工业自动化和企业信息化基础知识.pdf

工业自动化和企业信息化基础知识Department of AutomationTsinghua UniversityBeijing 100084,P.R.ChinaTel:010-62771152Mail:李清Li Qing ProfessorPage 2提要 工业自动化和企业信息化系统原理与关系 单元技术与自动化技术 产品数据管理/产品生命周期管理 管理信息系统与企业资源计划 供应链管理 客户关系管理 制造执行系统 信息集成的基础平台和架构Page 3工业自动化和企业信息化系统原理与关系工业自动化和企业信息化系统原理与关系Page 4据 库通讯网 络管理信息系统制造自动化系统质量保证系统工程设计系统集成系统的组成（称为计算机集成制造系统CIMS）数DatabaseNetworkMISQASMASEDSPage 510/9/16集成系统的组成计算机质量资源管理计算机辅助设计生产信息管理作业调度支撑分系统应用集成框架协同工作环境Page 6Applications Integration应用系统集成Page 7物流管理客户关系管理设计制造设备供应链管理人力资源企业资源管理财务质量管理顾客供应商产品服务计算机集成制造(CIMS)经营生产企业不同层次的集成整个价值链的集成Page 8单元技术与自动化技术单元技术与自动化技术Page 9工程图学和计算机辅助设计Page 10系统仿真技术Page 11数字化产品原型技术Page 12虚拟装配和产品数据管理Page 13可维护性仿真Page 14生产线上工人的工作场景Page 15集成化的车削中心Page 16激光快速原型制作Page 17其他技术 通信技术 网络技术 数据库技术 质量保证技术 管理技术 Page 18PDM/PLM产品数据管理产品数据管理/产品生命周期管理产品生命周期管理Page 19传统工程设计部门的工作模式 存在问题：各部门信息不畅结果：影响产品开发周期数据一致性差影响产品开发质量档档 案案 资资 料料 室室总体总体设计设计三维三维设计设计二维二维设计设计工艺工艺设计设计加工加工制造制造装配装配检验检验质量质量分析分析私有私有数据数据私有私有数据数据私有私有数据数据私有私有数据数据私有私有数据数据私有私有数据数据私有私有数据数据独立的计算机平台Page 20PDM的定义 CIMdata公司总裁Ed Miller:PDM是管理所有与产品相关的信息和过程的技术，它是一门集数据管理能力、网络通信能力与过程控制能力于一体的工程数据管理综合技术相关信息：描述产品的各种信息，包括零部件信息、产品结构配置、CAD模型、工艺路线、审批信息等；相关过程：过程的定义和管理，包括审批过程、发放过程、更改过程等。狭义上讲：PDM仅管理与工程设计相关的领域内的信息 Gartner Group公司的D.Burdick:PDM是为企业设计和生产构筑一个并行产品艺术环境（由供应、工程设计、制造、采购、销售与市场、客户构成）的关键使能技术。广义上讲：PDM可以覆盖到整个企业中从产品的市场需求、研发、产品设计、工程制造、销售、服务与维护等全生命周期的产品信息，并使产品数据在整个生命周期内保持一致、共享及安全。实际上，PDM系统已远远超出一般的管理软件范畴，而成为越来越多的用户所认可的一种事实上的集成平台或框架。它不仅提供对异购软、硬件平台的支持，同时提供分布式通信服务、信息服务与集成服务，为CIMS、CE、虚拟制造、业务过程重组、敏捷制造等先进制造技术的实施提供了必要的支撑环境。Page 21PDM的体系结构界面层界面层开发工具层开发工具层功能层功能层对象层对象层支持层支持层系统系统管理管理工作工作环境环境文档文档管理管理工作工作流程流程产品产品配置配置零件零件分类分类项目项目管理管理用户界面开发工具用户界面开发工具面向对象管理系统面向对象管理系统关系数据库管理系统关系数据库管理系统Motif界面界面VB界面界面NET界面界面用户自用户自定义定义Page 22工作流类实例化类任务类实例化类工作流任务关联类实例化类工作流历史类实例化类被管数据类实例化类历史记录关联类实例化类评审签字关联类实例化类评审签字关联类实例化类评审签字关联类实例化类人员组织类作业任务类实例化类作业者关联类实例化类人员组织类发布任务类实例化类接受者关联类实例化类人员组织类评审任务类实例化类评审者关联类实例化类评论者关联类实例化类工作流与过程管理Workflow or Process ManagementPage 23产品结构与配置管理Product Structure&Configuration Management1、概念以电子仓库为底层支持，以材料报表（BOM）为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、管理和控制，并在一定目标或规则约束下向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述。