（机械电子工程专业论文）cims环境下陶瓷产品集成设计技术及其系统研究.pdf

重庆大学硕士学位论文摘要 摘要 本文的研究工作是国家8 6 3 c i m s 主题项目重庆兆瓷c i m s 应用 示范工程( 编号：8 6 3 5 1 卜8 1 0 1 0 2 1 ) 中的重要组成部分。 一陶瓷制造业在我国有着悠久的历史，我国的陶瓷产品曾经行销世 界。但由于目前我国陶瓷制造业仍然采用传统的产品设计手段和传统的 制造方式，陶瓷制造企业普遍存在陶瓷产品设计周期过长，陶瓷产品式 样单一，对市场的快速反应能力，产品质量。技术水平和管理水平等相 对于世界陶瓷先进国家还有较大差距。因此，本文针对我国陶瓷制造业 的实际情况，结合重庆兆瓷c i m s 应用示范工程工程设计分系统的实施， 研制了一套适合于我国陶瓷行业的陶瓷产品集成设计系统矿 本文围绕着建立陶瓷产品集成设计这一中心问题，针对国内外在同 类研究的不足，成功研究并开发出了套陶瓷产品集成设计系统。本系 统从陶瓷产品设计的流程出发，实现了陶瓷产品造型设计、产品花案设 计、陶瓷产品模具设计和陶瓷产品虚拟制造等设计系统的集成，并通过 陶瓷产品数据管理系统实现了陶瓷产品产品设计信息的管理和共享。另 外，本文在研究将集成设计技术应用于陶瓷制造企业同时，还研究了该 类企业中实现企业内部设计信息和管理信息集成和共享的几种实现模 式，经过分析提出了采用b 叫技术来实现陶瓷产品设计信息和管理信息 的集成。陶瓷产品集成设计系统不仅实现了陶瓷产品设计系统的内部集 成，而且还实现了陶瓷产品工程设计系统和管理信息系统的集成和共 享。， 、 。j 本文研究的实用系统适用于陶瓷制造企业，可以大幅度的缩短陶瓷 产品设计周期，提高陶瓷产品设计和制造能力，目前该系统已在重庆兆 峰陶瓷公司投入实际应用，并取得了良好的应用效果。j ， 关键词：陶瓷系统集成工程设计系统陶瓷产品数据管理 重庆大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sr e s e a r c h p r o j e c t i st h em a i nc o m p o n e n to fc i m ss u b j e c to f n a t i o n a l8 6 3 h i g h - t e c hp r o g r a n a c h o n g q i n g s i u c e r a m i c s c i m s d e m o n s t r a t i o na p p l i c a t i o np r o j e c tf s e r i a ln u m b e r ：8 6 3 5 1i 一8 1 0 一1 0 2 1 ) c e r a m i c sh a sal o n gh i s t o r yi nc h i n a ，i th a db e e nv e r yp o p u l a ro v e rt h e w o r l d b u tn o w , t h eo l d - f a s h i o n e dw a yo f d e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，w h i c h i s s t i l li nu s ei nm o s tc o m p a n i e s ，r e s u l t si nal o to fp r o b l e m sl i k el o n g t e r m d e v e l o p m e n t ，u n v a r i e dp r o d u c t s f r a n k l y , w ea r en o w f a rb e h i n do u rw e s t c o u n t e r p a r t sw i t hr e s p e c tt ot e c h n i q u e ，m a n a g e m e n ta n dp r o d u c tq u a l i t y i n t h i s p a p e r , w e ，t a k i n gi n t o c o n s i d e r a t i o nt h ea c t u a ls i t u a t i o ni nc e r a m i c s i n d u s t r y , p u tf o r w a r d a ni n t e g r a t i v ep r o d u c td e s i g ns y s t e m ，w h i c hh a sb e e n a p p l i e d t os i u - c e r a m i c sc o m p a n y f o c u s i n go nb u i l d i n g a l l i n t e g r a t e dc e r a m i cp r o d u c td e s i g ns y s t e m ， t a k i n gi n t oa c c o u n tt h ei n a b i l i t ya n di n a d e q u a c yo f s i m i l a rp r e s e n tr e s e a r c h ， w es u c c e s s f u l l yd e v e l o p e da ni