,系统并不对检索出的事例进行整体的修正, 而是针对不满意的子事例进行修正,把该子事例中的子问 题重新作为新问题,进行事例检索和推理,找出子问题的 答案,如果子问题还没有圆满解决,则继续对孙问题进行 检索,找出答案,直到问题获得解决为止。

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第177页 共236页

现代制造业信息化技术
子事例修正法示意图
复杂问题 检索出的相似事例答案 最终答案

检索

答案 集成

没有解决的子问题 检索

检索出的子答案

合成的子答案

检索

子问题 子答案 不满意子答案 需要删除的子答案

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第178页 共236页

现代制造业信息化技术

4.5.4 基于事例推理的工艺设计系统典型实例
(1). Hope-CAPP系统的总体结构

Hope-CAPP系统主要由七个模块组成,即零件信息输入模块、 相似事例检索模块、事例复用模块、工艺事例修正模块、 事例存储模块、工艺文件管理模块和制造资源和知识库管 理模块。后台数据库服务器中主要由五个数据库组成,即 零件设计信息库、零件工艺事例库、制造资源库、工艺知 识库和工艺文件与工序图库。

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第179页 共236页

f11

现代制造业信息化技术
Hope-CAPP系统框架
特征CAD系 统 用户界面

CAPP系统
相似事例 检索 零 件 信 息 输 入 相似性 计算 调入 相似 零件 工艺 事例复 用 工艺事例修正 事例存储 工艺审核 与评价 工艺文件 库管理 文件 建立 文件编 辑修改 工艺事 例存储 文件 删除 文件 打印 资源 库知 识库 管理

规则推理器
工序选择 机床选择 刀具选择 夹具选择 切削参数选择

工艺约束检查 需要修正的特 征子事例列表 相似特征子事例 检索与工艺修正

相似零 件列表 排序

特征工艺 模糊推理模块

工序重新排序

零件设计 信息库:
零件类型数 据库 特征数据库

零件工艺事例 数据库 特征子事例数 据库

制造资源数 据库:
机床数据库 刀具数据库 夹具数据库 材料库

工艺知识库:
特征工艺树库 刀具规则库 夹具规则库 机床规则库 工序规则库 切削参数规则库

工艺文件 数据库 工序图数 据库

数据信息

控制信息 哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第180页 共236页

现代制造业信息化技术
(2) Hope-CAPP系统的工艺设计流程
基于特征的 CAD零件设计

输入零件信息

零件信息库

有该种类型 零件事例否 是 相似零件检索



派生式标准工艺模板

零件事例库

工艺知识库 修正规则库

相似零件工艺复用 标准工艺 零件特征 子事例库 零件初步工艺

制造资源 数据库

零件工艺修正 否

零件事例存储 是

工艺审查正确否

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第181页 共236页

现代制造业信息化技术

4. 6 基于事例推理的CAFD系统设计

4.6.1夹具CAD基本方法
? (1)交互式CAFD ? 是指夹具设计由夹具设计人员以人机对话的方式完成夹 具的概念设计、布局设计与详细设计的全过程。 ? (2)派生式CAFD ? 派生式CAFD的设计思想来源于成组技术(CT)。这种设 计方法对工件、加工方法和夹具进行分类、编码,建立 典型夹具数据库。在设计新夹具时,首先根据工件编码 和加工方法编码查询相似的夹具,然后根据要求通过人 机对话方式对检索到的夹具进行修改,完成夹具设计的 全过程。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第182页 共236页

现代制造业信息化技术

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第183页 共236页

现代制造业信息化技术

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第184页 共236页

现代制造业信息化技术
CAFD系统的体系结构
管理层
产品CAD 信息 接受设计 任务 反馈设计 任务

生产管理 (生产处)
工装设计任务分配 生产任务 完成情况

设计层

工艺设计 (工艺处)
工装CAPP NC与仿真

工艺 产品 信息

工装设计任务与 工作流管理

设计更改

快速工装CAD设计 夹具 CAD 模具 CAD 刀具 CAD

下发制造 任务

工装 图档管理

工装 支撑库管理

工装制造 (车间)
工装制造过 程反馈

制造层

网络层

网络数据库环境和PDM

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第185页 共236页

现代制造业信息化技术
(2). 快速夹具设计子系统的总体结构
CAPP信 息

夹具设计信息输 入与工程建立 检索信息 与CBR检索

夹具事例库
Y

有实例吗?

N

实例调入

半智能化夹具设计 定位方案与机构设计

实例修改 实例存储

知识推理 夹紧方案与机构设计 导向、对刀与夹具体设计

工装设计 图档管理

结果存储 与输出

二维、三维总体 装配设计

设计结果库

零件分类 库

推理知识库

公式库

机床、刀 具库

夹具元件

厂标元件

组合夹 具元件

CAD环境

CAD图形接口

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第186页 共236页

现代制造业信息化技术
(3).图档管理系统流程 用户在AUTOCAD(或Pro/e.UG)下,首先申请图号,然后建立 工作目录,以后设计的装配图和零件图须放在此目录下, 装配图和零件图需具有一定格式的标题栏,夹具设计完毕 后,通过读取工作目录文件和图形文件的标题栏属性进行 归档,通过读取图号内容建立归档以后的产品树 。
日志记录 磁盘目录 图形文件 ----、标题栏 --------------

夹具 设计

设计文件

归档

夹具图形 及属性

工装设计图 档库

图档及修 改信息

更改

查询统计

出图

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第187页 共236页

现代制造业信息化技术 (4).CAFD系统软件的体系结构
支撑数据库维护界面 AUTOCAD或Pro/E环境下的设计界面 基于浏览器图档管理界面

数据库维护模 块

相似工装检索 模块

工装方案设计、结构 设计、装配模块

图档管理模块

AUTOCAD ObjectARX接口

ProTollKit 接口

图4-16 工装快速设计系统软件体系结构
操作系统及网络环境

数据库管理

DCOM对象管理

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第188页 共236页

现代制造业信息化技术

4.6.3 基于事例推理的夹具事例模型的表达
(1)事例工件信息的表达

? 事例工件信息的表达是为了解决在计算机内部,如何描述 与夹具设计有关的工件信息。事例的工件信息包括工件名 称、工件类型、工件外形尺寸、工件材料、热处理、加工 特征信息、定位信息、夹学信息、工序图、CAD模型、参 考坐标系等。 ? 工件的加工特征信息包括:特征类型、特征面组成、特征 方位、特征尺寸、位置公差关系、尺寸公差关系等。 ? 工件的定位夹紧信息包括:面ID、面功能、面类型、粗糙 度、轮廊尺寸等,定位夹紧点信息包括所属面信息、自身 编号、点功能、点的局部坐标及点的全局坐标等。

