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1、第4章 现代集成制造系统总体设计技术4.3 分系统的总体设计1华北电力大学自动化系分系统总体设计在CIMS总体设计中的作用由于CIMS的复杂性，CIMS总体方案设计还须深入到各分系统 。1分系统总体设计是CIMS总体设计的组成部分不对各分系统进行总体设计，不足以充分说明CIMS系统的总体方案。2分系统的总体设计是保证CIMS系统集成的需要CIMS的关键是集成，CIMS的集成包括分系统间的集成分系统内部的集成，而分系统间的集成往往表现为一个分系统内的子系统与另一个分系统的子系统间的集成，不对分系统进行深入的分析和设计就难以保证这些集成。3分系统设计更能体现一个CIMS工程的特点 2华北电力大学自
2、动化系分系统总体设计的一般原则1）分系统设计必须在CIMS总体框架下，即以CIM哲理为指导，在CIMS环境下考虑本分系统的设计问题。2）作为分系统，不但要从本分系统所涉及的企业经营过程的需要出发，进行功能、信息、资源和组织设计，解决本分系统内部的集成问题，还要考虑与其它分系统的分工和联系，解决和其它分系统的集成问题。3）要认清分系统的体系结构是CIMS系统的体系结构的一部分 。3华北电力大学自动化系分系统总体设计的注意事项1深入分析企业特点和需求，从全局出发，确定分系统的目标2注意分系统之间及分系统与总体的一致性3采用正确的设计方法和技术路线4把握总体，防止陷入技术细节5避免重复 4华北电力大
3、学自动化系CIMS各分系统的总体设计生产经营管理分系统工程设计分系统制造自动化分系统质量保证分系统计算机支持分系统 5华北电力大学自动化系1.生产经营管理分系统覆盖范围覆盖企业的所有管理部门。1）在层次上覆盖厂级决策层和管理层。2）在职能范围上包括经营决策、计划、生产、设备、物资、劳资、人事、后勤等各部门职能及厂级领导职能。3）如果质量管理不单独设立分系统，则本分系统也覆盖厂级质量管理功能。4）对某些流程行业，如不单独设工程设计分系统，一般也将技术管理功能纳入本分系统。 6华北电力大学自动化系1.生产经营管理分系统功能范围：与一般企业的管理信息系统（MIS）基本一致1）生产预测；2）销售管理；
4、3）物资供应；4）主生产计划；5）财务管理；6）成本核算；7）库存管理；8）人事管理；9）设备管理；10）经营及生产规划；11）物资需求计划；12）能力需求计划；13）技术和生产数据管理。 7华北电力大学自动化系1.生产经营管理分系统改造MRP-软件，使其适应CIMS集成需要现有的MRP-软件由于是按单独运行而开发出来的，当用于CIMS工程中时，需进行适当的改造：1）车间作业管理（SFC）MRP-作为企业管理软件，如独立运行，当然要给出车间的作业计划供车间执行。但在CIMS中，我们已有专门的分系统一车间自动化分系统来完成车间的各项功能。因此可将SFC功能从生产经营管理分系统中去掉。2）技术和生
5、产数据管理模块 它包括企业的技术标准和产品结构清单等，在单独运行的MRP-中这是必不可少的模块，数据通过手工输入系统。但在CIMS系统中，通常在工程设计分系统中处理技术标准，生成产品结构清单，然后提供给管理系统使用，属于全局共享数据，不再是管理信息系统专用。因此在系统总体设计时必须处理好这一关系。8华北电力大学自动化系1.生产经营管理分系统在MRP-基础上进一步提高一般CIMS工程中增加的主要功能模块有：1）综合信息查询功能 它可及时提供企业经营管理综合性信息，供厂级领导使用和参考。2）生产动态追踪功能 它能及时提供生产过程及物料流动的动态跟踪信息，为生产调度、生产控制服务。3）生产优化功能，
