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  • 企业机电产品设计制造与加工过程综合管理平台开发

    发布时间:2019-11-10 来源:www.boshuolunwen123.com  作者:博硕论文辅导网

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    企业机电产品设计制造与加工过程综合管理平台开发
    学科专业名称及代码:机械制造及其自动化
        近几年来,随着现代科学和现代化技术的迅猛发展,计算机技术的口趋成熟,计算机在机械领域的应用也越来越广泛。在全球经济一体化的大背景下,企业为了能够在激烈市场竞争中获得一席之地,也逐渐的开始使用CAD/CAM, CAPP等计算机辅助技术。这些技术在给企业带来可观效益的同时也增加了各种各样的技术数据和文档,以及各个部门之间不能进行及时有效的信息沟通与数据的实时共享等诸多问题,成为企业不断向前发展的最主要的瓶颈所在。
    对于一个现代化的企业而言,能否将企业的各类数据和技术文档进行科学化的管理、统一的调配、实时的共享,实现设计、制造、加工、数据管理的一体化已逐渐成为企业提高其核心市场竞争能力的关键所在。因此,如何科学化的管理在生产过程中产生的技术数据和文档,并将这些技术文件进行及时的数据共享并使之成为企业发展的新动力,一直是现代化管理企业不断努力追求的目标,亦是本文所研究的重点。
    一、企业机电产品设计制造与加工过程综合管理平台的概述
        智能化制造技术和集成化制造技术的不断发展,使信息的智能化处理,以及数据库的建立成为当今信息化的一个必然趋势。企业机电产品设计制造与加工过程综合管理平台是集产品的设计、制造、加工、以及生产过程中的数据管理于一身的综合性管理平台,主要包括数字化设计,制造工艺数字化,产品数据管理三大部分。
    1.1数字化设计
        数字化设计主要指在计算机科学的辅助之下进行产品的相关设计,以数字为基础建立产品的模型并应用于产品生产的全过程「3, 4]。如CAD/CAM等数字化设计软件,这些数字化设计软件的使用,改变了古老的手工设计的方式,大大减少了产品的设计周期,省下了大量财力与物力,并可以排除设计过程中的重复性与不合理性。另外并行化设计也是数字化设计的显著优势,数字化设计使产品可以通过不同的设计人员在同一时间对产品进行设计,统一对产品进行装配,最大限度的提高了设计质量与设计效率。
    1.2制造工艺数字化
        制造工艺数字化是指工艺文件能够对典型的加工工艺文件,流程管理以数字化的形式进行管理,使其能够集成使用「8-10' o  CAPP的广泛应用成为制造工艺数字化的灵感来源,虽然CAPP的功能已近乎接近制造工艺数字化的基本理念,但是和全面的制造工艺数字化还是有一定的差距。制造工艺数字化可以很大程度上将工艺文件进行科学有效的集成,并以数据库技术为依托,达到数据的分享使用。
    1.3产品数据管理
        产品数据管理(Product Data Management)的定义并不是“意如其名”,想给其一个准确的定义并不那么容易。一般广义来讲,产品数据管理是以软件技术作为基础,来管理所有与产品全生命周期相关的信息和所有与产品全生命周期相关过程的一门技术「11, lz}。产品数据管理作为集成制造的管理平台,可以科学有效的管理产品全生命周期内的数据,并将信息进行必要的处理,使生产过程中的信息进行最大程度的集成与共享。近几年来,随着企业科化学管理的概念在企业内的认同度不断地提高,产品数据管理在很多企业内也得到了长足的发展,也逐渐成为了企业进行现代化信息管理和提高自身市场竞争实力的重要途径之一,它也必将成为企业未来不断进步的主要方向。
    二、国内外研究现状及应用
    2.1国外研究现状和技术现状
        1、国外研究现状