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第189页 共236页

现代制造业信息化技术
事例工件信息模型表达图
工件信息 工件ID 工序编号 工件名称 工件类型 轮廓尺寸 工件材料 热处理 CAD模型 工序图 加工特征数 加工特征... 参考坐标系 定位夹紧面... 定位夹紧面 面ID 面类型 面功能 面外法向 起始点 粗糙度 轮廓尺寸 可及性 定位夹紧点... 面数据... 位置变量... 1..n 1..n 1..n 面数据 面ID 面类型 起始点 面外法向 轮廓尺寸 环数据... 定位夹紧点 点序号 点(u,v) 点(x,y,z) 点功用

1..n

1..n

闭环 环ID 环类型 边数据... 1..n 1..n 边 边类型 起始点 终点

加工特征

特征ID 特征类型 1..n 起始点 关键尺寸 刀具接近方向 面数据... 位置公差关系 尺寸公差关系

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第190页 共236页

现代制造业信息化技术

(2) 事例装配信息的表达
? 事例装配信息作为夹具事例的一个组成部分,它不仅提供 工件、夹具元件以及组件信息,还提供了不同元件之间装 配位置以及装配约束关系。
? 夹具装配的功能 组件可以分为定位组件、夹紧组件、导 向(对刀)组件和支撑组件、夹具体。元件和工件模型又可 以继续细分到特征、面和点。

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第191页 共236页

现代制造业信息化技术
事例装配 功能组件 组件ID 组件名称 组件类型 尺寸标注 规格尺寸 装配可调参数 组件可调参数 元件信息... 组 件 库
关联

元件信息 元件ID 规格编号 元件名称 元件类型 元件功能 元件方位 尺寸标注 1..n 规格尺寸 装配顺序号
关联

元 件 库

夹 具 事 例 中 装 配 模 型 的 表 达

夹具ID 工件个数 工件信息... 组件个数 功能组件... 元件个数 BOM表 装配CAD图 装配示意图 1..n 工件信息

1..n

1..n

功能表面 面ID 面功能 面类型 面外法向 轮廓尺寸 1..n 面数据 1..n 面数据

定位夹紧面 面ID 面类型 面功能 面外法向 起始点 粗糙度 轮廓尺寸 可及性 定位夹紧点... 面数据... 位置变量...

功能点 点编号 点(u,v) 点(x,y,z) 点功用

工件ID 工序编号 工件名称 工件类型 轮廓尺寸 工件材料 热处理 1..n CAD模型 工序图 加工特征数 加工特征... 参考坐标系 定位夹紧面...

1..n 加工特征 特征ID 特征类型 起始点 关键尺寸 刀具接近方向 面数据... 位置公差关系 尺寸公差关系

1..n

1..n

面ID 面类型 面起始点 面外法向 轮廓尺寸 环数据...1..n

定位夹紧点 点编号 点(u,v) 点(x,y,z) 装夹功用

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第192页 共236页

现代制造业信息化技术
(3) 支持CBR的夹具事例系统模型

? 夹具事例的系统模型包含了夹具基本信息、工件信息模型、 事例装配模型以及说明文档,是上述模型的系统综合。
? 系统的功能模型利用IDEFO建模方法建立。功能模型描述了 系统功能模块的组成以及各个功能模块之间的信息传递关 系。

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第193页 共236页

现代制造业信息化技术
夹具事例 事例ID 基本信息... 工件信息... 事例装配... 方法程序... 设计文档... 基本信息 夹具名称 夹具类型 加工环境... 工件类型 定位方式 定位机构 夹紧方式 夹紧机构 夹紧动力 辅助支撑方式 辅助支撑机构 导向装置 对刀装置 特殊结构 夹具体结构1..n 定位夹紧面 面ID 面类型 面功能 面外法向 起始点 粗糙度 轮廓尺寸 可及性 定位夹紧点... 面数据... 位置变量... 加工环境 工艺类型 加工精度 机床类型 机床型号 主轴方向 刀具类型 切削方向 生产批量 功能组件 组件ID 组件编号 组件名称 组件类型 尺寸标注 规格尺寸 装配可调参数 组件可调参数 元件信息... 设计文档 1..n 文档编号 文档类型 文档内容

夹 具 事 例 系 统 模 型 的 表 达

机 床 库
关联

事例装配 夹具ID 工件个数 工件信息... 组件个数 功能组件... 元件个数 BOM表 装配CAD图 装配示意图 1..n 1..n 工件信息 工件ID 工序ID 工件名称 工件类型 轮廓尺寸 工件材料 热处理 CAD模型 工序图 加工特征数 加工特征... 参考坐标系 定位夹紧面...

组 件 库

关联

元件信息 元件ID 规格编号 元件名称 元件类型 元件功能 元件方位 1..n 尺寸标注 规格尺寸 装配顺序号
关联

元 件 库

1..n

功能表面 面ID 面功能 面类型 面外法向 轮廓尺寸 1..n 面数据 1..n 面数据

功能点 点编号 点(u,v) 点(x,y,z) 点功用

1..n

加工特征 1..n

特征ID 特征类型 起始点 关键尺寸 1..n 刀具接近方向 面数据... 位置公差关系 尺寸公差关系

面ID 面类型 面外法向 轮廓尺寸 环数据...

定位夹紧点 1..n 点编号 点(u,v) 点(x,y,z) 点功用

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第194页 共236页

现代制造业信息化技术

4.6.4基于事例推理的夹具CAD系统的实现
(1) 系统的功能模型
CAD信息 CAPP信息 定位 方案 推理 A0 事例 检索 设计人员 A1 事例 修改 A2 交互 检验 与调 整 A3 后处 理 A4 事例库管理 A7 设计 结果 事例 化 A6 设计 结果 存储 检查 A5 初步结果 修改记录 检索结果 设计人员 定位方案 特征面信息

检验结果

装配顺序 二维装配图 设计文档

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第195页 共236页

现代制造业信息化技术

(2). 系统的软件框架结构 :系统的图形环境基于
Pro/Engineering 软件包。数据环境采用SQL Server
人机接口

特征提取 方案推理

事例检索 事例重用

事例库维护

ODBC/ADO/BDE/DAO数据接口

Pro/Engineer
图形服务器 Pro/Assembly 扩展模块 事例库 元件库 组件库 知识库

数据服务器

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第196页 共236页

现代制造业信息化技术

(3). 系统的数据结构
为了将事例的信息合理地存储到数据库中,根据夹具 事例的表达模型,依据关系数据库定义中的3NF要求,在 SQL Server数据库系统建立了夹具事例的数据库实体关系 模型。