6、针对不同的生产过程特点，在管理中采用优化模块可以加快生产进程、降低生产成本。4）决策支持功能，利用集成环境提供的企业内外部信息，建立决策支持系统，将多种可行决策提供给决策者。5）产品报价功能，利用信息集成，借助工程设计分系统提供的技术报价，基于成本核算功能实现财务报价，最后给出商务报价，可大大提高报价质量和速度。 9华北电力大学自动化系1.生产经营管理分系统设计要点1）.分系统的需求分析和目标的制定从整体和战略的高度出发，企业领导直接参与并起指导作用，找出影响企业竞争力的主要因素及生产经营管理系统可以解决的问题。10华北电力大学自动化系1.生产经营管理分系统2）.具体需求和系统设计根据企业生产
7、经营特点，明确企业的生产销售环境和生产方式，并进而提出对MRP-软件的具体要求，把选择软件的工作做细：软件必须能够正确描述企业的产品结构和工艺流程确定自行开发与购买商品软件。MRP-软件进行改造和扩充，通过二次开发使之用户化要考虑与其它分系统集成的要求：与车间自动化分系统的集成与工程设计分系统的集成软件应有扩展的功能，可以实现更大范围的信息集成，包括管理范围的扩展，企业间的集成。要进行投资效益分析，确定投资规模，在可用资金的约束下，选择性能价格比高的软件。 引进先进的管理软件的同时，也将引进先进的管理思想11华北电力大学自动化系2.工程设计分系统覆盖范围企业的所有工程设计部门，覆盖产品设计的过
8、程，包括产品设计、零部件设计、工艺设计、数控编程以及工装设计等。 1)产品设计产品设计过程包括了从产品构思到最终形成图样文件的所有活动。设计过程可分为下述四个阶段：1）功能分析；为了寻找最优设计，需要对不同的对象、不同解决问题的方法，进行调查和分析，对概念进行周密的论述和评价。 2）产品定义；对功能分析的结果进一步精炼，并仔细研究几种可供选择的工作原理，从中选择最优方案。3）总体设计；在产品定义的基础上，进一步在实用性、经济性甚至美观上予以提高。 4）详细绘图；产生详细的工件图和物料清单，几乎可以全部由计算机完成。产品设计可分为三种类型：新设计、修改设计、变型设计。12华北电力大学自动化系2.
9、工程设计分系统设计阶段功能分析产品定义总体设计详细绘图新设计修改设计变型设计13华北电力大学自动化系2.工程设计分系统2)工艺过程设计工艺过程设计（又称工艺过程规划或工艺计划、工艺设计）的任务是将产品设计信息转换为工艺规程，以便制造零件或产品，指导工件通过各个制造阶段，包括从选择原材料开始到制造成零件、形成产品为止的全过程。主要功能1）选择原材料或毛坯，包括形状、尺寸、重量、材料2）选择机械加工方法和顺序，包括选择：总体加工方法及顺序一工艺路线；在一给定工位上的局部加工方法和顺序一工步。3）选择机床。4）辅助功能：选择夹具；选择刀具；确定制造技术要求；选择测量仪器。5）计算制造时间：进给量和切
10、削速度；安装时间；准备时间；加工时间。6）产生文本，输出工艺规程，包括输出：工艺规程标题；工艺规程参数。 14华北电力大学自动化系2.工程设计分系统3)数控编程数控编程包括对所有采用数控的设备如数控机床、数控检测仪器、数控机器人等进行程序设计。为生成数控程序，必须完成以下三项基本工作：1）编译以确定的语言格式书写的零件程序；2）根据刀具、材料和加工信息，计算刀位轨迹和各种几何、工艺数据；3）由后置处理器将通用的刀位信息转换成NC代码，用以操纵选定的机床。 15华北电力大学自动化系2.工程设计分系统4)工装设计工艺装备（刀具、夹具、量具、辅具、磨具）设计从本质上讲，工装设计与产品设计性质是相似的
11、，工装作为一种装置了可看成为一种不出厂的产品，要经历相似的设计过程完成相似的工作。工装设计与工装所服务的产品、部件、零件密切相关，有的工装可能很复杂、庞大，有的仅是一些零件。为了完成工装设计，建立工装CAD系统，必须获取相关的产品信息和工艺信息，实现与产品CAD、CAPP等的集成。 16华北电力大学自动化系2.工程设计分系统设计要点(1)深入分析企业特点，明确需求和目标1）行业的影响2）企业的产品设计能力及对外合作方式的影响3）企业自身条件的影响4）市场竞争环境的影响(2)努力提高产品的自主开发能力(3)加强产品开发的过程管理和产品数据管理(4)提高产品的“三化”水平（通用化、标准化和系列化）
