第1章信息时代的制造业与CIM、CIMS概念.ppt

前言 课程性质 专业选修课学分 2适用专业 自动化 机械 计算机应用 系统工程等工科类专业和管理工程类专业 我国的自动化专业最早源于1952年全国高校大调整时第一批设立的专业之一 工业企业电气化 第一次被正式称为 自动化 专业 由当时的 工业自动化 专业与 自动控制 专业合并而成 是1995年国家教委颁布的 工科本科引导性专业目录 今天 自动化专业已发展到全国197所高等院校 在我国的自动化专业的发展历史中 有两条发展主线 分别是 工业自动化 专业与 自动控制 专业 其中 工业自动化 专业最早源于 工业企业电气化 专业 20世纪50年代 新中国刚成立 百废待兴 学习苏联组建高等教育体制 细分专业 于是 分别对应着国家工业建设中的自动化与国防 军事建设中的自动控制 先后组建了 工业企业电气化 专业与 自动控制 专业 当时在不少学校 自动控制专业 是保密专业 工业企业电气化 专业经过多次专业名称的演变 逐步发展成为偏重应用 偏重强电的自动化专业 自动控制 专业保持专业名称 自动控制 不变 逐步发展成为偏重理论 偏重弱电的自动化专业 两专业于1995年走到一起 合并成为统一的 自动化 专业 1998年 按照教育部公布的最新高等院校本科专业目录 经调整 合并的新的 自动化 专业不仅包括原来的自动化专业 还增加了 液压传动与控制 专业 电气技术 专业 与 飞行器制导与控制 专业 本科层面 学士学位 自动化专业 一级学科 研究生层面 硕士博士学位 二级学科 控制理论与控制工程检测技术与自动化装置模式识别与智能系统系统工程导航 制导与控制 什么是CIMS CIMS 计算机集成制造系 ComputerIntegratedManufacturingSystems CIMS 现代集成制造系统 ContemporaryIntegratedManufacturingSystems C是手段 M是指大制造 制造业 S是指整个系统 I是核心 即通过集成提高制造企业的市场竞争能力 为什么要学习CIMS 了解相关知识从事企业软件开发CAD CAE CAPP 计算机辅助工艺过程设计 computeraidedprocessplanning PDM PLM 产品数据管理 ProductDataManagement 产品生命周期管理productlifecyclemanagement ERP 企业资源管理计划 EnterpriseResourcesPlannig的缩写 是在先进的企业管理思想的基础上 应用信息技术实现对整个企业资源的一体化管理 ERP是一种可以提供跨地区 跨部门 甚至跨公司整合实时信息的企业管理信息系统 CRM CRM定义 客户关系管理 CRM 是代表增进赢利 收入和客户满意度而设计的 企业范围的商业战略 专用 高附加值的软件从事企业信息化工作企业的技术主管CIO 一个高级管理人员 CIO通常归公司执行主管 CEO 运作主管 COO 或财务主管 CFO 领导 CIO常常在公司的最高领导层拥有一席之地 在公司中都有着很高的地位 从事企业信息化项目实施金碟 用友浪潮 华天 课程主要内容 理念篇CIMS的基本概念 基本原理 基本方法 应用背景CIMS的方法体系技术篇CIMS关键技术CIMS总体设计技术管理 设计 制造 集成实践篇企业信息化我国的制造业信息化工程战略 教学方式 课堂教学讲授为主 报告型作业 逐步深入 启发对课程内容的思考 通过作业来掌握原理 平时成绩占50 出勤 作业 考核方式 开卷或小论文形式 教学日历 课程难点 涉及多学科的综合知识 有一定的难度 原理性 方法性的课程 数学推导少 哲理和概念比较多 相对比较抽象 新兴 发展的学科 还有许多问题有待解决 探索性比较强 需要投入 进行深入思考和必要的实践 第1章信息时代的制造业与CIM CIMS概念 1 1信息时代的制造业 制造业的发展历史 信息化带动工业化是必由之路 制造业的内涵 制造业是指对原材料 采掘业的产品和农产品 