2、内容统一的产品结构描述统一的材料清单（BOM）系列产品管理（配置）产品产品（部件部件）子部件子部件1子部件子部件2子部件子部件n子部件子部件2-1零件零件2-1零件零件2-m零件零件2-m零件零件2-m零件零件2-m零部件基本属性零部件基本属性标识码标识码名称名称版本号版本号类型类型数量数量材料材料Page 24Cax/PDM/ERP的集成CAD/CAMWord编辑器编辑器ERP团队级团队级PDM文件或数据库1、基于团队级的PDM的集成方式CAD/CAMWord编辑器编辑器ERP企企业级业级PDM2、基于企业级的PDM的集成方式CAQCAD/CAM1ERP企企业级业级PDM3、团队级和企业级的PDM的集成方式应用应用团队级PDM1团队级PDM2其他其他应用应用CAD/CAM2Cax应用应用ERP企企业级业级PDM集成平台或集成框架集成平台或集成框架4、基于企业级集成平台或集成框架的PDM的集成方式应用应用PDM其他其他应用应用Page 25MIS/ERP管理信息系统与企业资源计划管理信息系统与企业资源计划Page 26MRP MRP II ERP的扩展关系ERP需求市场/制造企业/供应市场信息集成面向供需链Enterprise Resource Planning MRP II物料/资金信息集成面向企业Manufacturing Resource Planning MRP物料信息集成Material Requirements PlanningERP II协同商务(1965)(1980)(1991)(2004)是发展/包罗不是取代/否定Page 27企业经营目标市场需求预测企业长远发展规划用户订单销售计划生产计划利润计划新产品开发计划产品质量计划生产技术准备计划研究与开发计划技术发展计划职工生活福利计划职工教育培训计划辅助生产计划劳动工资计划物料供应计划技术组织措施计划设备更新改造计划基本建设计划成本计划财务计划企业年度经营计划Page 28产品生产大纲物料需求计划1.产品展开生成BOM表2.计算毛需求、净需求量3.确定订货(投产)日期外购外协件1.原材料、零配件采购计划2.外协作计划自制零件车间作业管理生产作业统计外购外协到货信息成本核算关键资源需求计划总能力需求计划粗能力需求计划能力需求计划库存管理实有库存量己分配库存量待分配库存量安全库存量产品结构文件产品工艺文件计划期量标准最终装配计划市场预测订货合同产品进度计划Page 29知识市场资本市场消费市场供应市场协同供应协同计划协同设计供应链管理协同市场协同服务协同销售客户关系管理投资管理EVA战略管理价值管理财务管理资源计划管理人力资源管理物流管理财务会计管理会计协同结算协同结算采购管理仓存管理 销售管理 分销管理计划管理车间管理 质量管理 设备管理档案管理 工资管理员工自助服务绩效管理招聘管理ERP总体应用框架Page 30SCM供应链管理供应链管理Page 31传统管理模式的局限性及弊端 1、传统管理模式所具有的主要特征 以规模化需求和区域性的卖方市场为决策背景 少品种、大批量生产，刚性、专用流水生产线 多级递阶控制的组织结构，管理跨度小、层次多 管理思想和管理制度特征：集权式、以追求稳定和控制为主Page 32管理模式的转变 从二十世纪八十年代中后期开始，在企业管理中形成了一种“横向一体化”的管理热潮。许多企业将原有的非核心业务外包出去，自己集中资源发展核心能力，通过和业务结成战略联盟占据竞争中的主动地位。从“纵向一体化”向“横向一体化”转化Vertical Integration Horizontal Integration 从“大而全、小而全”向“分散网络化制造”转化 从“封闭式”向“开放式”的设计、开发与生产转化Page 33 供应链管理的含义 供应链管理：Supply Chain Management 供应链：是在相互关联的部门或业务伙伴之间所发生的物流、资金流和信息流、覆盖从产品(或服务)设计、原材料采购、制造、包装到支付给最终用户的全过程。供应链管理：为以最小成本并满足客户需要的服务水准下，对从供应商、制造商、分销商、零售商，直到最终用户间的整个渠道的整体管理。Page 34供应链的三流：物料、信息和资金 供应链管理处了物流外，信息流和财务流也非常重要。