n t e g r a t e dc e r a m i cp r o d u c td e s i g ns y s t e m i n t h i ss y s t e m ，m o d e ld e s i g n ，p a t t e r nd e s i g n ，m o u l dd e s i g n ，v i r t u a ld e s i g na r e w h o l l yi n t e g r a t e d ，m a n a g e m e n ta n ds h a r i n g o fd e s i g ni n f o r m a t i o na r e p e r f e c t l ya c c o m p l i s h e dt h r o u g hc e r a m i cp r o d u c td a t am a n a g e m e n ts y s t e m w h i l ea p p l y i n gt h ei n t e g r a t i v ed e s i g nt e c h n o l o g yt oc e r a m i c sc o m p a n y , w e e x p l o r e dt h ep o s s i b i l i t yo fr e a l i z i n gi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na n ds h a r i n g b e t w e e nd e s i g ns y s t e ma n dm a n a g e m e n ts y s t e ma n df i n a l l yp r e s e n t e da w a yt a k i n ga d v a n t a g eo f b o m t h i si n t e g r a t i v ed e s i g ns y s t e ma c h i e v e sn o t o n l y t h ei n t e g r a t i o no f s u b d e s i g ns y s t e m s ，b u ta l s ot h ei n t e g r a t i o nb e t w e e n e n g i n e e r i n gd e s i g ns y s t e ma n dm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m t h i so p e r a t i o n a l s y s t e mp r e s e n t e di n t h i sa r t i c l eh a sb e e np u ti n t o p r a c t i c e i ns i u c e r a m i c s ，s t a t i s t i c ss h o w st h a t d e s i g n c y c l e i s l a r g e l y r e d u c e da n d e f f i c i e n c yi sg r e a t l yi n c r e a s e d k e y w o r d s ：c e r a m i cs y s t e mi n t e g r a t i o ne n g i n e e r i n gd e s i g ns y s t e m c e r a m i cp r o d u c td a t a m a n a g e m e n t i i 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 课题的研究意义和背景 陶瓷制造业是我国的传统产业之一，“c h i n a ”即来源于“瓷器”。由 于我国陶瓷制造企业长期以来采用落后的生产和管理方式，我国的陶瓷 制造业在产品开发能力、对市场的快速反应能力、产品质量、技术水平 和管理水平等相对于英国、德国等先进国家有较大差距。我国的陶瓷制 造企业要想赶上和超过先进国家企业的水平，就必须开发和应用比它们 更先进的产品开发和制造技术、以及生产管理和经营管理技术，并以此 为手段提高企业的产品开发能力、管理水平和员工素质。另外，随着人 民生活水平的日益提高，人们对陶瓷产品的要求也越来越高。在即将到 来的2 l 世纪，随着全球化、动态化市场竞争日趋激烈和客户需求的不 确定性增加，陶瓷制造企业将面临严峻的挑战。陶瓷制造企业不仅需要 有对市场变化的快速响应能力，而且要不断通过技术创新和新产品开发 来开拓市场和引导市场，这样才能及时抓住一瞬即逝的市场机遇而立于 不败之地。 兆峰陶瓷( 重庆兆瓷) 有限公司是一家生产高档日用瓷的合资企业， 并由国有资产进行控股经营。重庆兆瓷自1 9 9 1 年开始建厂以来，从德 国、意大利等国引进了具有9 0 年代国际先进水平的两次明焰无匣快烧 辊道窑、快烧梭式窑、辊送式高温烤花窑、全自动等静压成型生产线、 空心注浆生产线、自动杯子生产线和自动施釉生产线等生产设备和生产 工艺，使公司陶瓷生产过程在国内率先进入了机械化和自动化行业，实 现了于国际接轨，年产高档日用瓷3 0 0 0 万件，成为我国规模最大、生 产设备最先进的一家高档日用瓷生产企业。重庆兆瓷是国家“八五”陶 瓷改组改造样板企业、国家高新技术企业。