计算机集成制造系统(CIMS)技术

1、计算机集成制造系统（CIMS）技术 自动化工厂自动化工厂: :经自动化 “通信网络”连接工厂的各个子系统，可构成一个有机联系的整体，即自动化工厂。 CIM:CIM:计算机集成制造，它反映了制造系统新的发展方向。 CIMS:CIMS:计算机集成制造系统，则是CIM思想技术上的具体实现. Factory automationCIMphilosophyautomationoptimizationtargetunmanned factoryrationalizeexampleFMC, FMSLinking CAD, CAM, MRPelementprocessing, material flow, m

2、easurement, inspection, assembly, CAD, CAM, CAPP, CAQ, MRPtargetfactoryenterprisefocushardwaresoftwarehumanreplacing humanreorganization originJapanUSA, Europe 计算机集成制造系统主要由设计与工艺模块、制造模块、管理信息模块和存储运输模块构成 。 存储运输模块的主要功能有仓库管理、自动搬存储运输模块的主要功能有仓库管理、自动搬运等。运等。 CIMS局部：数控车间自动化集成管理系统局部：数控车间自动化集成管理系统CIMSCIMS局部：局部：

3、数控车间集成系统数控车间集成系统CIMSCIMS局部：局部：国产数控机床车间示范工程国产数控机床车间示范工程华华南南农业农业大大学学 工程工程学学院院 刘刘天湖天湖第一节 概述一、CIM的概念 计算机集成制造（计算机集成制造（CIMCIM）的概念是）的概念是19741974年首先由美国年首先由美国约瑟夫约瑟夫哈林顿（哈林顿（Joseph HarringtonJoseph Harrington）博士在）博士在Computer Integrated ManufacturingComputer Integrated Manufacturing一书中提一书中提出的出的第一节 概述一、CIM概念 约瑟夫

4、约瑟夫哈林顿基本观点为：哈林顿基本观点为：一是企业的各个生产环节是一是企业的各个生产环节是一个不可分隔的整体，需要统一考虑；二是整个生产制造过程二是整个生产制造过程实质上是 对信息的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可看作是信息的，最终形成的产品可看作是信息的物质表现。物质表现。 定义：定义：CIMCIM是一种组织、管理、企业生产是一种组织、管理、企业生产的新哲理的新哲理CIM的概念 手段：它借助计算机软硬件，综合应用手段：它借助计算机软硬件，综合应用(1)(1)现代管理技术现代管理技术; ;(2)(2)制造技术制造技术; ;(3)(3)信息技术信息技术; ;(4)(4)自动化技术自动

5、化技术; ;(5)(5)系统技术，系统技术，将企业生产全部过程将企业生产全部过程 中有关中有关-人人-技术技术-经营管理经营管理三要素及其信息流与物质流有机地集成并三要素及其信息流与物质流有机地集成并优化运行，优化运行，CIM的概念 CIMCIM目标：目标：实现产品的实现产品的-高质量高质量-低成本低成本-交货期短，交货期短，提高企业对市场变化提高企业对市场变化的应变能力和综合竞的应变能力和综合竞 争能力。争能力。 CIM的概念 I know the goal.CIMS的概念的概念CIMSCIMS是在是在CIMCIM哲理指导下建立的人机系统哲理指导下建立的人机系统 以达到降低成本以达到降低成本

6、C C（CostCost）、提高质量）、提高质量Q(Quality)Q(Quality)、缩短交货周期、缩短交货周期T T（TimeTime）等目的，）等目的，从而提高企从而提高企 业的创新设计能力和市场竞争力。业的创新设计能力和市场竞争力。 经营理念的发展与经营理念的发展与C C、Q Q、T T等等二、CIMS产生的背景CIMSCIMS：CIMSCIMS在在2020世纪世纪8080年代中期才年代中期才开始重视并大规模实施开始重视并大规模实施二、CIMS产生的背景产生的背景大背景产生的背景大背景: :2020世纪世纪7070年代的美国产业政策中过分夸大了第三产业年代的美国产业政策中过分夸大了第

