计算机集成制造

1、背景：制造业在制造业在2121世纪进入全球竞争时代。未来的市场趋势要求产品有世纪进入全球竞争时代。未来的市场趋势要求产品有更强的更强的功能功能、更短的生产周期更短的生产周期、更好的质量更好的质量、更低的成本更低的成本和和更好更好的服务的服务。因此，一方面制造业要加快技术创新的步伐，不断提高产。因此，一方面制造业要加快技术创新的步伐，不断提高产品质量，尽快地开发新产品并缩短新产品的研制开发周期；另一方面，品质量，尽快地开发新产品并缩短新产品的研制开发周期；另一方面，生产组织和人的因素在制造业的可持续发展中将会起着至关重要的作生产组织和人的因素在制造业的可持续发展中将会起着至关重要的作用。用。 自

2、从自从2020世纪世纪8080年代以来，世界各国相继提出了许多新的加工概念年代以来，世界各国相继提出了许多新的加工概念和新的生产模式，如和新的生产模式，如计算机集成制造计算机集成制造（Computer Integrated Computer Integrated Manufacturing Manufacturing ，CIMCIM）、）、并行工程并行工程（Concurrent EngineeringConcurrent Engineering，CECE）、）、精益生产精益生产（Lean ProductionLean Production，LPLP）、）、敏捷制造敏捷制造（Agile Manu

3、facturingAgile Manufacturing，AMAM）和）和智能制造系统智能制造系统（Intelligent Manufacturing SystemIntelligent Manufacturing System，IMSIMS）等。其）等。其中有些已得到广泛的应用，并且使制造业展现出前所未有的新的发展中有些已得到广泛的应用，并且使制造业展现出前所未有的新的发展局面。局面。结合图片了解一下计算机集成制造的情景厦门金龙旅行车有限公司的生产车间 成都飞机工业（集团）有限责任公司 CIM和CIMS的概念 CIM是1974年首先由美国约瑟夫约瑟夫哈林顿哈林顿（Joseph Harring

4、ton）博士在Computer Integrated Manufacturing一书中提出，基本观点为：1.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；2.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物质表现。 CIM的定义是一种组织、管理、企业生产的新哲理组织、管理、企业生产的新哲理，它借助计算机软硬件，综合应用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统技术，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质流有机的集成并优化运行，以实现产品的高质高质量、低成本、上市快量、低成本、上市快，提高企业对市场变化的应变能力

5、和综合竞争能力。 CIM的主要技术特征 集成化集成化 信息集成信息集成-过程集成过程集成-企业集成企业集成 网络化网络化 局域网局域网-广域网广域网-internet/intranet 数字化数字化 零件的数字化模型零件的数字化模型-部件部件 -产品的全数字化的模型产品的全数字化的模型 虚拟化虚拟化 2D，3D仿真仿真-基于仿真的基于仿真的VM -基于基于VR的的VM 智能化智能化 专家系统等分布式人工智能专家系统等分布式人工智能DAICIMS的含义： CIMS是在CIM哲理指导下建立的人机系统，是一种新型制造模式。 核心：集成，不仅是综合集成企业内各生产环节的有关技术，更重要的将企业内的人、

6、经营管理和技术这被称之为CIMS三要素的有效集成，以保证企业内的工作流、物质流和信息流畅通无阻。经营技术人/机构四类集成问题： 由于三要素之间的相互作用、相互制约，从而构成了企业内部的4类集成：（1）经营管理与技术的集成，即利用计算机技术、自动化技术、制造技术及信息技术等各种工程技术，支持企业达到最大的工作效率；（2）人/机构与技术的集成，即利用各种工程技术支持企业中各类人员的工作，使之相互配合，协调一致，发挥最大的工作效率；（3）人/机构与技术的集成，即通过人员素质的提高和组织机构的改进来支持企业的经营和管理；（4）CIMS三要素的综合集成，使企业达到整体优化。 CIMS由六个分系统组成，分

7、别是功能分系统、经营管理信息分系统、工程设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统和支撑分系统（数据库分系统、计算机网络分系统）。CIMS的基本组成结构如下图经营管理信息分系统工程设计自动化分系统制造自动化分系统质量保证分系统数据库分系统计算机网络分系统售后服务信息市场信息技术信息功能分系统功能分系统支撑分系统支撑分系统1.经营管理信息分系统经营管理信息分系统 管理信息系统是CIMS的神经中枢，指挥与控制着其它各个部分有条不紊地工作。管理信息系统通常是以制造资源计划（Manufacturing Resource Planning，MRP）为核心，包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技