曾荣获1 9 9 5 年轻工总会陶 瓷行业唯一的“全国轻工优秀设计一等奖”和“全国轻工优秀新产品一 等奖”、“重庆市科技进步一等奖”等多项奖励，并获国家技术监督局“中 国名牌事业发展评价中心”颁发的“中国陶瓷第一品牌”荣誉证书。公 司被世界最大的陶瓷经销商美国“t h c ”公司和美国最大的艺术挂盘、 挂牌生产销售公司高格陶瓷公司( c g c ) 指定为长期供应商。产品被 中国外交部驻外使团、全国人大、美国西北航空公司、钓鱼台国宾馆、 假日酒店集团、香格里拉酒店集团等选用，远销欧美、东南亚等2 0 多 个国家和地区，并作为国礼由江泽民主席和李鹏委员长分别赠送美国总 统克林顿和法国总统希拉克。江泽民主席、李鹏委员长等党和国家领导 人曾亲i 临重庆兆瓷视察，1 9 9 8 年4 月江泽民主席亲临视察时为重庆兆 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 瓷题词道“发展陶瓷技术，弘扬中华文明”。1 9 9 9 年建国5 0 周年国庆 大典，在人民大会堂举行的5 0 0 0 人盛大国宴上，重庆兆瓷的新产品“华 陶”被选为唯一的国宴用瓷。 陶瓷产品集成设计系统的开发和实施，是在结合兆峰陶瓷c i m s 应 用示范工程，充分考虑兆峰陶瓷现有产品设计和制造的能力的基础上进 行的，通过该系统的应用有效的提升了兆峰陶瓷的新产品开发能力。该 系统的实施对我国陶瓷制造行业也具有广泛和深远的意义，如： 1 ) 为陶瓷制造业应用c i m s 等高技术树立样板 重庆大学与重庆兆瓷合作，开发了陶瓷产品计算机集成制造技术和 系统，并在重庆兆瓷建立了应用示范工程，以此优化重庆兆瓷的管理体 制，增强其对国际国内市场的开拓、占有、应变能力，提高公司的声誉 和知名度，使公司的生产能力、新产品开发能力、经营管理水平和经济 效益上一个新台阶，将重庆兆瓷发展为一个现代化、国际化的大企业。 同时，重庆兆瓷作为“中国陶瓷第一品牌”在陶瓷行业有很强的影响力， 现在又作为我国陶瓷行业第一家c i m s 应用示范工程企业，在陶瓷行业 很好示范作用，对于c i m s 在陶瓷制造业的应用和推广有着十分重要的 作用，为应用高技术改造传统的陶瓷行业树立了良好的样板。 2 ) 对我国陶瓷制造业整体发展水平和与国际接轨有重要作用 我国即将加入w t o ，国际贸易和国际合作是一种必然趋势。要进 行国际合作必须采用国际通用的产品设计、企业管理和贸易手段，实施 陶瓷产品现代制造与管理技术如c i m s 正是陶瓷企业实现与国际接轨的 一种有效手段。另外，我国陶瓷制造业整体发展水平对我国各陶瓷制造 企业参与国际合作和国际竞争有作十分重要的影响。只有我国陶瓷制造 业整体水平提高才能改善中国陶瓷在世界的形象，增强我国陶瓷企业的 国际信誉度和竞争力。也就是说，我国陶瓷企业要想在国际市场占有一 席之地，必须首先树立“c h i n a ( 中国】”这个品牌。这就必须在陶瓷制造 全行业实现现代设计、现代制造和现代管理。以兆峰陶瓷( 重庆兆瓷) 有 限公司为试点企业进行应用示范工程的实施和应用，是为了以点带面， 带动陶瓷制造业全行业的技术进步，进而实现我国陶瓷制造企业参与国 际合作和国际竞争的愿望。 3 ) 对提高陶瓷产品的设计效率、花色品种和制造柔性有重要作用 应用本成果中的陶瓷产品的计算机辅助全过程设计的集成技术及其 工程设计系统( e d s ) ，能够提高陶瓷产品的设计效率，缩短产品开发周 期，提高产品质量，极大地增加产品的花色品种。另外，应用工程设计 系统进行陶瓷产品设计，使设计人员和用户能通过计算机上的虚拟产品 感受和鉴别产品的优劣，并加以改进成为用户满意的产品，而不必进行 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 传统的试制过程，大大缩短了产品开发周期，提高了制造柔性，减少了 资源消耗。上述工作可以大大提高陶瓷企业对市场的快速响应能力，提 高用户满意度。 4 ) 对陶瓷产品虚拟制造有重要作用，并使制造过程快速、低成本 和绿色化 陶瓷产品的另一个特点是它不仅是商品，更是艺术品。从餐具、茶 具到艺术挂盘、挂牌等，对其造型和花案美观的要求有时甚至超过了对 其功能要求，因此其外观效果极为重要。以往陶瓷制造企业是提供样品 给客户选择，由于需要进行试制，其产品开发周期长、成本高、品种也 有限，并且异地客户选择极为不便。这样的方式已经不能满足客户多样 化、个性化和市场全球化的需要。利用本成果可以建立陶瓷产品虚拟制 造系统。利用这个系统，陶瓷企业、合作伙伴和客户可以不受地域因素 的限制，协同设计出虚拟产品供客户选择。这样既能使得产品充分体现 了客户的意愿，又不需要试制样品就能达到产品的实际效果，使产品开 发周期大大缩短，并且避免了试制过程中不必要的资源消耗，使制造过 程绿色化。更重要的是采用这种方式，其产品的品种和花色大大增加， 完全能够满足客户对陶瓷产品多样化和个性化的要求。 陶瓷企业是我国的一大传统制造业，有着悠久的历史，由于这些企 业几乎都是采用传统的制造工艺，因此在企业生产经营和管理上也保留 着大量的传统的手工和落后的方式，虽然我国有些陶瓷企业建立较晚， 在生产设备上起点较高，在市场竞争的意识上步伐较快，然而在生产管 理上却仍然是以原始手工操作为主，虽然企业有些部门也用上了计算 机，却大都用来作一些文档的处理，且几乎都是单机运行，即使组建了 一些小网，都也是各自为政、互不通信。