绿色集成制造范文

绿色集成制造范文（精选9篇）

绿色集成制造 第1篇

关键词：绿色集成制造,霍尔三维结构,模型,生态文明,可持续发展

1霍尔三维结构简介

霍尔三维结构又称霍尔的系统工程,后人与软系统方法论对比,称为硬系统方法论(Hard System Methodology,HSM)。是美国系统工程专家霍尔(A.D.Hall)于1969年提出的一种系统工程方法论[1]。霍尔三维结构是一个立体的结构,整个事件系统工程过程的结构分为7个阶段和7个步骤,同时还要考虑为完成这些阶段和步骤的各种专业知识和技能。

2基于霍尔三维结构的企业绿色集成制造模型

可持续发展的“三度理论”包括发展度、持续度、协调度[2]。通过可持续发展的“三度理论”,尝试建立企业绿色集成制造模式的“三度理论”,即绿色度、生产度(制造度)和协调度。结合霍尔三维结构的基础上,提出基于霍尔三维结构的绿色集成制造模式的三维框架模型。该三维框架模型由时间维度、空间维度和质量(效能)维度组成,分别从时间、空间、质量3个角度论述企业绿色集成制造模式的“三度理论”,即绿色度、生产度(制造度)和协调度。该三维框架模型把企业绿色集成制造的主要方面有机地统一、集成在一个框架中,有利于在统一条件和环境下研究企业绿色制造问题。如图1所示。

2.1时间维度(绿色度)

时间维度包括产品的全生命周期理论,主要包括:绿色设计、绿色材料、绿色生产(清洁生产)、绿色包装、绿色运输、绿色营销、绿色使用、绿色回收等绿色过程,是一个过程维度的集成。

时间维度主要从产品的生命周期的角度来考虑企业绿色集成制造的“绿色度”问题。绿色度可定义为绿色的程度和对环境的友好程度。在产品生命周期的各个阶段,每一个阶段都有可能对环境产生危害。因此,应该从每一个阶段考察整个产品的绿色度,进行综合评价,从而实现真正意义上的绿色集成制造。所以, 从时间维度(生命周期)角度考察产品的绿色度问题是绿色集成制造模式中的重要组成部分。

2.2空间维度(生产度或制造度)

一般企业的生产大都在一定分布的空间中进行,如果进一步把上游和下游的供应链企业考虑进来,则其生产更是分布在一定的空间之中。在这一个大的空间之中,如何进行统一协调生产,采用什么样的管理方法和制度则是一个非常关键的问题。因此,空间维度的考察则显得十分必要。

空间维度,主要是指在绿色集成生产过程中采用什么样的生产方法、生产技术、管理方法、管理技术、组织方法、激励方法等,是管理和技术集成的维度。在这一维度中,主要通过生产度来定量和定性考察企业绿色集成制造模式的优劣。积极发展生产,生产出顾客需要的产品并获得盈利,是每个企业永远的目标。因此,在空间维度中,主要考察如何通过采用科学合理的、绿色的生产技术和管理方法,促进企业的生产(或制造),即通过生产度(制造度)来反映。

2.3质量维度(协调度)

协调维度主要是指在绿色集成制造过程中,时间维度和空间维度的协调问题,即不能偏向任何一方,达到共赢的目标。时间维度考察的是整个生命周期产品的绿色度,即从时间角度考察企业的环境效益;空间维度是从系统统一协调的角度,考察企业如何利用合理的管理手段和生产技术进行企业生产,从而获得经济效益,即从经济效益角度来考量;质量维度则是考察与上述二者息息相关但又有所不同的协调关系,即考察企业的社会效益。社会效益从某种程度上讲是经济效益和环境效益的综合表现,其主要从企业间的关系、企业与政府的关系和企业与公众的关系来论述企业的社会效益。

企业绿色集成制造模式从3个维度,分别考察了企业的经济效益、环境效益和社会效益,构成了企业的综合效益。因此,基于霍尔三维结构的企业绿色集成制造模型,有机地把企业的3种效益统一起来,利用综合绩效来表示企业的总体效益。

3企业绿色集成制造模型的几何解释

绿色集成制造模式的三维框架模型,即时间维、空间维、质量维,分别表示绿色度、生产度和绩效度。从根本上表示了绿色集成制造模式的目标、作用和功能。通过借鉴可持续发展的“三度理论”及几何解释[3],尝试给出绿色集成制造的三维模型的几何解释及意义,如图2所示。

图2表明,绿色度、生产度和协调度越高,则企业绿色集成制造的综合绩效才越大。无论哪一种情况下,绿色度、生产度或者协调度偏小都会导致企业综合绩效偏低。图2中的立方体体积表示企业的综合绩效大小,立方体体积越大表示企业的综合绩效越好。立方体的3个棱的长度分别表示企业绿色集成制造的绿色度、生产度和协调度,棱长越大则表示绿色度、生产度和协调度越好,同样也会导致企业的综合绩效越好。

集成电路制造工艺复习总结 第2篇

主要内容

一集成电路制造工艺概况 二.晶体生长和晶片的制备 三.外延工艺 四.氧化工艺 五.掺杂工艺 六.光刻工艺 七.腐蚀工艺 八.金属化工艺 九.组装和封装工艺

十.微加工技术在其它领域的应用

为什么采用硅作为集成电路的材料，而不用锗？ 1.锗的漏电流大（原因:锗的禁带宽度小, 0.66eV)。2.硅器件工作温度高(150℃),锗为100℃。3.易生长高质量的氧化硅，氧化锗会水解。

4.锗的本征电阻率为47•cm，不能用于制造高击穿电压的整流器件，硅的本征电阻率为230000•cm。5.电子纯锗的锗成本是纯硅的十倍。

单晶硅的晶向与性质

1.（111）面

2.原子面密度最高，生长容易，3.氧化速度快

4.（100）面

5.二氧化硅界面缺陷密度低 6.表面迁移率高

7.实际晶向的选择取决于器件设计的考虑 8.双极电路－（111）9.MOS电路－（100）

硅的整形

1.硅锭 2.外部研磨

i.ii.直径磨削

磨主面（基准面）和第二平面（辅助面）

3.切成大圆片 4.腐蚀 5.抛光

硅热氧化设备与二氧化硅膜质量控制

常规热氧化方法

1.干氧氧化：Si+O2:高温加热

热氧化速率取决于氧原子在二氧化硅中的扩散速率，温度越高、扩散越快，二氧化硅层越厚。

特点：结构致密、干燥性和均匀性好、钝化效果好、掩蔽性能好，但总体反应速率慢；

2.水汽氧化：Si+H2O:高纯水、高温加热

由于水汽的进入，使氧化膜结构疏松，反应速率加快。所需水蒸气由高纯去离子水汽化或氢氧化合而成。

特点：反应速率快—水在二氧化硅中的平衡浓度大于氧气；结构疏松，含水量大，掩蔽性能不好，目前很少使用

常规热氧化方法

1.湿氧氧化：Si+H2O+O2:氧气携带去离子水产生的水蒸气（95-98℃）、高温加热；

特点：介于干氧和水汽氧化之间，实际应用时，常采用干氧-湿氢氧合成氧化：H2：O2=2：1 氧气须过量；

2.高纯氢-氧反应生成水，水汽化后与氧气一同参与反应。优点：膜质量好、均匀性好，但安全性控制较复杂。氧-干氧交替进行的方式，既保证膜质量又提高了氧化速率。

掺氯氧化

本质：在二氧化硅界面形成氯-硅-氧复合结构，保护结构不受钠离子影响而减少层错等缺陷的出现。

作用过程：在干氧氧化基础上，通入含氯化合物气体，提高器件电学性能和可靠性。

热氧化界面

热氧化设备-常规热氧化设备

特点：可同时氧化200片硅片，生产效率高，参数控制好。氢氧合成热氧化设备

安全措施：错误比例连锁保险和低温报警连锁保险装置； 空气中氢气含量4%-74.2%之间会发生爆炸。掺氯氧化设备

特点：氮气携带三氯乙烯进入反应室； 氮气作用：载流、提供压力； 氧化基本步骤

1.硅片送至炉管口，通氮气和少量氧气排杂 2.硅片送至恒温区，预热，控制升温速率5-30℃/min 3.通入大量氧气，开始氧化反应 4.按比例要求通入反应气体

5.停通其他气体、续通氧气，消耗残余反应气体 6.硅片拉至炉管口，降温处理，控制降温速率2-10℃/min 7.将处理好的硅片拉出炉管

其他生长方法

氧化和分解均可以获得二氧化硅，热分解含硅化合物也是形成二氧化硅的重要途径之一。

作用原理：以待加工硅片作为形成氧化膜层的淀积衬底，硅片本身不参与氧化膜形成。此外，陶瓷片、金属片等也可以作为衬底材料——低温”淀积” 淀积：

悬浮在液体或气体中的固态微粒发生连续沉降的现象。烷氧基硅烷热分解法

淀积得到的二氧化硅膜致密性不如热氧化生长的氧化膜，在淀积后应进行致密处理。操作注意事项：

1、确保系统密封性，不能漏气或堵塞；

2、源温和源流量须进行控制，d=kt；

3、源使用时间不宜太长，一旦变成黄色则不能使用；

4、硅片进炉后，应先抽真空，达到要求后方能通源；

断源后仍需抽气五分钟左右，才能排气；

硅烷热分解法

特点：气态副产物少，生长温度较低，氧化膜质量好 操作要点：

1、保证反应室整个淀积面积上的气流均匀，反应室和 横截面面积进行适当控制，对气体流量严格控制；

2、严格控制反应温度，以防发生爆炸；

3、注意使用安全，严格控制装置气密性，硅烷使用前进行

稀释（3%-5%）,如何稀释？  二氧化硅膜质量控制 二氧化硅膜质量要求：

宏观上：表面无斑点、裂纹、白雾、发花和针孔等现象；

微观上：厚度符合要求、均匀、结构致密，可移动钠离子含量低

二氧化硅质量检验

一、厚度测量 常用厚度测量方法：

比色法、腐蚀法、双光干涉法、电容电压法、椭圆偏振 光法等，不同测量方法的主要区别在于测量精度高低。厚度单位：埃

单位换算：毫米（mm)、微米（μm)、纳米（nm）、埃、微微米（pm)厚度测量-比色法

测量原理：不同厚度氧化膜在白光照射下会呈现出不同的干

涉颜色，利用金相显微镜观察并与标准比色样品进行对比，得出氧化膜厚度。

首先需预判氧化膜厚度范围，然 后对比标准比色样品得出厚度值。适 用于1000-7000埃之间的厚度，超过 7500埃则效果不明显。厚度测量-双光干涉法 测量原理：