7、三产业的作用，而将制造业，特别是传统产业，贬低为的作用，而将制造业，特别是传统产业，贬低为“夕夕阳工业阳工业”. .-导致导致: :美国制造业优势的急剧衰退，并在美国制造业优势的急剧衰退，并在2020世纪世纪8080年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗. .-美国才开始重视并决心用其信息技术的优势夺回美国才开始重视并决心用其信息技术的优势夺回制造业的霸主地位。于是美国及其他各国纷纷制订并制造业的霸主地位。于是美国及其他各国纷纷制订并执行发展计划。执行发展计划。-CIMS-CIMS的理念、技术也随之有了很大的发展。的理念、技术也随之有了很大的发展。 CIM

8、S的发展轨迹的发展轨迹系统集成优化是系统集成优化是CIMS技术与应用的核心技术，技术与应用的核心技术，因此我们认为，可将因此我们认为，可将CIMS技术的发展从系统集技术的发展从系统集成优化发展的角度来成优化发展的角度来划分为三个阶段：划分为三个阶段：信息集成信息集成过程集成过程集成企业集成企业集成第一阶段：信息集成第一阶段：信息集成 解决的根本问题是解决的根本问题是:解决设计、管理和加工制造中大解决设计、管理和加工制造中大量存在的量存在的自动化孤岛问题使信息正确、高效的共享和交换。使信息正确、高效的共享和交换。信息集成是改善企业时间（是改善企业时间（T）、质量（）、质量（Q）、成）、成本（本（

9、C）、服务（）、服务（S）所必需的。）所必需的。信息集成其主要内容有信息集成其主要内容有 早期信息集成的实现方法主要通过早期信息集成的实现方法主要通过局域网和数据库来实现。来实现。近期采用企业网、外联网、产品数据管理（近期采用企业网、外联网、产品数据管理（PDM）、）、集成平台和框架技术来实施。集成平台和框架技术来实施。值得指出，基于值得指出，基于面向对象技术、软构件技术和WEB技术的集成框架已成为系统信息集成的已成为系统信息集成的重要支撑工具。重要支撑工具。 第二阶段：过程集成第二阶段：过程集成 就是对过程进行重构。就是对过程进行重构。目标是尽量实现并行工程目标是尽量实现并行工程. .第三阶

10、段：企业集成第三阶段：企业集成 企业集成的思路企业集成的思路:企业提高自身的市场竞争力，不能走企业提高自身的市场竞争力，不能走“小而全小而全”、“大而全大而全”的的封建庄园经济封建庄园经济的道路，的道路，而必须面对全球经济、全球制造的新形势，充分利而必须面对全球经济、全球制造的新形势，充分利用全球的制造资源（包括智力资源），更快、更好、用全球的制造资源（包括智力资源），更快、更好、更省地响应市场，更省地响应市场，这也是这也是敏捷制造敏捷制造的由来。的由来。第三阶段：企业集成第三阶段：企业集成 敏捷制造的组织形式是企业针对某一特定产品，建敏捷制造的组织形式是企业针对某一特定产品，建立企业动态联盟

11、（即所谓虚拟企业，立企业动态联盟（即所谓虚拟企业， Virtual Enterprise）。）。 第三阶段：企业集成第三阶段：企业集成 从组织层面上说，敏捷制造提倡从组织层面上说，敏捷制造提倡“扁平式扁平式”企业，提企业，提倡企业动态联盟。倡企业动态联盟。第三阶段：企业集成第三阶段：企业集成 产品型企业应该是产品型企业应该是“两头大、中间小两头大、中间小”，即强大的新，即强大的新产品设计、开发能力和强大的市场开拓能产品设计、开发能力和强大的市场开拓能 力。力。“中间小中间小”指加工制造的设备能力可以小。指加工制造的设备能力可以小。多数零部件可以靠协作解决，这样企业可以在全球采多数零部件可以靠协

12、作解决，这样企业可以在全球采购价格最便宜、质量最好的零部件。购价格最便宜、质量最好的零部件。-这是企业优化经营的体现。因此企业间的集成是企这是企业优化经营的体现。因此企业间的集成是企业优化的新台阶。业优化的新台阶。为什么要企业集成？为什么要企业集成？-传统企业的问题传统企业的问题 传统企业的问题传统企业的问题:传统企业的弊端恰恰是传统企业的弊端恰恰是“两头小、中间大两头小、中间大”，即薄，即薄弱的产品开发及市场开拓，这是计划经济的必然产弱的产品开发及市场开拓，这是计划经济的必然产物。物。为什么要企业集成？为什么要企业集成？-传统企业的问题传统企业的问题 传统企业的问题传统企业的问题:传统的理念

