现代制造业信息化技术-第一章.ppt

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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,目录,目录,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）,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）,1.1.1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。

1.1面向产品生命周期的设计（DFX）,1.1.2DFX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。

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（earlycostevaluating）。

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。

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。

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。

串行与并行开发过程比较,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。

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；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。

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SoftwareLey公司的COSAWorkflow，IBM公司的FlowMark、Staffware公司的Staffware。

1.2并行工程（CE）,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DecisionExplorer。

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（Continuousimprovement）和协调（Coorsination）支持人类协同工作的计算机工具被称为CSCW（computer-supportedcooperativework）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。

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：

任务级（task）；项目级（program）工程级（project）；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算机平台。

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,1.2并行工程（CE）,基于PDM的并行设计系统的功能结构,

（2）面向并行工程的CAPP系统的总体结构,（3）复杂结构件设计与制造并行工程总体结构,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。

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。

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。

1.3.3敏捷制造系统的实现技术,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：

敏捷制造的实施流程,1.3.5敏捷制造的实施框架,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。

产品驱动的企业动态联盟组织形态,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。

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。

企业动态联盟建立流程的四阶段模型,（4）企业动态联盟的运行,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。

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。

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。

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。

三类虚拟制造之间的关系,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。

虚拟制造系统的体系结构,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。

虚拟制造环境与平台体系,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。

1.4.6基于Internet的虚拟制造系统软件的体系结构,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（ComputerIntegratedManufacturing,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。

1.5.2CIMS系统的结构组成,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。

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,1.5计算机集成制造系统（CIMS）,1.5.5CIMS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。

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。

1.6绿色制造（GM）,绿色产品并行闭环设计流程图,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（DesignforDisassembly,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（DesignforRecovering&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。

1.6.3绿色制造系统的体系结构,