數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)基礎(chǔ)

1、第一章1.1數(shù)字化設(shè)計制造是現(xiàn)代產(chǎn)品研制的基本手段。1.2 先進(jìn)制造技術(shù)的特征： (1) 先進(jìn)制造技術(shù)是制造技術(shù)的最新發(fā)展階段； (2) 先進(jìn)制造技術(shù)貫穿了制造全過程以至產(chǎn)品的整個生命周期； (3) 先進(jìn)制造技術(shù)注重技術(shù)與管理的結(jié)合； (4) 先進(jìn)制造技術(shù)是面向工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)。1.3 設(shè)計制造技術(shù)主要表現(xiàn)在全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化和綠色化等幾個方面。 1.4 任何一種產(chǎn)品的研制過程從大的方面可以劃分為設(shè)計與制造兩部分。1.5可以將產(chǎn)品的制造過程的基本要素抽象為產(chǎn)品（ product ）、工藝過程（ process ）、制造資源 （resource ），即 PPR模型，實際的過程是三個要素

2、相互耦合作用的結(jié)果。1.6 串行設(shè)計與并行設(shè)計：(1) 串行設(shè)計的組織模式是遞階結(jié)構(gòu)，各個階段的活動是按時間順序進(jìn)行的，一個階段的活動完成后，下一個階段的活動才開始，各個階段依次排列，都有自己的輸入和輸出。(2) 并行設(shè)計的工作模式是在產(chǎn)品設(shè)計的同時就考慮后續(xù)階段的相關(guān)工作，包括加工工藝、裝配、檢驗等，在并行設(shè)計中產(chǎn)品開發(fā)過程各個階段的工作是交叉進(jìn)行的。1.7 數(shù)字化設(shè)計制造基本概念：(1) 數(shù)字化是利用數(shù)字技術(shù)對傳統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)容和體系進(jìn)行改造的進(jìn)程。(2) 數(shù)字化設(shè)計就是通過數(shù)字化的手段來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法，旨在建立一套基于計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，支持產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)全過程的設(shè)計方法。數(shù)字

3、化設(shè)計制造的內(nèi)涵是支持產(chǎn)品開發(fā)全過程、支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、支持產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)管理、支持產(chǎn)品開發(fā)流程的控制與優(yōu)化等，歸納起來就是產(chǎn)品建模是基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計是主體，數(shù)據(jù)管理是核心。(3) 數(shù)字化制造是指對制造過程進(jìn)行數(shù)字化描述而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品的制造過程是計算機(jī)數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造技術(shù)不斷融合、發(fā)展和應(yīng)用的結(jié)果，也使制造企業(yè)、制造系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然。.(4) 數(shù)字化設(shè)計制造本質(zhì)上是產(chǎn)品設(shè)計制造信息的數(shù)字化，它將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、材料特征、制造特征和功能特征統(tǒng)一起來。1.8 典型的 CAD模型標(biāo)準(zhǔn)交換格式， DXF、DWG、JGES、 STEP。1.9 典型的數(shù)字化設(shè)計制造應(yīng)用工

4、具系統(tǒng)：(1)CAD 系統(tǒng)， AutoCAD、CATIA、UGS、Pro/E(2)CAE 系統(tǒng)， NASTRAN、ANASYS(3)CAPP 系統(tǒng)， CAPPFramework(4)CAM 系統(tǒng)，在CATIA、 UGS和 Pro/E等CAD/CAM系統(tǒng)中，均包含有專門的CAM模塊(5)DFx （ design for x）系統(tǒng)， x 可代表生命周期中的各種因素，如制造、裝配、檢測等1.10 產(chǎn) 品 數(shù) 據(jù) 管 理 （ product data management，PDM）是一種幫助工程技術(shù)人員管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品研發(fā)過程的工具。 PDM 系統(tǒng)確保跟蹤設(shè)計、制造所需的大量數(shù)據(jù)和信息，并由此支持和

