CIMS和CIPS技术与应用课程课件

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1、2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,1,第三章 CIMS技术,CIMS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、成组技术和人工智能等 (2) 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 (3) 计算机辅助技术 几何造型、CAPP技术、MRP和CAQ技术等 (4) 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,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,2,3.1 CIMS系统理论及支持技术,3.1.1 离散事件动态系统理论,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

2、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(DEDS)，这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,DEDS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,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。 常用建模方法：有限自动机及形式语言、Petri网、有限递归过程及通信进程,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,3,DEDS理论和方法(续),(2) 时序层,主要解决D

3、EDS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，整个模型是一个确定性的系统模型。 常用建模方法：极大代数法、计时Petri网,(3) 随机层,主要研究DEDS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(顾客订货、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相应的随机时间变量对离散事件进行描述。 常用建模方法：排队论、马氏链、扰动分析方法、广义Markov过程、随机Petri网等,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,4,2. DEDS理论在CIMS中的应用,计算机系统中

4、资源 共享和通信问题,排队网络性能分析 并发读写操作 程序进程的控制 并行操作,生产制造系统,FMS建模描述工具 最优调度和计划 ,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,5,3.1.2 系统仿真技术,仿 真,通过对系统模型的实验去研究一个真实的系统。,模 型,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 以图表的形式来表示系统功能及相互关系的,(3) 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 描述系统的方法。,(4) 仿真模型 是能够直接转化为计算机程序的系统描述方式,202

5、0/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,6,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,7,系统仿真的基本步骤,建模 采用某中方法对真实系统进行抽象，得到系统模型 编程 采用一定的算法将系统模型转化为计算机仿真程序 仿真实验 选择输入数据，运行仿真程序，获得相应实验数据 结果统计分析 对系统进行评价 总结 对模型的适用范围、可信度及运行费用进行总结,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,8,3.1.3 面向对象技术,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(对象)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

6、般的归纳形式,(1) 模块性,(2) 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,(3) 继承性和类比性,(4) 易维护性,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,9,3.1.4 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推广应用。 成组技术根据工件的形状、尺寸以及加工工艺的相似性(非依据功能进行分类)来将工件分类，以符号表示。,形状、尺寸的相似性分类,加工工艺相似性分类,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,10,成组技术的应用效益,改善产品设计,零件分类 编码系统 计算机检索系统 产品设计的标准化,(2)

7、 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,(4) 改善生产和库存管理,(5) 有利于工艺规程标准化,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,11,3.1.5 人工智能技术,知识的获取 知识的表示 知识的使用,- 工厂级决策与规划,- 工艺过程设计,- 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，生产出现局部异常情况下加工任务的动态重新分配,- 故障诊断,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,12,3.2 信息技术,3.2.1 数据管理,信息系统的永久数据的操纵与维护活动,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,13,3.2.2

8、 网络技术,(1) 网络互连,网络互连涉及的主要问题,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，既不改变子网内部的操作，又能实现子网间的交互操作 协议数据单元(PDU)格式 不同网络协议有不同PDU格式 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 速度匹配 不同速率的网络交互工作需要一定的缓冲,网络互连方法,信桥 在OSI参考模型的数据链路层实现互连的网络设备,信由 在OSI参考模型的网络层实现互连的网络设备,信关 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,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,14,OSI七层体系结构,2020/8/1

9、6,CIMS和CIPS技术与应用,15,计算机网络的分类,1 按网络的交换功能 电路交换,报文交换,分组交换。 2 按网络的拓扑结构 集中式网络,分散式网络,分布式网络。 3 按网络的使用范围 公用网和专用网。 4 按网络的作用范围 局域网、城域网和广域网 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。 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， 对硬件、软件的要求比局域网高。 广域网:可把众多的局域网和城域网连接起来。,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,16,局域网,按网络的拓扑结构可以分为四类： 星 型： 所有结点都连接到中央结点 环 型：

10、 结点通过点到点链路与相临结点连接 总线型： 所有结点都直接连接到共享信道 树 型： 类似总线型（非直接，或结合星型）,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,17,(2) 网络管理,A) 公共管理信息服务,对网络资源(系统资源、通信资源和应用资源)的控制、协调和监测(管理)，网络管理的主要功能包括：,事件的远程报告、读属性、置特性,B) 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，采取补救措施 ，使系统完成预期的功能,C) 计费管理,记录职员的使用情况和使用职员的费用,D) 配置管理,定义、收集、监测和管理配置数据的使用。配置数据包括设备资源、设备资源的容量和属性以

11、及设备资源的相互关系,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,18,(2) 网络管理(续),E) 性能管理,收集、存储、显示和分析统计数据,F) 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 - 存取控制管理 ，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 - 管理信息库存取控制,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,19,(3) 产品数据交换技术,产品数据交换,不同的技术设计部门之间； 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； 不同时期研制的产品型号之间； 不同用途的CAD/CAM/CAE系统之间；

12、 同一CAD/CAM/CAE系统的不同版本之间,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,b) 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,数据交换接口,STEP,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,20,3.3 计算机辅助技术,3.3.1 几何造型,1. 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,2. 曲面造型,3. 实体造型,4. 特征造型,形状特征 公差特征 加工特征 装配特征,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,21,线框造型,Wire frame 基本思想 用三维空间的线条表达

13、模型的棱边 立方体 12 边lines 8 顶点vertices,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,22,问题 二义性 只能以线框的形式加以显示 很多模型属性无法计算 当前应用 实体造型系统中的辅助手段,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,23,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。,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,24,3.3.2 CAPP技术,CAD系统的零件信息： 几何数据和图形拓扑信息,CAPP系统的零件信息： 零件的特征信息,实现CAD与CAPP集成的途径：,建立以

14、特征造型为基础的CAD系统，系统中的特征定义与CAPP系统一致 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分别与CAD生成的一组几何数据相联系 通过共同采用STEP标准，实现两系统的集成,CAPP: 工艺决策(工艺过程、加工规则)、 工艺计划(工艺路线卡、工序卡、工序图、产品设计的可加工性评价等),2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,25,3.3.3 MRP及MRPII技术,MRP(物料需求计划，Material Requirement Planning )是将生产主计划转换成生产产品的原材料和零件的

15、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。,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,26,MRPII(制造资源计划，Manufacturing Resource Planning),2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,27,3.3.4 CAQ技术,1. 产品质量的自动检测技术,自动检测技术 自动检测装置,2. 计算机辅助检测规划系统,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 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 数据

16、测量 测量数据评价和分析，产生检测报告 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,4. 并行工程的集成质量控制,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,28,3.3 制造过程控制技术,1. 数控技术,2. 柔性制造技术,3. 智能制造技术,计划 调度 监控 动态重构,并行智能设计 生产过程的智能调度、规划、仿真与优化 产品质量信息的智能处理系统 制造过程与系统的智能监视、诊断、控制技术 生产与经营管理的智能决策 人-机交互技术,用数字指令控制机电装置动作,2020/8/16,CIMS和CIPS技术与应用,29,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