计算机集成制造系统

第四章计算机集成制造系统

第四章计算机集成制造系统

第一节CIMS的基本概念与发展概况第二节CIMS的组成、体系结构与关键技术第三节案例分析第四节企业建模方法第四章计算机集成制造系统第一节CIMS的基本概念与发展概况

一、CIM与CIMS的定义二、CIMS产生的背景三、CIMS的发展阶段第四章计算机集成制造系统1、CIM的提出：

1973年美国Dr.Joseph•Harrington首先提出CIM哲理（ComputerIntegratedManufacturing)，2个要点：

企业的各个生产环节是不可分割的，需要统一考虑；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。

我们把此提升为：系统（整体）的观点和信息化的观点。因此，通俗解释为：用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益一、CIM与CIMS的定义1、CIM的提出85年德国经济生产委员会（AWF）提出CIM的推荐定义：

“CIM是指在所有与生产有关的企业部门中集成地采用电子数据处理。CIM包括了在生产计划与控制（PPC）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助质量管理（CAQ）之间信息技术上的协同工作，其中为生产产品所必需的各种技术功能和管理功能应实现集成。”88年-89年863/CIMS专家组认为：

“CIM是未来工厂自动化的一种模式。它把以往企业内相互分离的技术（如CAD、CAM、FMC、MRPⅡ…）和人员（各部门、各级别），通过计算机有机地综合起来，使企业内部各种活动高速度、有节奏、灵活和相互协调地进行，以提高企业对多变竞争环境的适应能力，使企业经济效益取得持续稳步的发展。”第四章计算机集成制造系统

1、CIM的提出90年IBM：“应用信息技术提高组织的生产率和响应能力”91年日本能率协会提出：“为实现企业适应今后企业环境的经营战略，有必要从销售市场开始，对开发、生产、物流、服务进行整体优化组合，CIMS是以信息作为媒介，用计算机把企业活动中多种业务领域及其职能集成起来，追求整体效益的新型生产系统”。欧共体CIM/OSA：“CIM是信息技术和生产技术的综合应用，旨在提高制造型企业的生产率和响应能力，由此，企业的所有功能、信息和组织管理方面都是集成起来的整体的各个部分”。第四章计算机集成制造系统2、CIMS的定义863/CIMS的定义：“CIM作为一种组织、管理与进行企业生产的哲理，将信息技术、现代管理技术、系统工程技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行达到人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成。以加强企业新产品开发的T（技术）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）、E（环境），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。”CIMS的定义：

基于CIM哲理组成的系统，是CIM哲理的实现。第四章计算机集成制造系统CIM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，CIM/CIMS不是企业的目标，而是达到企业目标的手段之一；企业生产过程中的各个环节是一个不可分的整体，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；CIM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；CIMS的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，CIM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；CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如CIM与LP。3、CIM/CIMS的进一步说明：第四章计算机集成制造系统二、CIMS的产生背景

1、从制造业发展的角度近年来，制造业进的竞争日趋激烈。制造业市场已从传统的“相对稳定”逐步演变“动态多变”的局面。竞争的范围从局部到全球范围。制造企业间激烈竞争的核心是产品（Product）。

第四章计算机集成制造系统产品竞争要素

成本（Cost）

质量（Quality）

交货期（Time）服务（Service）

环境Environment）

知识（Knowledge）

以信息技术为主导的高技术

制造业发生了深刻的变革信息时代的先进制造模式第四章计算机集成制造系统2、从产品竞争要素的演变过程角度“CIMS，nolongerachoice!”美国人约瑟夫·哈林顿（JosephHarrington）博士1973年《ComputerIntegratedManufacturing》

CIMS在80年代中期才开始得到重视并大规模实施。

原因：70年代的美国产业政策中，过分地夸大了第三产业的作用，而将制造业，特别是传统制造业，贬低为“夕阳工业”，这导致美国制造业优势的急剧衰退，并在80年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗。第四章计算机集成制造系统3、70年代美国制造业的背景

