1、“”2022/5/301第三章第三章 CIMSCIMS技术技术(1) CIMS系统理论和支持技术系统理论和支持技术 主要包括离散时间动态系统理论、系统仿真技术、面向对象技术、主要包括离散时间动态系统理论、系统仿真技术、面向对象技术、成组技术和人工智能等成组技术和人工智能等(2) 信息技术信息技术 数据管理、网络技术、集成平台和产品数据交换技术数据管理、网络技术、集成平台和产品数据交换技术(3) 计算机辅助技术计算机辅助技术 几何造型、几何造型、CAPP技术、技术、MRP和和CAQ技术等技术等(4) 制造过程控制技术制造过程控制技术 数字控制技术、柔性制造技术和智能制造技术数字控制技术、柔性制造
2、技术和智能制造技术“”2022/5/302 在现实世界中有这样一类系统，它在每个时刻的发展变化依赖于许多事在现实世界中有这样一类系统，它在每个时刻的发展变化依赖于许多事件的相互作用和触发。一个事件的发生需要一定的前提条件，同时又产生一件的相互作用和触发。一个事件的发生需要一定的前提条件，同时又产生一定的后置条件以触发其它事件，这类系统就是离散事件动态系统定的后置条件以触发其它事件，这类系统就是离散事件动态系统(DEDS)，这，这类系统无法用微分方程或差分方程进行描述。类系统无法用微分方程或差分方程进行描述。1. DEDS理论和方法理论和方法 DEDS方法从建模层次和应用范围的角度可以划分为三个
3、方面：方法从建模层次和应用范围的角度可以划分为三个方面：(1) 逻辑层次逻辑层次 主要解决主要解决DEDS的有关逻辑问题，系统模型不考虑时间因素，只描的有关逻辑问题，系统模型不考虑时间因素，只描述系统内各个离散事件触发的条件和运行条件，描述系统内各个事件述系统内各个离散事件触发的条件和运行条件，描述系统内各个事件的相互联系，帮助人们理解系统的运行方式。的相互联系，帮助人们理解系统的运行方式。 常用建模方法：常用建模方法：有限自动机及形式语言、有限自动机及形式语言、Petri网、有限递归过程及网、有限递归过程及通信进程通信进程“”2022/5/303DEDS理论和方法(续)(2) 时序层时序层
4、主要解决主要解决DEDS在时域上的动态特性以及实时控制问题，建模方法在时域上的动态特性以及实时控制问题，建模方法引进了时间参数，标明每个离散事件发生所要占用的事件，整个模型引进了时间参数，标明每个离散事件发生所要占用的事件，整个模型是一个确定性的系统模型。是一个确定性的系统模型。 常用建模方法：常用建模方法：极大代数法、计时极大代数法、计时Petri网网(3) 随机层随机层 主要研究主要研究DEDS内不确定性随机时间，是一种时序模型。内不确定性随机时间，是一种时序模型。 实际系统中的许多事件的发生是无法用确定时间进行描述的实际系统中的许多事件的发生是无法用确定时间进行描述的(顾客顾客订货、机器
5、故障、工件在机床前的等待时间等订货、机器故障、工件在机床前的等待时间等)，需在系统模型中引入，需在系统模型中引入相应的随机时间变量对离散事件进行描述。相应的随机时间变量对离散事件进行描述。 常用建模方法：常用建模方法：排队论、马氏链、扰动分析方法、广义排队论、马氏链、扰动分析方法、广义Markov过过程、随机程、随机Petri网等网等“”2022/5/3042. DEDS理论在CIMS中的应用计算机系统中资源计算机系统中资源共享和通信问题共享和通信问题排队网络性能分析排队网络性能分析并发读写操作并发读写操作程序进程的控制程序进程的控制并行操作并行操作生产制造系统生产制造系统FMS建模描述工具建
6、模描述工具最优调度和计划最优调度和计划“”2022/5/305仿仿 真真通过对系统模型的实验去研究一个真实的系统。通过对系统模型的实验去研究一个真实的系统。模模 型型对真实系统的简化、抽象和对系统本质的一种描述。对真实系统的简化、抽象和对系统本质的一种描述。(1) 实物模型实物模型 实际系统在保持本质特征的条件下经缩小或放大构成的实际系统在保持本质特征的条件下经缩小或放大构成的(2) 图形模型图形模型 以图表的形式来表示系统功能及相互关系的以图表的形式来表示系统功能及相互关系的(3) 数学模型数学模型 通过系统的相互影响因素的数量关系，采用数学表达式来通过系统的相互影响因素的数量关系，采用数学