5、維護(hù)產(chǎn)品。1.11 數(shù)字化設(shè)計制造的特點：(1) 過程延伸；(2) 智能水平的提高； (3) 集成水平的提高。1.12數(shù)字化設(shè)計制造的性能要求：(1) 穩(wěn)定性；(2) 集成性 (3) 敏捷性； (4) 制造工程信息的主動共享能力； (5) 數(shù)字仿真能力 (6) 支持異構(gòu)分布式環(huán)境的能力； (7) 擴(kuò)展能力。第二章2.1 產(chǎn)品數(shù)字化模型是產(chǎn)品信息的載體，包含了產(chǎn)品功能信息、性能信息、結(jié)構(gòu)信息、零件幾何信息、裝配信息、工藝和加工信息等。2.2信息的表現(xiàn)形式主要以幾何信息和非幾何信息為主。2.3設(shè)計過程的零件模型為主模型，其他模型均以主模型為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行新模型的構(gòu)建。2.4 產(chǎn)品設(shè)計階段的模

6、型：(1) 概念設(shè)計階段模型： 主要從功能需求分析出發(fā)，初步提出產(chǎn)品的設(shè)計方案，此時并不涉及產(chǎn)品的精確形狀和幾何參數(shù)設(shè)計。概念設(shè)計模型包括產(chǎn)品的方案構(gòu)圖、 創(chuàng)新設(shè)計等。從數(shù)字化角度看，概念設(shè)計師在一定的設(shè)計規(guī)范下，以方案報告、草圖等形式完成設(shè)計的。(2) 零件幾何模型： 幾何模型是產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計'.的核心，是將概要設(shè)計進(jìn)行細(xì)化的關(guān)鍵內(nèi)容，是所有后續(xù)工作的基礎(chǔ)，也是最適合計算機(jī)表示的產(chǎn)品模型。幾何模型用二維或者三維模型表示。幾何模型的非幾何信息以屬性表示，屬性信息的定義以文本說明。零件幾何模型是詳細(xì)設(shè)計階段產(chǎn)生的信息模型，是其他各階段設(shè)計的信息載體，通常作為主模型。(3) 產(chǎn)品仿真模型：

7、一般不能直接在詳細(xì)設(shè)計階段產(chǎn)生的零件幾何模型上進(jìn)行。產(chǎn)品仿真模型表達(dá)了仿真分析階段的信息。(4) 產(chǎn)品裝配模型： 表示產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系、 裝配的物料清單、裝配的約束關(guān)系、面向?qū)嶋H的裝配順序和路徑規(guī)劃等。裝配結(jié)構(gòu)樹，反映產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)；屬性信息表，用來表示產(chǎn)品的非幾何信息；裝配約束模型，包括裝配特征描述、裝配關(guān)系描述、裝配操作描述以及裝配約束參數(shù)； 裝配規(guī)劃模型，用于裝配順序規(guī)劃和路徑規(guī)劃。2.5 產(chǎn)品制造階段的模型：(1) 工藝信息模型：為 CAPP提供基本信息。根據(jù)零件加工要求和尺寸、粗糙度、公差、基準(zhǔn)、加工方法等信息， 建立工藝信息模型。工藝設(shè)計的數(shù)據(jù)源來自于詳細(xì)設(shè)計階段產(chǎn)生的幾何模型和裝配

8、模型。(2) 工裝模型：是經(jīng)過不斷演化產(chǎn)生的中間狀態(tài)模型。工裝模型包含了兩大部分，工裝設(shè)計模型和產(chǎn)品過程模型。(3) 數(shù)控加工模型： 是指數(shù)控加工設(shè)計的模型和產(chǎn)生的相應(yīng) NC程序。2.6 物理樣機(jī)與數(shù)字樣機(jī)：(1) 用物質(zhì)材料制作的產(chǎn)品模型一般稱為物理模型（或物理樣機(jī)、實物樣機(jī)） 。(2) 數(shù)字樣機(jī) (Digital MockUp， DMU)是相對于物理樣機(jī)在計算機(jī)上表達(dá)的產(chǎn)品數(shù)字化模型。(3) 在 CAD領(lǐng)域，虛擬樣機(jī)的概念實際上是數(shù)字樣機(jī)的含義。(4) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)特征： 自主性、 交互性和浸沒性。2.7 幾何模型構(gòu)造的模型表達(dá)類型分為，線框模型、表面模型、實體模型。(1) 線框模型：在計