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第197页 共236页

现代制造业信息化技术
FixBaseInfo FixtureDoc MachineEnv PK,FK1 CaseID ProcType MachPrec MachType MachSeri AxisDir CutType CutDir ProdBatch PK,FK1 PK CaseID DocID DocType DocCont FixID FK1 FK1 ComAdjustVars PK,FK1 CompID VarType VarName AdjustDir Const FixID CompSeri ElementInfo PK,FK1 PK,FK1 PK,FK1 PK PK CompID FixID CompSeri ElemID ElemIDSeri ElemType ElemDimLabel ElemDim ElemOrient AsmSeri

夹 具 事 例 的 系 统 数 据 模 型

PK PK

CaseID FixID FixName FixType WpType LocMode LocStru ClamDir ClamStru ClamPower SuppMode SuppStru GuidStru CutLead SpecStru FixBody

FK1

ComponentInfo PK PK PK FixID CompID CompSeri CompName CompType CompDimLabel CompDim CompBOM

FixtureAssem PK,FK1 FixID WpNum CompNum ElemNum BOM AsmCAD AsmPic

ElemAdjustVars MachineFeat PK PK FK1 FixID FeatID WpID ProcID FeatType Origin FeatDim AccessDir CompSrfs PK,FK1 PK,FK1 PK,FK1 FixID CompID CompSeri VarType VarName AdjustDir Const ElemID ElemIDSeri

FunctionSrfs PK,FK1 PK,FK1 PK,FK1 PK,FK1 PK,FK1 PK CompID FixID CompSeri ElemID ElemIDSeri SrfID Srftype FixFunc OutlineDim

WorkpieceInfo PK PK FixID WpID ProcID WpName WpType WpDimlabel WpDim Material Treatment WpCAD ProcDrw MachFeatNum RefCord FixturingSrfs PK PK FK1 FixID SrfID WpID SrfType SrfFunc SrfNorm Origin SrfRough OutLineDim Access

FK1 FK1

FunctionPoints WpRelation FixturePoints PK,FK1 PK FixID PointID WpID ProcID Pointuv Pointxyz PointFunc PK,FK1 PK,FK1 PK FeatID FixID WpID RelaObject RelaExpr PK,FK1 PK ElemID PointID Pointuv Pointxyz PointFunc FixID SrfID ElemIDSeri CompSeri

FK1 FK1 FK1 FK1

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第198页 共236页

现代制造业信息化技术

(4). 系统的工作流程
系统根据输入的工件模型和工艺信息,从工件模型中 提取可以用于定位夹紧的面信息,自动推理可行的定位方 案,根据定位方案和其他关键属性,从夹具设计事例库中 检索相似的设计并进行修改。

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第199页 共236页

现代制造业信息化技术
基于事例推理的夹具设计系统流程
加工环境 工作模型

夹具事例索引

工艺信息

夹具事例表达

工件定位方案

创成式设计 夹具事例库 N 夹具事例检索 设计结果 事例化

Y

夹具事例修改 夹具事例 存储检查

设计结果输出

检验与调整

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第200页 共236页

现代制造业信息化技术

5、制造业信息化的生产过程管理集成

? 5.1 项目管理的计划与控制

? 5.2 技术准备与过程管理系统(TPS)
? 5.3 生产计划与调度管理系统(PPS)

2013年7月26日10 时26分
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第201页 共236页

现代制造业信息化技术

5. 制造业信息化的生产过程管理集成
5.1 项目管理的计划与控制 5.1.1 项目管理的基本概念 (1).项目管理的定义 项目管理是以项目为对象的系统管理方法,通过一个柔 性组织,对项目进行高效率的计划、组织、指导和控制, 以实现项目全过程的动态管理和项目目标的综合协调与 优化。 项目目标的综合协调与优化是指项目管理应综合协调好 时间、费用及功能等约束性目标,在相对较短的时间内, 成功地达到一个特定的成果性目标。项目管理的日常活 动通常是围绕项目计划、项目组织、质量管理、费用控 制、进度控制等五项基本任务来展开的。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第202页 共236页

现代制造业信息化技术
(2).研发项目过程管理 1)研发过程管理的主要目标之一就在于缩短研发周期,因 此研发过程本身必然成为控制和优化的对象。 2)研发过程管理以研发活动为基础进行成本管理,尽可能 节省研发费用,降低研发整体成本,提高研发项目的经济 效益。 3)研发过程管理以过程为基础进行质量控制,把质量控制 从事后检测转变为事前预防,能够尽量减少大的研发项目 失败的可能性。 4)研发过程管理是以资源(包括人力资源、财务资源等) 合理高效分配为基础的全方位的管理。 5)研发过程管理是考虑包括研发战略、研发风险在内的全 方位的管理。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第203页 共236页

现代制造业信息化技术

研 发 项 目 立 项

试验室研究

制订 研发 计划 小试 中试

扩大 实验

现 场 工 业 试 验

试验总结 并改进

研 发 项 目 验 收 评 价

产生

成长、发展、成熟

完成

项目生命 周期

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第204页 共236页

现代制造业信息化技术

(3).项目计划 项目计划就是围绕项目目标确定项目的任务,进行任务的分 解、安排任务的进度、编制完成任务所需的资源预算等,从 而保证项目能够在合理的工期内,用尽可能低的成本和尽可 能高的质量完成项目的各项任务。
项目计划按计划制定的过程可分为概念性计划、详细计划、 滚动计划三种形式。 概念性计划通常称为自上而下的计划。 概念性计划的任务是确定初步的工作分解结构图(WBS图)汇 总出最高层的项目计划。

哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所

第205页 共236页

现代制造业信息化技术

详细计划通常称为由下而上的计划。详细计划的任务是制定 详细的工作分解结构图,该图需要详细到为实现项目目标必 须做的每一项具体任务。然后由下而上再汇总估计,成为详 细项目计划。 滚动计划意味着用滚动的方法对推进的详细计划分阶段地评 估其计划的进度和预算。 项目计划的内容 包括:项目范围计划 ;项目进度计划;项 目生产准备计划 ;项目外协计划 ;项目采购计划;项目质 量计划 ;项目费用计划

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现代制造业信息化技术 (4).项目进度计划 项目进度计划是表达项目中各项工作的开展顺序、开始及完 成时间及相互衔接关系的计划。 1)制订项目进度计划的方法 常用的制定进度计划的方法主要有甘特图、里程碑计划和网 络计划。 ①甘特图 横坐标代表项目进度,纵坐标代表项目任务编号与名称 ②里程碑计划 里程碑计划是以项目中各项任务的开始和完成时间作为基准 而形成的生产计划,常用计划表来表示。