供应商 制造商 顾客 分销商 物料 物料 信息 信息 财务 财务 产品,部件 容量,承诺的有效心性,交付计划 发货单,定价,信用条款 退货,维修,售后服务 订单,销售日期 支付 下游:上游:Page 35供应链管理的发展阶段零部件制造商最终装配分销中心零售商用户1980 传统的供应链传统的供应链用户需求用户需求零售商需求零售商需求分销商户需求分销商户需求总装需求总装需求拉动拉动推动推动推动推动推动推动几个星期几个星期几个星期几个星期几个月几个月几个月几个月From 华中科技大学马士华华中科技大学马士华教授教授Page 36零部件制造商最终装配分销中心零售商用户1990 精良供应链精良供应链用户需求用户需求看板看板看板看板看板看板拉动拉动拉动拉动拉动拉动拉动拉动3-5个星期个星期5-7个星期个星期几个月几个月几个月几个月From 华中科技大学马士华华中科技大学马士华教授教授Page 37零部件制造商零部件制造商最终装配最终装配分销中心分销中心零售商零售商用户用户1995 集成化的敏捷供应链集成化的敏捷供应链用户需求用户需求总体的用户需求总体的用户需求全球物料全球物料计划系统计划系统推动式计划推动式计划拉动拉动拉动拉动拉动拉动推动推动一个星期一个星期一个星期一个星期2个星期个星期几个月几个月库存信息库存信息库存信息库存信息库存信息库存信息From 华中科技大学马士华华中科技大学马士华教授教授Page 38零部件制造商零部件制造商最终装配最终装配分销中心分销中心零售商零售商用户用户2000 用户化的敏捷供应链用户化的敏捷供应链单个的用户需求单个的用户需求Internet信息系统信息系统用户需求用户需求拉动拉动拉动拉动拉动拉动四天四天一天一天几个星期几个星期拉动拉动DELL的直的直销模式销模式From 华中科技大学马士华华中科技大学马士华教授教授Page 39供应链管理的发展趋势 与电子商务协同发展的供应链管理e-Supply Chain Management eFulfillment电子实现研究如何通过因特网完成订货或购买的产品/服务送到企业或最终消费者手中的过程。eIntelligence电子情报研究如何利用因特网鉴别、收集和使用内部和外部数据支持电子采购的活动。eProcurement 电子化采办通过因特网采购和办理产品和服务的活动。eMarketplace电子集市通过因特网把具有共享采购成本和联合采购能力目标的企业组合起来。Employee-centric portal 员工中心门户能够从一个集中的地方获取为企业员工使用的所有工具、信息和资源。ePayment电子化支付通过因特网支付产品或服务的费用。eRequisitioning电子指令通过因特网发出的订货指令。eAuctioning 电子拍卖借助因特网，通过竞标以获得产品和服务的电子采购技术。eBuying 电子采购研究如何利用因特网自动下达订单。eContracting电子合同研究直接通过Web辨别供应来源和签定合同。eManufacturing电子化制造利用因特网和企业内部网实现制造过程集成以及和外部供应链的集成。Page 40CRM客户关系管理客户关系管理Page 41客户关系管理(CRM)客户关系管理（CRM）：顾名思义，是指管理企业与其客户的关系。“关系”指顾客整个生命周期的买卖关系，应关注长期的买卖关系。“管理”指加强和延长企业与顾客的长期买卖关系。根据市场营销中的结论,一般开发新客户要比留住老客户难5倍。客户关系管理是指企业为了赢取新顾客、保持老客户，以不断增进企业利润为目的，透过不断地沟通和了解客户,达到影响顾客购买行为的方法。电子商务的客户关系管理系统是指客户管理的商务策略与信息技术策略的集成。Page 42客户管理系统的功能介绍1.在线顾客服务2.客户联系中心3.新产品开发Page 43集成顾客联系渠道 通过任何一个渠道都能方便地获得服务帐户信息订单组合产品信息用户电话电话中心浏览器Mail ServerWeb 服务器POS、信息亭集成转换Page 44客户关系管理IT系统架构Data WarehouseData MartKnowledgeBaseModel Base行销数据库进销存数据库顾客数据库数据存储POSEOSEDIERPECCall CenterData Collection分类、预测、分群排序、综合分析StatisticsMachine LearningDecision Tree人工智能数据挖掘EISOLAPReportingAd Hoc QueryDSSSISData VisualizationPage 45MES制造执行系统制造执行系统Page 46制造执行系统(MES)计划层执行层控制层设备层信息基础设施加工中心数控机床检测设备普通设备PLCCNCDNCFMC车间信息管理系统现场资源管理系统生产计划与调度系统生产过程监控系统质量控制检测统计系统制造过程规划系统CAPP(形成计划指令)MRP/MRPII(主生产计划)Page 47MES的三层结构模型Enterprise resource planning企业资源计划Financials,purchasing,order entry,customer service,material management财务，购买，订货入库，顾客服务，物料管理Manufacturing execution system制造执行系统Scheduling,process management,EBR（Electronic Batch