8、术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具、人力资源等各项管理信息功能。2.工程设计自动化分系统 工程设计系统实质上是指在产品开发过程中引用计算机技术，使产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。 产品开发活动包含产品的概念设计、工概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计以及数程与结构分析、详细设计、工艺设计以及数控编程控编程等设计和制造准备阶段的一系列工作，即通常所说的 CAD、CAPP、CAM三大部分。 3.制造自动化分系统 制造自动化系统是CIMS的信息流和物料流的结合点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地，通常由CNC机床、加工中心、FMC或FMS等组成。其主要组成部分有：（1）加

9、工单元由具有自动换刀装置（ATC）、自动更换托盘装置（APC）的加工中心或CNC机床组成；（2）工件运送子系统有自动引导小车（AGV）、装卸站、缓冲存储站和自动化仓库等；（3）刀具运送子系统有刀具预调站、中央刀库、换刀装置、刀具识别系统等；（4）计算机控制管理子系统通过主控计算机或分级计算机系统的控制，实现对制造系统的控制和管理。制造自动化系统的目标制造自动化系统的目标 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，提高企业的市场竞争能力； 为作业人员创造舒适而安全的劳动环境。 *CIMS不等于全盘自动化，其关键是信息集成，制造系统并不要求去追求完全自动化。C

10、IMS传输系统4.质量保证分系统 （1）质量计划子系统质量计划子系统用来确定改进质量目标，建立质量标准和技术标准，计划可能达到的途径和预计可能达到的改进效果，并根据生产计划及质量要求制定检测计划及检测规程和规范。（2）质量检测子系统质量检测子系统采用自动或手工对零件进行检验，对产品进行试验，采集各类质量数据并进行校验和预处理。（3）质量评价子系统质量评价子系统包括对产品设计质量评价、外购外协件质量评价、供货商能力评价、工序控制点质量评价、质量成本分析及企业质量综合指标分析评价。（4）质量信息综合管理与反馈控制子系统质量信息综合管理与反馈控制子系统包括质量报表生成，质量综合查询，产品使用过程质量

11、综合管理以及针对各类质量问题所采取的各种措施及信息反馈。5. 5. 数据库管理分系统数据库管理分系统 支撑分系统之一 数据库管理系统是一个支撑系统，它是CIMS信息集成的关键之一。 CIMS环境下的管理信息、工程技术、制造自管理信息、工程技术、制造自动化、质量保证动化、质量保证四个功能系统的信息数据都要在一个结构合理的数据库系统里进行存储和调用，以满足各系统信息的交换和共享交换和共享。 CIMS的数据库系统通常是采用集中与分布相结合的体系结构，以保证数据的安全性、一致性和易维护性。 6.CIMS6.CIMS计算机网络分系统计算机网络分系统 支撑分系统之二 计算机网络是用通信线路将分散在不同地点

12、、并具有独立功能的多个计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，并实现共享资源（如网络中的硬件、软件、数据等）的计算机以及线路与设备的集合。具体的硬件组成部分包括：数据处理的主机、通讯处理机、集中器、多路复用器、调制解调器、终端、通信线路、异步通信适配器、网络适配器、以及网桥和网间连接器（又称网关、信关）等。再和各种功能的网络软件相结合，就能实现不同条件下的通信以支持系统集成。 CIMS递阶控制结构 CIMS是一个复杂庞大的工程系统，通常采用递阶控制结构。 递阶控制：将一个复杂的控制系统按照其功能分解成若干层次，各层次进行独立的控制处理，完成各自的功能；层与层之间保持信息交换，上层对下层发

13、布命令，下层向上层回送命令执行结果，通过通信联系成一个完整的控制系统。 递阶控制结构：工厂层工厂层车间层车间层单元层单元层工作站层工作站层设备层设备层CIMS集成的集成的3个阶段个阶段 (1) (1) 信息集成信息集成 针对设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，实现信针对设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，实现信息正确、高效的共享和交换，是改善企业技术和管理水平必须首先解息正确、高效的共享和交换，是改善企业技术和管理水平必须首先解决的问题。信息集成的主要内容有：决的问题。信息集成的主要内容有：u 企业建模、系统设计方法、软件工具和规范。这是系统总体企业建模、系统设计方法、软件工具

14、和规范。这是系统总体设计的基础，是企业信息集成的基础。设计的基础，是企业信息集成的基础。u 异构环境下的信息集成。异构环境下的信息集成。 所谓异构是指系统中包含了不同的所谓异构是指系统中包含了不同的操作系统、控制系统、数据库及应用软件。异构信息集成主要解决操作系统、控制系统、数据库及应用软件。异构信息集成主要解决3个问题：不同通信协议的共存及向个问题：不同通信协议的共存及向ISO/OSI的过渡；不同数据库的相的过渡；不同数据库的相互访问；不同商用应用软件之间的接口。互访问；不同商用应用软件之间的接口。 (2) (2) 过程集成过程集成 企业为了提高产品的企业为了提高产品的F、T、Q、C、S（即