9、算機(jī)內(nèi)描述一個三維線框模型必須給出兩類信息：頂點表（存儲模型中各頂點的三維坐標(biāo)） ；邊表（存儲模型.中的各棱邊， 用指針指向個棱邊的頂點） 。它的缺點是：由于信息過于簡單，沒有面信息，所以不能進(jìn)行消隱處理；模型在顯示時理解上存在二義性；不便于描述含有曲面的物體；無法應(yīng)用于工程分析和數(shù)控加工刀具軌跡的自動計算。(2) 表面模型：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以“面 - 棱邊 - 點”三層信息表示。表面模型避免了線框模型的二義性，表示的是零件幾何形狀的外殼，不具備零件的實體特征，不能進(jìn)行物理特性計算，如轉(zhuǎn)動慣量、體積等。(3) 實體模型：一般是以“體- 面 - 環(huán) - 棱邊 -點”五層結(jié)構(gòu)信息表示模型。實體建模最常用

10、 的 是 邊 界 描 述 法 （ boundary representation ，B-Rep）和構(gòu)造性實體幾何法（ computed structure geometry， CSM）。實體建模方法在表示物體形狀和幾何特性方面是完全有效的。2.8 特征建模(1) 特征是產(chǎn)品各種信息的載體， 包括幾何信息和非幾何信息。(2) 特征分類： 形狀特征； 材料特征； 精度特征；裝配特征。(3) 特征造型的本質(zhì)還是實體造型， 但是進(jìn)行了工程語義的抽象，即語義 +形狀特征。(4) 應(yīng)用最好和最為成熟的是形狀特征設(shè)計。(5) 特征設(shè)計是在實體模型基礎(chǔ)上， 根據(jù)特征分類，對一個特征定義，對操作特征進(jìn)行描述，指

11、定特征的表示方法，并且利用實體造型具體實現(xiàn)。2.9 特征造型系統(tǒng)的基本要求：(1) 所建立的產(chǎn)品零件模型應(yīng)包括下列5 種數(shù)據(jù)類型：幾何數(shù)據(jù)；拓?fù)鋽?shù)據(jù)；形狀特征數(shù)據(jù)；精度數(shù)據(jù)；技術(shù)數(shù)據(jù)(2) 特征造型方式必須靈活多變， 應(yīng)當(dāng)允許設(shè)計這以任何形式，任意級別和任意組合的方式定義特征，以滿足各應(yīng)用領(lǐng)域的需要。(3) 造型系統(tǒng)應(yīng)能方便地實現(xiàn)特征和零件模型的建立、修改、刪除、更新，應(yīng)能單獨定義和分別引用產(chǎn)品模型中的各個層次數(shù)據(jù)對行啊，并對其進(jìn)行關(guān)聯(lián)，相互作用，構(gòu)成新的特征與零件模型。(4) 應(yīng)建立與應(yīng)用相關(guān)的映像模型， 支持產(chǎn)品模型的應(yīng)用特征分解與釋義。'.2.10 參數(shù)化設(shè)計與變量化設(shè)計(1)

12、參數(shù)化設(shè)計一般是指設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形狀基本不變， 而用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系。參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯示對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動，因此參數(shù)的求解較簡單。(2) 參數(shù)化設(shè)計的特點： 基于特征； 全尺寸約束；尺寸驅(qū)動實現(xiàn)設(shè)計修改；全數(shù)據(jù)相關(guān)。(3) 參數(shù)化設(shè)計與變量化設(shè)計的共同點：二者都強(qiáng)調(diào)基于特征的設(shè)計、全數(shù)據(jù)相關(guān)，并可實現(xiàn)尺寸驅(qū)動設(shè)計修改等。(4) 參數(shù)化設(shè)計與變量化設(shè)計的不同點：參數(shù)化設(shè)計強(qiáng)調(diào)的是尺寸全約束，而變量化設(shè)計不嚴(yán)格要求尺寸全約束，可以是過約束，也可以是全約束。參數(shù)化設(shè)計方法主要是利用尺寸約束，而變量化設(shè)計的約束種類比較廣，包括幾何、尺寸、工程約束，通過求解一組聯(lián)立方程