可见，计算机辅助陶瓷企业的 生产、经营、管理系统还仅仅处于发展和应用的起步阶段。基于以上原 因，在国家科技部、国家8 6 3 c i m s 主题和重庆市科委的领导和资助下， 针对陶瓷产品制造企业的产品开发和经营管理中的问题，在兆峰陶瓷( 重 庆兆瓷) 有限公司进行应用示范工程的实施和应用。本文的任务主要来 源“兆峰陶瓷( 重庆兆瓷) 有限公司c i m s 应用示范工程”。 1 2 国内外研究现状 随着计算机技术和通讯网络技术的飞速发展，传统的陶瓷行业也发 生了巨大的变革，部分陶瓷企业已经逐渐应用计算机辅助设计和制造等 先进技术来进行陶瓷产品的设计和生产。通过多次光盘检索和i n t e r n e t 检索的资料表明，陶瓷产品现代设计技术的研究较多地集中在陶瓷产品 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 的c a d c a m 等单项技术上面。现在国际上陶瓷产品现代设计和制造技 术的研究和应用开展较好的是英国、德国、美国等陶瓷制造业比较发达 的国家，而我国的陶瓷产品现代设计技术的研究和应用工作还刚刚起 步。 文献 1 2 所述的是陶瓷产品计算机辅助设计及制造的专用软件。英 国d e l c a m 国际公司针对陶瓷产品造型和制造的特点，提供了一套陶瓷 产品计算机辅助设计及制造的解决方案。当今世界上许多大的陶瓷产品 制造商均采用了d e l c a m 公司提供的陶瓷c a d c a m 解决方案。 文献 3 】所述的是计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 在陶瓷制造 业中的应用。虽然陶瓷行业应用c a d c a m 还不像其它模具制造工业中 应用的那么广泛，但是国际领先的高档日用陶瓷制造商w e d g w o o d ，通 过将传统的手工艺同计算辅助支撑设计与建模相结合应用c a d c a m ， 产品设计效率得到了很大提高。该文讨论了产品设计和模具生产、计算 机可视化以及高效率的陶瓷c a d c a m 。 文献【4 】所述的是计算机辅助工业设计c a i d 在卫生厨具设计中的应 中。c a d 的应用加速工程设计和开发活动，使英国陶瓷工业缩短了新 品的开发时间。该文叙述了c a i d 在卫生洁具生产中的应用。在这个公 司，以前采用传统的手工方法来进行产品设计和开发。现在卫生洁具的 设计采用了先进的三维实体和曲面造型的c a d 软件。该文还讨论了 c a i d 软件同市场、设计、工程和制造相结和过程中可能遇到的人的和 技术的问题。 文献【5 】所述的是c a d c a m 在日用陶瓷生产中的应用。作者以方 型拷盘为例，通过比较传统的手工方式和c a d c a m 方式说明了日用陶 瓷应用c a d c a m 的主要优点，c a d c a m 方式节约了产品开发时间， 提高了产品的精度，该系统对生产复杂的产品装饰花案也有好处。 文献【6 】所述的是新技术在日用陶瓷中的应用。陶瓷制造业设计新产 品应用的技术和工具已经有几十年没有改变了。该文详细论述了c a i d 和快速原型制造在陶瓷工业中的应用研究。通过高级的三维c a i d 造型 系统，能直接生成立体光照模型所需的数据。这些新技术的应用可成功 的缩短新产品开发时间。 文献【7 所述的是c a d c a m 在陶瓷工业中的应用。本文讨论了 c a d c a m 在陶瓷工业中的应用，重点放在交互式造型和早期产品生产 阶段的决策可视化，该文用实际案例说明和演示了不同c a d 工具的在 陶瓷产品设计中的应用前景。 文献【8 】所述的是陶瓷工业中新计算机技术的应用。该文讨论了一 种应用于陶瓷工业的高级计算机辅助产品设计和模具制造系统。本系统 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 由英国、西班牙、丹麦等国的6 位开发者开发的，本系统包括一个处理 装饰浮雕的专用工具，通过光学扫描仪将艺术家的设计传输入计算机。 本系统具有一个良好的用户界面来进行复杂形体造型，通过专用软件生 成c n c 加工代码，由c n c 机床来自动生产陶瓷产品模具。 文献【9 】所述的是c a d c a m 技术在工程和日用陶瓷工业中的应 用。该文讨论了将c a d c a m 引入到陶瓷制造业中计算机软、硬件的需 求，分析了c a d c a m 系统提供的所有可选项。c a d c a m 系统涉及到 整个产品生产和制造过程：作为基础的设计数据不仅控制n c 机床，而 是为了整个的系统的内部需要，在产品制造之前就可确定的数据包括： 从原材料的需求数量和原料的库存量，到烧窑空间和原材料存放空间的 需求，到真实感的产品图和产品价格的变化。这就意味着，制造和优化 的原型产品已经可同样品生产等效，现在己不需要样品的生产了。而且 对新产品模型可显著的缩短开发时间，在实际生产中的采用可相应提高 经济效益。 文献 1 0 】所述的是陶瓷产品的计算机造型和花面设计系统。该系统 用于在计算机上设计陶瓷或其它器皿的逼真立体图形，以便直观地审查 产品的造形质量和科学地预测产品投产后的效果，提高了产品设计的一 次成功率。该系统可自动计算生产器型所需的几何参数，绘制产品图纸， 生成一套件具有装饰纹样的真实感咖啡具约1 0 分钟。该系统可广泛应 用于陶瓷及相关行业，使产品的设计质量和效率大大提高。 文献【1 1 】所述的是计算机辅助陶瓷艺术设计。