2第二章CIMS体系结构及系统设计方法

2014.7夏绪辉武汉科技大学机械自动化学院工业工程系第二章CIMS体系结构及系统设计方法武汉科技大学机械自动化学院工业工程系2014-7第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.1CIMS的体系结构2.2CIMS支撑环境（网络数据库）组成2.3CIMS分系统组成与体系结构2.4CIMS系统设计方法支撑环境：服务器、交换机、光纤、通信协议、网络接口和软件等构成网络C/S分布式DB集中式DBBWD应用环境：计算机、工作站、操作系统、DBMS等应用软件CADCAPPCAMPDM销售采购、仓储MRP-II财务人力资源质量标准质量数据采集质量分析评价质量控制策略制造装备物料运输和存储设备搬运机器人立体仓库C3P分系统ERP分系统CAQ分系统MAS分系统第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.1CIMS的体系结构支撑环境——网络组成：服务器、光纤、交换机、网关、网桥、路由器、通信协议等软硬件构成支撑环境——数据库：DB2、ORACLE、SYBASE、IMFOMIX、SQL-SEVER分布式数据库，可以通过浏览器等多种方式对数据库进行访问第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.2CIMS支撑环境（网络数据库）组成2.3.1MAS（制造自动化分系统）组成1）制造装备：加工设备（自动线、数控机床、FMS等）、测量设备（三坐标测量机、各种量仪等）、辅助设备（刀具、夹具等）2）物料运输和存储设备：运输物料小车、上下物料装置、搬运机器人、自动化立体仓库等3）车间作业计划：生产计划分解、任务分配、车间物料需求计划、加工能力平衡等第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.3CIMS分系统组成与体系结构CAD—计算机辅助设计CAPP—计算机辅助工艺设计CAM—计算机辅助制造PDM—产品数据管理2.3.2C3P（CAD/CAPP/CAM/PDM分系统）组成第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.3CIMS分系统组成与体系结构产品结构树(EBOM)产品图纸三维模型产品工艺文件MBOM典型工艺文件工艺设计资源其他...统一产品数据模型统一的产品数据库(电子仓库)统一的产品数据(含工艺文件)管理系统（PDM）数据管理,数据查询,数据共享,安全,版本,更改,发放,工作流程,电子邮件...网络CAD电子文档电子文档电子文档电子文档CAPPCAM相关部门产品数据管理（PDM）MRP—物料需求计划MRP-II—制造资源计划ERP—企业资源计划主要功能：1）信息处理：采集、传输、加工、查询；2）事务处理：经营计划、物料、生产、财务、人力资源管理等；3）辅助决策：预测未来。2.3.3MRP—MRP-II—ERP（管理信息分系统）组成第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.3CIMS分系统组成与体系结构2.3.4CAQ（质量控制与管理分系统）组成第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.3CIMS分系统组成与体系结构第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法如何建立现实和计算机这两个世界之间的映射关系呢？2.4.1概论模型（系统）是抽取研究对象的本质特征，忽略掉或精简掉一些非本质因素后的表示法。这种表示法的形式：数学公式；缩小的物理装置；图形表格；某些特性或规则的语言文字的叙述。在研究过程中有一种共同语言，能毫不含糊地进行分析研究和交流。第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法在集成制造系统建模，已有若干公认比较成熟的建模方法：过程链模型EPC；功能模型IDEF0；数据流程图DFD；信息模型E-R等。集成建模方法正是要研究这些方法及模型之间的关系，以便在其间建立有效的链接和相互的映射。说明：目前没有一种建模方法能够全面地建立制造系统的模型。2.4.1概论第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法广泛用来描述企业事件与经营过程的一种传统方法，事件驱动的过程链模型(Event-drivenProcessChain)，简称为EPC模型。主要被用于企业的经营过程重构(BPR)、过程模型的定义与控制等。EPC的主要元素就是功能和事件：功能被事件触发，功能也能产生相应的事件。经营过程的控制流就这样由交替出现的功能和事件彼此连接而构成，控制流的分支选择、汇合连接以及并发进行，则通过逻辑操作符(如：与、或、异或)或者更复杂的表达式来完成。2.4.2事件驱动的过程链模型（EPC）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法2.4.2事件驱动的过程链模型（EPC）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法主要元素：功能和事件事件：当过程的状态（参与过程的信息状态）发生改变时即产生业务事件，通常是对完成某一功能而做出的响应。如：MRP（产生一个采购计划和一个生产作业计划）等功能：完成一个活动或者一项任务，也可通过激活应用来自动完成。如：数据分类统计，审批，更改等说明：工作流程由交替出现的功能和事件彼此连接而构成；控制流的分支选择、汇合连接以及并发进行，则通过逻辑操作符(比如与、或、异或)完成。2.4.2事件驱动的过程链模型（EPC）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法其他元素：控制流、逻辑操作符、信息对象、组织单元。控制流：连接功能与事件的有向弧，用以表示过程的控制逻辑。逻辑操作符：用来实现控制流的分支与汇合，主要包括与、或、异或三类简单的逻辑操作。信息对象：完成功能时所需要的数据信息，它们既可以作为功能的输入，也可以是功能输出的结果。组织单元：负责执行功能单元的组织。注意：主线条、关联、业务流程重构或重组。2.4.2事件驱动的过程链模型（EPC）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法2.4.2事件驱动的过程链模型（EPC）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法1981年，在美国空军公布的ICAM（IntegratedComputerAidedManufacturing）工程中，首次采用了名为“IDEF”的方法。