13、組來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀。2.11 常用的文件交換類型：(1)IGES(initialgraphicsexchangespecification)初始圖形交換規(guī)范，是國際上產(chǎn)生最早，且應(yīng)用最廣泛的圖形數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。在 IGES 文件中， 信息的基本單位是實體（ entity ）。(2)STEP （ standard for the exchange ofproduct model data ）產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)組織 （ ISO）制定的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)。 STEP的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)覆蓋產(chǎn)品的整個生命周期。形狀特征信息模型是 STEP 的產(chǎn)品模型的核心。幾何信息交換是STEP標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)

14、用著廣泛的一部分。(3)DXF(data exchange file )數(shù)據(jù)交換文件。第三章3.1 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)：是以專業(yè)設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，與以信息技術(shù)為代表的高科技充分融合，形成面向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析運(yùn)算、虛擬仿真，在數(shù)字空間完成制造。數(shù)字化設(shè)計是利用數(shù)字化技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計過程的改造、延伸與發(fā)展。3.2 “ 1+3+X”綜合設(shè)計法：采用功能優(yōu)化、動態(tài)優(yōu)化、智能優(yōu)化和可視優(yōu)化及對某種產(chǎn)品有特殊要求的設(shè)計等幾種方法來完成設(shè)計.工作。 1- 功能優(yōu)化； 3- 將動態(tài)優(yōu)化、智能優(yōu)化和可視優(yōu)化結(jié)合在一起的設(shè)計方法； X-對某種產(chǎn)品有特殊要求的設(shè)計方法。3.3 可靠性設(shè)計(1) 可靠性定義： 產(chǎn)品在規(guī)

15、定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。它包括四個要素：研究對象；規(guī)定的條件；規(guī)定的時間；規(guī)定的功能。(2) 可靠性設(shè)計常用指標(biāo)：可靠度 （ R(t) ），設(shè)有 N 個相同的產(chǎn)品在相同的條件下工作，到任意給定時間 t 時，累積有 n(t) 個產(chǎn)品失效， 其余 N-n(t) 個產(chǎn)品仍能正常工作，那么該產(chǎn)品到時間t 的可靠度為R(t)= N-n(t)/N。累積失效概率（F(t)）： F(t)=n(t)/N；R(t)+F(t)=1 。 失 效 概 率 密 度 （ f(t)）： f(t)=F (t)=(-R (t)失效率（ (t)）： (t)=n(tt )n(t) ； Nn(t )t (t)= f

16、(t)/ R(t)；(3) 可靠性設(shè)計中常用分布函數(shù)：指數(shù)分布， 當(dāng)失效率 (t) 為常數(shù)時， R(t) ， F(t) ， f(t) 都呈指數(shù)分布函數(shù)的形式。t(t ) dtR(t)= e 0t ； F(t)=1-e t ；= etf(t)=e正態(tài)分布： uz =uc -u s ；22z =cs ；ZR= uz '= ucusz'22csP(z<0)=P(t<-Z)=P(t>Z R )=1-P(t< Z R )R(4) 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度：R =R*R*RS12n(5) 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度：R =(1- R )(1- R )(1- R )S12n'.

17、9 位代碼(6) 復(fù)雜系統(tǒng)的可靠度：形函數(shù)：Ni1=2 A（ a ib i xc i y）(下標(biāo)i,j,m輪換 )eT集中載荷移植：R=NPeT面力移植： R= N P tds第五章5.1 成組技術(shù)(1) 基本原理，對相似的零件進(jìn)行識別和分組，相似的零件歸入一個零件組或零件族，并在設(shè)計和制造中充分利用他們的相似點，以獲得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。(2) 零件的相似性包括設(shè)計性質(zhì)方面的相似性和制造型之方面的相似性，是零件分祖的基礎(chǔ)。(3) 定義：成組技術(shù)是一門生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)和管理技術(shù)科學(xué)，研究如何識別和發(fā)展生產(chǎn)活動中有關(guān)事務(wù)的相似性，并充分利用它把他們之間的相似性歸類成組，并尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最