Record）,quality management,material tracking生产调度，过程管理，电子批记录，质量管理，物料跟踪Control systems控制系统Process control,machine control,safety systems,sensoring 过程控制，机器控制，安全系统，传感Page 48MES的外部系统模型Controls控制SSM销售和服务管理ERP企业资源计划P/PE产品/过程工程MES制造执行系统SCM供应链管理Page 49ISA SP95的功能模型 Procurement (F5.0)采购 Production Scheduling(F2.0)生产调度 Material and Energy Control(F4.0)物料和能源控制 Product Inventory Control(F7.0)产品库存控制 Product Cost Accounting (F8.0)产品成本核算 Quality Assurance (F6.0)质量保证 Product Shipping Admin(F9.0)产品发运管理 Order processing （F1.0）订单处理 Production Control(F3.0)生产控制 Maintenance Management (F10.0)维护管理 Research Development&Engineering 研究开发和工程设计 Marketing&Sales 市 场营销和销售 Page 50USED AT:AUTHOR:liangchaoDATE:REV:PROJECT:制造活动模型2003-01-042007-02-08NOTES:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10WORKINGDRAFTRECOMMENDEDPUBLICATIONREADERDATECONTEXT:A-0NODE:TITLE:NUMBER:生成产品A0PRP模型设计改变请求部件目录外部约束设计过程知识产品标准设计约束公差标准原料知识评价指导方针设计知识生产需求评价知识计划政策制造过程知识生产日历资源描述可加工性数据原料库存描述时间和成本参考数据工艺模型产产品品产品需求顾客订单状态产品清单市场数据设施报告产品订单生产成本估计设施实施计划收到的报告设施成本估计加加工工工工具具/原原料料雇员活动工厂订单设设备备/劳劳力力设备订单加工工具/原料订单成本报告工程任务分配生产约束工程任务状态时间和成本约束局部BOM物物理理模模型型产品模型确认的运行结果工具/原料清单设备可用性工艺改变请求资源可用性控制程序操作表单资源需求调度包制造特性工艺说明确认运作的请求工具设计1￥0设计产品2￥0策划产品制造3￥0策划生产系统4￥0生产产品5￥0管理工程 工作流I1O6O8I2O7O11O10O9O12O3O2O4I3O1I4O5I5I6C2M3 M5C3M6 M4C4M2C6M10C5M9M8 M11C7C8M7C9M12C1Page 51信息集成的基础信息集成的基础平台和架构平台和架构Page 52信息系统基础结构的发展Page 53Page 54C-SPage 55B-SPage 56面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture，SOA）SOA是一种哲学，是一种架构和组织IT基础结构及业务功能的方法，是一种在计算环境中设计、开发、部署和管理离散逻辑单元（服务）的模型，是下一代分布式应用开发的体系结构的蓝图。SOA是一种用于构建分布式系统的方法，采用SOA构建的分布式应用程序可以将功能作为服务交付给终端用户，或用于构建其他的服务。服务通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。SOA提供了一种灵活的业务流程模型，使企业变得更具柔性和敏捷性，可以快速响应新的客户需求、新的业务机会以及竞争的威胁，从而最终实现实时企业和动态企业。服务请求者服务请提供者发现代理客户端服务服务描述服务描述查找发布交互Page 57模型驱动的体系结构（Model Driven Architecture，MDA）OMG的模型驱动的体系结构的模型驱动的体系结构模模型型驱驱动动的的体体系系结结构构UMLMOFCWMCORBAWEBJAVA.NETXMI/XML电子商务金融制造场所电信保健交通其他CAD/CAMPDM供应链模型驱动的软件开发过程模型驱动的软件开发过程Page 58The Reference Architecture Model for Industry 4.0(RAMI4.0)工业4.0参考体系结构模型Page 59SmartManufacturing的生态系统SmartManufacturingEcosystemPage 60谢谢Thanks