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1、研究生学位论文开题报告 冲压件车间数字化系统研究与开发 学 院： 机电工程学院 系 别： 机械工程系 专 业： 机械电子工程 学 号： 405906012030 研究生姓名： 符天养 导师姓名： 涂海宁 二 零 一 三 年 十 二 月 目 录一、课题的来源及意义11.1课题的来源11.2课题的意义1二、 国内外研究现状12.1 国外数字化制造研究现状12.2 国内数字化研究现状3三、课题的研究内容5四、 课题的研究方案6五、课题研究分析85.1 创新之处85.2 课题预计难点8六、研究进度安排9开题报告一、课题的来源及意义1.1课题的来源南昌江铃集团联成汽车零部件有限公司1.2课题的意义 随着
2、科学技术的飞速发展，汽车制造业的竞争越来越激烈，汽车行业的发展进入了一个新的发展阶段，为满足整车市场的激烈竞争，冲压车间生产的冲压件也应满足更高的要求：冲压车间的生产规模越来越大，生产工艺的复杂程度也越来越高。因此，建立数字化生产车间，是提高企业的综合竞争能力，实现企业利润最大化的最重要部分。2、 国内外研究现状2.1 国外数字化制造研究现状数字化制造技术的飞速发展，已经深入到了企业生产车间。例如，为了强化企业制造车间的执行能力，美国 AMR 公司(Advanced Manufacturing Research，Inc)在 90 年代初提出了制造执行系统 (manufacturing exec
3、ution system，MES)。将 MES定义为“于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，制造执行系统为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)当前状态的实时监测功能，有效地实现了企业车间现场的实时管控和透明化生产。又如，美国通用汽车公司应用数字制造技术，将轿车的开发周期由原来的 48个月缩短到了 24 个月，碰撞实验的次数由原来的几百次降到几十次，应用电子商务技术降低了销售成本 10，从而增强了通用汽车公司的产品研发能力和市场营销能力，提升了其市场综合竞争力；美国 Exxon-Mobile 石油公司用先进综合的自动化技
4、术后，使企业效益提高了5%-10；美国UGS Tecnomatix公司和达索Delmia公司等长期致力于虚拟制造的研究，开发出满足虚拟制造要求的数字化车间软件，如车间及生产线规划仿真、工艺规划、质量控制和生产工具等软件模块，可优质地满足不同需求的用户。 在机械制造领域，国外各大企业都投入了大量人力、物力和财力对其热门的数字化制造技术计算机集成制造系统(CIMS)进行了研究，并出现了不少成功的应用案例。比如美国波音公司应用 CIMS 技术成功开发出波音777飞机,使开发周期由过去的89年缩短到 4 年半，成本降低了25，实现了从产品的设计、工艺编排、产品制造、检测、装配等整个过程的一体化“无纸加
5、工”，显著地缩短了产品开发周期，提高了产品质量，增强了企业的市场竞争力，充分显示了CIMS的优越性。然而，由于CIMS系统涉及企业的宏观决策、资源优化、市场运作、资金运营等方面，系统应用比较庞大、复杂，国外相当部分企业还并没有实现真正意义上的计算机集成制造，只是从产品的设计到制造的过程中成功应用了CAD、CAPP、CAM 等单元制造技术或部分集成应用，但也取得了不错的效果。著名的联合攻击战斗机 JSF 项目通过建立基于协同平台的全球化虚拟企业，在飞机制造过程全生命周期中全面采用数字化技术，使飞机设计时间减少 50%，工装减少 90%，总装工装减少95%，零部件数量减少50%，制造周期缩短67%
6、，制造成本降低 50%，使用维护成本降低 50%。通过数字化制造技术的应用，联合攻击战斗机 JSF 项目研发与制造周期显著缩短，产品质量得到可靠保障。随着数字化制造技术越来越受企业的青睐，一些软件开发公司也推出了层出不穷的数字化制造软件产品。如美国参数技术公司(Parametric TechnologyCorporation，PTC公司)是 CAID/CAD/CAE/CAM/PDM 领域最具代表性的软件公司。该公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关性及工程数据再利用等概念改变了传统 MDA 的观念，成为 MDA 领域的新业界标准；同时公司利用此概念写成的第三代产品 Pro/ENGINE
7、ER 软件能将设计至生产的过程集成在一起，让所有的用户同时进行同一产品的设计制造工作。 同时，国外一些科研机构也对数字化制造技术进行了系统性的探索和研究。譬如，新加坡国立大学机械工程系对生产企业各个部门 (生产评估、制造资源、计划流程、生产调度、车间生产、故障诊断等）在实际生产过程中的协调性进行了探索，提出了一种通用的分布式协同数字化制造结构；在柔性制造方面，对随机需求下的生产调度柔性制造系统作了相关研究；在分布式制造情况下，将遗传算法技术应用于CAPP，实现了在一定目标（比如最小处理时间)下可以获得最优或者接近最优的工艺过程。同时在现代集成制造系统中，对集成条件监控和错误诊断进行了研究，提出
8、了一种柔性检测诊断系统，并对产品全生命周期管理中生产计划的制定和制造协同进行了深入探索。 匈牙利最高科研机构匈牙利科学院（Hungarian Academy of Sciences）主要研究信息处理、计算机辅助设计和机器控制的应用，研制复杂的数字化软、硬件系统。其重点研究领域是：计算机制图、数据库管理、局部网络、过程控制、机器行业的计算机辅助设计。目前该研究机构主要集中于：以地区性网络为基础的办公室自动化、复杂制造系统的分析合成、先进的计算机系统与设备的研究开发等。此外，国外的一些研究学者长期从事数字化方面的研究，对数字化制造作了全面的新的阐释，并提出了具有重要意义的观点。如为有效利用数字化制