利用光照射氧化硅台阶的不 同界面获得的干涉条纹数目 得到氧化层的厚度。作用过程：

1、制备氧化层台阶；

2、用可见光照射氧化物斜面；

3、依据显微镜下观测的干涉条纹数目计算二氧化硅厚度。厚度测量-双光干涉法 技术要点：

干涉条纹数目的确定； 氧化物斜面不能太窄；

干涉条纹应清晰可见；

局限性：不能测太薄的厚度（2000埃以上）；折射率确定? 厚度测量-椭圆偏振光法

作用原理：

光源发出的单色自然光，经过起偏器后，变成偏振光。转动起偏器可改变光速偏振方向，线偏振光经四分之一波片后变为椭圆偏振光，椭圆偏振光在待测样品表面反射后，光的偏振状态（偏振幅度和相位）发生变化，依据此变化可以测量样品的固有光学参数（折射率等）或样品膜厚度。偏振光与起偏器

光是一种电磁波，电磁波是横波。振动方向与波前进 方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定 方向的，称为平面偏振光或线偏振光。

四分之一波片

一定厚度的双折射单晶薄片，当一束线偏振光垂直入射 到波片时，在波片中分解成沿原方向传播但振动方向互相 垂直的o光和e光。当光法向入射时，o光和e光之间相位差 等于π/2或其奇数倍，该晶片称为四分之一波片。椭圆偏振光

垂直于光传播方向的固定平面内, 光矢量的方向和大小都随时间

改变, 光矢量端点描出一个椭圆, 此偏振光称椭圆偏振光。用起 偏器获得线偏振光，当线偏振光垂直入射四分之一波片，且光 的偏振和晶片光轴面成θ角，出射后变成椭圆偏振光（θ=45 度时，为圆偏振光）。

二氧化硅膜缺陷检验

宏观缺陷：1.氧化层针孔-----氧化方法、硅片质量 2.表面氧化斑点----表面残留杂质：三个来源 3.氧化层厚度不均----原料不均、加热不均 微观缺陷：

1.钠离子沾污----主要来源于操作环境： 去离子水质量、石英管道、气体系统 所用化学试剂；

2.热氧化层错----层错核形成：固有点缺陷； 层错加剧：滑移与攀移； 与晶向有关； 热处理 热处理目的】

将材料放在一定的介质内进行加热、保温或冷却处理，通过改变材料表面或内部组织结构,来控制材料综合力学性能。金属材料主要热处理过程：

退火（软化）、正火（硬化）、淬火（钢化）、回火（韧化）等。

半导体材料主要热处理过程：

退火、硫化、熔流、固化等。退火处理 退火目的：

消除材料热加工过程中因缺陷而累积残余应力（内应力）。作用过程：将材料在适当温度下加热一段时间，利用热能进行部分晶格位置原子重排，降低缺陷密度。典型例子：离子注入 硅化反应 目的及原理：

作为集成电路引出线的铝、铜及其合金与硅界面极不稳定，常制备TiN扩散阻挡层阻挡两者间的原子扩散等界面反应，但TiN与硅接触导电性能差，因此增加一层导电性能好的 TiSi2，改善电极与硅的电接触性能。熔流及固化

在制备介质材料保护膜时，常采用硼磷硅玻璃（BPSG）。BPSG玻璃通常采用APCVD（常压化学气相淀积）或PECVD（等离子化学气相淀积）方法制得，淀积完成后的BPSG玻璃经加热熔融流动趋于平坦化、均匀化的过程称为熔流。

在较低温度下加热，使光刻胶中有机溶剂挥发的过程 称为固化。多用于多层金属薄膜间的绝缘介质层制备，常见 的应用是SoG（Spin on Glass)-旋涂玻璃膜。

快速热处理

1.快速热处理（Rapid Thermal Processing，RTP)是指将

硅晶片快速加热到设定温度，并进行短时间快速热量处理的 方法。

2.快速热处理可以满足需要短时间处理的工艺过程，适用 于使硅片的逐片加工、升降温速率极快和生产效率很高的场 合（自动化程度）。

智能制造的“三个集成” 第3篇

而在我看来最关键的还是在第一个集成:水平的网络化的集成。它是把人、企业、工厂、服务、能源、物流、交通等等全部连接在了一起,这实际上就是我们所说的互联网化。我们必须去深入的理解互联网化会给我们的消费者、市场和企业带来什么变化,从而才能去理解未来我们的工厂将应该是什么样。

横向集成——互联网化带来的改变

如同微信给我们带来的感受一样,互联网化消除了我们的距离感,不论是远在欧美,还是就在同一个城市,我们都可以获得实时的沟通和实时的信息分享。通过信息的不对称来获利的行业都面临着巨大的挑战,很多中间的批发和销售环节已经被互联网化的电商和渠道所取代,而价格也变得越来越透明。在轰轰烈烈的去除中间渠道的互联网化的进程中,互联网+制造的时代必将到来,而距离的消除之后又带来了一种新的信息不对称,就是从原来企业掌握更多信息变成用户掌握更多的信息,也就是用户的主导权变得更加的显著,而用户可以轻易地用手中的手机给企业投票,这显然会倒逼企业去重新思考整个商业模式和供应链制造模式。这种状况催生了一种全新的商业模式——C2B (customer to business)模式,一切围绕用户价值的商业模式。

当人们去谈论工业4.0的时候,可能会产生一个误读:由于“工业”两个字使得人们把“工业4.0”更多的看成了一个制造工厂内的事情。然而如果我们能够理解第一个互联网化的集成将给我们带来了不同的商业模式,而我们又必须去通过重新构建一个不同的研发、制造和供应链的模式去支撑这样的商业模式,这应是我们去想象未来的“智能化工厂”将会是什么样的出发点。

端到端集成——大规模定制生产来临

在C2B模式下,需要用户参与到产品的设计和生产中来,制造企业需要用户把他们的需求更直接的输入到产品设计的各个阶段,为用户带来更多的最佳体验。当然,为了实现这个目的,企业必须通过互联网来实现与用户的互动;也必须通过更好的产品生命周期管理流程来管理产品的设计过程;在这个过程中,通过虚拟的设计、虚拟评估和虚拟的制造更好地把从用户到需求到制造完美的结合在一起。这就是实现工业4.0的第二个集成:端到端的数字化集成。

在这样的模式下,工厂本身将面对个性化、定制化的订单和新产品的快速导入。这就要求工厂是非常地柔性与灵活的,同时又必须保证运营的高效率。实现柔性、灵活与高效率的统一,实际上最终要去实现的就是大规模定制的模式。大规模定制有很多显而易见的好处:用户的参与互动使得用户成为了企业或者某一款产品的粉丝,于是他又更愿意购买这款产品,这带来了更多的用户资源;用户先下订单企业再进行生产,这毫无疑问带来更好的现金流;用户的购买过程不再需要中间的渠道过程;同时定制化的产品生产完成即发送给用户,也使制造企业不再有任何库存。尽管大规模定制生产能够带来众多好处,但是对于制造企业来说,这是一个非常有挑战性的战略转型型,没那么容易实现。首先需要企业在网络侧有入口、有流量、有粉丝,才能使得用户产生互动。其次,这样的互动产生的需求和订单可以快速被企业所采纳,或者是传递到恰当的制造工厂去完成制造。从需求产生到满足需求,企业又必须建立起一套端到端的集成式的拉动式生产的模式,也就是按需生产的模式。为了更好的去支撑这样的模式,信息必须可以实现快速、准确、完整地流转。而最终要实现这样的模式,对工厂、车间、产品、工艺和设备这些“物理”的方面又必须提出各自额外的要求,它不再是曾经在欧美早已实现了的单一品种的大批量、大规模的自动化生产,而是需要实现柔性的、灵活的可以去支撑个性化的或者是小批量多品种的自动化的生产系统真正理解了以上这几个战略层面和转型层面的内涵之后,再去构建自己的智能化工厂将会让自己的思考以及方案更加清晰。

垂直集成——打通信息系统

为了可以实现用户互动与用户需求的快速实现,企业必须实现端到端的数字化的集成,从需求到设计到采购到制造到物流到服务的端到端的数字化集成。产品生命周期管理的数字化,产品设计、评估的数字化,制造的虚拟化等等都将是去实现这个方向的路径。而在供应链管理这个方向上,供应链管理、企业资源计划、客户关系管理也应该实现数字化,这个方面现在已经有的SCM、ERP、和CRM系统将会给企业更好的支撑。把这些系统与互联网打通又是实现需求和订单信息的快速传递的必要手段。在工厂内部,又必须实现ERP系统与先进排产系统APS、制造执行系统MES的集成,MES系统又必须实现与数据采集系统(如SCADA)的集成,进而实现了与产线、楼宇、能源等等的控制系统的集成。这样就实现了从网络到企业到工厂到车间到产线再到产品的一个整体。这也就是工业4.0所说的企业内部的垂直集成

当然软件的部分也将会有很大的不同,软件的互联网化和云化又会给未来的各种企业带来很多变革,尤其是中小企业。他们不再需要高价购置自己的IT系统和架构,也不再为系统维护和升级所苦恼,只要购买账号就可以相对低成本地使用各种软件的完整功能,自己只要专注在核心业务本身,从而进一步提升了竞争力。

工艺流程的改变和智能装备的应用

在产品的设计上,企业必须考虑尽量高的标准化来支撑工艺流程的自动化,通过产品的模块化设计,实现更好的通过模块的组合来满足更多的用户差异化的需求,通过面向制造的设计(DFMA)来为物料的供应、工艺的设计、设备的设计提供更好的前提条件。在产线的设计上,模块化的、可以移动和重新组合的设计模式将会为未来的柔性和灵活性提供更多的机会。更多的采用物联网技术对各种关键信息进行采集,可以为上层的软件和系统提供更准确、实时和完整的数据;而设备自身也可以通过这些数据来实现更多的智能,设备的智能程度的提高将会为未来的生产的自组织、自协调、自运转带来更多的可能