7、表达式来 描述系统的方法。描述系统的方法。(4) 仿真模型仿真模型 是能够直接转化为计算机程序的系统描述方式是能够直接转化为计算机程序的系统描述方式“”2022/5/306管路设计管路设计强度分析强度分析结构分析结构分析数字预装配数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真装配过程仿真装配过程仿真“”2022/5/307(1) 建模建模 采用某中方法对真实系统进行抽象，得到系统模型采用某中方法对真实系统进行抽象，得到系统模型(2) 编程编程 采用一定的算法将系统模型转化为计算机仿真程序采用一定的算法将系统模型转化为计算机仿真程序(3) 仿真实验仿真实验 选择输入数据，运行仿真程序，获得相应实验数据
8、选择输入数据，运行仿真程序，获得相应实验数据(4) 结果统计分析结果统计分析 对系统进行评价对系统进行评价(5) 总结总结 对模型的适用范围、可信度及运行费用进行总结对模型的适用范围、可信度及运行费用进行总结“”2022/5/308 为了提高系统的正确性和有效性，应该在满足需求的条件下，把系统为了提高系统的正确性和有效性，应该在满足需求的条件下，把系统设计成由一些相对固定的部分设计成由一些相对固定的部分(对象对象)组成的最小集合。组成的最小集合。 面向对象提供从一般到特殊的演绎手段和从特殊到一般的归纳形式面向对象提供从一般到特殊的演绎手段和从特殊到一般的归纳形式(1) 模块性模块性(2) 动态
9、连接性动态连接性对象之间具有统一的、方便的、动态的连接和传递消息的能力和机制对象之间具有统一的、方便的、动态的连接和传递消息的能力和机制(3) 继承性和类比性继承性和类比性(4) 易维护性易维护性“”2022/5/309 成组技术成组技术(GT)自上世纪五十年代由前苏联学者总结并在制造过程中得到自上世纪五十年代由前苏联学者总结并在制造过程中得到推广应用。推广应用。 成组技术根据工件的成组技术根据工件的形状、尺寸以及加工工艺的相似性形状、尺寸以及加工工艺的相似性(非依据功能进非依据功能进行分类行分类)来将工件分类，以符号表示。来将工件分类，以符号表示。形状、尺寸的相似性分类形状、尺寸的相似性分类
10、查找零件的类型容易；查找零件的类型容易；促进零件的重复使用促进零件的重复使用节省修改现有零件设计工作节省修改现有零件设计工作减少零件的多样性减少零件的多样性加工工艺相似性分类加工工艺相似性分类考虑加工方式和操作顺序考虑加工方式和操作顺序减少准备工作减少准备工作提高生产设备的利用率提高生产设备的利用率降低成本降低成本“”2022/5/3010(1) 改善产品设计改善产品设计零件分类零件分类 编码系统编码系统 计算机检索系统计算机检索系统 产品设计的标准化产品设计的标准化(2) 促进了工具和设备的标准化促进了工具和设备的标准化(3) 减少了工件的搬运和等待时间减少了工件的搬运和等待时间(4) 改善
11、生产和库存管理改善生产和库存管理(5) 有利于工艺规程标准化有利于工艺规程标准化“”2022/5/3011知识的获取知识的获取 知识的表示知识的表示 知识的使用知识的使用 - 工厂级决策与规划工厂级决策与规划- 工艺过程设计工艺过程设计- 生产调度生产调度 在有限资源的情况下，考虑任务分配，生产负荷平衡，生产出现在有限资源的情况下，考虑任务分配，生产负荷平衡，生产出现局部异常情况下加工任务的动态重新分配局部异常情况下加工任务的动态重新分配- 故障诊断故障诊断“”2022/5/3012信息系统的永久数据的操纵与维护活动信息系统的永久数据的操纵与维护活动数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)文件