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现代制造业信息化技术 甘特图的例子
四月 2005
28 29 30 1 2 3 4 5

任务编号 任务名称 开始时间 完成时间
1 2 3 4 5

五月 2005
6 7 8 9 10 11

机房装修 房间布局 网络布线 硬件安装 软件调试

2005-4-28 2005-5-2 2005-5-2 2005-5-5 2005-5-6

2005-5-2 2005-5-4 2005-5-5 2005-5-6 2005-5-9

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现代制造业信息化技术

③ 网络计划
网络计划技术是用网络计划图对任务的工作进度进行安排和 控制,以保证实现预定目标的科学的计划管理方法。网络 计划是在网络图上加注工作的时间参数等而编制成的进度 计划。因此,网络计划由两部分组成,即网络图和网络参 数。

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现代制造业信息化技术
2)项目进度计划的编制过程 ①项目描述 项目描述是用表格的形式列出项目目标、项目的范围、项目 如何执行,项目完成计划等内容。 项目描述表格的主要内容有:项目名称、项目代码、项目目 标、交付产品、工作描述、工作规范、所需资源描述、关键 节点、关键任务等。 ②项目分解(WBS) 项目分解就是把复杂的项目逐步分解成一层一层的要素(工 作),直到具体明确为止。项目分解的工具是工作分解结构 WBS,它是一个分级的树型结构,是一个对项目工作由粗到 细的分解过程。

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现代制造业信息化技术 ③工作描述 工作描述的依据是项目描述和项目工作分解结构,可用工作 描述表或项目工作列表来表示。
④工作责任分配的确定 明确各单位或个人的责任。便于项目管理部门在项目实施过 程中的管理协调。 ⑤工作时间估计 常用时间估计法,估计工作执行的三个时间,乐观时间a、 悲观时间b、正常时间m 。 期望时间t=(a+4m+b)/6

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现代制造业信息化技术

⑥ 绘制网络图 通过网络图的形式可以将项目工作关系表达出来。主要有两 种形式的网络图:单代号网络图和双代号网络图。 ⑦ 进度安排 进度安排的工具和技术主要有数学分析方法,包括关键线路 法(CPM)和计划评审技术(PERT)等。

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现代制造业信息化技术
5.1.2项目进度计划的关键技术 (1).工作分解结构(WBS)图 工作分解结构图是将项目按照其内在结构或实施过程的顺序 进行逐层分解而形成的结构示意图。 WBS是按照项目发展的规律,或项目产品的功能结构,依据 一定的原则和规定进行系统化的、相互关联的层次分解。 1)WBS图的分解 在用WBS对项目进行分解有两种类型: ① 按交付成果划分。一般是按项目任务分解或项目产品结构 划分的。

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第213页 共236页

现代制造业信息化技术
牵引机器人研发的WBS图
水平井牵引机器人 T 1000

机械系统 T 1100

电器系统 T 1200

旋转 接头 T 1110

张力 测量 装置 T 1120

上扶 正器 T 1130

动作 组件 T 1140

驱动 组件 T 1150

下扶 正器 T 1160

通讯 系统 T 1210

电机 驱动 系统 T 1220

电源 系统 T 1230

电子 盒 组件 T 1240

插头 组件 T 1111

轴组 件 T 1112

绝缘 套 组件 T 1113

其它 件 T 1114

LEMO 组件I T1131

扶正 组件 T 1132

LEMO组 件II T 1133

其它 件 T 1134

下接 头 组件 T 1151

拖动 组件 T 1152

驱动 电机 组件 T 1153

旁路 管 组件 T 1154

张力 传感器 组件 T1121

插头 组件 T 1122

绝缘 套 组件 T 1123

其它 件 T 1124

动作 弹簧 组件 T 1141

扭矩 限位器 组件 T 1142

离合 器组 件 T 1143

电机 组件 T 1144

其它 件 T 1145

LEMO 组件I T1161

LEMO组 件II T 1162

扶正 组件 T 1163

其它 件 T 1164

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第214页 共236页

现代制造业信息化技术
② 按工作过程划分。这种分解方式上层为工作过程分解,下 层为工作内容划分。
项目管理软件开发 功能模块测试

需求调研

系统设计

编码

测试

试运行

用户需求调研

系统概要设计

工作信息录入

功能模块测试

初验

用户需求确认

系统详细设计

项目网络计划图绘制

试运行 总体测试 终验

设计评审确认

项目时间计划安排

甘特图计划确定

项目执行信息分析

各种计划报表输出

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第215页 共236页

现代制造业信息化技术
2)WBS图的编码 为了简化WBS的信息交流过程,常利用编码技术对WBS进 行信息转换。WBS工作编码的规则:由高层向下层用多位码 编排,要求每项工作有唯一的编码。分解框图中,上半框为 名称与编码,下半框为预算和负责人。(见下页图) (2). 网络计划技术 网络计划是在网络图上加注工作的时间参数等而编制成的进 度计划。因此,网络计划由两部分组成,即网络图和网络参 数。

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第216页 共236页

现代制造业信息化技术
包含预算和责任者的新设备安装WBS图
新设备安装运行 1000 5000万元 赵一

总体设计 1100 1000万元 设计部门

布局设计 1200 1000万元 设备部门

设备安装 1300 2000万元 基建部门

设备调试 1400 1000万元 生产部门

厂址 分析 1110
500万元

选择 设计 1120
500万元

机器 布局 1210
700万元

工艺流 程设计 1220
300万元

加工 1310
500万元

装配 1320
1200万元

安装 设备 1330
300万元

测试 设备 1410
600万元

试生 产 1420
400万元

钱二

张三

李四

王五

刘六

孙七

赵八

徐九

小李

零件运 往工地 1321
500万元

组装 部件 1322
500万元

测试建 筑物 1323
200万元

小王

小刘

小张

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第217页 共236页

现代制造业信息化技术
网 络 计 划 的 基 本 形 式 是 关 键 线 路 法 CPM (Critical Path Method) 和 计 划 评 审技 术 PERT (Program Evaluation and Review Technique)。PERT与CPM的区别在于,关键线路法 CPM是可以确定出项目各工作最早、最迟的开始和结束时 间,通过最早最迟时间的差额可以分析每一工作相对时间紧 程度。最早和最迟时间的差额称为机动时间,机动时间最小 的工作通常称为关键工作。 PERT的形式与CPM网络计划基本相同,只是在工作延续时 间方面CPM仅需要一个确定的工作时间,而PERT需要工作 的三个时间估计,包括最短时间a、最可能时间m及最长时 间b,然后按照β分布计算工作的期望时间t。

