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1、CIMS总体技术概述CIMS体系结构企业建模方法与工具CAD/CAPP/CAM/CAE/PD集成技术CAD/CAM CAX PDMCAPPST标准及工具 CIM体系结构介绍 我们已经把 CIM体 系结构定义为一组不同层次的各种视图模型的集合。又因为CIM系统在内容、范围、时间进程上，都不应该是封闭的，故对所述 体系结构还特别强调其开放性，故亦称之为开放系统体系结构。但是，正如对 CIM的认识随着研究和实施的深入不断在发生变化，对CIM体系结构的认识也有一个发展过程。80年代中期，以美国SME/CAS为代表提出了一种轮形体系结构， 他们强调了以共享数据库和通讯网络为中心把各项单元技术连接成一个整
2、体。IBM公司当时也提出了一个类似的轮形结构。但这种类型的结构只强调了 CIM的技术方面，只进行技术方面的信息集成不可能获得CIM集成的全部效益。随着CIM实践的不断深入，人们对复杂系统必须有多方位建模有了认识，特别是对人的因素在CIM实施中的重要性有了越来越清楚的认识，因此，前面图1-4所示的ESPRIT/CIM-OSA勺立方体结构被更多的人接受，而成为ISO采用的预标 准。从其目标来说，CIM-OSA要为CIM用户提供设计和实施CIM系统的指南， 要为CIM供货商提供开发与CIM-OSA相适应的可销售的产品指南；CIM- OSA要 支持战略、战术和操作计划各级管理中的决策和对产品设计、制造
3、等的直接操作 的决策；CIM- OSA还要提供信息技术支持，以保证系统的一致性和设计的优化。 这些目标也可以作为我们研究体系结构的一般要求。但是，由于CIM系统的极端复杂性，不确定因素和人为因素非常突出，因此不能期望这一建模和设计过程的 完全自动化，在整个设计过程以及将来的实施和运行过程中，必然需要技术熟练的专家干预才能进行系统优化。这方面，美国Purdue大学提出的Purdue企业参考体系结构就有突出表示 人和组织作用的优点，这一点下面再介绍。这里只是特别强调要理解体系结构的全局性，不能只局限于技术方面的互连， 要看到影响全局的方方面面，特别是影 响CIM实施的主要因素-人。企业建模本专题主
4、要介绍有关企业建模方法与工具 方向的内容。它主要包括以下内容：(1) 企业建模与分析方法为CIMS应用工程的建立提供理论基础和规范，并为参 考模型的建立和企业建模与分析工具的研制提供方法学依据。(2) 企业建模与分析参考模型为运用企业建模方法学建立CIMS应用工程模型提供参考原型系统。(3) 企业建模与分析工具为企业建模与分析方法及参考模型的实际应用，提供高质量与高效率的有效支持。CAD/CAPP/CAM/CAE/P成技术现有的CAD CAPP CAM等应用系统在过去的几十年中得到了迅速发展，并在工业界取得了较好的应用。但由于各个应用系统 之间的模型定义、实现手段和存取方法存在一定的差异，使得
5、信息交换存在障碍， 资源不能有效共享，集成程度低；同时，现有的CADS统只注重零件几何外形的 设计和表示，而缺乏象尺寸、公差、装配、材料以及功能说明这样的高层语义信 息和产品生命周期的其它生产环节所必需的信息，对于设计意图、功能要求和装 配关系等非几何信息无法表达。这些系统的信息模型都还只限于几何信息和拓扑 信息，而面向加工的特征信息以及其它有关信息在系统信息模型中很少表达。这样，由于缺乏完备的产品模型及其在产品生命周期中的各种数据，对于CAPPCAM等后续应用系统来说，CAD提供的信息不够完善。CAD/CAPP/CAM/CA信息集成技术是解决在现有商品化 CADg统下，通过特征技 术实现CA