12、管理文件管理(FM)知识库管理系统知识库管理系统(KBMS)“”2022/5/3013(1) 网络互连网络互连网络互连涉及的主要问题网络互连涉及的主要问题q 地址地址 网络互连需要解决包容不同网络的不同编址方案的能力，既不改网络互连需要解决包容不同网络的不同编址方案的能力，既不改变子网内部的操作，又能实现子网间的交互操作变子网内部的操作，又能实现子网间的交互操作q协议数据单元协议数据单元(PDU)格式格式 不同网络协议有不同不同网络协议有不同PDU格式格式q路由选择路由选择 根据响应时间和网络负荷等因素在多条不同的路径中选择根据响应时间和网络负荷等因素在多条不同的路径中选择q速度匹配速度匹配
13、不同速率的网络交互工作需要一定的缓冲不同速率的网络交互工作需要一定的缓冲网络互连方法网络互连方法q信桥信桥 在在OSI参考模型的数据链路层实现互连的网络设备参考模型的数据链路层实现互连的网络设备q信由信由 在在OSI参考模型的网络层实现互连的网络设备参考模型的网络层实现互连的网络设备q信关信关 在在OSI所有七层通过协议转换连接不同网络体系结构的设备所有七层通过协议转换连接不同网络体系结构的设备“”2022/5/3014OSI七层体系结构七层体系结构“”2022/5/3015计算机网络的分类1 按网络的交换功能按网络的交换功能 电路交换电路交换,报文交换报文交换,分组交换。分组交换。2 按网络
14、的拓扑结构按网络的拓扑结构 集中式网络集中式网络,分散式网络分散式网络,分布式网络。分布式网络。3 按网络的使用范围按网络的使用范围 公用网和专用网。公用网和专用网。4 按网络的作用范围按网络的作用范围 局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网 局域网局域网: 一般用于有限距离内计算机之间数据和信息的传递。一般用于有限距离内计算机之间数据和信息的传递。 城域网城域网: 大小通常覆盖一个城市或地区，地理范围几十公里到上百公里，大小通常覆盖一个城市或地区，地理范围几十公里到上百公里， 对硬件、软件的要求比局域网高。对硬件、软件的要求比局域网高。 广域网广域网:可把众多的局域网和城域网连接起来。
15、可把众多的局域网和城域网连接起来。“”2022/5/3016局域网按网络的拓扑结构可以分为四类：按网络的拓扑结构可以分为四类：星星 型：型： 所有结点都连接到中央结点所有结点都连接到中央结点环环 型：型： 结点通过点到点链路与相临结点连接结点通过点到点链路与相临结点连接总线型：总线型： 所有结点都直接连接到共享信道所有结点都直接连接到共享信道树树 型：型： 类似总线型（非直接，或结合星型）类似总线型（非直接，或结合星型）“”2022/5/3017(2) 网络管理A) 公共管理信息服务公共管理信息服务 对网络资源对网络资源(系统资源、通信资源和应用资源系统资源、通信资源和应用资源)的控制、协调和
16、监测的控制、协调和监测(管管理理)，网络管理的主要功能包括：，网络管理的主要功能包括：事件的远程报告、读属性、置特性事件的远程报告、读属性、置特性 B) 差错管理差错管理 对系统非正常操作的管理，通过相应的系统来检测故障，采取对系统非正常操作的管理，通过相应的系统来检测故障，采取补救措施补救措施 ，使系统完成预期的功能，使系统完成预期的功能C) 计费管理计费管理 记录职员的使用情况和使用职员的费用记录职员的使用情况和使用职员的费用D) 配置管理配置管理 定义、收集、监测和管理配置数据的使用。配置数据包括设备定义、收集、监测和管理配置数据的使用。配置数据包括设备资源、设备资源的容量和属性以及设备