各种可以支撑灵活和更加智能的部件也会更多的被用于产线以及物流系统的设计中来,例如六轴以上的机器人:由于其自身的灵活性以及未来更容易被重新编程、重新配置和更换其与产品接触的部分(抓手、焊机、紧固设备等),而为整个生产系统的灵活性带来更多的“物理”上的灵活支撑。

各种加强“智能”的传感设备也将会被更多的应用。例如,功能和性能更强的视觉识别系统将会和机器人共同使用,使得机器人更加的“智能”。各种传感器的应用,一方面使得我们可以更多的获取“状态”的信息;此外还可以帮助我们预防性的去判断设备运营状态,从而可以进行预防性的设备的维护和保养

AGV的深度应用会给“柔性和灵活”带来更大的想象空间。例如未来可能不再有流水线了,而产品从第一个零部件开始就是由一个AGV小车所承载的,它在不同的工位和物料之间来回穿梭,使得我们可以真正的做到“产品是智能的,产品知道自己下一步的加工工序是什么”,实现了生产的自组织自协调。而当我们把机器人安装在AGV上之后,除了可以实现物流以及生产流程的非常自主灵活之外,又使得我们的加工和装配工艺非常的灵活和差异化。

为了实现产品的个性化定制,我们的供应链系统和物流系统都可以被数字化和自动化所武装。由于个性化的需要,在进行总装的时候,每一个产品的工艺和零件都将是不同的。这就需要我们在这个产品的编号生成之时,就已经和它所对应的所有的工序和原材料进行了—一对应,当这个产品(或半成品)走到哪个工位的时候,绝对不会是现场的机器人或者员工现场再去领取物料或者寻找物料,而应该是和这个产品一一对应的原材料已经被AGV或者是悬挂输送设备送到了这个产品的旁边,从而确保了高效率、无差错的个性化定制的生产。在产品完成了加工装配和检测之后,也将不再进入完成品仓库,而是直接由第三方物流公司进行包装、装车和发货。这一切也都将由在产品上的身份识别设备(如RFID)进行支持,不再需要多次的库存、搬运和上下车的动作,再次去除了很多没有价值的环节。

绿色集成制造 第4篇

现代集成制造系统的技术构成及发展策略研究

内容提要：近几年新的先进制造技术模式和哲理层出不穷，本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与其它先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。

引言 信息技术的发展引起的革命使我们进入了信息时代。信息革命不仅引起人们的思想观念、生活方式的变化，而且导致了生产方式和制造哲理的巨大变化，可以说近十年来提出的新的制造哲理都离不开信息技术提供的支撑，以信息化制造技术为代表的先进制造技术正使制造业处于重要的历史性变革时期。多年来，我国的综合国力不断增强，入关在即，市场竞争十分激烈，国内市场已从卖方市场转化为买方市场，而且正在迅速成为国际市场的一部分，许多大中型企业在竞争中处于不利地位，甚至破产、倒闭。本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。 现代集成制造系统的含义与定位 现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System）是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中的相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机的结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的`组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。从集成的角度看，早期的计算机集成制造系统侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度上都有了极大的扩展，除了信息集成外还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化，即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。 现代集成制造系统的研究范围应该介于国家攀登计划和国家攻关计划之间。与攀登计划研究项目相比较，它更注重成果的应用性，尽可能将技术产业化，并推动我国制造业的现代化进程；与国家攻关计划相比较，它更注重解决我国制造业发展中的关键的共性问题、前瞻性问题和示范性问题【1】。 现代集成制造系统的技术构成 图1 现代集成制造系统的技术构成 先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）作为一个专有名词至今还没有一个明确的、一致公认的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生

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现代流程制造集成系统的构建 第5篇

计算机集成制造系统-C I M S (Computer Integrated Manufacturing Systems) 是根据CIM哲理, 采用集成方法和相关技术具体实现的系统, 是信息时代组织和管理企业生产的一种方式。

一个现代流程制造工业企业的集成制造系统由6个部分组成, 如图1。

经营管理信息子系统:以ERP为核心, 包括预测、经营决策、生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、人力资源等管理信息功能, 通过信息集成, 缩短产品生命周期, 降低流动资金占用, 提高企业应变能力。

工程设计自动化子系统:利用计算机来辅助产品设计与分析, 目的是使产品开发活动更高效、更优质地进行。常包括计算机辅助设计系统 (CAD) 、计算机辅助分析系统 (C A E) 、计算机辅助工艺系统 (CAPP) 、产品数据管理系统 (PDM) 。

制造自动化子系统:制造自动化子系统是CIMS中信息流和物流的结合点, 是CIMS产生直接经济效益的聚集地。

质量保证子系统:包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评估、控制与跟踪等功能。本系统对产品设计、制造、检测到后期服务的整个过程的质量进行监控, 使之达到客户的最大满意度。

数据库子系统:覆盖企业全部信息的数据库系统, 它在逻辑上是统一的, 在物理结构上可以是分布的全局数据管理系统, 保障企业的数据共享和信息集成。

计算机网络子系统:CIMS各个子系统的开放型网络通信系统, 是CIMS系统工程中的基础工程部分, 确保整个CIMS系统工程中各种信息流和物流合理、有序、高效、安全, 可靠地传输与交换, 是CIMS系统在企业成功实施与应用的先决条件与技术保障。采用国际标准和工业规定的网络协议, 可实现各种计算机系统的互联, 支持资源共享、分布处理、分布数据库和实时控制。

实施CIMS的核心是集成。企业实施CIMS的目的在于取得总体效益, 而企业能否获得最大的效益又取决于企业各种功能的协调和集成度。企业集成通过连接所有必须的系统和异构功能实体来跨越组织界限的信息流、控制流和物料流的传递, 改进企业内的通信、合作与协调, 从而提高生产效率、柔性和管理能力。这些实体包括信息系统、设备、技术和人员等。

集成是企业实施先进制造战略和信息化的核心。企业集成度越高就越协调, 竞争取胜的机会也就越大, 只有把各种功能有机地结合在一起才可能在较短的时间内做出正确的经营决策, 才能提高产品质量, 降低成本, 缩短交货周期。单纯地提高计算机的自动化程度而不考虑各种功能的集成, 不可能使企业整体优化, 企业就不能对快速变化的市场做出响应。只有集成才能做到“将正确的信息在正确的时刻以正确的方式传到正确的地方”。

根据企业应用需求的不同, 集成有不同的覆盖范围和实际内涵。从企业计算机应用的发展趋势可以看出, 从集成的广度上, 企业的计算机应用从最初的孤立应用, 经历了企业内部的集成、企业级的集成, 发展到了今天跨企业的集成;从集成的深度上看, 集成已经从最初的信息集成扩展到了今天的过程集成和未来的知识集成。

2 企业信息化系统的应用

前面已经对企业信息化系统进行了分解, 下面就一些重要的部分分别加以阐述。

2.1 工程设计自动化子系统

2.1.1 计算机辅助设计系统 (CAD)

利用计算机系统辅助完成工程设计的产生、修改、分析、优化和检验过程。CAD技术已经从初期的只能完成二维的绘图发展到现在的三维建模。二维CAD的应用使图纸的修改和重复利用十分方便, 提高了设计工作效率, 缩短了设计周期, 并有利于产品实际的标准化和通用化。

二维的C A D虽然可以帮助设计人员把图纸画得很规范、漂亮, 提高了绘图效率, 但其与传统的手工方式一样, 对于减少产品设计错误和返工的现象并无多大改进。三维的CAD可以方便地设计出所见即所得的三维实体产品模型, 有了三维的实体模型就可以进行装配和干涉检查;可以对重要零部件进行优化设计, 可以快速成型, 在做模具之前就拿到实体进行装配和测试。

2.1.2 计算机辅助工艺设计系统 (CAPP)

工艺设计是产品制造过程中技术准备的一项重要内容, 是产品设计和实际生产的纽带, 是一个经验性很强且随制造环境变化而变化的决策过程。工艺设计的任务在于:规定产品的工艺过程、工艺操作内容、工艺装备和工艺参数等。计算机辅助工艺设计就是借助计算机来制定产品的工艺规程、计算工艺参数、生成工序图的, 最终得到一个完整的工艺卡, 并以此为依据进行产品的生产加工。CAPP的应用对于制造行业具有重要意义, 其可以代替工艺工程师繁重的手工劳动, 提高工艺设计的质量;缩短生产准备周期, 提高劳动生产率;减少工艺设计费用和制造费用;实现计算机辅助设计与计算机辅助制造的连接。

2.1.3 计算机辅助工程分析 (CAE)

长期以来, 机械设备的分析与计算一直沿用材料力学、理论力学和弹性力学所提供的公式来进行。由于有了很多简化条件, 因而计算精度很低。采用计算机辅助工程分析, 复杂的工程分析也无须简化, 而且计算速度快、精度高。常见的工程分析包括:对质量、体积、强度的计算, 对产品应力、变形的结构分析。

2.2 制造自动化子系统

制造自动化系统主要由制造设备子系统、物料运输与存储子系统、制造信息子系统和能量流子系统等组成。主要包括专用自动化机床 (CNC) 、数控机床 (NC) 、分布式数字控制 (DNC) 等。

2.3 管理信息化子系统

管理信息化是指将信息技术用于企业管理, 对企业生产经营诸要素进行优化组合和合理配置, 使生产和经营活动过程中的任务流、物料流、资金流、能量流和信息流均处于最佳状态。管理信息化包含了很多内容:生产计划、库存管理、成本管理、财务会计、销售和分销、物料管理等:与企业经营管理相关的内容包括办公自动化、情报管理、知识管理、决策支持等。通过生产管理, 可满足顾客要求和企业资源情况, 以最少的资源实现顾客满意度的最大化。

2.3.1 企业资源计划

企业资源计划 (ERP) 是将企业所有资源进行整合集成管理, 将企业的三大流全面统一在一起。它的功能已经不同于以往的MRP, 不仅可用于生产企业的管理, 在许多其他类型的企业, 如公益事业型企业也可导入ERP系统。