进行加工或再加工 以及对零部件装配的工业的总称 制造业一般有消费品制造业和资本品制造业 轻型制造业和重型制造业 民用制造业和军工制造业 传统制造业和现代制造业之分 其中装备制造业越来越重要 工业化国家 约1 4的人口从事制造业 约70 80 的物质财富来自制造业 物质生产贯穿人类历史 材料 能源和信息是人类社会经济的三大重要支柱 人类社会经济发展的历史 就是人类利用材料 能源和信息进行物质生产的历史 材料 能源和信息领域的任何技术革命 必然导致生产方式的革命和生产力发展的飞跃 制造业发展史 制造业创造了人类人与猿相分离 是由于人学会了双足行走和用手制造并使用工具 这是人类进化的关键一步 随着狩猎和采集技术的改进 人们制造的工具日趋精细 种类越来越多 出现了有组织的石料开采和加工 形成了原始制造业 使用工具 制造工具 即原始的制造技术和生产方式的改变引发了古猿进化的改辙 驱引他们用脑思维 脑容量增大 经选择遗传而与猿类分离 变成堂堂直立的人类 毛主席1964年有一首词 贺新郎 读史 头几句是 人猿相揖别 只几个石头磨过 小儿时节 原始的工具制造是人类社会制造业的最早萌芽 制造业发展史 制造业是产业革命的主力军18世纪的产业革命和接踵而来的电气化运动 从1765年瓦特发明蒸汽机算起已延续了240年 这场波澜壮阔的工业革命使人类的生产和生活方式发生了不可逆转的伟大变化 产业革命的标志 瓦特蒸汽机的发明 工业革命的第二个高潮 电气化发生在19世纪后半叶和20世纪初 以1948年美国贝尔实验室的巴丁 布拉顿和肖克利发明晶体管 1958年制成第一台固体元件计算机为开端 晶体管的发明和微电子制造技术的飞速发展 开创了全新的信息时代 制造业发展史的启示 蒸汽机和电机的应用 延伸了人的体力劳动 催生了工业革命 使人类社会通过工业化从农业社会发展到工业社会 而以计算机为核心的现代信息技术的应用 则延伸了人的脑力劳动 引发了新的工业革命 使人类社会通过信息化从工业社会发展到信息社会 信息化是信息时代的工业革命 从工业化到信息化的里程碑 1765年 蒸汽机的发明拉开工业化革命序幕 20世纪上半叶 一批发达国家完成工业化革命 1948年 晶体管发明 1958年 第一台固体元件计算机 1959年 第一个集成电路 1960年 ALGOL和COBOL计算机语言 1964年 大型电子计算机IBM360系列 1969年 互联网诞生 1971年 用大规模集成电路组成的微处理机 1977年 个人计算机 1989年 万维网 WWW 诞生 在短短的50年时间内 信息技术使我们的生活发生了质的变化 世界全面转向信息化时代 机械制造业发展的几个阶段 第一阶段 手工单件生产第二阶段 大批量重复生产第三阶段 自动化生产第四阶段 现代集成制造 单件手工生产 第1阶段 法国巴黎P L汽车制造公司的汽车制造 1890年 年产量800台有许多独立的工匠手工完成单件制造方式 生产流程几个主要伙伴讨论用户需求 确定汽车规格定购主要零件 各个承包商制造零件 汇总安装特点劳动力在设计 制造工艺水平上较高 组织十分分散产量低 价格高 产品维护费用高 追求的目标全面满足客户的要求较高的制造装配工艺水平汽车的机械性能 大批量重复生产 第2阶段 Ford生产线方式的引入 1908年 零件互换 标准化技术的引入 装配线 固定线 流动线 结果 生产成本大量下降 生产率提高 产品的维护费用下降 维护方法简化 生产量200万辆时 价格降低了2 3 特点 劳动力专业化分工 培训时间缩短 组织结构一体化 大而全 计划管理 由上而下协调生产组织 机床的能力不断提高 大批量生产追求的目标 50年代前 大量生产 低成本 提高劳动生产率 自动化生产 第三阶段 上世纪50 70年代 新的生产组织模式制造资源计划 MRPII 美国 精益生产 日本 Siemag粗计划系统 德国 制造设备水平提高数控机床 50年代 FMS 70年代 1952年发明了世界上第一台数控 numericalcontrolled