        自从集成制造以及并行化设计提出以来,许多企业都将目光放在了这种综合的数据管理平台上,国外的许多企业和科研机构也纷纷开始这方面的研究,尝试开发支持集并行设计、集成制造、统一管理的综合管理平台,并且现在已经取得了一定的成果。美国的一些汽车公司,例如通用汽车以EDS开发的数据管理平台为依托,建立了其全新产品的开发环境,使其在开发新车型时将原来的分布式的开发过程集中起来,达到设计部门、研发部门、评估部门、分析部门、工艺部门等多部门集中在一起,在此平台上进行并行化的设计,使各个部门联动起来,进行实时的数据分析与共享,解决掉了原有的那种“孤岛式”的开发模式,很大程度上缩短了产品的研发时间,最大限度的节约了企业研发成本,新产品的售价也比同等车型要低得多。其他的一些大型公司,例如劳斯莱斯公司,以PTC公司Optegra产品为依托,将数字化设计软件如CAD等嵌入到软件之中,支持多人并行化设计,给企业带来了空前的经济效益。波音公司,福特公司等也都在加快管理平台的开发和使用,相信在不久的将来也会给其带来很不错的经济效益。
        2、国外技术现状
        (1)WTC(workgroup technology corporation)的Product Center     WTC的产品功能致力于为企业找到一种各部门间的协作和沟通的桥梁,搭建一个系统网络,通过这个网络在全企业范围之内进行数据资料的共享与发布。该产品还提供个人将最新的研究成果和数据进行上传发布,搭建企业了内部的新技术交流平台,大大增加了企业员工的创新热情并激发员工的创新热情。
        (2)SDRC(Structural Dynamics Research Corporation)的Metaphase enterprise
        SDRC的商用化产品Metaphase enterprise可以满足企业很广泛的需求,它内部含有外部程序的连接借口,可以连接其他的外部程序与系统,实现无缝集成。另外该产品有很齐全的用户功能接口,这些接口可以实现网络化,可以通过把java applets通过网络下载至用户的客户端,然后按照用户的不同提供不同的用户接口供给各个部门进行使用。允许使用者在全企业局域网络范围内进行数据的共享。
        (3)工BM的ENOV工APM
        ENOV工APM是目前使用最为广泛的一个综合数据管理平台。它是一个高度集成、面向使用者的一个软件包,在企业生产制造和研发过程中起到控制数据的作用。它最主要的优点就是它具有很好的兼容性,可以实现与其他形式的软件高程度的兼容和融合,提高产品的应用和实用性。
        (4) Unigraphics的工MAN
        工MAN的Web包括工MAM/web browse:和工MAN/web reviewe:两个基本功能。工MAM/web browse:主要是针对那些不会再生数据的用户来开发的。它只是用来检索和查阅后台数据库内部的数据信息,可以通过登录指定的工MAN后,检索需要的信息。工MAN/web reviewe:不仅可以实现前者的所有功能,还能通过人机交互界面对数据进行相应的管理,可以实现数据的增加、修改与标注,并且可以对不认可的信息进行回绝。
        (5)PTC(Parametric Technology Corporation)的Windchill
        PTC的Windchill是全世界范围内公认的最先进的数据综合管理平台系统之一。它将使用者和系统服务器很好的融合起来,达到了便于管理、便于实施、便于使用的诸多优点。他可以实现产品全生命周期的所有关于产品的信息进行管理和交流共享,它采用了所有最先进的计算机技术,每个功能模块的开发都是在标准的工nternet和数据库技术,可以实现真正意义下的网络化。
        Windchill所有的用户接口都是使用的HTML作为信息交流与双方通讯的标准。Java applets的成功使用实现了良好的交互应用的能力。及时和高效的管理模式,方便了企业对于客户端的统一管控。标准的网络服务协议提高了系统的安全性。