6、D与下游CAPP CAM等应用系统信息集成的有效方法。 这一技术的研究 与开发，不仅在CIMS和并行工程中具有广泛的应用前景，而且在一般企业应用 计算机辅助设计提高产品开发和生产效率也有广泛的应用前景。这也是国内外 CAD/CA技术的主要研究热点之一，不断有新的研究成果出现。产品数据的表达 与交换标准STEP-ISO 10303是一套关于产品整个生命周期中的产品数据的表达 和交换的国际标准。其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述整个生命周期中的产品数据。产品数据的这种描述，本质上不仅适合于中性文件交换，而且是实现和共享产品数据库及产品数据的长期存档的基础。它对于CIMS乃至并行工
7、程具有重要的指导意义。自 STEP标准推出以来，世界各国及各国际 知名企业都着手实施该标准的应用。各CACT商也纷纷提供基于STEP标准的数据转换接口。基于STEP的信息建模与 集成技术已在一些工业部门得到实际应用。建立本专题的目的是宣传国内在 CAD/CAPP/CAM/CA信息集成领域的研究成果，提供国内外在该领域研究与应用 的最新信息，对CAD/CAPP/CAM/CA集成的理论、方法、技术、工具和应用实施 等方面开展广泛的交流与合作，同时提供技术研究、支持工具、企业应用等方面 的网络导航信息。STEP标准及工具STEP标准及工具技术条目划分为如下的栏 目：STEP标准概述、STEP关键技术
8、、STEP典型应用、国内外STEP相关产品、 与STEP相关的技术、STEP相关站点、STEF推荐文献等。CAD/CAM技术CAD/CAM 技术条目划分为如下的栏目：CAD/CAM技术概述、CAD/CAM典型应用、CAD/CAM 相关软件产品、与CAD/CAM目关的技术、推荐文献等。PDM技术概述概念体系 及其发展PDM系统的功能PDM系统的发展一、概念体系及其发展产品数据管理(PDM Product Date Management )是在现代产品开发环境中成长和发展起来的一项管理数据的新技术， 它有力地 促进新产品的设计与开发，缩短产品上市的时间，增强企业的竞争力。80年代初，很多已经广泛深
9、入计算机工程应用领域的企业发现，企业的发展正受到以纸质文件为基础的数据系统的严重阻碍。这主要表现在：信息共享程度低。企业的计算机辅助工具都是一些离散孤立的系统，由这些互不兼容的软件产生的数据不能统一由一个企业级的计算机软件系统来管理，因而无法在设计、工艺、制造以及管理部门之间有效地实现信息共享与传递。信息传递速度慢。大部份企业的信息传递主要是通过书面文件、 报表及电话 联络方式，无法及时收集工艺和制造过程中的反馈信息， 不能实时反映设计 过程中的变化，甚至随时跟踪整个产品的设计和制造的进展情况。 业务管 理落后。虽然企业采用计算机辅助工具在一定程度上实现了产品设计开发的 计算机化，但是有关产品
10、的其他技术资料依然采用手工管理的方式。另外， 由于CAD/CAMfe术推广应用，各种格式的图形、数据、文本等文件还是沿用 过去对纸质文件的管理方法，对文件缺乏有效的版本管理，造成不必要的重 复设计。由于缺少迅速有效的产品数据的检索手段， 也造成设计的重用程度 差。应用集成系统效率不高。几乎任何两个不同的应用软件都不可直接分 享或交换。CIMdata公司指出：“目前，在企业中每天大约有 1/3到1/4的设计、管理 工程技术人员不是专心于自己的本职工作， 而是开会、讨论、等待或处理各 种信息。”据英国的调查，由于设计制造缺乏产品数据的统一管理，导致产品工时增加20%成本上升10% 针对产品数据管理
11、的这种需要，80年代 后期出现了第一代商品化的PDM系统。这些PDM系统的基础是数据库系统， 通常这是一种商品化的RDBM,S用来保存零部件的记录和相关文件。PDM系 统提供数据安全性、文件贮存、修正检控、分类、告知和应用集成等多种功 能，并简化工程过程（包括产品开发、资源配置、加工制造、计划调度等等）。 早期的PDM系统大多是针对“下游”的工程过程，即从最初将产品设计发布 给制造开始，经过制造过程，一直到产品废弃为止，在此期间，用PDMS统来采集和管理工程产品数据。这是因为制造部门一直把降低产品成本和改进 整个制造过程当作奋斗目标，不少企业也在积极推广应用准时制 （JIT）、全 面质量管理（