18、優(yōu)方案，已取得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。5.2OPITZ 編碼系統(tǒng)是一個十進(jìn)制的的呼和結(jié)構(gòu)分類編碼系統(tǒng)。是由德國教授 H.Opitz 領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的。(1) 第 位， 代表形狀碼， 用于描述工件的主要設(shè)計特征，其中第位代表零件類別碼，第 位代表形狀及加工碼。(2) 第 位代表輔助碼， 用于描述制造特征。5.3 我國研制的編碼系統(tǒng) JLBM-1，其基本結(jié)構(gòu)與 OPITZ 基本相同，該系統(tǒng)有 15 個碼位，每個碼位有 09 十個數(shù)字表示不同的特征項號。(1) 第 12 碼位代表零件類別碼(2) 第 39 碼位代表形狀和加工碼(3) 第 1015 碼位代表輔助碼，表示工藝信息。5.4 工藝規(guī)劃是連接產(chǎn)品設(shè)計與制

19、造的橋梁，產(chǎn)品制造一般包括工藝規(guī)劃、 生產(chǎn)設(shè)計制定、.零件加工、部件和產(chǎn)品裝配、檢驗等主要環(huán)節(jié)。其中工藝規(guī)劃一般是指零件機(jī)械加工工藝設(shè)計和產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計。5.5 機(jī)械產(chǎn)品是由零件、組件和部件組成的。裝配單元可分為零件、組件、部件和機(jī)器四種等級。5.6 計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（ computer aided process planning ， CAPP）是指利用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行工藝設(shè)計和編制工藝規(guī)程。計算機(jī)技術(shù)在在工藝規(guī)劃中的輔助作用主要體現(xiàn)在交互處理、 數(shù)值計算、 圖形處理、 邏輯決策、數(shù)據(jù)存儲與管理等方面。 從內(nèi)容上來說， CAPP 應(yīng)包括工藝規(guī)劃的全部內(nèi)容。5.7CAPP的發(fā)展，可分為三個發(fā)

20、展階段： (1) 基于自動化思想的修訂 / 創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)；(2) 基于計算機(jī)輔助的實用化CAPP系統(tǒng)；(3)面向企業(yè)信息化的制造工藝信息系統(tǒng)。5.8CAPP系統(tǒng)的三個基本組成部分： (1) 產(chǎn)品的設(shè)計信息輸入； (2) 工藝決策； (3) 產(chǎn)品工藝信息輸出。5.9CAPP 系統(tǒng)所采用的基本工藝決策方法有以下兩種：(1) 修訂式方法（variant approach）：修訂式方法也稱為派生式方法，其基本思路是將相似的零件歸并成零件族，設(shè)計時檢索出相應(yīng)零件族的標(biāo)注工藝規(guī)程，并根據(jù)設(shè)計對象的具體特征加以修訂。(2) 生成式方法（ generative approach ）：生成式方法也稱為創(chuàng)

21、成式方法，其基本思路是將人們設(shè)計工藝過程時的推理和決策轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以處理的決策邏輯、算法，在使用時由計算機(jī)程序采用內(nèi)部的決策邏輯和算法，依據(jù)制造資源信息，自動生成零件的工藝規(guī)程。5.10 常用的決策方法有決策表和決策樹等。5.11 工藝決策專家系統(tǒng)(1) 所謂專家系統(tǒng)， 就是一種在特定領(lǐng)域內(nèi)具有專家水平的計算機(jī)程序系統(tǒng)，它將人類專家的知識和經(jīng)驗以知識庫的形式存入計算機(jī)，并模擬人類專家解決問題的推理方式和思維過程，運(yùn)用這些知識和經(jīng)驗對現(xiàn)實中的問題做出判斷和決策。(2) 專家系統(tǒng)的三個組成部分： 零件信息輸入模塊、推理機(jī)和知識庫。其中，知識庫和推'.理機(jī)是專家系統(tǒng)的兩大主要組成部分，知識