        总体来讲,国外在综合管理平台开发方面的技术还是比较成熟的,一些国际知名的大公司开发的综合管理平台已经能在企业中得到很好的应用,并且得到了企业的普遍认可和一致的好评。随着科技的发展,综合管理平台的技术也会不断地完善,功能也会口趋强大,成为新时代下企业在激烈市场竞争中的一把利器。
    2.2国内研究情况
        在全球一体化的商业时代,很多软件开发公司也将目光锁定在中国的市场,因此,一些大型的综合管理平台软件也相继涌入进来,如EDS的工man等。国内的研发相对于国外来说开始的比较晚,随着近几年国内企业对数据综合管理平台的需求不断加大,国内的一些企业以及科研机构也加大了这方面的研究,也取得了一定的成果。如华中科技公司出品的工the PDM等,但是总体而言,无论是在规模还是使用的方便性都和国外有着显著地差距,总体规模还是较小,许多企业都存在投入与产出不协调的问题,与预期的设想存在一定的差距。
        目前就国内来讲,企业对此系统的需求主要有文档管理、产品研发管理、产品全生命周期的管理三个层次,旨在建立一套集成化、智能化、网络化、标准化、快速定制化和客户方便化的管理平台。可以达到多部门迅速反应,多轴联动的运作模式,提高整个企业的研发和管理能力。许多企业也在为此目标而不懈努力,近年来也取得一定的成果:
        (1)国内的清华同方公司开发出了一套“基于CORBA/Web的综合管理平台”,这是该公司在国家“863计划”中承担的重大科研项目之一。该项目在产品综合管理平台开发等诸多领域进行了系统、深入的开发与研究。旨在通过努力让国内开发的产品数据管理系统进军国际先进水平行列。
        (2)艾克斯特的XTPDM解决了不同平台的集成方面的难题。可以在此平台上对于不同的设计软件、分析软件、办公软件进行高度集成,实现了数字化设计与管理。除此之外还可以实现对基于该平台开发的CAPP等软件进行集成。
        (3)欧磊公司的SmarGroup是该公司独立开发,拥有自主知识产权的综合管理平台系统。系统将数据库和电子保险箱进行科学的分布式处理,达到了很好的使用效果。    (4)清华英泰的TiPDM3. 6把零件的管理作为其系统的管理核心,改变了以前把图纸作为管理重点的传统管理模式,很大程度上解决了一个零件拥有多个图纸和一个图纸适合多个零件的问题。TiPDM3. 6可以实现产品从研发到形成成品的所有数据的科学化管理,可以集成多种外部软件。数据管理方面可以实现数据的科学管理与有效利用;产品方面可以辅助企业实现产品的研发与设计,对零件的设计以及加工过程进行实时的监控,对问题进行及时的处理,对数据进行有效的沟通与共享;过程方面可以实现系统的优化设计、审验、申请、发布、变更数据实时更新等,提供了一个并行化、协作化的平台。
        总体来讲,国内在综合数据管理平台方面技术还不是很成熟。从技术方面来讲,技术水平较国外还是具有一定的差距,有些关键性的技术还不完全掌握,存在一定的技术空白,例如数据的安全性和网络化等方面还是需要进行深入的研究;从功能方面来讲,目前国内一些公司开发的数据综合管理平台的功能不是很强大,也不是很完善,有些关键的功能还有待开发;从应用情况方面来讲,虽然目前国内的企业这方面的需求很大,但是国内公司还没有开发出能真是适合某一企业的综合管理平台,应用并不广泛;从性价比方面来讲,国内的综合管理平台目前的售价还是比较高的,而且功能并不尽如人意,所以也限制了综合管理平台的进一步发展。
        近年来,德国“工业4. 0 "概念的提出,在国际社会得到了普遍的认可和高度的关注。我国也提出了“中国制造2025”等一系列的重大战略目标,智能制造与互联网+等技术得到了国家的推动与大力支持。信息技术与制造技术深度融合的数字化、网络化、智能化成为未来制造业发展的重要方向。信息物理融合技术的发展会助推中国两化深度融合,推动中国制造业的转型升级。李克强总理在《2015年政府工作报告》中指出:“要实施“中国制造2025",坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展,加快从制造大国转向制造强国……促进工业化和信息化深度融合,开发利用网络化、数字化、智能化等技术,着力在一些关键领域抢占先机、取得突破。”综合管理平台便隶属于智能化和网络化制造的技术领域之内,必定会在接下来的口子中得到国家的高度重视。在推行数字化、网络化、智能化制造、提高产品设计能力、推行绿色制造、强化制造技术基础等政策的推动下,相信在不远的将来国内的机械制造企业在智能化制造以及数据管理方面也定会跻身国际领先水平。