17、资源的相互关系资源、设备资源的容量和属性以及设备资源的相互关系 “”2022/5/3018(2) 网络管理(续)E) 性能管理性能管理 收集、存储、显示和分析统计数据收集、存储、显示和分析统计数据F) 安全管理安全管理- 授权管理，分配口令给所请求的实体，以执行授权或存储控制授权管理，分配口令给所请求的实体，以执行授权或存储控制- 存取控制管理存取控制管理 ，进入或修改存取控制表和能力表，进入或修改存取控制表和能力表- 安全检查跟踪和事件处理、远程收集检查记录安全检查跟踪和事件处理、远程收集检查记录- 管理信息库存取控制管理信息库存取控制 “”2022/5/3019(3) 产品数据交换技术产品
18、数据交换产品数据交换不同的技术设计部门之间；不同的技术设计部门之间；设计、生产准备和加工部门之间；设计、生产准备和加工部门之间；组装厂与零部件供应商之间；组装厂与零部件供应商之间；不同时期研制的产品型号之间；不同时期研制的产品型号之间；不同用途的不同用途的CAD/CAM/CAE系统之间；系统之间；同一同一CAD/CAM/CAE系统的不同版本之间系统的不同版本之间产品数据交换方法产品数据交换方法a) 通过专用数据格式文件来交换产品信息通过专用数据格式文件来交换产品信息b) 通过标准数据格式文件来交换产品信息通过标准数据格式文件来交换产品信息c) 通过统一的产品模型来交换产品信息通过统一的产品模型
19、来交换产品信息数据交换接口数据交换接口STEP“”2022/5/30201. 线框造型线框造型CAD/CAM系统的核心技术，实现计算机辅助设计和制造的手段系统的核心技术，实现计算机辅助设计和制造的手段2. 曲面造型曲面造型3. 实体造型实体造型4. 特征造型特征造型形状特征形状特征 公差特征公差特征 加工特征加工特征 装配特征装配特征 “”2022/5/3021线框造型“”2022/5/3022“”2022/5/3023曲面造型 采用空间的曲面来表示物体的外表面，可以理解为在线框模型的基础上增加了面的信息，通过离散数据构造曲面。“”2022/5/3024CAD系统的零件信息：系统的零件信息：
20、几何数据和图形拓扑信息几何数据和图形拓扑信息CAPP系统的零件信息：系统的零件信息： 零件的特征信息零件的特征信息实现实现CAD与与CAPP集成的途径：集成的途径：(1) 建立以特征造型为基础的建立以特征造型为基础的CAD系统，系统中的特征定义与系统，系统中的特征定义与CAPP系统系统一致一致(2) 在现有在现有CAD系统的基础上，将其输出的几何造型信息通过一个软件系统的基础上，将其输出的几何造型信息通过一个软件功能模块转变成满足功能模块转变成满足CAPP要求的特征信息，使零件上的每一个特征要求的特征信息，使零件上的每一个特征分别与分别与CAD生成的一组几何数据相联系生成的一组几何数据相联系(
21、3) 通过共同采用通过共同采用STEP标准，实现两系统的集成标准，实现两系统的集成 CAPP: 工艺决策工艺决策(工艺过程、加工规则工艺过程、加工规则)、 工艺计划工艺计划(工艺路线卡、工艺路线卡、工序卡、工序图、产品设计的可加工性评价等工序卡、工序图、产品设计的可加工性评价等)“”2022/5/3025 MRP(物料需求计划，物料需求计划，Material Requirement Planning )是将生产主计是将生产主计划转换成生产产品的原材料和零件的详细供应计划清单的计算机技术详细的划转换成生产产品的原材料和零件的详细供应计划清单的计算机技术详细的计划清单标明各项原材料和零件的数量，说
22、明每个原材料和零件的订货和发计划清单标明各项原材料和零件的数量，说明每个原材料和零件的订货和发货时间，以配合主生产计划的执行，保证计划产品的及时完成。货时间，以配合主生产计划的执行，保证计划产品的及时完成。采采购购令令主主生生产产计计划划产产品品结结构构B BO OM MM MR RP P算算法法库库存存状状态态加加工工令令“”2022/5/3026MRPII(制造资源计划，Manufacturing Resource Planning)订订货货合合同同经经营营目目标标市市场场预预测测产产品品生生产产大大纲纲 * *关关键键资资源源需需求求计计划划 * *总总能能力力需需求求计计划划产产品品进