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第218页 共236页

现代制造业信息化技术
关键路线法(CPM)的设计过程 1)双代号网络图的绘制规则: ①方向、时序与编号 方向:网络图是有方向的,按工艺流程的顺序,工作从左到右 排列。 时序:时序反映工作之间的衔接关系及时间顺序。 编号:按照时序,对事件编号,号码不能重复,且箭尾结点编 号i必须小于箭头结点编号j。 惟一:两个结点之间只能有一条箭线,代表一道工作。 箭线必须从一个节点开始,到另一个节点结束,不能从一条箭 线中间引出其他箭线。

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第219页 共236页

现代制造业信息化技术
②紧前工作与紧后工作 若有工作b和c,都需要在工作a完工后才能开工,如图5-6(a) 所示,那么工作a的紧后工作是b、c;工作b、c的紧前工作 是a。 若工作c需要在工作a与b完工后才能开工,如图5-6 (b)所示, 那么表示工作a、b的紧后工作是c;工作c的紧前工作是a和b。 若工作c与d需要在工作a与b完工后才能开工,如图5-6 (c)所 示,那么表示工作a、b的紧后工作是c、d;工作c、d的紧前 工作是a、b。

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第220页 共236页

现代制造业信息化技术
紧前工作与紧后工作
b 1 a 2 c 4 2 3 1 a b 3 c 4

(a)
1 a b 2 3 4

(b)

c d

5

(c)

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第221页 共236页

现代制造业信息化技术
③缺口和回路

网络图不可有缺口 ,网络图中不能构成回路 。

a 1 b

2

c 4 d 5 1

a d

2

b c 3

3

4

(a)

(b)

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第222页 共236页

现代制造业信息化技术
④虚工作。虚工作是实际上并不存在的工作,它并不消耗时 间,也不消耗和占用人力、物力、财力,只是用来说明工 作之间的逻辑关系。虚工作用虚线表示。需工作有以下几 种情况。 平行作业 :

1 b

a

3

c

4

2
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第223页 共236页

现代制造业信息化技术
交叉作业 :对需要较长时间完成的相邻几道 工作,只要条 件允许,可不必等待紧前工作全部完工后再转入后一道 工作, 而是分批分期地将紧前工作完成的部分工作转入下一道 工作, 这种方式称为交叉作业。

1

a1

2

a2

4

a3

6

3

b1

5

b2

7

b3

8

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第224页 共236页

现代制造业信息化技术

平行作业后等待 :工作a、b平行作业,当工作a完工后,工 作c开始;而当工作b、c完工后,工作d开始。

a 1 b

2

c 4 d 5

3

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第225页 共236页

现代制造业信息化技术
(2). 时间参数计算及关键线路的确定 网络中工作的时间参数有六个:工作最早开始时间(ES);工 作最早结束时间(EF);工作最迟开始时间(LS);工作最迟结 束时间(LF);工作总时差(TF);工作自由时差(FF)。

1) 工作最早开始时间(ES)和工作最早结束时间(EF) 计算公式 为: ES = max{紧前工作的EF} EF = ES+ 工作延续时间t

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第226页 共236页

现代制造业信息化技术
计算了ES、EF的双代号网络图
E 2 6 F 10 1 A 3 2 B 10 3 C 20 4 D 5 5 G 12 H 2 8 9 J 5 I 65 10 K 7 11 L 8 12 M 10 13

7

(a)
38 E 40 2

6 38 F 48 10 48 I 113 65 113 K 10 50 J 55 5 120 120 7 L 11 128 128 138 8 M 10 12 13

0 1

A

3 3

2

3 13 B 10

13 33 33 C 20 D 4 3

38 5 5 38 G 38 H 40 2 8 50 12

7

9

(b)

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第227页 共236页

现代制造业信息化技术
2) 工作最迟开始时间(LS)和工作最迟结束时间(LF) 令网络中最后一项工作n的最迟结束时间LF等于它的最早 结束时间EF,即 LF(n)=EF(n) 计算公式为: LF=min{紧后工作的LS} LS=LF-工作延续时间t

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第228页 共236页

现代制造业信息化技术
计算了LS、LF的双代号网络图
38 40 E 2 46

6 38 48 F 10 48 113 I 65 113 113 120 120 128 128 138 K 7 L 8 M 10 10 11 12 13 50 55 113 120 120 128 128 138 J 5 108 113 48

48 7

3 3 13 13 33 33 38 A 3 C 20 D 5 B 10 1 2 4 5 3 0 3 3 13 13 33 33 38 38 40 H 2 8 106 108

0

38

48

38 50 G 12 96 108

9

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第229页 共236页

现代制造业信息化技术
③ 总时差TF 总时差是指在不影响整个项目最早完成时间的前提下,一项 工作的完工期可以推延的时间。计算公式为: TF=LF-EF 或 TF=LS-ES ④ 自由时差FF 自由时差是指在不影响紧后工作的最早开始时间的前提下, 一项工作的完工期可以推延的时间。计算公式为: FF=min{ES(紧后工作)}-EF

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第230页 共236页

现代制造业信息化技术
双代号网络时间参数计算
38 8 40 E 2

6 38 0 48 F 10 48 0 113 I 65 48 0 113 113 0 120 120 0 128128 0 138 K 7 L 8 M 10 10 11 12 13 50 58 55 113 0 120 120 0 128128 0 138 J 5 108 58 113

46 8 48 7

0 0 3 3 0 13 13 0 33 33 0 38 A 3 C 20 D 5 B 10 1 2 4 5 3 0 0 3 3 0 13 13 0 33 33 0 38

38 0 48 38 58 50 G 12

96 0 108 38 68 40 H 2 8 106 10 108

9

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第231页 共236页

现代制造业信息化技术
上图中各时间参数的对应关系是:

最早开始 工作总时差 ES TF

最早结束 EF

LS FF LF 最迟开始 工作自由时差 最迟结束
⑤ 关键线路的确定 总时差最小的工作为关键工作,由关键工作构成的线路为关 键线路。 故为关键工作,线路A-B-C-D-F-I-K-L-M为关键 路线。