ERP主要由3部分的功能实现:

一是财务管理。在现代化的企业中, 财务清晰是很重要的, 所以在ERP整个方案中它都是不可或缺的一部分。ERP中的财务模块和一般的财务软件不同, 作为系统的一部分, 它和系统的其他模式有相应的接口, 能够相互集成。比如, 将由生产活动、采购活动中输入的信息自动计入财务模块生成总账、会计报表。

二是生产管理。这是ERP系统的核心所在, 它将企业的整个生产过程有机地结合在一起。生产管理是一个以计划为导向的过程。先确定一个总生产计划, 再经过系统层层细分后, 下达到各部门去执行。主要内容包括主生产计划、物料需求计划、车间控制等。

三是物流管理。主要包括分销管理、库存管理和采购管理。

2.3.2 供应链管理

供应链管理是对由供应商、制造商、分销商、零售商到顾客所构成的网络的物流、信息流、资金流进行管理。供应链中的实体包括供应商、工厂、仓库、分销中心和零售商。为了使供应链系统支持以动态联盟为形式的虚拟企业及敏捷制造, 要求供应链系统具有很好的开放性、互操作性和可重构性, 能够适应需求的变化。

由此产生了敏捷型供应链, 它是采用系统工程理论、技术和方法, 借助于计算机技术、信息技术等建立的用于支持敏捷型供应链管理的信息系统。

2.3.3 客户关系管理

客户关系管理 (CRM) 是一套全新的管理理念, 强调把客户作为自身经营的核心, 全心全意为客户服务, 围绕着客户来开展业务。基于这种理念, 企业建立自己相应的经营策略、营销模型, 并通过信息技术来贯彻这种策略。我们把CRM定义为一种以客户为中心的经营策略, 它以信息技术为手段, 对相关业务功能进行重新设计, 并对相关工作流程进行重组, 从而留住老客户, 吸引新客户。

3 系统规划与实施

信息系统规划方法强调采用企业建模方法和工具的支持, 为未来实施基于模型的企业集成信息系统奠定了良好的基础。在技术上强调标准和规范技术的应用, 重视集成框架的设计, 通过集成框架来完成企业的业务过程体系、信息系统体系、应用软件体系、技术支持体系的定义。一个高效率且功能完备的信息系统规划由7个步骤组成:

1) 、信息建模:确认业务过程对信息的详细需求;

2) 、功能建模:过程对功能的需求功能与过程集成的需求;

3) 、规范与标准制定:制定实施信息系统采用的标准与规范;

4) 、信息系统集成与框架设计:确定企业信息系统集成框架;

5) 、信息系统功能配置:确定信息系统的功能配置;

6) 、管理系统体系设计:确定企业信息系统的管理系统体系结构;

7) 、制定信息系统实施计划:制定信息系统实施计划。

实施过程中要注意两个问题, 一是除了重视企业业务信息系统的实施之外, 还要建立有效的管理系统来维护信息系统。二是信息系统实施过程中要对实施情况进行监控与评价, 以保证信息系统的实施, 满足整体规划中制定的进度计划、成本、质量的要求。信息系统的良好运行和管理是信息系统设计的最终目标, 因此, 作为信息系统生命周期的最后一站其应该得到重视, 应用步骤如图2。

做好基础性的工作对信息系统的良好运行很重要, 如从源头上保证系统的运行规范和数据源的正确性。建立有效的系统日志和数据仓库将是管理人员的重要工作。在此基础上, 采用相应的工具对系统运行性能进行评价, 发现影响运行性能的瓶颈问题, 并及时进行升级。

参考文献

[1]白庆华, 何玉林.CIMS中的系统集成和信息集成.北京:电子工业出版社.2000, 8

[2]蒋志强, 冯锡兰.基于PDM的制造企业CAD/ERP信息集成框架研究[J].机床与液压.2002 (4) :25-31

[3]张后启, 王玉荣.业务流程重组与ERP系统应用的结合[J].电子与信息化.1999 (2)

[4]高展, 张惠桥.系统集成与现代化企业.机械设计与研究.2002 (5)

[5]李林.迈向信息时代的现代制造业.制造自动化.2002 (3)

[6]周室屏.企业资源计划实施与应用.北京:兵器工业出版社.2002

绿色集成制造 第6篇

一、计算机集成制造系统及其特征

1. 计算机集成制造系统定义

计算机集成制造系统 (Computer Integrated Making System, 简称CIMS) 又称计算机综合制造系统。在产品生命周期中, 各项作业都已有了其相应的计算机辅助系统, 如计算机辅助设计 (CAD) 、计算机辅助制造 (CAM) 、计算机辅助工艺规划 (CAPP) 、计算机辅助测试 (CAT) 、计算机辅助质量控制 (CAQ) 等。

2. 计算机集成制造系统特征

与传统机械制造技术相比, 计算机集成技术具有如下特征:

(1) 传统机械制造技术的学科、专业单一, 界限分明, 而计算机集成制造系统技术的引入及与传统机械制造技术的结合, 形成能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的多学科交叉的生产制造系统。

(2) 传统制造技术一般仅指加工制造过程的工艺方法, 而计算机制造系统技术则贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修的全过程, 强调了“市场—产品设计—制造—市场”的一体化, 以实现“TQCS”生产的综合指标为宗旨, 进而满足不断的多样化需求。

(3) 生产规模的扩大及最佳技术经济效果的追求, 使计算机集成制造系统技术更加重视技术与管理的结合, 重视制造过程的组织和管理体制的简化及合理化, 产生了一系列技术与管理相结合的新的生产方式。

二、计算机集成制造系统组成及应用

1. 计算机集成制造系统的组成

计算机集成制造系统的主要技术基础是柔性制造系统, 是集成化的柔性制造系统。作为一个复杂系统的集成, 计算机集成制造系统必须是有层次的。其组成如图1所示, 一般分为五层:

(1) 第一层为工厂层, 它是决策工厂的整体资源、生产活动和经营管理的最高层。

(2) 第二层为车间层, 又称为区间层, 这里的车间并不是目前工厂中“车间”概念, 车间层仅表示它要执行工厂整体活动中的某部分功能, 进行资源调配和任务管理。

(3) 第三层为单元层, 这一层将支配一个产品的加工或装配过程。

(4) 第四层为工作站层, 这将协调站内的一组设备。

(5) 第五层为设备层, 这是一些具体的设备, 如机床、测量机等, 将执行具体的加工, 装配或测量任务。

按照上述层级原理组成的计算机集成制造系统, 一般可看成是由管理信息系统、计算机辅助工程系统、生产过程控制和管理系统及物料的储存、运输和保障系统等四个子系统和一个数据库组成的大系统。如图2所示:

2. 计算机集成制造系统的应用

(1) 管理信息系统。这是生产系统的最高层次, 是企业的灵魂, 它将对生产进行战略决策和宏观管理。它根据市场需求和物质供应等信息, 从全局和长远的观点出发, 通过决策模型来决定投资策略和生产计划。同时, 将决策结果的信息和数据, 通过数据库和通信网络与各子系统进行联系和交换, 对各子系统进行管理。

(2) 计算机辅助工程系统。这是企业产品研究的开发系统, 并能进行生产技术的准备工作。能根据决策信息进行产品的计算机辅助设计, 对零件、产品的使用性能、结构、强度等进行分析计算, 利用成组技术的方法对零件、刀具和其他信息进行分类和编码, 并在此基础上进行零件加工的计算机辅助工艺设计和编制数控加工程序, 以及进行相应的工、夹具设计等生产技术准备工作。

(3) 生产过程控制与管理系统。它从数据库中取出由管理信息系统和计算机辅助工程系统中传出的相应的信息数据, 对生产过程进行实时控制和管理, 并把生产中出现的新信息通过数据库反馈给有关的子系统, 如产品质量问题, 生产统计数据, 废次品率等, 以便决策机构作出相应的反应, 及时调整生产。

(4) 物料的储存、运输和保障系统。这是组织原材料和配件的供应, 成品和半成品的管理与输送及各功能部门与车间之间的物流系统。

(5) 数据库。计算机集成制造系统中的数据库涉及的部门繁多, 含有不同类型、不同逻辑结构和物理结构的数据及不同语言和不同定义等。因此, 除各部门经常使用的某些信息可由中央数据库统一管理外, 一般都在各部门或地区内建立专用的数据库, 即在整个系统中建立一个分布或数据库。

三、计算机辅助制造

利用计算机分析结构将产品的设计信息自动地转换成制造信息, 以控制产品的加工、装配、检验、试验、包装等全过程, 以及与这些过程有关的全部物流系统和初步的生产调度, 这就是计算机辅助制造。

计算机辅助制造的应用可以概括为两大类。一类是计算机直接与制造过程连接, 对制造过程及其设备实施监视和控制, 这是计算机辅助制造的直接应用。另一类是计算机不直接与制造过程连接, 而是用计算机提供生产计划、进行技术准备和发出各种指令和信息, 以便使生产资源和管理更为有效, 从而对制造过程进行支持, 这是计算机辅助制造的间接应用。

导管数字化制造集成框架研究 第7篇

关键词：导管数字化制造,集成框架,建模与仿真,数控弯管

0 引言

航天发动机、武器装备等制造技术向高、精、尖方向的发展,逐渐提高了产品轻量化的需求,对导管的制造及其安装填充密度提出了极高的要求,使得导管的形状愈加复杂多样。传统的样板仓内布管并参考样件依靠经验的导管制造方法,难以满足产品多品种、变批量、快速响应制造的要求。数字化集成制造技术的应用为以粗放式管理为主的“机械航天”向以集成化、数字化、网络化为主的“数字航天”转变提供了重要支撑条件[1],因此研究与应用以导管布局、设计以及模胎设计等技术集成的基于建模与仿真的导管数字化制造技术是解决导管制造问题的有效途径。

近年来,导管数字化制造的单项技术的不断研究为武器装备上导管制造全过程的数字化技术研究与实施提供了基础。文献[2]提出了飞机焊接类导管数字化制造的模式,为航天用导管制造提供了借鉴。文献[3]针对传统的实物样板预先敷设一些管路的设计模式,研究了导管在虚拟环境下的布局技术。文献[4]研究了导管的工艺可制造性,建立了基于工艺数据库的工艺规划系统。文献[5]通过理论分析和数值模拟相结合的方法研究了工艺参数对导管成形质量的影响,为弯管实际加工提供了理论依据。目前,我国在航天和军工等方面的导管制造技术,与世界先进国家相比还存在很大的差距。

