CIMS的基本概念及其发展概况

第三章计算机集成制造系统技术

——CIMS

ComputerIntegratedManufacturingSystem第一节CIMS的基本概念及其发展概况CIM和CIMS的概念

CIM是1974年首先由美国JosephHarrington博士在《ComputerIntegratedManufacturing》一书中提出，基本观点为：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；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，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地集成并优化运行，以实现产品的高质量、低成本、交货期短，提高企业对市场变化的应变能力和综合竞争能力。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。它从企业的经营战略目标出发，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，将产品从创意策划、设计、制造、储运、营销到售后服务全过程中有关的人和组织、经营管理和技术三要素有机结合起来，使制造系统中的各种活动、信息有机集成并优化运行，以达到降低成本C（Cost）、提高质量Q(Quality)、缩短交货周期T（Time）等目的，从而提高企业的创新设计能力和市场竞争力。CIMS产生的背景

CIMS在20世纪80年代中期开始重视并大规模实施，其原因是20世纪70年代的美国产业政策中过分夸大了第三产业的作用，而将制造业，特别是传统产业，贬低为“夕阳工业”，这导致美国制造业优势的急剧衰退，并在20世纪80年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗，此时，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执行发展计划。自此，CIMS的理念、技术也随之有了很大的发展。

CIMS的发展概况

系统集成优化是CIMS技术与应用的核心技术，可将CIMS技术的发展从系统集成优化发展的角度来划分为三个阶段：信息集成、过程集成、企业集成，由此产生了并行工程、敏捷制造、虚拟制造等新的生产模式

信息集成

是改善企业时间（T）、质量（Q）、成本（C）、服务（S）所必需的，其主要内容有：（l）企业建模、系统设计方法、软件工具和规范这是系统总体设计的基础。（2）异构环境下的信息集成。异构信息集成主要解决三个问题：①不同通信协议的共存及向ISO／OSI的过渡；②不同数据库的相互访问；③不同商用应用软件的接口。过程集成

企业为改善产品的T、Q、C、S，除了信息集成这一技术手段之外，还可对过程进行重构。传统的产品开发模式采用串行产品开发流程、设计与加工生产是两个独立的功能部门，往往造成产品开发过程经常反复，这无疑使产品开发周期变长，成本增加。如果对产品开发设计中的各个串行过程尽可能多地转变为并行过程，在早期设计阶段采用CAX、DFX工具考虑可制造性（DFM）、可装配性（DFA），考虑质量（质量功能分配），则可以减少反复，缩短开发时间。企业集成企业提高自身的市场竞争力，不能走“小而全”、“大而全”的封建庄园经济的道路，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、更省地响应市场，这便是敏捷制造的由来。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（即所谓虚拟企业，VirtualEnterprise）。企业间集成的关键技术包括信息集成技术，并行工程的关键技术，虚拟制造，支持敏捷工程的使能技术系统，基于网络（如Internet／Intranet／Extranet）的敏捷制造，以及资源优化（如ERP、供应链、电子商务）。四、CIMS发展趋势