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第232页 共236页

现代制造业信息化技术

5.2 技术准备与过程管理系统(TPS)
5.2.1 技术准备过程管理系统的总体结构
技术准备过程是产品研发的一个重要环节,也是提升快速响 应能力的、缩短研发周期的关键。 系统接受生产任务计划信息和产品设计信息,对生产准备任 务进行分解跟踪、调度与控制。技术准备管理基于Web技术。 (1).功能体系结构 基本功能包括产品工艺设计与管理,工艺设计与管理,装配 工艺规划与管理,自动编程与加工过程仿真,以及外协管理、 外购管理 等。 通过PDM技术实现了生产准备过程数据信息的共享和传递。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第233页 共236页

现代制造业信息化技术
数字化生产计划信息 数字化产品设计信息

(1) 技术 准备 系统 总体 结构 与功 能组 成

生产准备计划与过程管理
技术准备过程管理(工艺准备,物料准备,工装准备)

外协、外购管理
外协、外购件合同. 进度.验收的管理

加工工艺规划与管理
工艺总方案 零件工艺设计 工艺文件管理 工作流程管理

装配工艺规划
装配建模 装配顺序规划 装配路径规划 工艺文件管理

工装CAD
流程管理 工装设计 工装结果管理

外购件管理
原材料 元器件 标准件

整机外协件配套
外协件配套

自动编程和加工仿真
NC生成 加工过程仿真

装配工艺过程仿真
装配过程演示 配合计算

加工过程管理
作业计划制定 作业计划仿真 计划执行管理 工艺执行情况反馈

装配过程管理
装配过程管理 装配结果管理 工艺执行情况反馈

网络数据库环境、ERP、PDM

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第234页 共236页

现代制造业信息化技术 (2)技术准备系统软件体系结构
技术准备(TPS)
现行文件资料管理 (TDM)

PR &PA 工艺攻关 工艺分工

VAPP 装配 规划

CAPP 工艺 设计

CAFD 夹具 设计

CAM 数控 编程

资料室 技术文 档管理

型号调度 车间 图档管理

与 WinChill 接口

技术准备与过程管理平台(PDM)
系统接口 任务管理 流程管理 结果管理 资源管理 电子签署

与ERP 接口
生产技术准备系统 数据库(ORACLE 技术准备系统应用服 务器(WEBLOGIC)

操作系统、计算机硬件
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第235页 共236页

现代制造业信息化技术

(3) 技术准备系统的任务流程
PDM(WinChill)系统
CAD模型 设计BOM 工艺BOM 建立与工 艺分工 PR 工艺公关系统 CAPP/CAM/MPS (工艺员A) CAPP/CAM/MPS (工艺员B) CAPP/CAM/MPS (工艺员C) VAPP/CAPP (工艺员A) 计划调度 (计划调度员) 装配工艺任务管理 (装配组) VAPP/CAPP (工艺员B) VAPP/CAPP (工艺员C) 电子签署 结果管理

工艺流程 工装模型 装配工艺

管理用工艺文件 任务单CAD模型

机加工艺任务管理 (机加组)

型 号 主 任 工 艺 师 A

型 号 主 任 工 艺 师 B

型 号 主 任 工 艺 师 C

CAFD (工艺员A) 工装任务管理 (工装组) CAFD (工艺员B) CAFD (工艺员C)

文 档 (资 资料 料技 室术 )状 态 管 理

资料室文档发 放与回收 型号调度文档 发放 车间文档发放 与回收

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第236页 共236页

现代制造业信息化技术

(4) 技术准备系统的主界面

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第237页 共236页

现代制造业信息化技术

(5) 技术准备系统的任务属性

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第238页 共236页

现代制造业信息化技术

(6) 技术准备系统的任务进度监测

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第239页 共236页

现代制造业信息化技术

5.2.2 工艺准备过程系统建模
(1).系统模型的组成
基于工作流的工艺准备过程系统建模包括过程模型、相关数 据模型、组织模型、任务模型和运行控制模型五个分模型。 过程模型作为系统的核心定义了系统的执行过程、活动及操 作步骤;相关数据模型是系统的支撑部分,定义了系统运 行过程中所需要的支撑数据及应用数据;组织模型是系统 的操作部分,定义了系统用户角色的组成结构关系;任务 模型是系统的驱动部分,定义了系统处理任务的结构形式 及详细要求。运行控制模型是系统的总体控制部分,根据 任务模型和过程模型调动组织模型和相关数据模型,实现 了系统的运行。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第240页 共236页

现代制造业信息化技术
系统总体模型
运行控制模型

任务模型
任务 驱动

进行 控制

组织模型
组织 操作

过程模型

数据 交换

相关数据模型

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第241页 共236页

现代制造业信息化技术

(2).过程建模
过程建模方法目前有基于活动的活动网络(A-Net)建模方法, 基于功能的IDEF0系统建模和基于状态的Petri网建模方法 等。图5-19给出了基于活动网络的工艺准备过程模型。圆 形节点代表过程的开始和结束点;圆矩形节点代表子过程 活动 。菱形节点代表的活动是检查节点。箭头代表过程 中活动的流向。

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第242页 共236页

现代制造业信息化技术
工艺准备的过程模型
开始 工艺性审查 设计工艺方案 设计工艺规程 设计专用工装

结束

工艺总结

工艺、工装验证 (a)生产工艺准备总体流程

复核各种工艺 文件底图

编制工艺定额

开始

填写工艺审 查记录卡

设计师审查工 艺记录卡

修改图样 (b)工艺性审查流程

工艺师审 查图样

正式图样 归档

结束

机加工艺规程设计与审批 开始 板金工艺规程设计与审批 结束 焊接工艺规程设计与审批 总装工艺规程设计与审批 (c)设计工艺规程流程 开始 工艺(工 装)设计 审核 会签 批准 设计结果 归档 结束

(d)工艺(工装)设计、审批流程

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第243页 共236页

现代制造业信息化技术
(3).相关数据建模 工艺准备过程中的相关数据包括工艺方案、工艺过程卡 等设计结果数据和工艺评审数据。从数据格式角度看, 工艺准备中的数据包括用数据库形式描述的格式化数据 和用文件形式描述的图形文档数据。
开 始 工艺审 记录 查 卡 工艺方 案 工艺过程卡 工序卡和检 、 卡等 验 等 夹具、模具 工装设计结 等 果

结 束

工艺总 结

工艺、工 验证总 装 和鉴 结 定

复核各种工艺文 底图的检查结 件 果

材料消耗工 定额、工时 艺 额 定 等

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第244页 共236页

现代制造业信息化技术
(4).任务建模 任务模型是从工艺设计流程和人员角色两个角度进行描述的。
型号工艺负责人 各个专业工艺组负责人 型号产品1机 加工艺任务 工艺任务1 工艺任务2
...

具体的工艺设计人员

产品1 工艺任务1 工艺任务2
...