美国、欧洲、日本等先进工业国家都制定了长期的CIMS发展规划，CIM成了当前自动化制造领域中关注的热点。美国政府已将CIMS列为影响国家安全和经济繁荣的22项重要技术之一，并列为制造技术领域中四项关键技术的首位；

欧洲信息技术研究发展计划（ESPRIT）中制定了专门的CIMS规划。

世界各国都相继投入了大量人力物力进行CIMS项目的研究，并采取各种切实有效的措施，在许多企业中进行应用和推广。第四章计算机集成制造系统4、CIMS在各国的地位5、我国发展高技术计划（863计划）１９８６年３月３日，王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允四位老科学家给中共中央写信，提出要跟踪世界先进水平，发展我国高技术的建议。这封信得到了小平同志的高度重视，小平同志亲自批示：此事宜速决断，不可拖延。小平同志的这个批示，是一个具有深远意义的伟大决策。８６３计划从世界高技术发展趋势和中国的需要与实际可能出发，坚持＂有限目标，突出重点＂的方针，选择生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料７个领域１５个主题作为我国高技术研究与开发的重点、组织一部分精干的科技力量，希望通过１５年的努力，力争达到目标。第四章计算机集成制造系统5、我国发展高技术计划（863计划）七个领域：航天、核能、微电子、计算机、生物、材料、自动化（CIMS、ROBOT）八五计划：一个中心（清华等10余单位）七个单元技术网点（上交大、西交大、北航、东南、密云机床所、沈阳自动化所）10个重点应用工厂（北一机床、成飞、沈鼓、上海二纺机……）九五计划：应用示范工程、目标产品发展、重大关键技术攻关、应用基础研究四个层次应用示范工程（50-200家）95-98年共12省市和部委：京、沪、苏、湖北、辽宁、四川、山西、广东、浙江、黑龙江、电子工业部、航空总公司十个培训中心：95-97：北京、上海、西安、南京、武汉、沈阳、哈尔滨、重庆、杭州、广州目标产品发展

……第四章计算机集成制造系统国家高技术研究发展计划（863计划）－1986年CIMS作为自动化领域研究主题四个层次应用工程产品开发技术攻关应用基础研究第四章计算机集成制造系统5、我国发展高技术计划（863计划）十个专题CIMS总体设计与实施CIMS发展战略及体系结构CIMS总体集成技术集成产品设计自动化系统集成工艺设计自动化系统集成制造自动化系统CIMS管理与决策支持系统集成质量控制系统计算机网络与数据库系统CIMS系统技术与方法第四章计算机集成制造系统国家863/CIMS培训中心（哈尔滨）依托单位：哈尔滨工业大学现代生产技术中心第四章计算机集成制造系统5、我国发展高技术计划（863计划）十五计划：将继续瞄准世界高技术发展前沿，加强创新，实现从重点跟踪到突出跨越的战略转变。着重解决事关国家中长期发展和安全的战略性、前沿性和前瞻性高技术问题，发展具有自主知识产权的高技术，培育高技术产业生长点。将以鼓励创新、国家目标和市场需求为导向，完成以下重点任务：攻克支撑我国信息基础设施建设的关键技术。发展以提高人民生活质量为目标的生物、农业及医药关键技术。掌握以提高产业竞争力为目标的新材料和先进制造关键技术。突破以社会可持续发展为宗旨的资源、环保和能源关键技术。863计划选择了信息技术、生物和现代农业技术、新材料、先进制造与自动化技术、能源技术、资源环境技术等6个高技术领域的19个主题和若干个重大专项作为发展重点。主题项目：以鼓励创新，攻克重大关键技术，掌握知识产权为导向。重大专项：以市场和应用为导向，重大产品、系统或工程为核心组织实施。第四章计算机集成制造系统5、我国发展高技术计划（863计划）十一五计划：863计划将继续坚持战略性、前沿性和前瞻性，以增强我国在关键高技术领域的自主创新能力为宗旨，重点研究开发《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》确定的前沿技术和部分重点领域中的重大任务，并积极开展前沿技术的集成和应用示范，培育新兴产业生长点，发挥高技术引领未来发展的先导作用。863计划将以信息技术、生物和医药技术、新材料技术、先进制造技术、先进能源技术、资源环境技术、海洋技术、现代农业技术、现代交通技术和地球观测与导航技术等关键高技术领域为重点，按照专题和项目两种方式，组织开展对技术的研究开发。863计划将在上述高技术领域安排38个专题和一批重大、重点项目。