本文在对导管数字化制造需求分析的基础上,提出一种基于弯管工艺库且集弯管工艺规划、质量预测、成形过程仿真为一体的导管数字化制造集成框架。该集成框架为导管数字化制造各个阶段的并行设计提供了技术平台,为提高弯管成形质量,加快导管传统弯曲加工制造向数字化制造转轨提供了技术支持。

1 导管数字化制造需求分析

在工业技术发达国家,数字化制造已成为提高企业和产品竞争力的重要手段[6]。采用数字化技术,将导管弯曲工艺、制造等信息由模拟量转变为数字量,由此带来的一系列技术手段和过程的变化,形成了导管数字化制造技术。

导管数字化制造技术的核心是建立工艺数据库的导管数字化制造集成框架,以提供给导管工艺人员与仿真分析人员进行分析设计。导管工艺人员对导管数字化模型进行分析,编制工艺卡片及弯管程序;仿真分析人员根据导管、模胎数字化模型、工艺卡片以及弯管程序进行有限元仿真分析以预测成形质量、验证NC程序的有效性,从而在未实际弯曲前优化工艺,保证导管的成形质量。

2 导管数字化制造集成框架

2.1 系统功能模型

为了便于对导管设计、仿真分析和加工等各个流程阶段的功能结构、数据流及其之间的关系进行分析,本文采用IDEF0建模方法建立了图1所示的集成系统功能模型。

图1系统中,输入为导管材料、加工任务以及技术要求等信息;输出为导管模型、弯管工艺、模胎模型、NC代码、 仿真结果以及实际加工的导管零件;系统约束为导管质量要求、加工规则规范;系统所需要的条件是CAD软件、设备以及各类操作人员。按照自顶向下层次分解的结构化方法把整个过程分解为工艺规划、质量预测、弯曲加工过程仿真3个应用程序模块。

2.2 系统框架及关键技术

根据系统总体业务流程以及功能模型,建立了基于工艺数据库的导管数字化制造集成框架,如图2所示。该系统框架提供了有效的运行机制,能确保各个分系统在工艺数据库的基础上单独运行或协作运行完成相应任务,涉及的主要关键技术有:基于知识的导管弯曲工艺性分析、参数化有限元建模和弯管过程建模与仿真技术。

2.2.1 基于知识的导管弯曲工艺性分析

本文提出了基于知识的导管弯曲工艺性评价方法,采用基于目标驱动的分层决策机制,其过程如图3所示。在工艺性分析评价中共有可加工性、易加工性和可成形性分析3个层次,主要分析9种条目,即所需弯管机匹配、所需模胎匹配、碰撞干涉分析、相对弯曲半径分析、椭圆畸变率分析、壁厚减薄率分析、弯曲半径一致性分析、外径一致性分析以及结构合理性分析。上述条目必须全部满足要求,否则当前工艺就无法进行。

2.2.2 参数化有限元建模技术

有限元数值建模与仿真提供了导管在特定工艺条件下的成形过程模拟以及成形质量的预测方法。本文重点建立了适合多种管材的数控弯曲加工有限元仿真模型,提供导管几何、材料、加工工艺等信息的参数化输入接口,并研究回弹量、椭圆畸变率以及壁厚减薄率等质量数据提取机制。通过理论分析以及实验研究的方法,对所建立的有限元模型进行不断修正与优化;利用可靠的有限元模型代替实际弯曲实验,对不同的工艺参数组合进行预测,不断比较优化获得最佳的工艺参数组合,同时可实现对模胎几何结构的校核。

本文提出了全参数化有限元建模的方法,保证数据传递的一致性,实现建模、求取及后处理的自动化。其建模方法思路是:根据弯曲工艺信息,由导管几何参数驱动弯曲工程CAD和CAE统一建模,将CAD参数化建模的方法应用到CAE建模中,采用相同的拓扑结构和参数驱动体系,并对CAE模型进行适当简化,以方便建模、减小计算量,全参数化建模所需信息及建立的模型如图4所示。

2.2.3 数控弯曲快速仿真技术

弯管过程建模与仿真是一种对弯管工艺以及NC代码验证的有效方法。通过对建模与仿真知识的总结,建立知识驱动的快速建模与仿真体系,需要解决数控编程、模胎设计、机床的几何建模与运动学建模、导管成形过程建模、碰撞干涉检查等技术。

数控弯曲快速仿真模型如图5所示,根据导管模型文件和工艺文件,建立指令加工工艺条件下的弯管机运动学仿真模型,解决了弯管机零部件运动关系定制、导管模型的动态成形、实时碰撞检测技术等核心问题,提供了导管逆向仿真、仿真回放等功能,可以实现快速仿真加工,有效检测NC程序的目的。

3 系统开发与应用实例

根据上述的集成框架设计思想,开发了导管数字化制造集成系统(tube digital manufacturing integrated system,TDMIS)。根据不同功能模块的应用特点,采用了不同的开发方式。为了实现分布式应用,工艺规划以及工艺数据库模块采用基于Web的B/S架构模式;数值模拟模块采用了基于APDL参数化语言的ANSYS软件建模与计算,采用LS-DYNA软件后处理显示方式;弯管加工过程仿真模块采用了SolidWorks API来实现SolidWorks的二次开发应用。

TDMIS集成系统主要功能界面如图6所示。根据设计任务输入导管模型,进行导管工艺性分析和制造资源选择,输出导管工艺规划文件,见图6a;根据导管模型文件以及制造条件对工艺设计模块进行工艺规划,数值模拟模块可以预测当前工艺下的成形质量并优化工艺,见图6b;在各种制造资源完备的情况下,进行弯曲过程快速建模与仿真,检测NC代码的有效性,见图6c;最后,通过TCP/IP技术,利用生产集成控制平台控制弯管加工,加工后的零件见图6d;TDMIS运行信息集成是基于导管弯曲工艺数据库完成的,其界面见图6e。

4 结语

本文基于导管弯曲工艺数据库设计了一个集工艺设计、质量预测、弯管过程仿真等功能为一体的导管数字化制造集成框架,开发了导管数字化制造集成系统,建立了系统的功能模型,并分析了相应的关键技术。该系统涉及导管工艺设计和制造环节,提供了导管并行设计与制造的环境,已在某航天制造厂弯管车间应用多年。系统功能不断调整与更新,经过十余个型号卫星产品的应用,大幅度提高了弯管加工效率以及成形质量,证明了系统的功能合理性。导管数字化制造技术的不断推广将逐渐改变弯管加工的生产模式,从而为军工企业提供了一个导管制造解决方案以及软件平台。

参考文献

[1]谈凤奎.航天数字化制造集成技术实践[J].航空制造技术,2005(11):26-30.

[2]许旭东,李光俊.飞机导管数字化生产线探讨[J].航空制造技术,2005(9):84-85,89.

[3]赵柏萱,宁汝新,刘检华.虚拟环境下的管路布局与装配仿真系统关键技术[J].北京理工大学学报,2010,30(8):895-900.

[4]赵铄.金属导管数控弯曲工艺规划技术研究[D].北京:北京理工大学,2010.

[5]Li Heng,Yang He,Yan Jing,et al.Numerical Studyon Deformation Behaviors of Thin-walled TubeNC Bending with Large Diameter and Small BendingRadius[J].Computational Materials Science,2009,45(4):921-934.

绿色建筑的信息集成系统 第8篇

随着技术的不断前进, 各类关于绿色概念的建筑专业设备和技术正不断涌现, 例如基于LED方式的照明系统, 基于水、风、太阳能等各类绿色清洁能源的引入, 水/地源热泵技术的出现。这一切, 使得现代建筑建设运维过程中的绿色能力逐步增强, 但是在目前大多数的应用中, 这些专业系统仍处于各自为政, 自成体系的相对独立状态, 没有很好的与建筑内其他的智能化子系统实现互联互通, 更没有与建筑物所承载的功能以及业务特点相结合, 难以实现系统间的有机整合。因此, 无法从全局角度整合各个子系统的能力, 难以发挥和体现这些绿色技术所能带来的最佳效能。因此, 在绿色建筑智能化项目的建设中, 最终需要建设一套符合绿色建筑智能化, 通过集中采集, 全面分析, 综合协调以及智能管控的手段, 最大效能发挥各子系统的能力。

绿色建筑智能化能够得以实现的前提核心是楼宇智能化系统的全面集成, 通过智能建筑信息集成系统实现对楼宇设备自动化系统 (BAS) 和通信自动化系统的整合, 实现信息、资源和管理服务的一体化集成与共享, 才能够实现针对楼宇内各类传感器信息, 业务经营模式对环境的需求与影响等加以合理分析, 并通过全方位各系统的综合调度与调控, 实现绿色、环保与智能的建筑智能化建设目标。而这一过程的具体表现, 就是借助日益成熟的Internet/Intranet技术, 将建筑系统中, 传统的BAS、SAS、FAS、OAS及CNS (通信与网络系统) 、INS (信息网络系统) 集成为一个有机的整体, 最终实现设备监控、业务管理等全方位的信息资源的集成管理。

这种集成实现的技术基础是数据库技术和网络技术, 而针对各子系统信息的异构性和分布性的特点, 如何具体实现各个子系统的有机集成, 其本质是屏蔽异构环境的细节, 以实现各子系统间正确的通信与互操作, 从而完成从全局角度出发的各种建筑智能化系统的应用。

2 智能建筑信息集成系统架构

智能建筑信息集成系统在三层架构 (应用与展示层、数据处理层、数据接入层) 基础上, 从下至上可细分出五个层次, 如图1所示。

(1) 应用表现层:是整个系统的对外展现窗口, 是管控人员掌控当前整个系统运行状态, 以及能耗状态的窗口, 通常应包括各种监控画面和报表画面。应用展示的子系统包括消防报警系统、防盗报警系统、广播系统、视频监控、楼宇自控系统、一卡通系统、停车场系统、地源热泵系统、节能监视系统、节能效率统计系统、能源信息集成系统等。同时为了便于系统的部署、使用和维护, 还应提供Web方式的管理门户, 便于高层级管理人员的远程管控需求。