型号产品2机 加工艺任务 工艺任务1 工艺任务2
...

...

工艺任务1 工艺任务2 工艺任务 分配到人 机加工艺组中 的工艺设计员
...

机加工艺组负责人

工艺任务m

工艺任务m 工艺任务n 产品2 工艺任务1 工艺任务2
...

工艺任务m

工艺任务1
...

工艺任务 分类

型号产品1板 金工艺任务 工艺任务1 工艺任务2
...

型号产品2板 金工艺任务 工艺任务1 工艺任务2
...

工艺任务 分配到人

工艺任务2 板金工艺组中 的工艺设计员 工艺任务m 工艺任务1 工艺任务2

板金工艺组负责人

工艺任务n
...

工艺任务m 总装工艺组负责人

工艺任务m 工艺任务 分配到人 总装工艺工艺组中 的工艺设计员

...

产品n

...

工艺任务m

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第245页 共236页

现代制造业信息化技术
(5).组织模型 常用的组织模型有工作组制组织模式和矩阵组织模式。组织 模式既要体现专业分工的特点,又要体现项目管理的特点。 专业分工保证了技术工种的协调,项目管理体现了产品研 制过程的控制。
工艺室主任 型号主任 工艺师组 型号主任工 艺师组A 型号主任工 艺师组B 型号主任工 艺师组C ...
专业主任 工艺师B 专业主任 工艺师C

专业主任 工艺师A

...

专业工艺 设计员A1

专业工艺 设计员A2

专业工艺 设计员B1

专业工艺 设计员B2

...

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第246页 共236页

现代制造业信息化技术
(6).运行控制模型 过程模型的运行控制的主要研究内容包括:活动之间的流向 控制,活动的状态转换控制,任务动态分配的控制,数据 流向的自动控制等。 整个过程控制主要分为五个部分。第一部分是根据返回值确 定需要调用的函数。第二部分是处理过程结束的问题。 第三部分是过程控制系统确定活动的“分支类型”,第四部 分是过程控制系统,检查将要执行的活动的“合并类型”, 第五部分主要是判断活动是否为子过程活动。

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第247页 共236页

现代制造业信息化技术
过程的运行控制
1
回退到另一个 可选活动 失败 取消 否 取消 过程 收到返回值 设置返回值 为“结束” 设置活动状态 为“结束” 过程中最后 的活动? 是 判断返 回值? 结束 结束过程 是 父过程存 在? 否 否 本过程结束

挂起 恢复执行 将活动状态设置为“挂 起”,直到收到恢复执 行的命令

存在? 是

将找到的活动状态设置 为“准备”,然后找出 所有处于“准备”状态 的活动

设置活动状态为 “运行”,并重新 执行活动

2

5
设置返回值 为“结束” 是 开始 活动? 否 否 子过程 活动? 是 初始化子过 程活动 产生任务表 并通知用户

“默认”

活动的 分解类型? “与”

“条件”

找到下一个 活动,设置 状态为“准 备”

找到与当前活 动相连的所有 活动,设置状 态为“准备”

找到满足条件 的和活动,设 置状态为“准 备”

设置活动的 状态为“运 行”



合并类型 =“与”?

是 否

满足条件 的活动个 数=1?

得到所有活动 状态为“准备 ”的活动

3

是 等待未完 成任务完 成



4

所有的活动 都结束?

找到与这个活动相连 的所有的以前的活动 并检查状态

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第248页 共236页

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5.3 生产计划与调度管理系统 (PPS)
5.3.1 生产计划与生产调度的概念
生产计划的主要任务是根据企业年度生产计划大纲,工艺技 术准备的工艺文件、工时定额和设备资源等 。依据专家 经验或能力平衡算法, 进行各项目产品的生产计划分解, 制订出各项目产品的月生产进度计划。同时对各项目产品 计划按生产车间进行综合协调,最后生成各车间的月生产 进度计划和外协生产计划。

生产调度的概念是在给定的时间里合理分配企业内的有限资 源,使之在给定的时间内,按照给定的要求与目标,完成 预定任务。

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现代制造业信息化技术 生产调度是生产运作的核心,其主要功能包括: (1)寻求满足系统资源和生产时间的合理、可行的调度策 略。 (2)通过对资源的有效管理和协调,解决关键生产设备的 瓶颈问题。 (3)降低生产的随意性、有效地控制系统的库存、降低产 品的生产周期和生产成本。 (4)对生产系统的运行状况进行预见性的分析,为制订长 期的设备和物料需求计划及日常管理、采购、人力资源、维 护、工具需求等计划提供参考。

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现代制造业信息化技术

5.3.2 生产计划调度系统总体设计
(1).系统的主要功能 1)产品结构树 产品结构树能够显示产品零部件的基础信息,能够提供产品 研制进度相关的实时信息,(如通过颜色或图标显示状 态),并在产品结构树上提供产品齐套清单报以表功能;

2)生产计划 实现型号生产计划的逐层分解制定,实现计划的完成情况在 各层面的实时监控。

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现代制造业信息化技术

3)生产调度
依据型号月/周生产计划的执行情况对生产过程进行协调和 控制。 调度可通过该系统手动或手动反馈零件工序完成情况,检验 员可通过该系统自动或手动反馈零件的工序检验情况,物 资处可通过该系统自动或手动反馈零件的备料情况; 型号主管调度可通过Gantt图、Pert图、报表等直观形式及 时了解生产状态。

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现代制造业信息化技术
4)工时定额 根据生产工艺规程,定制零部件的工序工时,该工时是制定 型号生产计划的时间依据。 实现对工时定额工作过程的信息化管理,包括工时定制、统 计、查询、打印等基本功能; 可提供在相应工序栏后进行工时定制、工时反馈的功能。 5)生产统计与查询 提供与生产相关的生产数据统计与查询功能。

6)库房与齐套管理 对库房工作过程进行信息化管理,实现对成品、半成品的管 理,如出/入库、统计、查询等功能。

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(1) 生产 计划 与调 度的 业务 流程

项目级生产管理

型号综合项目合同管理 计划处 产品结构树管理 生产调度处
产品结构、任务信息 产品设计BOM

型号计划流程编制 型号调度

型号技术 流程

型号技术流程编制 型号主任工艺师 厂年度综合型号 生产计划编制 型号总调度

型号计划流程

处级生产计划与调度
备料任务单

工艺、备料、工时 准备计划管理 型号调度

技术准备 任务单

工艺准备反馈 CAPP

备料准备反馈 采购中心
零部件生产准备完 成情况

零件生 产计划

工时定额反馈 工时组 外协计划与 调度管理 外协调度 :车间、关键设备 能力平衡
型号综合 年度计划

生产统计与查 询,流程监控 总调度

型号生产调度 型号调度

型号(月/周)生产计 划管理 (工序、零件、组件 级计划) 型号调度

外协件 清单

型号生产计划

综合月生产计划管理 总调度

生产进度反馈

综合月生产计划

车间级生产管理

车间生产准备管理 车间调度 车间生产调度 车间调度 车间生产计划制定与发放 车间调度 车间生产质量反馈 车间生产进度反馈
入库通知单 半成品

半成品入库与齐 套管理 库房

项目与生产管理系统平台

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(2) PPS 系统 生产 计划 与调 度框 架
产品结构配置 一级计划 项目计划流程 0 网络计划