22、庫是專家系統(tǒng)的核心。(3) 專家系統(tǒng)中使用的三種推理方法：正向演繹推理、反向演繹推理和正反向混合演繹推理5.11 物料清單BOM（ bill of material）是描述用于制造一個產(chǎn)品的所有零件、組件、部件和原材料的表單， 并給出了它們的類型、編號、數(shù)量及其裝配關(guān)系。(1) 設(shè)計部門產(chǎn)生的是工程 BOM（ EBOM）(2) 工藝部門產(chǎn)生的是制造 BOM（ MBOM）(3) 制造部門產(chǎn)生的是質(zhì)量 BOM（ QBOM）第六章6.1生產(chǎn)過程是指圍繞完成產(chǎn)品生產(chǎn)的一系列有組織的生產(chǎn)活動的運(yùn)行過程。6.2生產(chǎn)過程的組織形式可以按照生產(chǎn)工藝專業(yè)化（job shop）和產(chǎn)品對象專業(yè)化 （ flow sh

23、op）原則進(jìn)行分類。(1) 按照生產(chǎn)工藝專業(yè)化的原則分類，常見的形式有：鍛造車間、鑄造車間、機(jī)械加工車間。(2) 按照產(chǎn)品對象專業(yè)化的原則分類，常見的形式有：汽車生產(chǎn)線、家電生產(chǎn)線。6.3按照生產(chǎn)的連續(xù)程度生產(chǎn)類型可以分為連續(xù)型生產(chǎn)和離散型生產(chǎn)兩種類型。機(jī)械加工是典型的離散加工類型。根據(jù)產(chǎn)品的品種的產(chǎn)量，離散型生產(chǎn)可進(jìn)一步分為：(1) 大批量生產(chǎn)，最典型的例子是汽車制造業(yè)。(2) 單件小批量生產(chǎn)， 如船舶、 大型電機(jī)、 橋梁、大型建筑等。(3) 多品種小批量生產(chǎn)， 主要特點是通常應(yīng)用成組技術(shù)。(4) 大批量定制生產(chǎn)6.4 生產(chǎn)管理是企業(yè)對所有和生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)有關(guān)活動的管理，是對生產(chǎn)過程所涉

24、及的活動進(jìn)行計劃、組織與控制。(1) 狹義的生產(chǎn)管理主要包括生產(chǎn)管理和生產(chǎn)控制兩個方面。(2) 廣義的生產(chǎn)管理主要包括與企業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的計劃、組織和控制等活動。6.5 數(shù)字化生產(chǎn)管理的特點： (1) 實時性； (2) 精確性； (3) 集成性； (4) 自反饋性； (5) 決策支持。.6.6 在現(xiàn)代生產(chǎn)管理過程中，把用于生產(chǎn)管理的各種軟硬件與管理方法和制造過程集成起來，形成數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)。它的主要功能包括： 計劃管理、 資源管理、 庫存管理、生產(chǎn)過程控制等。數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)是計算機(jī)軟硬件、生產(chǎn)管理理念與生產(chǎn)過程的集成。6.7物 料 需 求 計 劃 （ materialresourcepla

25、nning ， MRP）(1)MRP 是以生產(chǎn)計劃為基礎(chǔ)，結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和庫存信息來制定生產(chǎn)計劃和采購計劃(2)MRP 的基本原理： 是將企業(yè)產(chǎn)品中的各中物料分為獨立物料和相關(guān)物料，并按時間段確定不同時期的物料需求，基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的物料需求組織生產(chǎn)，根據(jù)產(chǎn)品完工日期和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)制訂生產(chǎn)計劃，從而解決庫存物料訂貨與組織生產(chǎn)的問題。(3) 主計劃是獨立需求計劃， MRP是相關(guān)需求計劃。6.8 制造資源計劃（MRP）(1) 在 MRP的基礎(chǔ)上增加了財務(wù)管理和銷售管理(2) 基本思想：基于企業(yè)經(jīng)營目標(biāo)制訂生產(chǎn)計劃，圍繞物料轉(zhuǎn)化組織制造資源，實現(xiàn)按需按時生產(chǎn)。6.9 企業(yè)資源規(guī)劃（ enterprise