NC 机床 该项发明震惊了当时的科技界 学术界和舆论界 被视为是机械发展史上崭新的一页 是第二次工业革命 它意味着制造业开始走向信息时代 柔性制造系统 flexiblemanufacturingsystem FMS 计算机辅助设计技术应用CAD CAPP CAM CAE单元技术应用 自动化生产特点 计算机应用水平提高CAD CAPP CAM CAE技术应用MRPII技术应用管理信息系统 managementinformationsystem MIS 应用车间控制技术 局部集成技术MRPII 计划 物料 库存 生产能力 财务 销售信息集成 CAD CAPP CAM集成FMS 独立制造岛 加工设备 物料传送 仓库存储设备的集成 优化 MRPII系统优化了物料供应和生产计划 FMS应用优化了生产调度和控制策略 车间作业计划与调度系统的应用优化了制造资源分配 现代集成制造 20世纪80年代以后 以信息技术为基础 系统集成与优化为手段 以提高企业的市场竞争能力为目标 致力于全面提高企业的T Q C S水平 产品上市时间T timetomarket 优的质量Q quality 低的成本C cost 以及良好的售后服务S service T Q C S是制造业的永恒主题 也是CIM哲理的根本宗旨 自动化孤岛 问题 片面提高自动化水平并不能够带来企业效益的提高 信息孤岛 问题 孤立的信息单元作用有限集成成为现代制造业发展的主旋律 现代集成制造的代表模式 计算机集成制造 computerintegratedmanufacturing CIM 计算机辅助设计 computeraideddesign CAD 计算机辅助制造 computeraidedmanufacturing CAM 并行工程 concurrentengineering 虚拟制造 virtualmanufacturing 精良生产 leanproduction 柔性制造 flexiblemanufacturing 敏捷制造 agilemanufacturing 智能制造 intelligentmanufacturing 轨迹 工具的变革 公元前9000年 巴勒斯坦地区犹太人建立杰里科城 城市文明首次出现在地球上 最早的车轮或许是此时诞生的 机床1895多轴自动车床1911美国的格林里公司创制组合机床1952年 美国帕森斯公司制成第一台数字控制机床 轨迹 生产方式的变革 信息技术引发了制造业的深刻变革 信息技术促使工业产品知识化 制造业信息化产品信息化设计制造过程信息化管理信息化资源信息化服务信息化信息技术推动了新技术经济体系的形成产生了新的生产管理和组织形式形成了当代最先进的生产力为制造业注入了新的活力增强了制造业的技术创新和管理创新能力信息技术促进了经济全球化与制造全球化 信息时代制造业新的工业革命 信息技术促进了敏捷制造的发展 形成了以虚拟制造和动态联盟为特征的新型制造模式 网络技术促进了全球化制造的发展 引发了制造业的重新分工和资源的重新配置 计算机技术促进设计制造数字化 提高了产品创新能力 缩短了设计周期 降低了产品开发成本 电子商务技术促进了全球化采购 销售 降低了采购与销售成本 提高了服务质量 数字BOEING 技术趋势虚拟设计制造全生命周期设计制造PLM并行工程CE全球化的协作平台EXSTAR 制造业发生的深刻变革数字化飞机 技术趋势数字化设计制造虚拟样机全球采购和分销大规模定制 通用公司应用状况开发周期 48月 24月 12月 碰撞试验 100次 50次 个性化定单 3小时通过在线采购降低成本10 制造业发生的深刻变革数字化轿车 制造业发生的深刻变革虚拟装配 中国的进步 数字化设计 制造创我国枭龙飞机研制周期最短的奇迹 枭龙 FC 1型飞机从冻结技术状态到首飞成功 只用了23个月的时间 这是采用了数字化设计 制造 管理技术创造的奇迹 建立枭龙 FC 1型飞机全机结构数字样机 实现产品数据共享 全机工艺规程编制计算机化 实现枭龙 FC 1飞机主要结构件数字化设计 