产品层次结构 网络节 点任务 信息反馈

组件 辅件

进度 质量

相关零 部件

生产控制

计划调整

型号工艺计划 总工艺计划 型号备料计划 总备料计划 型号月生产计划 总月生产计划 二级计划

计划调整 调度接口 决策知识 数据采集 决策方法 进度信息 资源冲突 技术故障 临时任务 三级计划 资源库 基于感性知识 基于规则知识 决策 规则型 知识

车间作业计划 车间生产管理 入库管理 齐套管理

数学模型

资源能力 设备能力 技术能力

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现代制造业信息化技术
(3) PPS系统总界面图

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(4) 卫星厂PPS系统界面

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(5) 卫星厂PPS系统项目管理界面

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(6) PPS系统WBS分解

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现代制造业信息化技术

(7) PPS系统计划流程

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(8)PPS系统看板式项目生产进度监控

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现代制造业信息化技术

5.3.3 PPS系统建模
(1) 基于工作流的生产计划与调度控制模型 基于工作流的生产计划与调度模型,包括过程模型、资源与 组织模型、任务与结果模型和运行控制模型。过程模型作 为系统的核心定义了系统的执行过程、活动及操作步骤; 资源与组织模型是系统的支撑部分,定义了系统运行过程 中所需要的组织机构及应用程序;任务与结果模型是系统 的驱动部分,定义了系统处理任务与结果的结构形式与过 程状态要求;运行控制模型是系统的总体控制部分,根据 过程模型调动组织与资源模型和相关应用的程序,实现了 系统的运行。

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现代制造业信息化技术 基于工作流的生产计划与调度控制模型
流程定义与运行控制模型 流程定义 流程模板库 流程运行 流程实例化 流程监控 流程实例库

生产计划与调度过程模型 产品结构信息 项目 任务 技术流程 备料准备 计划流程 生产调度 工艺准备 工时准备 生产计划制定 项目 结果

生产资源模型 工艺室 (CAPP) 物资处 (ERP) 工时组 (TMS) 车间 (MES) 质检处 (QMS) 库房 (IMS) 装配车间 (AMS)

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现代制造业信息化技术
(2) 基于排队论与能力平衡的生产计划与调度的协同模型 基于协同制造与管理的理念,建立了生产计划与调度的协同 模型,采用预发布、任务排队和能力平衡等手段将型号计 划流程、型号进度、车间能力等信息关联起来,实现型号 调度与车间各部门之间的有效协同。 图中协同目标与约束模型提供了协同目标要求和初始条件, 如:型号计划流程、产品结构信息等;

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型号A 组件1 组件2 零件1 零件2

生 产 计 划 与 调 度 的 协 同 模 型

协同目标与约束模型

型号调度

综合调度

任务分配与 流程控制器
零件1

技术准备 计划库

准备与生 产历史库

正式生产计 划库

预生产计 划库

协同运行控制模型 生产状态 管理器 任务排队 与确认 生产能力 平衡

2 1

车间能力

用户协同参与模型 工艺准备 任务列表 备料准备 任务列表 工时定额 任务列表 车间作业 任务列表

任务自动 提示 工艺反馈

任务自动 提示 备料反馈

任务自动 提示 工时反馈

任务自动 提示 车间反馈

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现代制造业信息化技术
运行控制模型是整个协同模型的核心部分,由计划预发布库、 正式计划库、任务分配器、任务排除与确认模块、能力平衡 模块、生产状态管理器构成。 型号调度通过任务分配器发布预计划,通过任务排队与确认 和能力平衡模块与任务承担者进行协同,将预计划转为正式 计划,同时状态管理器监控任务执行状态,从而实现了计划 与调度的协同运行控制;用户协同参与模型包括任务列表、 任务即时提示和信息反馈模块组成,实现生产任务的接受、 执行与反馈。

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现代制造业信息化技术
(3)系统的功能模型 具体的功能包括: 1)项目合同管理 ;2)型号产品结构管理与生产进度跟踪 3)型号技术流程 ;4)型号计划流程 5)年度生产计划大纲 ;6)综合查询统计 7)看板式综合进度监控 ;8)技术准备计划与调度 9)工艺反馈 ;10)备料反馈 11)工时制定与反馈 ;12)型号月生产计划与调度 13)月综合生产计划与调度; 14)外协计划管理 15)车间生产准备 ;16)车间作业计划与调度 17)入库管理与齐套 ;18)资源、编码与权限管理 19)接口管理
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现代制造业信息化技术
项目级生产管理 P1:型号综合 项目合同管理 P2:产品结构 树管理 P4:型号计划流 程编制 P3:型号技术 流程编制

系 统 功 能 模 型

P5:厂年度综合型 号生产计划编制 P7:工艺准 备反馈 P11:工时 定额反馈

处级生产计 划与调度

P9:综合技 术准备计划 P10:备料准 备反馈

P6P8准备计划管理 (工艺、备料、工时)

P21:生产统计与 查询,流程监控

P13:外协 调度 P14:综合(月/ 周)生产计划管理

P20:型号生 产调度

P12:型号(月/周)生产计划管理 (工序、零件、组件级计划)

车间级生 产管理 P19:车间 生产调度

P15:车间生产 准备管理 P16:车间生产计 划制定与发放 P17:车间生产质量反馈 车间生产进度反馈
入库通知单

P22:生产资
源管理

P18:半成品入库 与齐套管理

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现代制造业信息化技术
(4)系统的信息接口框架
院级项目 管理系统

物资管理 系统

备料计划 反馈

院级项目计划信 息输入

基于组件调用 的接口模块

AVDM

院级项目信息预定义 接口数据 物资信息预定义接 口数据

PPS系统
质量信息预定义接 口

产品技术信息预 定义接口数据

质量管理 系统

质量信息反 馈模块

PPS综合数据库

基于XML文件 传递接口模块

CAPP

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现代制造业信息化技术

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