该文介绍了计算机辅 助陶瓷艺术设计系统，包括装饰花案设计和陶瓷产品造型设计。同时讨 论了双轨迹造型方法和陶瓷产品的光照模型。 通过以上的文献分析可以看出，英国d e l c a m 国际公司开发了d e l c a m 陶瓷行业专用c a d c a m 系统，该系统己在国外的陶瓷公司得到的应 用。一些著名的陶瓷产品制造公司如英国的w e d g w o o d 和r o y a l d o u l t o n 、德国的r o s e n t h a l 、美国的d e n b y 、法国的a p p i l c o 、加拿大的 c r a n e 等采用了先进的产品c a d c a m 技术，在增加产品开发能力、缩 短产品开发周期和增加经济效益方面取得了显著的效果，国内外一些研 究者也进行了这方面的研究。我国关于陶瓷产品的现代设计和制造技术 的研究开始于8 0 年代末，目前有重庆大学、华南理工大学、景德镇陶 瓷学院、武汉工业大学、山东轻工业学院、中伦陶瓷总公司、山东临沂 瓷厂、兆峰陶瓷( 重庆兆瓷) 有限公司等高校和陶瓷产品制造公司在进行 这方面的研究和应用，并且取得了一定的成效 1 2 2 5 】。如景德镇陶瓷 学院开发的陶瓷产品c a d 集成系统成为了国家8 6 3 c i m s 主题目标产 品，但目前只推出了陶瓷坯釉料配方c a d 系统f 2 6 1 。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 国内外关于陶瓷产品的c a d c a m 等单项技术已经有所研究，且取 得了一些研究成果和使用系统。但陶瓷产品的设计是一个复杂的系统， 不仅包括陶瓷产品造型设计，还包括产品模具设计、产品花案设计等几 个不同的设计系统【2 7 2 8 】。国内外关于陶瓷产品集成设计、制造方面 研究和应用还比较少，尤其是在陶瓷企业实施c i m s 的环境下，陶瓷产 品的集成设计和制造的研究还未见报道，大量的研究工作尚待开展。尤 其是近年来，制造业技术的发展趋势正向着全球化、敏捷化、网络化、 虚拟化、智能化和绿色化的方向发展，陶瓷制造业也不例外【2 9 3 6 】。 因此，陶瓷产品集成设计系统就是为适应陶瓷制造业的特点和发展趋 势，针对国内外现有研究的不足而进行的。 1 3 本文的研究内容 随着社会主义市场经济在我国的进一步发展，陶瓷企业为了适应市 场对陶瓷产品需求的个性化和多样化，陶瓷企业必须不断的向市场提供 新产品以适应市场的需求。随着高新技术的应用，陶瓷企业的生产环境 也发生了一系列革命性的变化，企业引进了国外先近的陶瓷生产设备， 企业的劳动生产率和产品质量都得到了很大的提高，同时资源利用得到 了优化，降低了产品的成本，这些都是陶瓷企业赢得竞争的重要条件。 陶瓷企业正向着信息化、自动化和集成化的方向发展，而市场竞争的需 要和先进的生产设备要求企业必须具有一流的产品开发能力才能使先进 的设备发挥出自己应有的价值从而取得大的利润，这就对陶瓷企业的产 品设计部门提出了较高的要求，如果还采用原有的产品设计和开发流 程，那将会很难适应市场的需求。陶瓷企业的产品开发部门只有采用先 进的产品开发手段和开发流程，即采用高新技术来改造传统的陶瓷产 业，才能缩短陶瓷产品的开发和设计周期，提高陶瓷产品质量。只有这 样，陶瓷企业才能在日益激烈的市场竞争中立于不败之地。 针对国内外陶瓷产品设计及制造技术的研究现状和我国陶瓷企业的 实际情况，本文研究的主要内容是在紧密结合国家8 6 3 c i m s 主题项目 “兆峰陶瓷( 重庆兆瓷) 有限公司c i m s 应用示范工程工程设计分系统” 的实施而进行的。由于陶瓷产品设计的单项技术在国外已有研究，但在 各单项技术之间的系统集成这方面的研究还未见报道，尤其是在陶瓷企 业实施了c i m s 应用工程之后，企业各系统之间的信息集成和共享已成 为c i m s 应用工程实旖成败的关键。因此本文的研究重点为c i m s 环境下 的陶瓷产品集成设计技术及其实用系统，该系统由陶瓷产品造型c a d 子 系统、花案c a d 子系统、陶瓷产品模具c a d 子系统、陶瓷产品三维效果 6 重庆大学硕士学位论文t 绪论 设计子系统和陶瓷产品数据管理子系统等五个子系统所组成。系统结构 如图1 1 所示： 陶瓷产品集成设计系统 陶 瓷 产 口 口口 模 具 c a d 子 系 统 花 案 c a d 子 系 统 图1 1 陶瓷产品集成设计系统组成框图 陶 瓷 产 品 数 据 管 理 子 系 统 本文的主要研究内容包括： 1 ) 论述了陶瓷产品集成设计系统的现状，说明了本课题提出的背景、 研究的内容、特点和意义，这部分内容已在本文第一章中叙述。 2 ) 分析了陶瓷产品传统设计系统的特点之后，提出了在基于c i m s 环境下的陶瓷产品集成设计系统，该系统是陶瓷制造企业在实施c i m s 应用工程工程设计分系统建设中的关键技术。还分析了陶瓷产品集成设 计系统的体系结构和系统的功能模型图。这部分内容收在本文第二章叙 述。 3 ) 研究了陶瓷产品集成设计的系统集成关键技术，其中对陶瓷产品 造型c a d 子系统与模具c a d 子系统集成的关键技术、产品造型c a d 子系 统与花案c a d 子系统集成的关键技术以及陶瓷产品集成设计系统与管理 信息系统集成的关键技术等三个子系统集成的关键技术进行了研究。这 部份内容在本文第三章叙述。 