而系统的统计报表系统在提供传统的基于设备报警报表、设备故障报表、重要的设备参数运行记录参数的同时, 还应结合系统内绿色系统的能力, 提供例如绿色能源供需分析、能耗对比分析、重点能耗与业务及区域的关系以及能耗指标超标、预警分析、设备运维统计等, 与绿色环保密切相关的各类分析数据, 切实为优化绿色运维管理策略提供基础数据支撑。

为了便于各类报表的汇集, 并针对不同管理单位的关注重点, 实现数据聚焦, 系统应该配置方便快捷的报表生成工具, 可灵活的定位各类日报、月报、季报、年报的生成, 实现对数据存储的时间范围、间隔、起始时间的指定, 并可查询历史数据。此外也可以根据需要生成更加直观丰富的统计图表, 支持图表类型包括直方图、饼图、曲线图等。通过丰富的数据分析方式和手段, 提高建筑管理水平, 提高设备运维效率, 为节能减排分析提供相关参考信息。

(2) 业务逻辑层:是整个系统的逻辑处理层, 包括联动管理、报警管理的逻辑功能处理模块。对于智能建筑各个子系统的协调、调度都将在这一层予以执行, 可以说是智能建筑绿色概念的执行层。

其中联动管理模块, 实现的主要功能, 就是通过跨越子系统之间的联动关系设定和联动条件的管理。根据设定常规的联动条件 (如子系统的一个或多个参数阀值或组合运算结果) 的判断, 或者接受来自专家库、专业子系统的管控模型库等专业库给出的分析结果和执行建议。然后使用全自动或人工确认并决策执行的方式, 决定是否输出控制命令, 让被联动的相关子系统执行相应的控制策略, 驱动现场设备进行联动, 实现跨系统间的协调调度, 从全局角度整合发挥各个子系统的能力。

报警管理的主要内容针对常规的设备故障、报警、入侵与安保事件及消防报警等做专业处理, 可以根据时间、设备, 以及登录的管控人员席位或身份等多种条件, 过滤报警事件, 聚焦用户关心的事件。并便于这些事件进行存储、检索管理, 为事后追溯以及总结优化管理模式, 提供数据基础, 同时为了配合节能减排的目标, 应该能够将各类能耗相关的以及机电设备运行负载均衡等, 与实现节能减排目标的分析警告, 可作为报警事件纳入管理。

(3) 数据存储层:将采集到的各子系统数据存储到数据库中, 并做好数据的归类用于初步分析, 为今后的更高层次的数据分析与挖掘提供夯实的基础。因为, 任何算法、模型以及知识库的累计, 都离不开丰富详实的基础数据。例如根据建筑物的能源需求关系, 参照绿色能源的能效贡献比, 再结合建筑物内外环境参数 (气候、温湿度、客流、密度等) , 形成一套绿色能源切换调配的机制, 这看似简单的模式库的形成, 都需要通过对大量基础数据信息集中、萃取和提炼, 才能寻找出这些系统间的内在规律和联系。因此, 这层是智能建筑信息集成系统业务逻辑层中各类分析算法得以实现的基础。

为进一步的数据分析、检索、查询提供依据。该层会将存储采集到的现场设备的数据信息, 通过数据转储模块, 将数据信息存储到Oracle、SQL、DB2等主流的大型商用关系型数据库中, 便于今后数据挖掘的开展, 而在数据转储模块中, 可定义将数据点的参数装载到数据库中对应表的字段上, 采样时刻的日期和时间同时被存储到相应表的时间字段上, 同时还可以定义历史数据的采样间隔时间, 确保历史事件回溯是的准确性与可靠性。历史数据至少应能够保存3个月以上, 并通过配合历史/实时趋势分析、报表服务等, 为历史数据的挖掘分析, 提供基础。

(4) 数据处理层:这一层的核心是实现对接口层上传的原始数据到数据存储层的转换, 完成数据的规范化处理, 便于系统内部的数据分析处理。其中应该设置有高性能的实时数据库, 完成对驱动层所采集到的各子系统数据的管理, 并实现数据格式转换、存储转发。

同时, 通过最接近数据源头的处理层, 针对实时数据的分析、处理, 能够高效的提炼出智能楼宇管控需要的信息、事件与报警信息, 高效的识别聚焦所关注的关键信息, 并及时转发给逻辑处理层, 确保针对各类实时信息、数据以及事件的高效应对和处置。

(5) 接口层:这一层是系统得以建立的基础, 系统需要具备灵活、宽泛、开放的框架, 能够实现对各类智能建筑子系统所采用的标准化协议的快速接入接口, 实现市场主力标准化产品的接入。而通过提供构建化、开放的定制开发架构, 系统应该能够实现对部分非标准子系统的接入。实现对各类异构子系统的数据采集, 并处理下发设备的一些控制指令。

此外, 为了实现对智能建筑中多部门、多级别管控的需求, 在智能建筑信息集成系统中, 需要纳入统一身份验证系统。该系统应该在整个系统架构中, 从数据接入层便开始贯穿一种统一的身份验证框架, 以这种可细化到具体设备接入点的授权管理方式, 实现与管理单位结构相匹配的授权管理, 并细致到具体某一资源的权限控制, 从而在提供良好安全性的前提下, 确保权限设置的灵活性。

当然, 从着眼未来的角度出发, 考虑到智能建筑系统, 在运维管理中与其他第三方业务平台之间的数据互联互通的需要, 更是作为未来数字化城市一个重要组成部分的需要。智能建筑集成系统, 还需要具备良好的可扩展性与可接入性, 因此建议在系统的数据接入层上, 应建立一套符合SOA架构的标准化数据总线接口, 便于系统与可能的第三方系统实现快捷、标准的互联互通。

3 智能建筑信息集成系统的基本功能

(1) 智能建筑信息集成系统楼宇自控系统。楼宇自控系统一般包括空调与通风监控系统、给排水监控系统、照明监控系统、电力供应监控系统、电梯运行监控系统等。主要功能包括:

(1) 空调系统/集中供冷系统主要监视设备 (包括新风机组、空调、风机等) 的启/停;新风机组和空调机组的风门执行器、调节阀的启/停。

(2) 给排水系统主要监视水泵的运行状态、故障显示;各类水池、水箱的水位及报警等;给排水系统中主要控制水泵的启/停等。

(3) 电力供应监控系统主要对高低配电系统的各种参数进行监视。

(4) 照明监控系统主要对大楼及公共区域的照明设备进行监控。

(5) 电梯监控系统主要对电梯运行状态信息进行监视。

(6) 报警管理:当系统设备出现故障或意外情况时, 智能化集成系统将进行采集和记录。报警管理功能自动运行无需操作人员介入。当设备发生故障时, 在显示器上弹出警示提示窗口, 并显示报警点的详细信息资料, 包括位置、类别、处理方法、时间、日期等, 并由系统自动将报警信息备案。发生设备故障时, 能提供故障驱动, 并在确认故障信号后, 向相关系统发出联动指令。

(2) 智能建筑信息集成系统集成安防系统, 主要功能如下:

(1) 监视防盗报警系统的防区状态, 对防区进行布撤防控制, 当防区发生报警时或者设备出现故障时, 智能化集成系统将进行采集和记录。

当防区发生报警或设备发生故障时, 在显示器上弹出警示提示窗口, 并显示报警点的详细信息资料, 包括位置、类别、处理方法、时间、日期等, 并由系统自动将报警信息备案。

系统自动产生报警记录明细报表, 发生防盗报警时, 能提供报警联动, 并在确认报警信号后, 向相关系统发出联动指令。

(2) 智能建筑信息集成系统集成安防的电子巡更系统, 主要功能包括:提供所有巡更路线的运行状态;提供所需巡更站点的信息 (太早、正点、太迟、未到、走错) ;提供巡更信息的历史记录;提供人员的考勤报表。

(3) 智能建筑信息集成系统集成火灾自动报警系统, 主要功能包括:

(1) 提供各类火灾报警探测器的报警统计、归类和制表。

(2) 提供以事件联动程序信息为主的报表, 报表内容包括:报警设备地址码、描述, 联动设备名称、描述, 报警时间等;

(3) 提供消防值班员确认火灾报警信号的时间和修改者账号的资料。

(4) 提供消防设备运行状况的信息。

(5) 当火灾报警时, 能提供报警驱动, 并在确认报警信号后, 向相关系统发出联动指令。

(4) 智能建筑信息集成系统集成广播系统, 主要功能如下:

(1) 系统提供广播回路的报警统计、归类和制表。

(2) 系统监控广播音源、监视广播回路的运行状态、故障及报警信息。

(5) 智能建筑信息集成系统集成一卡通系统, 主要功能如下:

(1) 系统监视一卡通系统设备的运行状态、故障报警。

(2) 系统能把监视一卡通系统的相关数据共享给物业和办公自动化等系统。

(3) 系统能把智能卡的有关授权信息共享给相关子系统和设备。

(4) 系统能对一卡通信息 (包括进出门信息、门禁信息、消费信息、充值退款信息、停车场信息等) 进行多功能查询。

(6) 智能建筑信息集成系统集成停车场系统, 主要功能如下:

(1) 系统监视停车场系统的闸机运行状态、故障报警。

(2) 系统监视停车场系统的已停车位、剩余车位数。

(3) 车库车辆数据查询、打印。

(4) 进出库车辆信息统计、查询、打印。

(5) 停车场收费信息统计、查询、打印。

(7) 智能建筑信息集成系统集成多媒体显示系统, 主要功能如下:

(1) 系统监视多媒体显示系统设备的运行状态、故障报警。

(2) 系统能把多媒体显示系统的相关数据共享给物业和办公自动化等系统。

(3) 系统可在发生紧急情况下利用多媒体显示系统, 显示疏散或逃生信息。

(8) 智能建筑信息集成系统集成网络系统, 主要功能如下:

系统可查询相关的网络信息, 包括状态信息、流量信息、故障信息以及报警信息、历史数据等。

(9) 智能建筑信息集成系统集成地源热泵系统, 主要功能如下:

(1) 系统主要监视设备的运行状态、故障报警。

(2) 系统能把地源热泵系统的相关数据共享给物业和办公自动化等系统。

(10) 智能建筑信息集成系统包含综合联动功能。

智能建筑信息集成系统通过对各子系统的集成, 能有效地对建筑内各类设备进行监控, 实时查看到对应的视频图像, 当发生报警时能有效地对建筑内各类事件进行全局的联动管理。

(1) 智能建筑信息集成系统集成安防的防盗报警系统, 某防盗报警装置检测到有入侵发生, 防盗报警主机向智能建筑信息集成系统发送防盗报警的消息。系统根据预先设定的联动预案, 将工作站的视频画面切换为报警点附近的摄像机图像, 并以声光的形式提醒监控管理人员注意已有防盗报警情况发生, 在监控终端上显示有关报警的信息, 在监控中心播报出相应的语音报警信息。启动照明系统, 协助进行进一步的警情确认, 起到震慑作用;同时还可以通过移动网络将报警信息及时的发送到负责人的手机上, 也可以进行电话语音报警、E-mail等方式报警。

(2) 智能建筑信息集成系统集成安防的电子巡更系统, 能完成如下联动功能:自动打开巡更点区域的照明, 以便保安人员对附近区域进行观察。

(3) 门禁系统与照明系统能完成如下联动功能:当光线不足时, 自动打开相关区域的照明;当发生非法入侵警报时, 自动打开相关区域照明, 关闭相关区域门禁, 以便保安人员进行观察确认警情。

(4) 智能一卡通系统与停车场信息集成系统进行集成后, 能完成如下联动功能:当发生警报时, 自动打开车库出入口的栅栏机, 以便车辆能及时疏散。

(5) 根据其他子系统发生的报警和故障联动楼宇自控系统设备, 对设备进行启停控制。

(6) 基于时间计划的批量联动控制, 可设定基于固定周期、间隔的、或基于日历、节气等条件, 自动批量执行对多个子系统设备的, 序列化联动调度操作, 能够大幅降低管控人员的劳动强度。

4 智能建筑信息集成系统在节能方面的体现

随着近年来绿色环保、节能减排的概念逐步得以实践, 其所包涵的内容早已从传统的简单的使用清洁能源, 节约使用, 逐步拓展到合理使用设备、延长设备使用寿命、提高系统效能、合理调配能源、减少人力消耗等诸多宽泛的概念。因此, 建议作为一套绿色智能建筑信息集成系统, 在绿色节能方面, 除了传统的基于监测阀值并联动设备这种简单的联动调度之外, 还需要体现以下几个方面的能力:

(1) 基于各类模型和算法分析结果的调度

顾名思义, 即改变传统的仅根据简单的一个或多个开关量或者模拟量, 完成设备启停控制的模式, 改为结合多子系统间的综合数据分析, 甚至外部系统的信息进行分析后, 对一系列设备实现调度, 以便实现综合分析。

例如空调系统, 除了结合温控检测目标外, 结合当日的气象条件、季节变化以及建筑区域的面积、内部客流信息等, 选取不同的运行模型, 通过控制风阀开度、空调出风口温度设定参数、新风量等系统和设备, 力争通过合理的调配, 在提高系统运行的能效比的同时, 调整好室内温度及通风的舒适度。

再例如针对商务楼宇, 能够通过结合RFID识别、感应识别等多种检测技术, 甚至通过与物业管理系统关联的会晤安排, 根据室内会议室等无人负责区域人流信息, 自动启停相关区域的风机盘管送风, 自动控制照明模式的切换与开闭, 避免能源浪费。

(2) 智能化的设备运维管理

一套良好的设备信息集成系统, 应能够有效地实现对在线设备巡检, 并结合设备与运营特点, 合理调配设备的维护、运行时间与运行负荷, 保持设备最佳运行模式和状态, 有效延长设备生命周期, 并降低维护工作量;而从降低设备损耗, 延长设备使用寿命以及降低人员劳动强度 (同时降低其在巡检过程附带的电梯照明等相关系统的消耗) 的角度来说, 也可视作一种节能减排的模式。

具体的设备管理包括设备故障管理、设备维护管理和设备信息统计, 用于检测和统计分析各类设备运行状况。

(1) 设备故障管理:当设备发生故障时, 管理中心发出声光报警并由值班人员通知维修人员处理现场事故, 同时采用手机短信、电话、E-mail方式通知相关负责人有故障发生;并将设备故障信息存储到数据库, 记录至少可保存三个月, 生成相应的报表, 以供回顾。

(2) 设备维护管理:在楼宇中对设备的定期保养是合理分配大楼整体系统的维护总工作量的有效方法。利用智能建筑信息集成系统设备维护管理模块, 可以随时掌握设备的保养进展工作, 并定期打印派修单, 使整个维护过程划分到不同的时间段, 更有效的合理利用人力资源, 以防造成同时维护而人力不足的情况发生。主要功能包括:

◆建立楼宇智能化信息系统的资产数, 并以此为基础整理所有资产的静态基础信息, 形成清晰、完整的资产台帐, 构建维护人员、调度人员、采购人员、维修人员公共沟通的信息平台。同时, 对设备的规划、安装、维修以及最终报废等动态信息进行及时的状态更新和维护, 对设备的使用、租赁、报废等业务进行管理和跟踪, 实现设备的全生命周期管理;

◆能够在点检工作的基础上, 逐步建立楼宇智能化信息系统的点检知识体系, 形成标准;

◆对设备管理的要求设定相关的KPI, 并通过系统自动及时收集系统中的数据并及时反映, 实现管控一体, 实时高效, 安全经济的维修目的;

◆全面准确记录、保存设备各项数据, 特别是设备维修全过程, 并对其进行全方位分析, 建立故障数据库;为关键设备制定合理的维护规定与计划, 提高维修效率, 降低维修成本, 降低事后维修的比例, 提高预防性维修和状态维修的比例, 从而提高设备的利用率和降低运营成本, 避免或减少因设备运行过程中维护或维修不当而发生的安全事故;利用系统提供的流程和数据, 安排合理的备件采购, 从而降低备件采购成本, 建立备件合理的库存。

(3) 设备信息统计分析主要功能包括:

◆统计各系统主要设备实际运行时间, 当设备达到点检时间时自动提醒;

◆计算一组设备运行的不均衡度, 当达到一定程度时进行自动提醒, 也可以自动进行均衡, 如空调设备的运行均衡、电梯设备、照明设备运行均衡;

◆统计各类设备报警信息, 报警频率等, 如防盗报警可统计防区报警频发点, 对于频发点, 可以通过加强巡逻或者调整摄像头位置等手段进行预防, 又如空调温度的控制, 通过跟踪监控温度检测设备的参数, 可通过采取一些手段, 如改变送风口位置, 清洁送风通道等方式, 尽可能优化调温效果;

◆统计各类设备故障信息、故障频率等, 对于故障频发设备, 可通过采取一些手段如更换设备或者减少使用该设备的频率等尽可能避免故障的发生。

(3) 节能监视与建议

该部分功能应通过采集冷热机组、冷水机组、智能照明及各种计量仪表数据的运行数据, 在智能建筑信息集成系统中进行统计对比分析, 可判断子系统是否处于节能运行状况, 并及时给出相关的节能建议甚至节能操控。如照明系统, 能够根据照度、季节、时间以及人流密度信息联动照明系统, 制定照明控制策略, 优化照明供电消耗。

同时, 基于全数字化的用电量计量、预警及调节, 根据经验及需求, 设置电量计量警戒线, 当发现用户用电情况异常时, 系统能够及时给出通知, 减少出现长时间浪费电能现象。为每个用户设定用电限额, 超过该限额时进行预警及采取调节措施。此外, 通过合理调配设备运行模式, 例如通过变压器负荷监测, 根据变压器配置情况, 在检测到总负荷低于单台变压器的容量的某个比例时, 给出提示及优化建议, 可动态调整变压器运行方式, 提高设备利用率, 实现节能减排目标。

BMS平台, 应能实现在终端用户侧, 对能耗数据分类统计 (最值分析, 均值分析, 异常值分析) 、检索, 计量参数包括功率、谐波、需量等, 并建立能耗计量数据库, 统计分析重要能耗参数, 制作动态曲线, 并可以提供能耗时报、日报、月报、年报。

(4) 节能效率统计

本模块对各种节能系统的电力消耗和产生/节省的能量进行准确计算, 统计出各种设备的节能效率, 为设备后续的合理使用, 提供科学的数据依据。通过分析对象的能量的输入/输出关系, 显示能量在数量上的转换、传递、利用和损失, 确定系统的总体能效、系统某部分的能效;建立能耗计量的历史数据库, 以便实现能耗的分析和优化, 便于节能效率统计、评价节能效果。

(5) 基于数字城市的信息共享实现绿色目标

智能建筑作为未来数字城市的一个组成部分, 应该通过在建筑内分享城市信息, 例如交通出行信息、观光景点信息、停车库信息等, 实现与城市的双向互动。通过合理的内部调度, 为更高层次的绿色节能目标做出贡献。例如, 通过分享停车库诱导信息, 减少周边交通拥堵以及车辆尾气排放。通过向内部分享交通出行信息, 让人员合理选择交通方式, 合理分布交通方式等, 这都能够为建设绿色数字城市, 提供有效的帮助。

5 智能建筑信息集成系统性能指标

通常而言, 在一栋具备一定规模的智能建筑管理中, 集成平台往往需要完成对10余个以上的子系统数据与资源实现集成管理, 涵盖视频、音频、数据文件等多种形式和格式的数据信息, 而运维管理人员团队规模也较为庞大。

通过典型项目的参考估算, 一栋42层地面和3层地下的, 拥有11个类似子系统的大楼, 其BMS系统的数据接入规模就在3.5万点左右;上海环球金融中心大厦 (492m, 101层) 中, 仅VAV控制系统的监控点数量就达到了3.6万以上;沙特哈利法大厦 (828m, 160层高) , 仅视频系统探头数量超过1000个, 门禁数量超过3000, 无线对讲子站超过800个。因此, 在建设智能建筑信息集成系统时, 为了确保建筑信息集成系统的高效运行, 同时也作为实现科学管理和能源节约的途径, 其性能指标对于信息集成系统的实施具有重要指导意义, 这里提出以下建议:

◆单服务器处理能力可达50, 000点/秒;

◆客户端数据变化的刷新时间不大于2秒;

◆设备报警信息从产生到客户端显示的时间不大于1秒;

◆控制指令下发到设备响应的时间间隔不超过500毫秒;

◆组态画面终端刷新时间最小500毫秒;◆历史趋势数据一般保存3个月及以上;◆节点服务器冗余切换时间不大于3秒。通过使用智能建筑信息集成系统, 争取达到以下效果:

(1) 减少维护人员30%～50%。

(2) 节省维护费用10%～30%。

(3) 提高工作效率20%～30%。

6 案例介绍

BMS系统是现代绿色建筑中取得非常明显的节能效果的手段之一, 本节主要以某省政协大楼建筑的BMS系统为例, 描述了BMS系统在现代大型建筑中的作用。

本系统是一个先进的一体化集成系统, 集成了楼控系统、综合安防系统 (电视监控、防盗报警、门禁管理) 、消防系统、停车场系统, 实现了各智能化子系的统一集成和综合管理。整个系统基于网络构建, 通过浏览器的方式进行管理。

在该系统中, 建筑自动化信息集成系统 (BMS) 是智能系统集成的核心, 是各子系统的集成信息集成系统, 起着统管全局、集中监视的作用, 实现各子系统协调优化运行。

从结构上, 该BMS系统分为三层, 最上层为监控中心, 负责整个系统协调运行和综合管理;中间监控层即各分系统, 具有独立运行能力, 实现各系统的监测和控制;下层为现场设备层, 包括各类传感器。

通过实施BMS系统, 实现了各子系统的协调控制和连锁联动。例如安保技术措施设有防盗报警系统、闭路电视监控系统、挂壁式控制箱和门禁控制系统, 相关的措施还有火灾自动报警系统与停车场信息集成系统, 这些系统如果由安保人员分别来协调工作与管理, 工作强度大, 效率低, 尤其是当出现突发事件时, 可能应接不及顾此失彼。BMS将各自独立的系统综合集成起来, 互相联动控制, 信息以网络方式互联, 信息与图像资料进行统一的管理, 则可以使安保系统构成一个统一的集成化安保信息集成系统, 提高安保工作质量。BMS通过RS232、485、ODBC、TCP/IP等接口形式把楼控、CCTV及防盗报警、门禁、停车场、消防这些智能化子系统集成为统一的有机系统, BMS系统对他们进行统一管理。

在本系统中, 主要集成了如下子系统:

(1) 监控保安系统

闭路电视监控系统:在办公楼主要通道、大厅等公共场所共设置黑白低照度摄像机57台、室内彩色球型一体化摄像机9台、室外彩色球型一体化摄像机4台、微型黑白半球摄像机5台, 镜头、摄像机采用日本知名品牌产品, 通过12台高清晰度监视器进行实时监视, 并通过3台数字硬盘录像机进行关键部位及报警录像, 保障办公楼的安全。

其中通过矩阵控制系统对视频及控制信号进行处理, 并可同时通过其多媒体软件系统进行管理, 通过多控制矩阵将闭路电视监控系统集成到BMS中。

防盗报警系统:在办公楼主要通道、财务室等重要场所设置探测器20个, 系统可与闭路电视监控系统进行联动控制, 也可集成到BMS中。

门禁系统:在办公楼主要通道处共设置29套双向门禁、3套单向门禁信息集成系统。在完成门禁管理需要的同时, 可以集成到BMS中, 完成与其他系统的联动, 达到集成管理的需要。

(2) 楼宇设备信息集成系统

楼宇主要设备包括:空调机5台, 消防低噪声柜式离心风机12台, 冷水机组4台, 冷热水循环泵5台, 5台电梯, 4个污水坑, 2台生活水泵, 1个生活水箱。本设计采用美国Honeywell的5000系统, 5000系统为开放式集散系统, 实现对用户的开放性, 可以提供标准接口, 通过TCP/IP实现与BMS的集成。

(3) 车辆出入信息集成系统

停车场信息集成系统功能包括出入口管理、收费管理、语音对讲、图像对比于一体的网络信息集成系统。它采用模块化结构设计:可扩展性能良好、灵活性好;兼容性和应用软件可移植性强。该子系统对办公楼的地下停车场进行出入管理, 共有2个双通道出入口。本设计为地下停车场配置2套出口机、2套入口机、1套视频对比系统及管理中心设备。

BMS系统通过ODBC接口获得停车场系统数据, 用户可以随时通过网络查询事件信息, 随时查询停车场的出入情况和停车场系统的管理信息, 对停车场的使用进行全面掌握。

(4) 消防报警系统

消防报警系统使用某公司的GST 5000联动型报警系统, 通过语音, 报警盘提示整个大楼的火警信息, 并报告系统的故障信息。

(5) 系统总结

本系统采用子系统集成模式, 集监控与信息集成系统于一体的楼宇监控与信息集成系统, 在系统正常情况下主要是反映各种综合监视信息;异常情况下, 及时传输报警。同时系统采用B/S结构, 以浏览器的方式对系统组态界面进行管理, 保证了系统操作的简便性。

摘要：绿色建筑智能化能够得以实现的前提核心是楼宇智能化系统的全面集成, 通过智能建筑信息集成系统实现对楼宇设备自动化系统 (BAS) 和通信自动化系统的整合, 实现信息、资源和管理服务的一体化集成与共享, 才能够实现针对楼宇内各类传感器信息, 业务经营模式对环境的需求与影响等加以合理分析, 并通过全方位各系统的综合调度与调控, 实现绿色、环保与智能的建筑智能化建设目标。

钣金件数字化制造数据集成技术 第9篇

钣金件的数字化制造工艺资源主要有设备、刀具、夹具、工装、量具、物料, 每个具体的应用软件需要的信息不同, 在具体应用软件中其存储的形式也不尽相同, 具有信息的异构性, 不能够进行信息交换, 且由于各软件信息存储的物理空间也不同, 造成其表达的内容在时间的同步性上较差, 给数字化制造带来诸多不变。

某公司钣金件的制造涉及到公司内的数据设计、材料供应、生产计划、工艺计划、数控加工等诸多部门, 公司为适应现代化生产的需求, 内部已经建立覆盖全公司的局域网, 企业已经购买了知名的商品化的ERP、PDM、CAPP等软件, 各软件已经具有一定规模的数据文件。如图1所示, 数字化制造信息管理系统以网络技术和数据库技术作为基础, 从现有系统提取信息, 通过转化生成对应的应用系统数据库供本系统调用, 避免繁杂交互输入, 保持了数据的一致性。

系统体系架构模型分为支持层、对象层、应用层和界面层四个层次。 (1) 支持层:支持系统的运行, 利用基于WEB的B/S模式, 包括各个子系统的数据库, 辅助定义集成配置关系、以及子系统的文件信息; (2) 对象层:集成制造信息管理平台; (3) 应用层:指集成制造的应用模块, 包括系统管理、用户管理和具体应用软件; (4) 界面层:指呈现在各计算机终端的IE界面和系统软件界面。图2描述了CATIA、PRONEST、CNCKAD和VERICUT等的系统接口信息传递流程。

数据库是数据信息存放的介质, 集成涉及到的数据库有文件形式和专用数据库管理系统等。在ERP和MES系统中, 数据信息以数据库形式存在, 数据库模式和软件分别是关系数据库模型和ORACLE 9i数据库。

在VERICUT中涉及到的数据库为刀具数据库.tls文件, 分析TLS文件知其为XML文件, XML是W3C于1998年发布的因特网上广泛使用的语言, 用于描述数据文档中数据组织和安排的结构, 与多种开发工具有解释器接口调用。XML为树形描述体系, 刀具库XML文档包含在根元素 (Root Element) CGTechToolLibrary下, 属性Version="6.0"描述刀具库版本号为6.0。

CATIA提供了铣削刀具库、车削刀具库和组合刀具库等多种刀具库, 刀具库统一采用专用的数据文件CATALOG格式文件, 可以单独打开并查看。分析发现该类型文件只能查看, 不能修改, 因而不能通过直接操作CATALOG文件建立用户刀具库。查找相关资料并分析CATIA中刀具库结构原理, 通过CATIA宏命令MyCatalogVB2可将包含刀具信息的CSV文件编译为刀具CATALOG文件, 刀具CSV文件的生成要依托于刀具EXCEL文件的存在。在刀具EXCEL文件中能够方便的对刀具信息修改, 并且能够将EXCEL文件另存为CSV文件, 因此可以使用包含刀具信息的EXCEL文件建立刀具库。

系统采用B/S (Browser/Server) 体系, 利用ASP作为开发工具开发接口程序, 利用ORACLE数据库开发各应用系统数据库, 包括CATIA的刀具库、VERICUT的刀具库、PRONEST的板材库存数据库、PRONEST的材料库、PRONEST的客户数据库和PRONEST的零件库存数据库等。

2开发实例

以PRONEST软件为例, PRONEST的数据库用来选择板材的库存情况、材料规格和价格、零件库存和客户的数据库等, 库信息来自ERP、SCM等子系统, 依靠这些系统去进行日常数据维护, 数据库为ACESS数据库, 存储在安装目录下的MTCDATABASEPRONEST8.mdb文件中, 数据以数据库表的形式存在, 表视图如表1所示, 利用ODBC技术读取MES、ERP、SCM系统的ORACLE数据库的数据信息, 生成PRONEST数据库以便排料和切割时使用。

摘要：钣金件现在广泛采用CATIA、AUTOPOL、PRONEST、CNCKAD、VERICUT等应用软件进行数字化制造, 应用时互相具有数据信息的联系, 同时与外部的CAPP、MES、ERP、PDM等系统进行数据共享和交换以协同完成制造。信息集成有信息采集、处理和传递任务。目前主要有基于中性接口的集成、基于数据词典的集成、基于开放式数据库 (ODBC) 的集成、基于公共界面的集成和系统核心级集成五种方式。信息集成的难点在于数据源的异构, 主要有数据类型不同、值不同、语义不同和数据丢失几种类型。