9、造技术，促进制造企业快速满足客户的多样化需求，Monostori，L.教授等人从自适应生产、制造、知识化制造、数字化和网络化制造等四个主要方面进行了研究；Kdr B.教授等人从生产的不确定性出发，提出了基于信息的智能分析方法，建立了离散事件的自动建模仿真系统，达到了现场调度管理控制决策的优化；Monostori，Lszl 教授等人则考虑其制造系统操作的不确定性，提出了智能制造系统的概念，实现了数字企业对当前生产的内外部环境的快速适应。又如为实现企业车间级的自动监测与控制，S.Y.Nof，G.教授等人开发出了具有协调、整合、网络化、分布式决策支持(NDSS)等特点的制造系统，解决了生产物流系统自
10、动化控制存在的问题；Lszl Monostori 教授对无人操作机床制造系统的模式识别和监测问题，以及用于一般目的的监控系统等进行了探讨，实现了制造系统的在线监测系统和模式识别；Djurdjanovic 则研究开发了基于 WatchDog Agent 的远程监视和预测系统，从而实现了通过远程操作对设备的监控。再如为提高制造企业的市场快速响应能力和生产制造能力，L. Monostori 教授等人结合离散事件系统仿真评估方案的鲁棒性特点，提出了一种数字企业生产计划制定和控制的优化算法，提高了企业制定计划的效率和准确率；Kulvatunyou 等则用语义WEB方式(XML)对制造过程进行描述，实现了
11、制造过程在 Web Service 中的发布和理解；Qiu 等人则根据市场的动态变化，用虚拟生产线技术动态组织逻辑生产线，增强了企业制造过程的灵活性。而为了提高企业生产制造的智能性和敏捷性，Lee 利用基于 WEB的智能技术，系统性地开发了设计产品和服务的智能系统；Koc 建立一个 E-管理框架脚，实现了对产品全生命周期的管理；Merat 等则把制造系统分成小的柔性制造单元，各个单元由特殊硬件控制，工作单元控制则由实时软件 Vxworks 来完成，提高了制造系统的敏捷响应能力。为实现制造资源的高度集成和全面共享，Ye 等人通过运用资源描述框架对异构设备进行了语义联接，并建立了一种适用的、智能的
12、、性价比高的车间互联体系，形成了车间(shop foor)制造设备集成架构；Ping等则将遗传算法运用于虚拟制造企业中，实现了从多个制造资源中选择合适的制造资源；R.T Qu 将开放式架构、即插即用的软硬件技术和分布式控制应用平台(DCAP)应用于先进制造系统中，实现了异构网络中的制造资源的实时控制。2.2 国内数字化研究现状 随着数字化技术在各国制造行业中的不断深入研究与应用，我国很多高校及科研院所也对数字化制造的思想、内涵、体系结构等进行了较为广泛的研究。 (1) 重庆大学制造工程研究所刘飞等人分析了数字化企业的总体框架结构、安全需求，构建了数字化企业完整的信息安全体系，包括物理安全、网络
13、安全、支撑层系统安全、应用层系统安全、数据及资料安全；针对数字化企业数据及资料等企业内部信息安全问题，提出了一套包括身份鉴别、设备集中控制、文档权限管理、文档加密、安全审计等功能系统的综合解决方案；基于所构建的信息安全体系，提出了一种典型数字化企业的信息安全实施方案。 （2）合肥工业大学现代集成制造与数控装备研究所（简称CIMS研究所）将数字化与网络化制造作为其重点研究方向之一。王志森、高荣、董伯麟等人进行了基于无线通信技术的人机协同车间数字化制造模式、基于无线通信的生产现场数字化制造、基于移动通信的无线网络在数字化制造单元的应用研究；王纯贤、董伯麟等人提出了数字化人的概念，进行了基于数字化人
14、的车间数字化制造系统、基于数字化人的生产现场信息化研究；王志森、王向阳、董伯麟等人进行了数字化制造中人机协同制造网络的研究以及人机协同车间数字化制造模式的研究；任祖德、苏建徽提出了基于MC68HC908MR16 数字化控制的不可断电源系统；郝理想、蒋增强、葛茅根等进行了基于可视化仿真的车间设施布局的研究。目前，研究所正做为主体单位申报安徽省机电（数控）装备工程技术研究中心。 （3）武汉理工大学对数字化制造进行了深入的研究，武汉理工大学湖北省数字制造重点实验室将产品数字化设计制造基础理论及应用技术作为研究的重点方向之一，研制了具有自主版权的数字化设计制造系统软件及相关工具，开发了数字制造系统建模
15、、虚拟现实和仿真工具；同时，在网络制造和网格制造环境下，建立了基于分布式多层系统架构，研究了如何向制造企业提供面向产品制造（协同拟实制造、远程加工、远程监控等）的服务，力图增强制造企业的产品数字化设计制造能力和企业内外的协作能力，实现企业内外的资源整合和优势互补，形成具有竞争力的供应链、产业链、增值链。与此同时，该实验室还基于三维 CAD 平台，完成了CAD专家系统、CAPP 系统、多通道信息交互工具集、产品协同管理系统、企业协作支持和信息集成环境等为代表的面向制造企业数字化设计制造的系列软件及工具，开发并构造了支持企业信息协作的平台。目前该实验室正基于移动 Agent、网格计算等相关技术，逐步建立一个可以集成企业各类资源，提供与协同设计及制造相关的各类服务和制造资源的网络环境数字制造信息与资源共享平台。 （4）华中科技大学“数字化设计与制造”教育部创新团队围绕装备数字化设计、数字化制造、数字制造系统等方向开展了卓有成效的研究工作，取得了重要的研究成果，部分研究成果在国内工业企业中得到了应