陶瓷产品三维效果设计子系统 陶瓷产品造型c a d 子系统 重庆大学硕士学位论文1 绪论 4 ) 在研究了陶瓷产品集成设计系统实现的关键技术的基础上，对系 统的各个子系统的具体实现进行了研究，包括；现状分析、系统设计方 案、软硬件环境，这部分内容将在本文第四章叙述。 5 ) 论述了陶瓷产品集成设计系统在重庆兆瓷c i m s 应用工程中的实 际应用，分析了本系统应用后所取得的应用效果。这部分内容将在第五 章中叙述。 6 ) 结论将在第六章中叙述。 8 重庆大学硕士学位论文2 陶瓷产品集成设计系统的体系结构 2陶瓷产品集成设计系统的体系结构 2 1 传统的陶瓷产品设计系统及其工作流程 重庆兆瓷生产设备先进、齐全，其中从德国引进的世界上最先进 的两次明焰无匣快辊道窑、梭式窑、辊道式高温烤花窑、全自动等静压 成型生产线、空心高压注浆生产线、自动杯子生产线和自动施釉生产线 等具有九十年代国际水平的生产设备，其中，两次明焰无匣快烧辊道窑 是世界上第一条。同时，配套引进德国的软件技术和产品设计，采用三 元配方、喷雾干燥技术及机械手旋转施釉、喷釉、漂釉等先进施釉方式 和自动磨底工艺，使公司陶瓷生产工艺率先进入了机械化、自动化时代， 位居世界日用陶瓷生产自动化程度最高的企业之列。重庆兆瓷的生产方 式是典型的多品种，中小批量生产。白瓷产品品种有4 0 0 多种，彩瓷产 品品种上万种，在我国日用陶瓷居第一位。重庆兆瓷被世界最大的陶瓷 经销商美国“t h c ”公司指定为替代德国、日本产品的生产基地，公司 的产品供不应求，市场需求远远大于生产能力，生产秩序稳定，产品远 销欧美、东南亚等2 0 多个国家和地区。因此，重庆兆瓷被誉为重庆市 轻工业的五朵金花之一。 重庆兆瓷在实施c i m s 应用工程之前，公司虽然采用了先进的产品 生产设备，但由于产品设计手段仍然采用传统的设计流程和设计方法， 产品在生产试制和生产阶段由于产品设计的变动，导致了大量的原材料 的浪费。重庆兆瓷原有技术系统中的产品设计和技术信息管理与高自动 化的生产设备和现代的产品生产工艺极不相称，公司对先进的产品设计 和制造技术如计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助工艺规划( c a p p ) 、 计算机辅助制造( c a m ，主要指模具) 、陶瓷产品数据管理( c p d m ) 等技术还没有在实际生产中采用。 重庆兆瓷公司新产品开发部负责全公司产品的设计及其试制工作， 包括组织产品设计、产品鉴定、产品试制、产品定型以及产品批量生产 等过程的技术协调工作。在实施c i m s 应用工程之前，新产品开发部采 用的是传统的产品设计和产品试制流程，一个新产品从接到产品定单到 产品投入实际生产一般需要2 3 月的时间。由于新产品开发的时间较长， 新产品开发部的工作就成为兆峰陶瓷产品生产和制造中的一个瓶颈环 节，严重影响了企业产品参与激烈的国内和国际市场的竞争。新产品开 发部传统的工作流程如下所述： 重庆兆瓷公司的内外销售部根据企业的产品生产能力以及客户提 供的产品样品、图纸或者要求签定产品订单。新产品开发部根据从内 9 重庆大学硕士学位论文2 陶瓷产品集成设计系统的体系结构 外销售部得到客户传来的成瓷样品、陶瓷图纸等，根据现行公司的产品 设计能力、开发现状等因素分析订单的实施性，提出产品开发报告，并 同相关部门评审验证产品开发的可行性( 技术、利润等) 。新产品开发 部将产品开发任务传递给陶瓷产品总设计师，由总设计师来安排产品设 计人员设计陶瓷产品成瓷图和泥性图，在图纸设计完毕后，安排产品工 艺人员确定工艺方法，模具师制作样板、设计模具。在产品工艺编制完 成之后，进行陶瓷产品模具制造和产品试制，模具试制由模具师监控指 导工人先制作陶瓷产品的种模，然后根据种模再翻制母模，由母模再翻 制工作模。模具试制完成之后，再进行陶瓷产品试制，工艺师收集整理 工艺参数并制定相关工艺文件，模具师根据试制结果整理模具参数并制 定相应的产品模具技术参数。在产品试制完成之后，工艺师主持本部门 经理、模具师、工艺员及公司相关部门人员参加产品验证会，最终定型 产品设计图、模具图、工艺参数等，并完善相应技术文件，归档，种模 交接，正式资料和试制样品的发放。如果产品符合设计要求，则进行产 品生产，如果产品存在设计缺陷，则要返工重新试制。传统的陶瓷产品 制造过程如图2 1 所示，整个过程采用的是串行工作方式。从传统的产 品设计的整个流程可以看出，在产品设计的整个环节上，产品设计和产 品设计信息管理采用手工方式，从而导致公司营销和管理信息不灵、新 产品开发周期长、信息标准化和规范化程度低等问题，不利于新产品的 快速开发和对市场的快速响应。下面举一实例来说明传统的陶瓷产品的 设计流程。 例如，某一客户( 宾馆、酒店) 订购一批高档锓具，要求在某套样品 的基础上进行改型设计。传统的设计和制造过程是：实物打样f 即人工 测绘，非常繁杂) 寸产品改型造型设计斗产品花案设计哼图纸寸工艺设 计斗模具设计一自瓷样品试制专交公司评审( 包括专家或客户评审1 。若 评审未通过，前面漫长的工作全部报废。造成大量时间损失、资源损失 和资金损失。若评审通过。则贴花烧制，再让客户对花案效果和彩瓷效 果进行评价，若不满意还要进行从花案设计到贴花烧制的局部过程返 工。 l o 重庆大学硕士学位论文2 陶瓷产品集成设计系统的体系结构 概念设计ll 客户来样 新产品设计( 成瓷图) 花面设计 工艺设计 模具设计及制造 新产品试制 新产品验证 花纸生产 ( 外协) 产品在生产线上的试制 产品验证 产品批量生产 图2 1传统陶瓷产品设计工作流程图 从这个设计实例可以看出，传统的陶瓷产品设计工作流程严重影响 到陶瓷产品的设计，影响到陶瓷企业参与市场的竞争。