13、：企业的技术改造总是放在更新和加强基传统的理念：企业的技术改造总是放在更新和加强基础设备上。础设备上。What first?为什么要企业集成？为什么要企业集成？-传统企业的问题传统企业的问题 传统企业的问题传统企业的问题:导致的后果：这类企业，一旦产品不适合市场，又无导致的后果：这类企业，一旦产品不适合市场，又无能力去很快适应市场，购置的设备就变成了企业的大能力去很快适应市场，购置的设备就变成了企业的大包袱，企业会很快陷入困境。包袱，企业会很快陷入困境。因此，克服传统的技术改造观念是很重要的，有现实因此，克服传统的技术改造观念是很重要的，有现实意义的。意义的。 3、企业集成、企业集成 企业间集

14、成的关键技术包括：企业间集成的关键技术包括：-信息集成技术信息集成技术-并行工程的关键技术并行工程的关键技术-虚拟制造虚拟制造-支持敏捷工程的使能技术系统支持敏捷工程的使能技术系统-基于网络（如基于网络（如InternetInternetIntranetIntranetExtranetExtranet）的敏捷制造）的敏捷制造-以及资源优化（如以及资源优化（如ERPERP、供应链、电子商、供应链、电子商务）。务）。 四、CIMS发展趋势1、集成化、集成化2、数字化虚拟化、数字化虚拟化3、网络化、网络化4、柔性化、柔性化5、智能化、智能化6、绿色化、绿色化Which direction?四、CIM

15、S发展趋势1、集成化、集成化从当前企业内部的信息集成和功能集成从当前企业内部的信息集成和功能集成-发展到过程集成（以并行工程为代表）发展到过程集成（以并行工程为代表）并正在步入实现企业间集成的阶段（以敏捷并正在步入实现企业间集成的阶段（以敏捷制造为代表）。制造为代表）。 2、数字化虚拟化、数字化虚拟化 现在提得比较多的是现在提得比较多的是:数字化装备数字化装备在数字化基础上，虚拟化技术正在迅速发展，主要在数字化基础上，虚拟化技术正在迅速发展，主要包括包括:-虚拟现实应用虚拟现实应用-虚拟产品开发虚拟产品开发-虚拟制造虚拟制造 数字化数字化:管理数字化管理数字化设计数字化设计数字化生产过程数字化

16、生产过程数字化制造装备数字化制造装备数字化企业数字化企业数字化虚拟化虚拟化:华华南南农业农业大大学学 工程工程学学院院 刘刘天湖天湖3、网络化、网络化 从基于局域网发展到基于从基于局域网发展到基于Intranet/ExtranetIntranet/ExtranetInternetInternet的分布式网络制造，以支持全球制造策略的分布式网络制造，以支持全球制造策略的实现。的实现。 4、柔性化、柔性化 正积极研究发展企业间动态联盟技术、敏捷设计生正积极研究发展企业间动态联盟技术、敏捷设计生产技术、可重组技术等，以实现敏捷制造。产技术、可重组技术等，以实现敏捷制造。 5、智能化、智能化 智能化是

17、制造系统在柔性化和集成化基础上进一步智能化是制造系统在柔性化和集成化基础上进一步的发展与延伸的发展与延伸它是：引入各类人工智能和智能控制技术，实现具它是：引入各类人工智能和智能控制技术，实现具有自律、分布、智能、敏捷等特点的新一代制造系有自律、分布、智能、敏捷等特点的新一代制造系统。统。 6、绿色化、绿色化 包括绿色制造、环境意识的设计与制造、生态工包括绿色制造、环境意识的设计与制造、生态工厂、清洁化生产等厂、清洁化生产等它是它是全球可持续发展战略全球可持续发展战略在在制造业制造业中的体现，是摆中的体现，是摆在现代制造业面前的一个崭新课题。在现代制造业面前的一个崭新课题。 第二节CIMS的基本