12、水平(5)吸收并行工程思想，改进设计过程 17华北电力大学自动化系2.工程设计分系统选型设计针对企业工程设计的需要，目前已有多种成熟的CAD/CAM软件及一些CAPP软件可供企业选用。工程设计分系统的总体设计应完成选型设计。1）实用原则 系统选型应满足企业的实用要求，既满足当前的要求，又能适当考虑以后的需求。2）可集成的原则3）开放性原则 4）充分利用企业的现有资源 为使企业已有的工程设计资源，能充分利用，应优先选择与企业原有资源易于集成的系统。5）经济性原则 要考虑企业的经济实力，量力而行 18华北电力大学自动化系例子：某机床厂CIMS工程设计分系统选型设计1）硬件：以高中档工作站为主，辅以
13、微机硬件环境，它应能运行性能优越，价格合理的CAD/CAM一体化软件，能运行多种数据库，便于开发面向对象的工程数据管理软件，便于建立工程设计计算机局域网，便于与CIMS主机进行通信；2）CAD/CAM-体化软件：1）应能满足参数化、特征化的3维造型要求；2）通过3D实体造型生成2D零件图，作到信息的双向关联；3）具有一体化的有限元分析软件，或提供与标准有限元软件的前后处理接口，并作到双向尺寸关联；4）提供25轴数控加工及检测编程能力；5）提供便于使用的通用或专用程序开发语言，提供使各种用户易于掌握和使用的用户界面；6）提供关系数据库，便于开发工程数据库和实现产品的工程管理，提供点队和矢量汉字库
14、，便于图形和元件的汉字输出；7）支持产品自上而下的设计方，便于生成装配图，于涉检测及零件明细表；8）便于工艺特征的生成与抽取，为CAPP的开发提供文体条件，满足机床设计的特殊要求，如箱体类零件的展开图生成。此外还考虑了软件所需的内存空间，软件的价格等等。3）自行开发CAPP系统。 19华北电力大学自动化系3.制造自动化分系统 自动化分系统应覆盖企业的所有车间及各种与车间功能相近的各类部门，覆盖车间内的全部生产经营活动。由于车间之间的差别很大，具体车间的自动化系统构成内容也有很大差别。20华北电力大学自动化系3.制造自动化分系统 1）车间的差异企业根据其生产需要和企业的具体情况 设置若干个车间，
15、或与车间功能相近的部门。一个企业的各个车间是不同的，不同企业的车间之间差别更大。规模不同 职能权限不同车间的自动化程度不同车间的组织方式不同车间的性质不同 在CIMS工程总体设计中一般关心车间的下述性质：1）生产过程的离散性，对离散性不同的车间，需采用不同的计划调度方法。2）过程的复杂性：离散型车间由于工件数量多，工序数量多，因而计划调度复杂。流程性车间的车间级计划调度相对简单，但设备（装置）级的控制功能也是很复杂的。21华北电力大学自动化系3.制造自动化分系统 2）车间功能及层次结构车间（分厂）的功能分为下列两大类：直接完成物料的运输、储存、加工处理以及测试检验等生产制造活动。在车间范围内围
16、绕生产制造过程所进行的管理、调度和控制活动，也包括与其它分系统进行的双向信息交换活动。按典型的企业5层递阶结构模型，车间占有4层的功能（对不同性质的车间，其功能会有所不同）：车间层：生产管理、资源管理、质量管理、车间报告单元层：柔性制造系统FMS、分布式数控单元DNC工作站层：常见的有各种加工工作站、物流工作站、刀具工作站以及各种辅助工作站设备层：主要是各种数控机床、可编程控制器、工业机器人、及其它各种可控设备和装置。 22华北电力大学自动化系3.制造自动化分系统 3）自动化分系统总体设计的指导思想(1)从企业的全局出发进行车间的需求分析 (2)全面规划，突出重点，以点带面 (3)抓住车间的共性，提高设计效率 (4)与企业技术改造紧密结合(5)充分发挥非自动化设备和人的作用(6)结合车间 特点进行设计 23华北电力大学自动化系4.质量保证分系统企业实施CIMS系统的主要目的之一，是提高企业的产品质量。产品质量问题贯穿于产品生命周期的全过程，它与企业的经营管理，工程设计和生产制造等各项活动均有密切的关系。必须有专业的质量部门来保证产品的质量。 24华北电力大学自动化系4.质量保证分系统1