23、进度度计计划划( (主主生生产产计计划划M MP PS S) ) 物物资资需需求求计计划划 ( (M MR RP P) ) 1 1) )产产品品展展开开生生成成B BO OM M表表 2 2) )计计算算毛毛需需求求、净净需需求求量量 3 3) )准准确确订订货货( (投投产产) )日日期期上上期期在在制制品品结结转转产产品品结结构构文文件件计计划划期期量量标标准准生生产产工工艺艺文文件件自自制制外外购购、外外协协车车间间生生产产状状态态生生产产作作业业统统计计车车间间控控制制采采购购、协协作作状状态态协协调调外外购购、外外协协信信息息成成本本核核算算最最终终装装配配计计划划粗粗能能力力需需求
24、求计计划划( (R RC CC CP P) )能能力力需需求求计计划划( (C CR RP P) ) 库库存存管管理理 * *现现有有库库存存量量 * *已已分分配配量量 * *待待分分配配量量 * *安安全全库库存存量量“”2022/5/30271. 产品质量的自动检测技术产品质量的自动检测技术自动检测技术自动检测技术 自动检测装置自动检测装置2. 计算机辅助检测规划系统计算机辅助检测规划系统q根据特征信息确定检测点的数目、检测点的位置、测头的方向和路径根据特征信息确定检测点的数目、检测点的位置、测头的方向和路径q验证和修正检测路径避免产生测头和工件的干涉和碰撞，仿真实验验证和修正检测路径避
25、免产生测头和工件的干涉和碰撞，仿真实验q数据测量数据测量q测量数据评价和分析，产生检测报告测量数据评价和分析，产生检测报告q测量结果优化拟合和误差分析，补偿控制，提高加工精度测量结果优化拟合和误差分析，补偿控制，提高加工精度3. 制造过程监测和质量控制技术制造过程监测和质量控制技术4. 并行工程的集成质量控制并行工程的集成质量控制“”2022/5/30281. 数控技术数控技术2. 柔性制造技术柔性制造技术3. 智能制造技术智能制造技术q 计划计划q 调度调度q 监控监控q动态重构动态重构q 并行智能设计并行智能设计q 生产过程的智能调度、规划、仿真与优化生产过程的智能调度、规划、仿真与优化q
26、 产品质量信息的智能处理系统产品质量信息的智能处理系统q 制造过程与系统的智能监视、诊断、控制技术制造过程与系统的智能监视、诊断、控制技术q 生产与经营管理的智能决策生产与经营管理的智能决策q 人人-机交互技术机交互技术用数字指令控制机电装置动作用数字指令控制机电装置动作“”2022/5/3029外购件、装配件仓库控制装配进度控制工装仓库控制搬运控制加工进度控制毛坯制造进度控制毛坯仓库控制生产控制子系统检验、试车部件装配、总装配成品出入库、工装等的检查和维修在制品装卸、搬运和保管预加工、主加工、调整加工、特殊加工、检验毛坯、外购件、外协件出入库控制、检验核保管生产过程子系统产品设计q初步设计q
27、详细设计q工作图设计生产工艺设计q零件分类q毛坯制造工艺设计q工艺规程设计q工序设计q装配设计产品设计管理q设计技术信息管理q图样管理q设计进度管理q设计计划生产管理q生产计划q材料计划q生产作业计划q设备负荷计划q质量管理q进度管理q在制品管理q库存管理q工装管理q设备管理技术信息处理子系统管理信息处理子系统产品计划子系统2016“”通过加工装备的数字化、自动化和精密化，提高通过加工装备的数字化、自动化和精密化，提高产品的加工精度和生产效率。产品的加工精度和生产效率。 “”2022/5/3031产品数据交换模式示意(1)专用数据格式专用数据格式前置处理前置处理后置处理后置处理系统系统A前置处理前置处理后置处理后置处理系统系统B“”2022/5/3032产品数据交换模式示意(2)标准数据格式标准数据格式前置处理前置处理后置处理后置处理系统系统A前置处理前置处理后置处理后置处理系统系统B“”2022/5/3033产品数据交换模式示意(3)专用数据格式专用数据格式统一的产品数据模型及数据管理软件统一的产品数据模型及数据管理软件系统系统A系统系统B系统系统C