18、组成、体系结构及其关键技术 一、CIMS的基本组成 CIMSCIMS是一个大型的复是一个大型的复杂系统，包括人、经营、杂系统，包括人、经营、技术三要素，三要素之技术三要素，三要素之间的关系如所示。间的关系如所示。 其中：其中：人人-包括组织机构及其成员包括组织机构及其成员经营经营-包括目标和经营过程包括目标和经营过程技术技术-包括信息技术和基础结构（设备、通包括信息技术和基础结构（设备、通信系统、运输系统等使用的各种技术）。信系统、运输系统等使用的各种技术）。在三要素的相交部分需在三要素的相交部分需 解决解决四类集成问题：四类集成问题：用技术支持经营；用技术支持经营；用技术支持人员工作；用技术

19、支持人员工作；人员协调的工作人员协调的工作, ,以支持经以支持经营活动；营活动；统一管理并实现经营、人员、统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。技术的集成优化运行。目前，目前，CIMSCIMS并不过分强调物流自动化，而是侧重并不过分强调物流自动化，而是侧重于以人为中心的适度自动化，即强调人、经营、于以人为中心的适度自动化，即强调人、经营、技术三者的有机集成，充分发挥人的作用。技术三者的有机集成，充分发挥人的作用。 从系统的功能角度考虑，从系统的功能角度考虑，一般认为一般认为CIMSCIMS可由四个功可由四个功能分系统和两个支撑分系能分系统和两个支撑分系统组成（如图所示）统组成（如图所示

20、） ：1 1、管理信息系统、管理信息系统2 2、工程设计系统、工程设计系统3 3、制造自动化系统、制造自动化系统4 4、质量保证系统、质量保证系统5 5、-a)-a)计算机通讯网络计算机通讯网络6 6、-b)-b)数据库。数据库。1、管理信息系统 管理信息系统通常是管理信息系统通常是以制造资源计划以制造资源计划（Manufacturing Manufacturing Resource PlanningResource Planning，MRPMRP）为核心）为核心. . 2、工程设计系统 CAD CAD、CAPPCAPP、CAMCAM三大部分。三大部分。 3、制造自动化系统 制造自动化系统制造

21、自动化系统: :是是CIMSCIMS的信息流和物料流的结合点的信息流和物料流的结合点是是CIMSCIMS最终产生经济效益的聚集地最终产生经济效益的聚集地 通常由通常由CNCCNC机床、加工中心、机床、加工中心、FMCFMC（Flexible Flexible Manufacturing CellManufacturing Cell，柔性制造单元）或，柔性制造单元）或FMSFMS等组等组成。成。制造自动化系统的目标可归纳为：制造自动化系统的目标可归纳为：实现多品种、小批量产品制造的柔性自动化；实现多品种、小批量产品制造的柔性自动化；实现优质、低成本、短周期及高效率生产，提高企业的市实现优质、低成

22、本、短周期及高效率生产，提高企业的市场竞争能力；场竞争能力；为为作业人员创造舒适而安全的劳动环境。作业人员创造舒适而安全的劳动环境。二、CIMS的体系结构 所谓所谓CIMSCIMS的体系结构，就是一组代表整个的体系结构，就是一组代表整个CIMSCIMS各各个方面的多视图多层次的模型的集合。个方面的多视图多层次的模型的集合。二、CIMS的体系结构 欧共体欧共体ESPRITESPRIT计划中的计划中的AMICEAMICE专题所提出的专题所提出的CIMS- CIMS- OSAOSA体系结构具有一定的代表性。体系结构具有一定的代表性。华华南南农业农业大大学学 工程工程学学院院 刘刘天湖天湖我国学者在提

23、出了如图下所示的我国学者在提出了如图下所示的“阶梯形多视图多阶梯形多视图多领域领域CIMSCIMS体系结构体系结构” （stair-like CIMS stair-like CIMS architecturearchitecture，简称，简称SLASLA）。该多层次多视图的体）。该多层次多视图的体系结构，是比较适合我国实情的。系结构，是比较适合我国实情的。 三、实施CIMS的关键技术 实施实施CIMSCIMS的关键技术，主要指下面两大类关键技术：的关键技术，主要指下面两大类关键技术：1、系统集成2、单元技术离散制造业离散制造业CIMSCADCADCAPPCAPPCAMCAMCAECAErob