现在，计算机辅 助设计及制造技术在制造业的产品开发和设计中已发挥着越来越重要的 作用，不采用计算机辅助设计及制造等新技术，陶瓷企业几乎很难在较 短的时间内开发出具有市场竞争力的陶瓷产品。而重庆兆瓷产品设计包 括产品造型设计、花案设计、三维整体效果设计以及产品的模具设计等， 仍采用传统的手工设计方法，开发设计相对生产需要滞后，远远不能满 足公司发展的迫切需要。因此，迅速采用先进的计算机辅助设计手段是 公司提高产品开发能力，缩短开发周期，逐步实现陶瓷产品的自主开发 能力的必经之路。 2 2c i m s 环境下陶瓷产品集成设计系统的提出 随着计算机技术、网络和数据库技术的飞速发展，企业要在激烈的 市场竞争中立于不败之地，必须采用先进的产品设计手段和企业管理方 法。作为企业发展而诞生的一种新的企业模式，计算机集成制造系统便 应运而生。 重庆大学硕士学位论文2 陶瓷产品集成设计系统的体系结构 2 2 1c i m s 现状 1 9 7 3 年，美国的j h a r r i n g t o n 等提出了计算机集成制造 c i m ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 的哲理。随着对c i m 哲理理解 的不断深入，其内涵也在不断变化。根据8 6 3 c i m s 主题近1 0 年的 实践，目前我国对c i m 的理解己在深度和广度上拓宽了传统c i m 的内 涵。为了避兔混淆，现将c i m 定义为现代集成制造( c o n t e m p o r a r y i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 。其中，“现代”的含义是计算机化、信息化 和智能化；集成的含义是信息集成、过程集成和企业间的集成优化，企 业活动中三要素和三流的集成优化，c i m s 相关技术和各类人员的集成 优化。 c i m 是一种组织、管理与运行企业的哲理。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、系统工程技术等有机结合，借 助计算机( 硬、软件) ，使企业产品全生命周期市场需求分析、产品 定义、研究开发、设计、制造、支持( 包括质量、销售、采购、发送、 服务) 以及产品最后报废、环境处理等各阶段活动中有关人组织、经 营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化运行， 实现企业制造活动的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达到产 品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、健 壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。 c i m s 是一种基于c i m 哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集 成优化的制造系统。 1 ) c i m 是一种组织、管理与运行企业的哲理、其目的是使企业达 到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、 健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。因此，c i m c i m s 不是企业 的目标，而是达到企业目标的手段之一。 2 ) 企业生产过程中的各个环节是一个不可分割的整体，要以系统 的观点进行优化。此处的优化是指对企业生产过程各阶段活动中有关人 组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并 优化。 3 ) c i m 技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动 化技术、系统工程技术等的有机结合，其中包括总体技术、支撑技术、 设计自动化技术、制造自动化技术和管理自动化技术。 4 ) c i m s 的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，c i m 哲理和相关技术既可用于离散型制造业，也可用于流程和混合型制造 业。 现代集成制造技术的发展趋势可以概括为：集成化、智能化、全球 重庆大学硕士学位论文2 陶瓷产品集成设计系统的体爱骘构 化、虚拟化、标准化和绿色化。 1 ) 集成化。c i m s 的“集成”己经从原先的企业内部的信息集成 和功能集成，发展到当前的以并行工程为代表的过程集成，并正在向以 敏捷制造为代表的企业间集成发展。 2 ) 智能化。智能化是制造系统在柔性化和集成化基础上进步的 发展和延伸，目前己广泛开展对具有自律、分布、智能、仿生和分形等 特点的下一代制造系统的研究。 3 ) 全球化。随着“网络全球化”、“市场全球化”、“竞争全球化” 和“经营全球化”的出现，许多企业都积极采用“全球制造”和“网络 制造”的策略。 4 ) 虚拟化。在数字化基础上，虚拟化技术的研究正在迅速发展， 虚拟化技术主要包括虚拟现实( v r ) 、虚拟产品开发( v p d ) 、虚拟制造 ( v m ) 和虚拟企业( v e ) 等。 