集成化数字化／虚拟化网络化柔性化智能化绿色化第二节CIMS的基本组成成、体系结结构及其关关键技术CIMS的基本组成成CIMS是一个大型型的复杂系系统，包括括人、经营营、技术三三要素在三要素的的相交部分分需解决四四类集成问问题：①使用技术以以支持经营营；②使用技术以以支持人员员工作；③设置人员协协调工作以以支持经营营活动；④统一管理理并实现经经营、人员员、技术的的集成优化化运行。目前，CIMS并不过分强强调物流自自动化，而而是侧重于于以人为中中心的适度度自动化，，即强调人人、经营、、技术三者者的有机集集成，充分分发挥人的的作用。CIMS的基本组成成CIMS由管理信息系系统、工程设计系系统、制造自动化化系统和质量保证系系统四个功能分系统统，以及计算机通通讯网络络和数据据库两个支撑分系系统组成管理信息息系统管理信息息系统是是CIMS的神经中中枢，指指挥与控控制着其其它各个个部分有有条不紊紊地工作作。管理理信息系系统通常常是以制制造资源源计划（（ManufacturingResourcePlanning，MRPⅡⅡ）为核心心，包括括预测、、经营决决策、各各级生产产计划、、生产技技术准备备、销售售、供应应、财务务、成本本、设备备、工具具、人力力资源等等各项管管理信息息功能。。工程设计计系统工程设计计系统实实质上是是指在产产品开发发过程中中引用计计算机技技术，使使产品开开发活动动更高效效、更优优质、更更自动地地进行。。产品开发发活动包包含产品品的概念设计计、工程程与结构构分析、、详细设设计、工工艺设计计以及数数控编程程等设计和和制造准准备阶段段的一系系列工作作，即通通常所说说的CAD、CAPP、CAM三大部分分。制造自动动化系统统是CIMS的信息流流和物料料流的结结合点，，是CIMS最终产生生经济效效益的聚聚集地，，通常由由CNC机床、加加工中心心、FMC或FMS等组成成。其主要组组成部分分有：（1）加工单单元由具具有自动动换刀装装置（ATC）、自动动更换托托盘装置置（APC）的加工工中心或或CNC机床组成成；（2）工件运运送子系系统有自自动引导导小车（（AGV）、装卸卸站、缓缓冲存储储站和自自动化仓仓库等；；（3）刀具运运送子系系统有刀刀具预调调站、中中央刀库库、换刀刀装置、、刀具识识别系统统等；（4）计算机机控制管管理子系系统通过过主控计计算机或或分级计计算机系系统的控控制，实实现对制制造系统统的控制制和管理理。制造自动动化系统统的目标标①实现多品品种、小小批量产产品制造造的柔性性自动化化；②实现优质质、低低成本、、短周期期及高效效率生产产，提高高企业的的市场竞竞争能力力；③为作业人人员创造造舒适而而安全的的劳动环环境。*：CIMS不等于全全盘自动动化，其其关键是是信息集集成，制制造系统统并不要要求去追追求完全全自动化化。CIMS传输系统统质量保证证系统（1）质量计划划子系统统用来确定定改进质质量目标标，建立立质量标标准和技技术标准准，计划划可能达达到的途途径和预预计可能能达到的的改进效效果，并并根据生生产计划划及质量量要求制制定检测测计划及及检测规规程和规规范。（2）质量检测测子系统统采用自动动或手工工对零件件进行检检验，对对产品进进行试验验，采集集各类质质量数据据并进行行校验和和预处理理。（3）质量评价价子系统统包括对产产品设计计质量评评价、外外购外协协件质量量评价、、供货商商能力评评价、工工序控制制点质量量评价、、质量成成本分析析及企业业质量综综合指标标分析评评价。（4）质量信息息综合管管理与反反馈控制制子系统统包括质量量报表生生成，质质量综合合查询，，产品使使用过程程质量综综合管理理以及针针对各类类质量问问题所采采取的各各种措施施及信息息反馈。。计算机通通讯网络络系统——支撑分系系统之一一计算机网网络是用用通信线线路将分分散在不不同地点点、并具具有独立立功能的的多个计计算机系系统互相相连接，，按照网网络协议议进行数数据通信信，并实实现共享享资源（（如网络络中的硬硬件、软软件、数数据等））的计算算机以及及线路与与设备的的集合。。具体的的硬件组组成部分分包括：：数据处处理的主主机、通通讯处理理机、集集中器、、多路复复用器、、调制解解调器、、终端、、通信线线路、异异步通信信适配器器、网络络适配器器、以及及网桥和和网间连连接器（（又称网网关、信信关）等等。再和和各种功功能的网网络软件件相结合合，就能能实现不不同条件件下的通通信以支支持系统统集成。。CIMS数据库系系统——支撑分系系统之二二数据库管管理系统统是一个个支撑系系统，它它是CIMS信息集成成的关键键之一。。