24、otrobotFMSFMSFASFAS自自动动化化立体立体仓库仓库MRPIIMRPIIOAOAMISMISDSSDSS销销售系售系统统DatabaseDatabase未未经经集成化集成化处处理的理的计计算机算机应应用用, ,形成了多形成了多个个“ “自自动动化孤化孤岛岛” ”InternetInternet流程制造业流程制造业CIMS生生产产管理分系管理分系统统PMSPMS生生产调产调度子系度子系统统PSSPSS过过程程优优化子系化子系统统先先进进控制子系控制子系统统过过程程监监控子系控子系统统化化验验室分系室分系统统LIMISLIMIS物流工程分系物流工程分系统统LOESLOESMISMIS

25、OAOA营销营销管理分系管理分系统统M&S_SM&S_S常常规规或或数数字字仪仪表、表、计计量系量系统统、DCSDCS、PLCPLC装置装置1 1装置装置n n设设施施1 1设设施施n n罐罐区区1 1罐罐区区n nDatabaseDatabaseInternetInternetDatabaseDatabaseon timeon timeDSSDSS1.1.实实施施过过程程( (三三个阶个阶段段) ) 1989-19921989-1992年年, , 典型典型应应用工用工厂厂的的选选点、可行性点、可行性 论证论证、初步、初步设计设计和和详细设计阶详细设计阶段；段； 1993-19

26、951993-1995年年, ,典型典型应应用企用企业实业实施的突破施的突破阶阶段段: : 北京一机床、沈北京一机床、沈阳阳鼓鼓风风机、成机、成飞飞( (集集团团) )公司公司 19971997年年-2000-2000年年 , ,实践实践深度、广度步入更高、更深度、广度步入更高、更 新的新的阶阶段，如主段，如主题题重大重大项项目：哈目：哈电电机、科机、科龙龙、 金金诚诚摩托摩托 2.2.实实施效果施效果 成成飞飞：麦麦道机道机头头生生产产周期周期1212个个月月6 6个个月，月，库库存下降存下降20%20%，竞标竞标成功成功获获得得1 1亿亿波音波音757757尾段尾段订单订单。 沈鼓：沈鼓：

27、产产品品报报价价6 6周周2 2周，成本下降周，成本下降79.7%79.7%， 市市场场占有率占有率达达51%51%。 科科龙龙、华宝华宝：百元：百元销销售售资资金下降金下降51%51%，人均，人均产值产值提高提高70%70%，9898年年达达202202万元万元/ /人人年。年。 经纬纺经纬纺机机厂厂：流：流动资动资金下降金下降60%60%。3.3.存在存在问题问题v怎样处怎样处理看病理看病与抓药与抓药的的关关系系 但目前缺乏一套完整有效的分析但目前缺乏一套完整有效的分析诊断诊断的程的程序、模式和支持序、模式和支持软软件工具系件工具系统统，加上主，加上主观观上的不重上的不重视视，分析，分析诊

28、断诊断工作工作较为较为粗糙粗糙肤浅肤浅。v典型的管理技典型的管理技术应术应用用问题问题v 照搬照抄，未反映出企照搬照抄，未反映出企业业的的瓶颈问题瓶颈问题和和竞争竞争特点特点。v 重硬件，重硬件，轻软轻软件；重技件；重技术术，轻轻管理；重突管理；重突击击成效成效，轻连续轻连续改改进进。v CIMSCIMS工程工程与与企企业业管理改管理改进进、技、技术术改造相改造相脱节脱节。总结总结：Advantages of CIMSReducing developing time for new productReducing transporting timeOptimal inventory contr

29、ol Reducing planning time for productionReducing lead time for productionRapid response for customers claimQuality improvementIncreasing competitive power总结总结： Obstacles for CIMSCommunications b/t various companies of suppliers Automated facilities independently Weak solutions总结总结： Function of CIMS1) Order information and automatic scheduling through computer - dealing individual orders of various products - control of