5 ) 标准化。在制造业向全球化、网络化、集成化、智能化发展的 过程中，标准化技术( s t e p 、e d i 和p 等)己显得越来越重要，_lib 它是信息集成、功能集成、过程集成和企业集成的基础。 6 ) 绿色化。绿色制造、面向环境的设计与制造、生态工厂、清洁 化工厂等概念，是全球可持续发展战略在制造技术中的体现，是摆在现 代带4 造业面前的一个重大课题。 2 2 2 c i m s 的核心一信息集成 c i m s 的一个重要的概念就是集成。集成( i n t e g r a t i o n ) 的作用是将原 来独立运行的多个单元系统组成一个协同工作的、功能更强的新系统。 集成不是简单的连接，是经过统一规划设计，分析原单元系统的作用和 相互关系并进行优化重组而实现的。 当代企业旱己摆脱了原始的手工作业的生产方式，企业内部有严格 的组织分工，各部门、各工作岗位之间存在复杂的工作流，工作流带动 了物流。工作流程的组织和协调运行水平决定了企业的工作效率，从而 在一定程度上决定了企业的竞争能力。 与物流、工作流紧密相关的是信息流。企业对于市场信息、产品信 息、工艺信息、质量信息、人员、设备及组织管理等信息要进行收集、 存储和加工处理，从而形成了复杂的信息流。企业中信息流无处不在， 贯穿于企业经营生产的全过程。 企业是社会的组成部分。企业中的物流、信息流和工作流是社会大 循环中的一个环节，因此与外界社会有千丝万缕的联系，即通过物流、 信息流、工作流以及资金流等与外界相联系。 重庆大学硕士学位论文2 陶瓷产品集成设计系统的体系结构 与物流、信息流和工作流相对应，c i m s 的集成可分成物流集成、 信息集成和功能集成。它以企业内部集成为主，并需考虑与外部环境的 集成。 c i m s 是由多个单元系统组成的集成系统，而单元系统在信息层次 上可分为计算机设备、数据库及应用软件层等，为实现多个单元信息系 统的集成也须按层次进行。 设备之间物理上的连接称之为物理集成，如用计算机网络实现不同 计算机之间的互联，或计算机与其它设备的互联。可以实现不同设备之 间的数据通信。物理集成是信息集成的基础，它可以避免数据的重复手 工录入，减少延误。真正的信息集成是在数据库和应用软件的层次上进 行，如采用全局数据管理、客户服务器结构等，实现信息共事和资源 共享。 c i m s 集成的最终目的是实现企业的功能集成，或称经营集成。要 对系统运行过程进行综合分析，对系统进行重新设计，使工作流程简化 完善、精美优化，使之协调运行。功能集成要借助各种现代的管理科学 成果，并在信息集成的支持下才能实现。 上述集成主要指的是利用自动化技术、计算机技术实现技术的集 成。但由于系统中不可能没有人，系统运行效果与企业的经营思想、运 行机制、管理模式关系甚大，因此技术上集成的同时，还应强调技术、 管理与人的集成。 2 2 3c i m s 环境下陶瓷产品集成设计系统的提出 在国内陶瓷制造业中，仍然使用的是陶瓷产品传统的设计系统， 该系统采用的是分散的和串行的工作方式，产品设计效率低，且很难满 足用户的设计要求。国内对陶瓷产品的开发、制造等单项技术仅做过一 般性的研究和应用，但没有从根本上改变陶瓷产品开发制造的传统模 式，产品的技术含量远远低于发达国家。 在陶瓷制造业中，产品生产工艺路线相对稳定，产品制造工艺较 为成熟，特定的产品其生产工艺只是某些参数发生变化；而每一种产品 ( 器型) 刚必须有相应的生产模具与之相对应，如是彩瓷，则必须有相 匹配的花面。整个陶瓷产品的设计开发跨部门和行业，陶瓷产品对市场 具有很强的适时性和时效性。因此我国陶瓷制造业急切要求有一套能适 应并行开发环境的、符合我国陶瓷行业技术和人才特点的陶瓷产品集成 设计与开发系统。 重庆兆瓷有限公司c i m s 应用示范工程是我国陶瓷行业的第一个 c i m s 应用示范工程。由于c i m s 的核心就是信息的集成，而重庆兆瓷 1 4 重庆大学硕士学位论文2 陶瓷产品集成设计系统的体系结构 的产品设计，采用的是传统的设计方法与设计流程，基本上是没有实现 产品设计信息的集成，更不用说实现产品设计信息与管理信息的集成。 随着公司管理信息系统的实施，产品设计信息不能和管理信息进行集成 的矛盾越来越突出，因此在实施c i m s 应用示范工程中，如何实现工程 设计系统的内部集成和与管理信息系统的外部集成，便成为重构陶瓷产 品设计系统的关键技术。 在研究了传统的陶瓷产品设计流程和分析了计算机技术和网络数据 库技术的最新发展的基础上，提出了陶瓷产品集成设计系统。陶瓷产品 集成设计系统采用客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 计算模式，以利于陶 瓷产品设计的分散化和网络化，采用的是并行工程的设计思想。它强调 的是设计人员团队( t e a mw o r k ) 工作方式和工作精神，其核心思想是 产品的所有设计人员组成一个大工作组，所有产品的设计人员协同工 作，随时对设计出的产品的各个方面进行审查，力求使设计出来的陶瓷 产品便于生产、贴花和包装。并行设计工作模式要求产品设计人员从一 开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素，从而加快了新产品的开发 周期和提高产品设计质量。 2 3 陶瓷产品集成设计系统结构及功能模型图 在分析了国内外陶瓷产品现有设计