CIMS环境下的的管理信息息、工程程技术、、制造自自动化、、质量保保证四个功能能系统的的信息数数据都要要在一个个结构合合理的数数据库系系统里进进行存储储和调用用，以满满足各系系统信息息的交换和共共享。CIMS的数据库库系统通通常是采采用集中中与分布布相结合合的体系系结构，，以保证证数据的的安全性性、一致致性和易易维护性性。CIMS的体系结结构就是一组组代表整整个CIMS各个方面面的多视图多多层次的的模型的的集合。欧共体体ESPRIT计划中的的AMICE专题所提提出的CIMS-OSA体系结构具有有一定的代表表性。CIMS-OSA体系结构为制制造工业的CIMS提供了一种参参考模型，已已作为对CIMS进行规划、设设计、实施和和运行的系统统工具。CIM－OSA体系结构我国学者提出出的“阶梯形多视图图多领域CIMS体系结构”（stair-likeCIMSarchitecture，简称SLA）实施CIMS的关键技术1、系统集成2、单元技术第三节CIMS工程的设计与与实施先设计、后实实施CIMS总体方案设计计CIMS是面向整个企企业的大系统统。CIMS总体方案设计计应以面向全全局、面向未未来来、保证证系统的开放放性、充分利利用现有资源源、与企业的的技术改造相相结合、与企企业的机制转转换相结合为为指导思想。。总体方案设设计主要包括括以下几方面面：CIMS体系结构设计计、CIMS功能设计、CIMS信息设计、CIMS资源设计、CIMS组织设计和关关键技术分析析。CIMS功能设计在CIMS功能设计中，，常采用功能能树、功能模模型图和过程程图来描述CIMS的功能。功能树是把CIMS中各种功能逐逐层分解展开开，形成一种种树状结构。。功能树只能表表示系统所具具有的功能，，无法表达各各功能之间的的信息联系。。要表达各功功能之间的信信息联系，就就应采用功能能模型图来描描述。在CIMS设计中较为普普遍采用的方方法是IDEF0方法。TIS分系统功能树树CIMS信息设计CIMS任何功能的实实现都需要信信息的支撑，，信息的有机机集成在CIMS中特别重要。。要实现信息的的加工处理与与集成，就必必须建立系统统的信息模型型和对信息进进行分类编码码。这就是CIMS信息设计的内内容。在CIMS设计中常用的的信息建模方方法有实体联联系图（E－R），IDEF1及IDEF1x。CIMS资源设计CIMS中的资源包括括硬件资源、、软件资源和和人力资源。。CIMS资源设计包括括硬件资源配配置、软件资资源配置和人人力资源配置置三个方面。。CIMS组织设计在CIMS环境下，企业业的各组织机机构应把它的的各种资源（（包括人员、、软件、硬件件）统一管理理起来。组织设计应完完成的任务包包括：（l）功能的组织织。（2）信息的组织织。（3）资源的组织织。关键技术分析析（1）关键技术的的介绍说明关关键技术的实实质性问题，，包括它在整整个CIMS工程中的地位位和作用、关关键技术的技技术难点等。。（2）提出关键技技术的解决途途径在初步设设计阶段，可可根据现有的的认识水平，，对每一关键键技术绘出拟拟采用的解决决途径、并说说明其可行性性。（3）提出关键技技术的解决方方案，并论证证其可行性。。二、CIMS工程实施CIMS工程的实施阶阶段是设计阶阶段的延续。。863/CIMS专家组针对CIMS工程实施过程程中所要遵循循的技术原则则和方法，提提出了“效益驱动，总总体规划，重重点突破，分分步实施”的方针。这一原则适用用于CIMS的设计阶段，，也适用于系系统实施阶段段，可供企业业制定CIMS技术路线时参参考。CIMS实施原则具体体体现在四个个方面1、贯彻“效益益驱动”的原原则2、充分利用企企业现有资源源3、与企业技术术改造紧密结结合4、分步实施，，重点突破CIMS工程实施周期期长、工程复复杂、项目组组织管理难度度大，应制定定详细的实施施进度计划。第四节CIMS应用实例（1）在工程设计计自动化方面面，可提高产产品的研制和和生产能力，，便于开发技技术含量高和和结构复杂的的产品，保证证产品设计质质量，缩短产产品设计与工工艺设计的周周期，从而加加速产品的更更新换代速度度，满足顾客客需求，从而而占领市场。。（2）在制造自动动化或柔性制制造方面，加加强了产品制制造的质量和和柔性，提高高了设备利用用率，缩短了了产品制造周周期，增强了了生产能力，，加强了产品品供货能力。。（3）在经营管理理方面，使企企业的经营决决策和生产管管理趋于科学学化，使企业业能够在市场场竞争中，快快速、准确地地报价，赢得得时间，同时时，降低库存存资金的占用用，提高资金金的周转效率率。