企业信息化与知识工程-第09讲

1 生产过程信息化 第一部分 企业信息化 2 目 录 2 1 生产过程信息化的内容 现代产品开发的特点 3 现代产品开发通常面向复杂产品 复杂产品是这样一类产品： 客户需求复杂 系统组成复杂 产品技术复杂 制造过程复杂 项目管理复杂 涉及的 子系统多 学科技术种类多 人员 /工具多 与外界环境的交互关系复杂 典型复杂产品： 航天器、飞机、汽车、 复杂机电产品等 复杂产品 1. 现代产品开发的特点 4 强调 系统 的观点 - 强调在系统的层次上模 拟产品的外观、功能和 在特定环境下的行为。 现代产品开发与传统产品开发相比，具有如下 新的特点 ： 1. 现代产品开发的特点 5 涉及产品 全生命周 期 -可应用于产 品开发的全生命周 期，并随着产品生 命周期的演进而不 断丰富和完善； 生产 销售 使用 维护 /服务 报废 /回收 规划 设计 /确认 制造 概念设计 1. 现代产品开发的特点 6 强调不同领域的虚拟化的 协同 设计。 1. 现代产品开发的特点 7 （ 1）系统组成复杂，往往是机械、控制、电子等多个不同 学科领域子系统的综合组合体； （ 2）开发过程复杂，不仅包括时间纵轴上存在的先后设计 活动，而且包括横轴上某一时刻并发的设计任务之间的互 相影响； （ 3）系统行为复杂，对总体性能的要求往往高于对单个功 能模块的要求，因而增加了产品开发的难度。 现代产品开发与传统的产品开发比较具有以下特点： 1. 现代产品开发的特点 8 现代产品开发是面向复杂产品 ， 以并行工程 思想为指导 ， 以多学科协同设计为核心 ， 以各领 域 CAx（ 如 CAD、 CAM、 CAE等 ） /DFx（ 如 DFA、 DFM 等 ） 为工具的全新的设计开发模式 。 其核心是强 调系统层面上的优化 ， 重视整体性能 。 旨在解决 航空 、 航天 、 汽车 、 船舶和铁路机车车辆等型号 的复杂产品开发 ， 以实现机械 、 控制 、 动力学 、 材料学等多个领域的一体化并行协同设计 。 1. 现代产品开发的特点 9 1、 计算机技术； 2、 网络技术 。 信息技术改变了传统的产品设计 。 1. 现代产品开发的特点 10 数字 BOEING 技术趋势 虚拟设计制造 全生命周期设计制造 PLM 并行工程 CE 全球化的协作平台 EXSTAR 美国 B777的应用效果 开发周期： 9年 4.5年 成本降低： 25 100整机数字化设计 世界垄断与霸主地位 制造业发生的深刻变革 数字化飞机 实例 1. 现代产品开发的特点 11 技术趋势 数字化设计制造 虚拟样机 全球采购和分销 大规模定制 通用公司应用状况 开发周期（ 48月 24月 12月） 碰撞试验（ 100次 50次） 个性化定单 3小时 通过在线采购降低成本 10 产品概念设计 产品详细设计 制造业发生的深刻变革 数字化轿车 实例 1. 现代产品开发的特点 12 大变形 碰撞仿真 摆式车空调 通风仿真 工业设计 疲劳分析 仿真 动力学 仿真 气流噪声 仿真 气动压力 仿真 结构噪声 仿真 双层车 模态仿真 温度场 仿真 D38轻量 化设计 强度 分析 制动及冲击 响应仿真 1. 现代产品开发的特点 13 传统的产品开发 1. 现代产品开发的特点 14 现代产品开发 （第一阶段：计算机辅助设计） 物理样机 设计验证与测 试 概念 控制设计师 机械设计师 设计 设计 1. 现代产品开发的特点 15 现代产品开发 （第二阶段：网络化协同设计） 概念 物理样机 控制设计师 机械设计师 一致性 建模与设计 虚拟样机 设计验证与测试 建 模 设 计 仿 真 协 同 集 成 管 理 1. 现代产品开发的特点 16 KBE技术 知识型制造企业 企业 3 企业 n 企业 1 企业 2 企业间合作 现代产品开发 （第三阶段：基于知识的设计） 1. 现代产品开发的特点 17 2. 生产过程信息化的内容 生产过程的信息化 建 模 设 计 仿 真 协 同 集 成 18 1、建模 对于现实世界中的物体 ， 从人们的想象出发 ， 到完成 它的计算机内部表示的这一过程称之为建模 。 复杂产品的建模 多学科协同建模 机械产品的建模 曲面建模（ CATIA ） 实体建模（ I-DEAS ） 参数化建模（ Pro/ENGINEER） 2. 生产过程信息化的内容 19 2. 生产过程信息化的内容 20 2、设计 设计是对以前从未解决的问题建立和定义解决方法与 相关结构 ， 或者对以前已经解决的问题建立和定义新的解 决方法 。 多学科设计优化 智能优化方法 鲁棒设计方法 遗传算法（） 禁忌搜索（） 模拟退火（） 2. 生产过程信息化的内容 21 3、仿真 仿真指在实际系统尚不存在的情况下对于系统或活动 本质的实现 。 多学科并行协同仿真方法 虚拟样机技术 单学科的仿真方法 有限元分析领域（ ANSYS） 多体动力学领域（ ADAMS） 控制分析领域（ MATLAB） 2. 生产过程信息化的内容 22 2. 生产过程信息化的内容 23 机械系统与控制系统协同仿真 Mechanical System Simulation - Create ADAMS model - Define control inputs and sensor outputs Control System Design - Build system block diagram - Include ADAMS block Gives a very accurate model of the system without having to develop equations by hand - Export model - Create info file 2. 生产过程信息化的内容 24 结果 - Connect inputs and outputs - Perform simulation of combined systems - Simulate and analyze - Visualize system in motion Mechanical System Simulation Control System Design 2. 生产过程信息化的内容 25 2. 生产过程信息化的内容 虚拟样机 26 4、协同 因特网的发展为跨地区的协同设计提供了很好的平台 ， 可以比较方便地建立基于因特网 /外联网的企业内跨地区的协 同设计网络 。 该网络具有如下功能： 1） 分布在各地的销售和服务人员可以在协同设计网络上 提供市场反馈信息 ， 使设计人员更好地了解市场变化情况 。 2） 设计人员可以在协同设计网络上公布一些新产品的方 案或草图 ， 听取各方面的意见 。 3） 围绕某产品的开发 、 设计和加工等问题 ， 有关人员可 以在网络上展开充分讨论 。 4） 在网络上可提供大量的设计资源 ， 供设计人员共享 。 2. 生产过程信息化的内容 27 5、集成 信息集成 。 使企业内的信息渠道畅通 ， 减少不必要的 信息转换环节 。 知识集成 。 是对分散在企业中的知识 ， 主要是存在企 业员工头脑中的意会型知识进行集成整合 ， 对分散在不同 协作单位间的知识进行集成整合 。 企业间的集成 。 充分利用社会化资源 ， 协同进化；扩 大国际交流 ， 积极开展全球经济一体化活动 。 2. 生产过程信息化的内容