15、功能、效（即功能、效率、质量、成本、服务），除了率、质量、成本、服务），除了信息集成信息集成这一手段之外，这一手段之外，还可以对还可以对过程进行重构过程进行重构（Process Reengineering）。）。 传统的串行作业设计和开发过程往往造成产品开发过传统的串行作业设计和开发过程往往造成产品开发过程经常反复，使产品开发周期增加、成本增加。如果将产程经常反复，使产品开发周期增加、成本增加。如果将产品设计开发中的各串行过程尽可能多地转变为并行过程，品设计开发中的各串行过程尽可能多地转变为并行过程，在设计时考虑到后续工作中的可制造性、可装配性质量，在设计时考虑到后续工作中的可制造性、可装配性

16、质量，把设计开发中的信息大循环变成多个小循环，可以减少反把设计开发中的信息大循环变成多个小循环，可以减少反复，缩短开发时间。复，缩短开发时间。(3) 企业集成企业集成 21世纪的制造业必须面对全球制造的新形势，充分利世纪的制造业必须面对全球制造的新形势，充分利用全球制造资源，以便更快、更好、更省地响应市场需求。用全球制造资源，以便更快、更好、更省地响应市场需求。这就是这就是敏捷制造敏捷制造的思想。敏捷制造的组织形式是企业之间针的思想。敏捷制造的组织形式是企业之间针对某一特定产品建立企业动态联盟（即所谓虚拟企业）。敏对某一特定产品建立企业动态联盟（即所谓虚拟企业）。敏捷的企业联盟应该是捷的企业联

17、盟应该是“两头大、中间小两头大、中间小”，“两头大两头大”指强指强大的新产品设计与开发能力和强大的市场开拓与竞争能力，大的新产品设计与开发能力和强大的市场开拓与竞争能力，“中间小中间小”指加工制造设备的能力可以小，多数零部件可靠指加工制造设备的能力可以小，多数零部件可靠协作解决，企业可以在全球采购价格最便宜、质量最好的零协作解决，企业可以在全球采购价格最便宜、质量最好的零件，因此，件，因此，企业间的集成是企业优化的新台阶企业间的集成是企业优化的新台阶。国外成功案例 1985年，美国科学院对美国在CIMS方面处于领先地位的五家公司麦克唐纳道格拉斯飞机公司、迪尔拖拉机公司、通用汽车公司、英格索尔铣

18、床公司和西屋公司进行调查和分析，采用CIMS可以获得如下收益：产品质量提高200%200%500%500%；生产率提高40%40%70%70%；设备利用率提高200%200%300%300%；生产周期缩短30%30%60%60%。 国内案例： 成都飞机工业公司1989年开始开展 CIMS工程，经过10年的发展完善，使得企业在产品制造能力和公司管理水平方面上了一个新台阶，从而赢得了国外航空产品转包生产的订单，经济效益十分明显。10年来，企业仅在网络和数据库方面累计投资就超过2000万元，但是当初的投资在今天得到了回报。企业目前很好地实现了信息共事和集成，并且利用开放系统避免建设信息孤立岛，省去了

19、大量的重复性劳动。广州白云电器设备有限公司广州白云电器设备有限公司 白云电器白云电器CIMS由由CAD绘图系统绘图系统 、计算机辅助工艺、计算机辅助工艺系统（系统（CAPP)、产品数据管理体系（、产品数据管理体系（PDM )、企业资源规、企业资源规划（划（ERP）几个部分组成的。）几个部分组成的。 通过实施通过实施CIMS产生的效益：产生的效益：CIMS系统给白云电器带来的直观变化就是，曾经白云系统给白云电器带来的直观变化就是，曾经白云电器设计人员的办公桌头堆满了设计图纸，生产管理人员电器设计人员的办公桌头堆满了设计图纸，生产管理人员也整日忙着翻表格查价格，处处可见也整日忙着翻表格查价格，处处

20、可见“案牍劳形案牍劳形”。现在。现在实现无纸化办公，一个高效的数据平台成为了白云电器的实现无纸化办公，一个高效的数据平台成为了白云电器的心脏，数据可以自动即时更新。心脏，数据可以自动即时更新。 白云电器白云电器CIMS系统的效益图系统的效益图CIMS实施前实施前 CIMS实施后实施后 比例比例 图纸查询时间图纸查询时间 十几分钟十几分钟 几秒钟几秒钟 高压开关柜设计周高压开关柜设计周期期 15天天 6天天 缩短缩短2/3 采购计划编制周期采购计划编制周期 缩短缩短90% 仓库平均库存率仓库平均库存率 25% 9% 报价周期报价周期缩短缩短85% 销售产值销售产值2001年比年比1998年年增长增长