工艺 加工 检测 突破结构件制造瓶颈 数字化技术在超七飞机研制中的应用 超七全机结构数字样机 来源 成都飞机公司 数字化技术在超七飞机研制中的应用 来源 成都飞机公司 超七全机结构分析模型 新支线飞机虚拟样机数字化定义 来源 中国航空工业第一集团公司 新支线飞机虚拟样机数字化定义 全机外形 前机身理论数据 驾驶舱 驾驶员座椅安装 中央操纵台机械系统 登机门机构 壁板STA148 550 229 000 长桁和接头 来源 中国航空工业第一集团公司 新支线飞机虚拟样机数字化定义 铁路机车车辆虚拟样机系统 来源 中国铁路机车车辆北方集团公司大连铁道学院清华大学 沪东造船厂 以自行开发产品 中国沪东型 74500吨散货轮作为主要应用对象 设计效率提高40 以上 生产准备周期缩短了131天 年增加新产品舯舰1 2艘 每艘船价平均为1 7亿 深海载人潜器示意图 深海载人潜器的工作原理和效果图 机床 1 2计算机集成制造系统 CIMS的基本概念 CIM哲理 1973年 J Harrinton博士提出CIM概念基本思想系统的观点 企业的各个生产环节是不可分割的 应该加以统一处理 信息的观点 整个生产过程实质上也是对信息的采集 传递和加工处理的过程 在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程 而物流又是受信息流控制的 为什么要提出CIM 在20世纪70年代 美国产业政策过分夸大了第三产业的作用 而将制造业贬低为 夕阳工业 生了锈的皮带 导致美国制造业优势的衰退 20世纪80年代初开始的世界性石油危机 暴露出美国制造业的优势多数已被日本所取代 美国报纸说 十个高技术产品中的七个 其市场已为日本所占有 日本产品在美国人心目中已经成为质量好 价格便宜的同义词 美国要用其信息技术的优势夺回制造业的领导地位 认为 对CIMS 不要再犹豫了 CIMS nolongerachoice 自动化孤岛 将 自动化孤岛 集成在一起 早期CIM的定义 CIM是一种组织 管理与运行企业生产的新哲理 它藉助计算机软硬件 综合运用现代管理技术 制造技术 信息技术 自动化技术 系统工程技术 将企业生产全部过程中有关人 技术 经营管理三要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行 以实现产品高质 低耗 上市快 从而使企业赢得市场竞争 经营管理 人 组织 技术 T Q C S G 几层含义 CIM是一种组织 管理与运行企业生产的哲理 其宗旨是使企业的产品高质量 低成本 上市快 从而使企业赢得竞争企业生产的各个环节 是一个不可分割的有机整体 企业生产的要素包括人 技术及经营管理 其中 尤其重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用 企业生产活动中包括信息流 采集 传递和加工处理 和物流两大部分 现代企业中尤其重视信息流的管理运行及信息流与物流间的集成 CIM技术是基于现代管理技术 制造技术 信息技术 自动化技术 系统工程技术的一门综合性技术 它综合MIS OA MRPI CAD CAE CAPP CAM DNC CNC 工业机器人 FMC FMS 网络 数据库 标准化 CASE AI 计算机辅助建模 仿真 实验技术 计算机辅助质量管理与控制等 CIMS定义 CIMS ComputerIntegratedManufacturingSystem 是基于CIM哲理而组成的系统 定义为 CIMS是通过计算机软硬件 并综合运用现代管理技术 制造技术 信息技术 自动化技术 系统工程技术 将企业生产全部过程有关的人 技术 经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统 1 3现代集成制造系统 CIMS的基本概念 提出 1986年提出了863 CIMS主题计划 它以 发展高科技 实现产业化 为宗旨 在国家科委 