26、resource planning ， ERP），涉及企業(yè)供應(yīng)鏈的所有管理。6.10MRP （ manufacturing resource planning ） /ERP 和 MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）集成階段，管理系統(tǒng)加入了生產(chǎn)狀況反應(yīng)信息。 6.11 制造計劃又稱為生產(chǎn)計劃， 是為制造企業(yè)、制造車間或制造單元等制造活動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)制定在未來一段時間內(nèi)所完成的任務(wù)和達(dá)到的目標(biāo)。制造計劃按照不同的層次，可以分為三類計劃：(1) 企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃： 一般來說， 戰(zhàn)略規(guī)劃是由高層管理人員參與制訂，它的覆蓋周期通常為 35 年或者更長。(2) 生產(chǎn)經(jīng)營計劃： 企業(yè)戰(zhàn)術(shù)層的經(jīng)營計劃比戰(zhàn)略規(guī)劃的時間跨度要短一些

27、，通常為一年左右。在企業(yè)中，經(jīng)營計劃的制定往往由生產(chǎn)計劃部門負(fù)責(zé)。(3) 執(zhí)行作業(yè)計劃： 執(zhí)行作業(yè)計劃的生產(chǎn)周期'.一般比較短，集中在戰(zhàn)術(shù)層和執(zhí)行層。6.12 數(shù)字化制造計劃系統(tǒng)主要有：(1)MRP 計劃系統(tǒng)：是一種將庫存管理和生產(chǎn)進(jìn)度計劃集合在一起的計算機(jī)輔助生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)。MRP的計劃原理： MRP計劃是以零部件為對象的生產(chǎn)進(jìn)度計劃。通常，它是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的零件層次關(guān)系，來編制零件的生產(chǎn)進(jìn)度。 MRP計劃最為關(guān)鍵的文件形式就是物料清單 BOM，以此來描述零件在產(chǎn)品中的層次關(guān)系和數(shù)量。 MRP計劃系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計文件、工藝文件、物料文件和生產(chǎn)提前期（ lead time ）等資料

28、自動生成 BOM表。 MRP在編制零部件的生產(chǎn)進(jìn)度時，它是以產(chǎn)品的交貨期（或計劃完工日期）為基準(zhǔn)，朝著工藝過程的逆向，按生產(chǎn)投入提前期的長度，采用倒排法來編制。滾動計劃（ rolling plan ）是一種動態(tài)編制計劃的計劃方法，滾動計劃編制規(guī)則是每走一步向前看兩步。滾動計劃一般把計劃分為三個時區(qū)，執(zhí)行區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)和展望區(qū)。離當(dāng)前最近的是執(zhí)行區(qū)，最遠(yuǎn)的是展望區(qū)。按滾動計劃而編制方法是每經(jīng)過一個執(zhí)行區(qū)編制一次計劃， 每個計劃的長度仍為8 個星期。 MRP的滾動期通常設(shè)為周，班組的生產(chǎn)日程規(guī)劃每天滾動一次。每滾動一次，計劃就重編一次，為了減少重新編制的操作采用了兩種方式切換進(jìn)行的方式，即采用凈改變（

29、net change ）和完全重編 （ regeneration ）。凈改變只修改計劃期內(nèi)有變化的部分，局部重編。完全重編則要運(yùn)行一次計劃編制程序，重新一個新計劃。(2)JIT（ just in time）計劃系統(tǒng)： JIT計劃的核心思想是在需要的時候才去生產(chǎn)所需要的品種和數(shù)量，不要多生產(chǎn)，也不要提前生產(chǎn)。 JIT計劃系統(tǒng)又稱豐田生產(chǎn)系統(tǒng)。 JIT屬于拉式系統(tǒng)，是由需求驅(qū)動的，而MRP等推式系統(tǒng)，是有計劃驅(qū)動的。拉式系統(tǒng)不制訂主生產(chǎn)計劃?？窗迨?JIT 計劃系統(tǒng)中最為重要的管理工具?？窗宓淖饔檬莻鬟f信息?？窗宓姆N類有生產(chǎn)看板、運(yùn)輸看板、外協(xié)看板和臨時看板.等。看板使用規(guī)則如下： 看板必須跟隨實