国外成功案例例1985年，美国科学学院对美国在在CIMS方面处于领先先地位的五家家公司——麦克唐纳道格格拉斯飞机公公司、迪尔拖拖拉机公司、、通用汽车公公司、英格索索尔铣床公司司和西屋公司司进行调查和和分析，采用用CIMS可以获得如下下收益：产品品质量提高200%～500%；生产率提高高40%～70%；设备利用率率提高200%～300%；生产周期缩缩短30%～60%。国内案例成都飞机工业业公司1989年开始开展CIMS工程，经过10年的发展完善善，使得企业业在产品制造造能力和公司司管理水平方方面上了一个个新台阶，从从而赢得了国国外航空产品品转包生产的的订单，经济济效益十分明明显。10年来，企业仅仅在网络和数数据库方面累累计投资就超超过2000万元，但是当当初的投资在在今天得到了了回报。企业业目前很好地地实现了信息息共事和集成成，并且利用用开放系统避避免建设信息息孤立岛，省省去了大量的的重复性劳动动。沈阳鼓风机厂厂（生产大型涡涡轮压缩机））CIMS案例实施CIMS之前，用户从从订货到交货货需要18个月，而国外外厂商一般仅仅需10～12个月；国外厂厂商在2周之内便可提提供精确的报报价，而“沈沈鼓”需要6周才能提供供粗略的报价价，连参与国国际投标的资资格都不具备备。实施CIMS工程之后，交交货周期缩短短到了10～12个月，技术报报价、财务报报价和商务报报价也缩短为为2周。由于设计计周期、生产产准备周期和和制造装配周周期的缩短，，生产能力大大大提高。东方电机股份有限公司司CIMS案例分析是我国大型发发电设备开发发、设计与制制造的三大重重要企业之一一，在产品设设计、制造、、生产经营管管理方面迫切切需要与国际际先进技术水水平接轨，参参与国际市场场竞争，需要要运用CIMS环境的先进制制造技术与生生产经营管理理思想来指导导。为此，东东方电机股份份有限公司与与技术依托单单位四川大学学于1997年初组建东方方电机计算机机集成制造系系统（简称DFEM-CIMS）联合设计组组，在深入调调研和分析东东方电机生产产实际的基础础上，得出了了东方电机实实施CIMS工程的的必要要性、、迫切切性和和可行行性。。针对对东方方电机机产品品技术术密集集、结结构复复杂、、制造造周期期长的的特点点，设设计DFEM-CIMS的体系系结构构，创创建了了在计计算机机网络络和分分布式式数据据库支支持环环境下下，集集技术术信息息分系系统、、管理理信息息分系系统、、计算算机辅辅助质质量信信息分分系统统和制制造自自动化化分系系统为为一体体的DFEM-CIMS。一、DFEM－CIMS的组成成DFEM-CIMS划分为为四个个功能能应用用分系系统和和一个个支撑撑分系系统，，即技技术信信息分分系统统（TIS）、管管理信信息分分系统统（MIS）、计计算机机辅助助质量量信息息分系系统（（CAQ）、制制造自自动化化分系系统（（MAS）以及及网络络和数数据库库分系系统（（NET／DB）。DFFM-CIMS四个功功能分分系统统是在在网络络和数数据库库构成成的支支撑环环境下下建立立的，，而网网络和和数据据库支支撑环环境又又建立立在计计算机机系统统硬件件平台台及操操作系系统软软件平平台上上，由由此构构成的的DFEM－CIMS体系结结构。。DFEM-CIMS的总体体结构构二、管管理信信息分分系统统（MIS）DFEM-CIMS/MIS分系统统建立立了相关的的辅助助企业业管理理的物物理平平台，，包括括公司司的INTERNET节点（（对外外互联联网））及INTRANET网络（（企业业信息息网）），完善善了电电子信信息系系统的的使用用和管管理模模式，，可充充分利利用MIS分系统统获取取信息息，服服务于于企业业的生生产，，加强强企业业经营营管理理。MIS分系统统现已已建成成物料管管理子子系统统、企企业信信息网网、设设备管管理了了系统统、科科研管管理子子系统统、决决策支支持子子系统统、计计划管管理子子系统统、财财务管管理子子系统统、工工具生生产管管理子子系统统、工工装生生产及及库存存管理理子系系统、、人事事管理理子系系统、、总经经办管管理信信息子子系统统等11个子系系统，，取得得了显显著的的社会会经济济效益益。三、技技术信信息分分系统统（TIS）DFEM-CIMS/TIS分系统统建立立在以以19台图形形工作作站、、250台微机机、3个小型型机服服务器器和5台子网网服务务器等等构成成的硬硬件平平台和和由操作系系统、、UG、IDEAS等CAD/CAE/CAM