科技部 直接领导和各有关部门的大力支持下 经过近10000名专家 技术人员和管理人员不懈的努力 立足国情 创新发展 从早期的以信息集成为特征的计算机集成制造系统 ComputerIntegratedManufacturingSystem 开始 发展到以信息集成和企业优化为特征的现代集成制造系统 ContemporaryIntegratedManufacturingSystem 走出了一条具有中国特色的CIMS之路 取得重大进展 并在国际上取得了一席之地 时代背景 1 全球化趋势2 以客户为中心的市场3 竞争新环境和新形式4 知识经济初露端倪5 因特网的冲击6 环境保护和可持续发展的呼声日盛 CIM新定义 CIM是一种组织 管理和运行现代制造类企业的理念 它将传统的制造技术与现代化信息技术 管理技术 自动化技术 系统工程技术等有机结合 使企业产品全生命周期 从市场需求分析到最终报废处理 各阶段活动中有关的人 组织 管理 经营管理和技术三要素及其信息流 物流和价值流三流有机集成并优化运行 以达到产品 P 上市快 T 高质 Q 低耗 C 服务好 S 环境清洁 E 进而提高企业的柔性 健壮性 敏捷性 使企业赢得市场竞争 现代集成制造系统的特征 现代集成制造系统在更高的层次上为企业指出了未来的发展方向现代集成制造系统以系统论思想为核心具有集成化 数字化 网络化 敏捷化 智能化和绿色化等特征 从 计算机集成制造系统 到 现代集成制造系统 CIMS技术持续发展 经营管理与决策系统技术 包括MIS OA 制造资源规划 MRP 准时生产 JIT 业务流程重组 BPR 企业资源规划 ERP 供应链管理 SCM 及电子商务等技术 设计自动化技术 包括CAD CAPP CAM CAE 基于仿真的设计 SBD 面向下游工作的设计 DFX 及虚拟样机 VP 等技术 加工生产自动化技术 包括DNC CNC FMC FMS 虚拟加工及快速成形制造 RPM 技术等 支撑平台技术 包括网络 数据库 集成平台 框架 计算机辅助工程 产品数据管理 PDM 计算机支持协同工作 CSCW 及人 机接口技术等 1 4CIMS的设计与实施要点 CIMS的设计与实施 如何加深对CIM哲理的理解 如何逐步的实现CIMS CIMS不是买来的 是建起来的 CIM方法论 实施指导方针 企业模型理论与方法 理解模型现实世界是复杂的 人们所要面临和解决的大部分问题也是复杂的 人们可以通过一些办法和手段提炼出这个世界的某些本质特征和规律 用来把握一些复杂的系统和解决一些复杂的问题 这些方法和手段需要某种形式的中介 这个中介就是所谓的模型 模型是对复杂系统及问题的一种简化和抽象 它将复杂系统的特征 行为和规律等通过比较简单明了的形式表达出来 帮助人们抓住问题的主要矛盾 认识问题 研究问题和解决问题 人们每天都在从事建模活动 当人们开始试图理解一个事物的时候 已经不知不觉地开始建模了 特别是面对一个不很直观的问题时候 通常在脑子里 在纸面上或通过其它办法勾画一个 草图 这就是一个简单粗略的模型 但是这种情况下建立的模型是零散的 不系统的 无序的 模糊的 不容易为他人所理解的 而且对于同一事物 不同的人由于理解的角度和深度的不同 所建立的模型也就不同 或者说相互之间有一定偏差 那么当人们在共同探讨一个问题或研究一个系统的时候 就需要一个彼此都能理解的模型来表达他们的研究对象 因此在科学和工程意义上的建模就是用一个公共一致的模型把人们对同一事物理解的偏差控制在最小范围内 模型有多种表现形式 它们都是对某些对象的行为特征和活动规律的抽象和简化 它们都是公共的表示方式 都有一定的适用范围 它们都可以帮助人们理解问题 研究问题和解决问题 形象模型模拟模型符号或数学模型y f x a b c 企业模型是什么 企业模型是一种记载企业知识的系统结构 也可以说是一种企业知识和经验的形式化表达方法 企业模型也是描述企业形态 特征 行为的一种蓝图 企业的业务流程 组织结构 资源构成 产品结构 信息联系