30、物，與工件一起轉(zhuǎn)移；每一種看板嚴(yán)格按照自己的路線運(yùn)行；看板必須對所需工件提供完整的信息；不合格產(chǎn)品不能使用看板。(3)TOC 計劃系統(tǒng)：約束理論 （ TOC）的指導(dǎo)思想實質(zhì)上是尋求系統(tǒng)的關(guān)鍵約束點，集中精力優(yōu)先解決主要矛盾。 TOC 計劃系統(tǒng)，首先確定瓶頸工序和瓶頸資源，編制產(chǎn)品關(guān)鍵生產(chǎn)計劃，在確認(rèn)關(guān)鍵件的生產(chǎn)進(jìn)度的前提下，再編制非關(guān)鍵件的生產(chǎn)計劃，一般來說，瓶頸工序的前導(dǎo)和后續(xù)工序采用不同的計劃方法，以提高計劃的可執(zhí)行性。(4)APS 高級計劃排產(chǎn)系統(tǒng)：是進(jìn)行優(yōu)先能力計劃的應(yīng)用系統(tǒng)，它是基于約束理論，通過事先定義的規(guī)則，由計算機(jī)自動進(jìn)行排產(chǎn)的過程。6.13 生產(chǎn)調(diào)度（ productsche

31、duling）是在生產(chǎn)作業(yè)計劃的基礎(chǔ)上確定生產(chǎn)任務(wù)（入工件）進(jìn)入車間的順序以及車間運(yùn)行中各種制造資源的實時動態(tài)調(diào)度。一般將生產(chǎn)調(diào)度又分解為生產(chǎn)任務(wù)的靜態(tài)排序、動態(tài)排序和系統(tǒng)資源實時動態(tài)調(diào)度三個子問題。(1) 生 產(chǎn) 任 務(wù) 的 靜 態(tài) 排 序 （ off-line sequencing ）是指根據(jù)零件生產(chǎn)作業(yè)計劃規(guī)定的生產(chǎn)進(jìn)度，進(jìn)一步具體地確每個工件在每臺設(shè)備上的加工工序和生產(chǎn)進(jìn)度，同時也確定了每臺設(shè)備、每個工作人員、給個工作班次的生產(chǎn)任務(wù)。生產(chǎn)任務(wù)排序分類： 按機(jī)器的數(shù)目的不同，可以分為單臺機(jī)器的排序問題和多臺機(jī)器的排序問題。按工件到達(dá)的情況不同，可以分為靜態(tài)排序問題和動態(tài)排序問題。按目標(biāo)函

32、數(shù)的不同，可以分為使平均的流程時間最短的排序問題和使誤期完工工件數(shù)量最少的排序問題。生產(chǎn)任務(wù)排序方法：約翰遜法；關(guān)鍵工序法；優(yōu)先規(guī)則法。(2) 生產(chǎn)任務(wù)的動態(tài)排序（ on-line or real time sequencing ）：使用最多的動態(tài)排序算法是人工智能領(lǐng)域的啟發(fā)式規(guī)則和遺傳算法等。6.14 制造執(zhí)行系統(tǒng)（ MES）在數(shù)字化生產(chǎn)管理中起到了承上啟下的作用。數(shù)字化生產(chǎn)管'.理系統(tǒng)的層次模型：（ 1）計劃層：數(shù)字化生產(chǎn)管理中的計劃系統(tǒng)，以客戶訂單和市場需求為計劃源頭，充分利用企內(nèi)的各種資源，降低庫存，提高生產(chǎn)經(jīng)營的效益。從數(shù)字化生產(chǎn)管理的角度來看， MRP /ERP 屬于企業(yè)的計劃層。（ 2）執(zhí)行層： 上層和底層的信息樞紐， 強(qiáng)調(diào)計劃的執(zhí)行和制造過程的控制，把上層的計劃層和車間的生產(chǎn)現(xiàn)場控制有機(jī)地集成起來。（ 3）控制層： 對生產(chǎn)設(shè)備的開啟、 運(yùn)行和停止進(jìn)行控制等，完成計劃指令和制造指令執(zhí)行的控制。第七章7.1數(shù)字控制（ numerical control， NC），簡稱數(shù)控，是一種自動控制技術(shù)，使用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)字控制的對象是多