第四章计算机集成制造系统5、我国发展高技术计划（863计划）十一五计划：专题是将探索性强、代表世界高技术发展方向、对国家未来新兴产业的形成和发展具有引领作用，并有望获得原始性创新成果的前沿技术作为研究开发任务，以增强原始性创新能力和获取自主知识产权为目标，支持科研人员在确定的前沿技术方向，进行新概念、新方法，以及概念模型和原理样机的探索研究。鼓励科研人员开展探索性强、风险较大，但研究思路科学合理性、具有鲜明的创新性的研究，激发科研人员的首创精神。项目是将集成性强、有望形成未来战略产品和技术系统、可以进行应用示范、有利于产业技术更新换代，并具备较好的人才队伍和研究开发基础的高技术作为研究开发任务，以增强集成创新能力和形成战略产品原型或技术系统为目标，以国家战略需求为背景，进行组织实施。项目遵循“成熟一个、启动一个，成熟一批、启动一批”的原则，分次分批启动。项目任务通过不定期公开发布指南、招标（邀标）、定向发布指南、定向委托等方式落实。第四章计算机集成制造系统CIMS－国家高技术研究发展计划（863计划）主题之一

1994年，设在清华大学的国家CIMS实验工程中心获得国际著名权威学术机构——美国制造工程师学会（SME）的“大学领先奖”1999年，华中理工大学又获该年度的同一奖项1995年，北京第一机床厂荣获SME的“工业领先奖”第四章计算机集成制造系统5、我国发展高技术计划（863计划）三、CIMS的发展阶段1、集成的概念

计算机集成系统的核心是集成。

集合不等于集成，集成要比集合更高一个层次。集成不是将各种计算机和设备简单地连接和拼凑，而是要通过信息集成将原来没有联系或联系不紧密的单元有机地组合成为功能协调的，互相紧密联系的新系统。集成的特征：

1、人员和组织集成：管理者、设计者、制造者、保障者（质量、销售、服务）2、信息集成：产品生命周期中各类信息的获取、表示、处理和操作工具集成为一体。（产品信息模型PIM，产品数据模型PDM）3、技术集成：产品开发全过程中涉及的多学科知识，以及各种技术、方法、知识库、方法库。4、功能集成：企业各部门功能、产品开发与外部协作企业间功能。第四章计算机集成制造系统

物理系统互连数据交换规则与惯例系统内部通讯物理系统集成公共（共享）数据资源公共服务执行环境可移式应用与分布系统应用系统集成生产和过程仿真自动化的经营过程监控基于知识的决策支持人的集成经营集成2、CIMS集成的层次单项技术（自动化孤岛）联系起来相互交换信息和数据整个系统内部各种应用软件的集成CIMS的最高阶段即人的集成。CIMS阻力的70%来源于人，11%对成本的评估，9%的技术元件。第四章计算机集成制造系统3、集成发展阶段19851995199921世纪信息集成企业集成制造网络过程集成第四章计算机集成制造系统3、集成发展阶段

（1）信息集成自动化孤岛CAD生产管理CAPP/CAM财务管理第四章计算机集成制造系统（1）信息集成解决企业中各个自动化孤岛之间的信息交换与共享

A、企业建模、系统设计方法、软件工具和规范。解决了一个制造企业的物流、信息流、价值流（如资金流）、决策流的关系，这是企业信息集成的基础。

B、异构环境下的信息集成。◆不同通信协议的共存及向ISO／0SI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。第四章计算机集成制造系统将“自动化孤岛”集成在一起第四章计算机集成制造系统应用应用服务功能系统服务功能应用应用服务功能系统服务功能应用应用服务功能系统服务功能操