12、TQC和基于活动的成本预算（ABC Activity-Based-Costing ） 生产方式，这些都离不开对产品数据实行有效和科学的管理。就工程产品数据而言，既涉及由设计发布给制造的最初数据， 又涉及由制造执行工程变更（ECO这一过程的数据。因此，早期开发的 PDM系统都是以制造为目标。 这些系统的主要工程过程管理能力分成“发布管理”和“变更管理”两大类。 然而，在最近几年，产品生命周期的其他方面也成为改进的目标。对大多数制造企业来说，上市时间已经成为一个非常突出的问题， 它关系到企业的生 存与发展。对应这些新的目标，开发了第二代PDM系统。第二代PDM系统支 持整个产品生命周期，从最初的产
13、品设计概念一直到产品废弃为止。这些系 统在多变的概念设计阶段以及在更好地确定工程变更中支持并行工程实践，并且具有工作流程的管理功能。通过这些新的PDM系统，用户可以共享最新 的、预发布的工程数据，而且按照预定的规则，可以智能、灵活地控制这种 数据的流动。（一）PDM技术PDM是一种使能技术，它有助于工 作小组、部门、科室或企业在整个产品生命周期内对产品数据和开发过程实 施管理。这里所说的产品数据是指与产品开发、 制造和维护有关的以及支持 产品开发、制造和维护的全部信息。过程数据则是指工程发布、工程变更管 理和其他与工作流有关的数据。因此，PDM系统的功能是用于管理在整个产 品生命周期内所有与产
14、品有关的信息。 它是一组集成的应用，可以在产品设 计、生产、市场营销和支持上提高工作人员工作效率和过程运行效率。对 PDM而言，产品数据管理可以分为不同的层次，如图 1.1所示。图1.1 PDM 系统的概念层次一种完善的 PDM系统必须能够将各种功能领域较多的应用 集成起来，并符合各种严格的要求。PDM系统必须具备以下特点：能够有效、 可控和自动地访问开发和生产的应用及过程，访问有关的文件和数据。为了可控地访问产品数据，系统需有防止数据未经批准就使用的安全机制。 根 据信息敏感度、用户权限和数据的生命周期/状态，这些安全特点应有利于 优化和加强对数据的访问。为了有效地访问产品数据，系统需要具备
15、友好的人机界面和机制来访问和处理产品数据。具有表达零部件、产品配置和相关文件及数据的适用性广的模型。提供产品、零部件、有关文件的分类方法。要求这些分类方法能够支持现有产品配置数据的重复利用，并可以对产品成本、生命周期和质量产生重大影响。应具有一整套预定义的管理产品配置及其相关变化的工作过程。这套工作过程至少要包括如下内容：需求或问题的通讯与交流识别和跟踪所做的工作在部分产品配置数据发布 之前评审能否发布向下游的系统发布和分发相关的信息除了这些过程以夕卜，还需要支持非正规的工作流，这样允许任何用户在引用任何产品数据的 同时，能与其他用户进行通讯与交流。（二）数据管理 制造企业通常善于系统化地记录
16、零部件和装配件的图纸， 但是常常不保留如“尺寸”、“用在什么地方”等有关属性的全面记录。其结果是， 工程师在访问他们需要的信息时常遇到麻烦。这一点是他们有效地管理产品数据方面的不足之处。PDM勺数据管理能够通过关系数据库管理系统管理属性和文档式产品数据以及它们之间的关系。由于随时都有大量的数据生成，因此需要一种 能容易和快速地对信息进行分类的技术。分类应该是PDM勺一种基本能力，按照 命名的类别，形式或特征相似的信息应能够组合在一起。在一个已知的类别中， 还可以使用“属性”来说明每个零部件的主要特征，进行更加详细的分类。通过 产品结构来访问产品数据，这是PDM访问数据的另一种方法。对于任何一个选 定的产品来说，应该保留各装配件之间的关系和组成这些装配件各零部件之间的 关系。这就意味着能展开整个产品或选定的装配