IDEF是ICAMDefinitionMethod的缩写，后来就称之为IntegrationDefinitionMethod，简称IDEF。IDEF0描述系统的功能活动及其联系模型方法。2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法1.基本概念工调规则盒子的边表示所进入或离开的箭头的作用。它们分别是输入、控制、输出与机制IDEF0模型由一系列图形组成，图形的元素由盒子及箭头构成。盒子表示活动，箭头表示处理的事件。2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法控制（C）：表示活动的条件、规则或约束；输入（I）：表示为完成此活动所需要的数据；输出（O）：表示执行活动时产生的数据；机制（M）：是执行活动的人或设备。说明：1.每个活动盒子至少有一个控制箭头，不允许既没有输入又没有控制。2.输入与输出的关系就是活动（盒子），是将输入数据转变为输出数据的一种变换。1.基本概念2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法输入输出（I/O）箭头：表示活动进行的是什么(what)；控制（C）箭头：表明为何这么做(why）；机制（M）箭头：表示如何做(how)。1.基本概念2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法示例：1.基本概念2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法ICOM码表示法：1.基本概念2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法结点树：1.基本概念2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法（1）建立一张数据表，列出在父图范围内首先想到的一些活动；（2）对作用在数据上的活动进行命名，用盒子将活动名包围起来；（3）布置合适的箭头；（4）画出草图；（5）检查图形目的、观点及平衡性、精确性，必要时写出文字说明重要部分。2.怎样画IDEF0图2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法3.CIMS的IDEF0图例2.4.3系统功能模型（IDEF0）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法数据流程图(DataFlowDiagram，简称DFD)采用图示化的形式说明在一个系统（局部）中，输入的数据是什么，输出的数据是什么，对数据进行怎样的转换或处理，DFD图可以清晰地表达信息系统中的数据流程或信息流程，是描述现行系统中各职能部门业务流程的一种工具。1.基本概念2.4.4数据流程图（DFD）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法2．数据流程图的基本符号数据流程图有外部实体、处理过程、数据流、数据存贮四种基本元素，这些元素均用图示的形式表示，称之为DFD的基本符号。外部实体处理过程数据流数据存贮2.4.4数据流程图（DFD）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法（1）外部实体外部实体是指不受系统控制，在系统以外的人和事，它表达了系统中有关数据的外部来源或去处。例如，顾客、供应商。供应科、技术科等，外部实体也可以是另外一个信息系统，它向该系统提供数据或接收来自该系统向它发出的数据。2．数据流程图的基本符号2.4.4数据流程图（DFD）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法（2）处理过程处理过程是对数据进行的变换操作，即对流向它的数据进行一定的处理变换，产生出新的数据。处理过程采用圆框表示，在圆框内的说明该处理过的名称。2．数据流程图的基本符号2.4.4数据流程图（DFD）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法（3）数据流数据流采用带箭头的线表示。箭头的方向指出了数据流动的方向。数据流可以由某个外部实体产生，也可以由某个处理过程产生，还可以来自某个数据存储。对每个数据流都要进行简单的描述，使用户或系统设计人员能够理解它的含义。2．数据流程图的基本符号2.4.4数据流程图（DFD）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法（4）数据存储数据存储表示系统中临时或永久保存的数据，以备调用。2．数据流程图的基本符号2.4.4数据流程图（DFD）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法数据流程图是用来描述数据处理的过程，数据流程图表示“做什么”，并不表示“如何做”。作图步骤如下：(1)找出数据的源点与汇点，也就是外部实体；(2)找出外部实体的输入、输出数据流；(3)从外部实体的输入点开始，按照系统的逻辑流程，绘制出一系列的加工过程，包括数据的输入、输出及数据的存储过程；3．绘制数据流程图(DFD)2.4.4数据流程图（DFD）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法(4)一直绘制到结束的外部实体；(5)反复检查修改。(6)建立数据字典(DataDictionary-DD)数据字典是对数据流图中出现的所有名称(如外部实体、数据项、数据流、存储文件、加工过程等)进行的定义和描述。3．绘制数据流程图(DFD)2.4.4数据流程图（DFD）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法数据流程图(DFD)转化为实体关系模型（E-R）？1.基本概念2.4.5实体关系模型（E-R图）第二章CIMS体系结构及系统设计方法2.4CIMS系统设计方法1）现实世界现实世界是指存在于人脑之外的客观世界，泛指客观存在的事物及其相互间的联系。一个实际存在并且可以识别的事物称为个体。个体可以是一个具体的事物，如一个学生、一台计算机，一辆汽车等等，也可以是一个抽象的概念，如年龄、性格、爱好等等。所有这些客观事物是信息的源泉，是设计数据库的出发