作

系

统硬

件

平

台(a)传统的软件编程方式应用应用应用应用使能器系统使能器操

作

系

统硬

件

平

台特定应用编程接口与工具通用编程接口通信服务信息服务功能服务异构分布计算环境异构操作系统、网络协议中件(b)早期集成平台结构(c)当今集成平台结构应用应用应用第四章计算机集成制造系统(2)过程集成

解决产品设计过程的重建，过程优化技术：

◆过程重建及建模：产品设计开发过程的重构和建模，即将原来的串行作业过程，尽可能地转变为并行作业，建立模型。

规划车型设计产品设计生产准备生产财务.会计Finance/Accounting开发期LengthofDevelopmentTime规划Planning

车形设计

Stylingdesign

Engineering产品设计DesignPrototypeFabrication&Testing试制评价

Productionengineering生产准备生产

Production零部件厂家Partssuppliers

ProductionengineeringProduction规划Planning车形设计Stylingdesign产品设计EngineeringDesign试制.评价PrototypeFabrication&Testing生产准备生产试制评价丰田汽车公司的并行工程系统第四章计算机集成制造系统

(2)过程集成◆组织重建及建模：组成支持并行作业的多学科的协同工作小组，以及计算机网络（往往是广域网）支持下的协同工作环境（CSCW）和PDM，它可以提供异地设计人员在同一时间一对设计的评价和修改，进而支持异地互操作。

◆并行工程的工具：如基于CAX（CAD、CAPP、CAM）的DFA、DFM（DesignForAssembly，DesignForManufacturing）等。第四章计算机集成制造系统传统的组织结构面向功能的组织结构销售部门制造部门技术部门第四章计算机集成制造系统现代的组织结构面向过程的组织结构Teamwork第四章计算机集成制造系统(3)企业集成

两头大、中间小小而全、大而全两头小、中间大动态企业联盟企业敏捷性第四章计算机集成制造系统3、企业集成

企业外部资源的优化利用，适应知识经济、全球经济、全球制造的新形势.

◆支持敏捷制造的使能技术。美国的

TEAM计划（即TechnologyEnablingAgileManufacturing）针对航天、电子、机械三类行业的敏捷制造提供使能技术。使能技术包括了资源共享、信息服务虚拟制造、并行工程、建模／仿真和人工智能等。

◆资源优化，包括供应链的建模和管理。集成化、网络化、数字化、虚拟化以及智能化是改变传统制造系统，使之成为信息时代、知识经济时代的先进制造系统的最主要的内容。

集成化：经历了信息集成--过程集成--企业集成；网络化：经历了局域网--广域网--Internet／Intranet／Extranet；

数字化：从部件的数字化定义到产品的全数字化模型；

虚拟化：从二维的仿真到三维的动画仿真。

智能技术：从一开始便被引人到CIMS的设计、管理、调度等知识表示和决策优化中。第四章计算机集成制造系统第二节CIMS的组成、体系结构与关键技术

一、CIMS的组成二、CIMS的基本结构轮图三、CIMS的主要功能分系统四、CIMS的关键技术五、CIMS的体系结构第四章计算机集成制造系统一、CIMS的组成第四章计算机集成制造系统管理信息分系统MIS质量保证分系统CAQ工程设计分系统CAD/CAE/CAM制造自动化分系统MAS数据库分系统DBS网络分系统NETS支撑分系统应用分系统市场信息技术信息服务信息原材料产品图2-2CIMS轮图第二层第一层第三层第四层第五层第六层第四章计算机集成制造系统二、CIMS的基本结构轮图第一层是驱动轮子的轴心——顾客。潜在的顾客就是市场。企业任何活动的最终目的应该是为顾客服务，快速而圆满地满足顾客的愿望和要求。市场是企业获得利润和求得发展的基点，也是从计划经济体制转向市场经济体制的核心。二、CIMS的基本结构轮图第四章计算机集成制造系统第二层是企业组织中的人员和群体工作方法。传统的管理概念，认为仅有供销人员是面向用户和市场的，但是，在多变的、竞争激烈的市场中，企业中的每个人都必须具有市场意识，每个职工都要了解市场的变化以及企业在市场中的地位、本职工作和市场竞争能力的关系。企业的成败关键不只是技术，而更重要的是人和组织。二、CIMS的基本结构轮图第四章计算机集成制造系统第三层是信息(知识)共享系统。