    2.3国内中小企业实施产品综合管理平台的困难
        目前,国内的许多中小企业实施产品设计制造及其加工全过程的综合管理平台还存在诸多困难,这也成为中小企业发展的瓶颈所在,纵观国内的中小企业,实施综合管理平台的困难主要有一下几点:
        (1)企业资金有限,购买国外大型公司开发的管理平台的价格普遍很高,而且交付时间也过于长,使企业在短时间内不能获得效益,存在“心有余而力不足”的情况。    (2)购买的管理平台是针对大多数公司而设计研发的,很少有专门为中小企业的使用需求而开发的管理平台,购买的综合管理平台好多功能并不是中小型企业真正所需,所以存在性价比不均衡的情况。
        基于以上两点,中小型企业对投入资金较少,交付时间较短,功能能够真正适合自己企业的“定制式”综合管理平台更加“情有独钟”。这种定制式的管理平台能最大化产品的性价比,使用性强,实用性高。对于中小型企业而言,这种定制式的管理平台具有很高的价值。
    三、课题来源及研究的主要内容
    3.1课题来源
        本课题来源于企业横向科研项目。
        该企业是一家专门从事非标准零件制造的企业。产品型号,技术文档,数据,工艺文件较多,而且冗杂。对于这些技术文件,图档的管理还是以纸质文件的形式进行存放,重复使用率极低。设计部门、制造部门、工艺部门等部门信息相对比较独立,彼此间形成“信息孤岛”,很多时候设计出来的产品在制造的时候会产生问题,在制作工艺时,又会遇到一些新的问题,致使一件新的产品需要进行反复更改才能最终加工出来,产品研发周期长,而且好多都是无用功,浪费了大量的财力与物力。因此,该企业急于科学化的管理这些技术文件,开发出一款真正适合其企业特征的,集产品设计、制造与加工过程于一身的综合管理平台。本课题正是在此情况下应运而生。
    3.2课题研究的主要内容
        本课题基于企业的实际生产中所遇到的问题与困难,主要对下面若干个方面进行深入研究:
        1、对企业机电产品设计制造与加工过程综合管理平台的需求进行分析研究,通过分析企业对管理平台的需求,构建机电产品设计制造及其加工过程综合管理平台的体系结构。
        2、对企业机电产品设计制造与加工过程综合管理平台数据管理类模块的开发进行研究。这也是本课题研究的重点。根据企业实际情况与功能需求,构建数据管理基本模块,对数据管理模块进行设计,分析与开发,实现对零件管理,文档管理,图形文件管理、工艺文件管理,对各类形式的清单,报表的打印等功能。
        3、对企业机电产品设计制造与加工过程综合管理平台辅助设计模块的研究。辅助设计模块作为综合管理平台的不可或缺的组成模块,主要对以下两个方面进行研究。
        (1)对数字化设计软件的嵌入进行研究。在管理平台中嵌入数字化设计软件,使并行化设计成为可能,可以大大提高设计效率,节约设计成本。
        (2)对计算机辅助工艺设计模块进行研究。计算机辅助工艺设计模块的嵌入,使制造工艺数字化变成可能。计算机辅助工艺设计分为派生式、检索式、专家系统等,这里主要对检索式CAPP系统的嵌入进行研究,达到设计与管理的无缝连接。
    四、小结
        本文首先介绍了实施机电产品加工制造及加工过程综合管理平台的意义,对管理平台进行了概述,分别介绍了数字化设计、制造工艺数字化、产品数据管理的基本概念。其次,对国内外现状及应用进行了介绍,分析了中小企业在产品设计制造及其加工过程综合管理平台应用方面存在的困难。最后对本课题主要的研究内容进行了介绍。
     

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