信息是企业的主要资源。现代企业的生产活动是依靠信息和知识来组织的。传统的生产方式中，各个部门都有自己的信息处理方式，所采用的知识各不相关。因此信息冗余量大，传递速度慢，共享程度很低。现代制造企业一定要建立一个信息和知识共享系统，它是以计算机网络为基础的，并有可参与的、使用操作方便和可靠的系统，使信息流动起来，形成一个连续的信息流，才有可能大大提高企业的生产和工作效率。二、CIMS的基本结构轮图第四章计算机集成制造系统第四层是企业的活动层。产品定义系统设计零件设计产品改进技术文件产品规划用户支持加工制造销售经营地区代理国际联营售后服务报废回收生产计划作业计划零件制造装配试验物料管理二、CIMS的基本结构轮图第四章计算机集成制造系统第五层是企业管理层。它的功能是合理配置资源，承担企业经营的责任。这一层应该是很薄的但卓有成效的一层，是企业内部活动和企业所在环境的接口。企业管理层是把原料、半成品、资金、设备技术信息和人力资源作为投入，去组织和管理生产，并将产品推出到市场销售。企业管理层还要承担一系列责任，如员工的利益和安全、投资者的合理回报、社团公共关系、政府法规和行业道德以及环境保护等。二、CIMS的基本结构轮图第四章计算机集成制造系统第六层是企业的外部环境。企业是社会中的经济实体，受到用户、竞争者、合作者和其他市场因素的影响。例如老用户和新用户的各种需求，原料和外购件的供应渠道，推销和代理商的组织，能源、交通和通信基础设施的好坏，劳动力和金融市场的变动，大专院校和研究所的支持，政府的经济法规和政治形势的变化等。企业管理人员不能孤立地只看到企业内部，必须置身于市场环境中对企业发展做出决策。二、CIMS的基本结构轮图第四章计算机集成制造系统图CIMS组成计算机网和数据库支撑分系统市场信息质量要求质量文档成品原材料、能源管理信息分系统物料管理、成本管理、财务管理人事管理、经营决策、生产管理销售管理、办公自动化工程分析与设计分系统计算机辅助设计（CAD）计算机辅助工艺设计（CAPP）计算机辅助制造（CAM）产品数据管理（PDM制造自动化分系统加工设备、控制系统、检测设备辅助设备、装配设备、储运设备工业机器人质量信息分系统质量计划、质量检测、质量评价质量控制、质量信息综合管理技术文档资料三、CIMS的主要功能分系统1、CIMS组成第四章计算机集成制造系统管理信息系统作为CIMS的神经中枢，用于收集、整理及分析各种管理数据，向企业和组织的管理人员提供所需要的各种管理及决策信息，必要时还可以提供决策支持。

其核心为制造资源计划MRPⅡ或企业资源计划ERP。

（1）管理信息系统

三、CIMS的主要功能分系统2、CIMS各分系统的功能第二章计算机集成制造系统

它是CIMS中的主要信息源，根据管理信息系统下达的产品开发要求，通过计算机技术来完成产品的概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计以及数控编程等一系列工作，并通过工程数据库和产品数据库PDM实现内外部的信息集成。

核心为CAD/CAPP/CAM的3C一体化。（2）工程分析与设计系统

三、CIMS的主要功能分系统2、CIMS各分系统的功能第四章计算机集成制造系统

制造自动化系统是CIMS中信息流与物流的结合点，是CIMS最终产生经济效益的所在。它将能源、原材料、配套件和技术信息作为输入，完成加工和装配，最后输出合格的产品。通常由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分布式控制计算机等设备及相应的支持软件组成。（3）制造自动化系统

三、CIMS的主要功能分系统2、CIMS各分系统的功能第四章计算机集成制造系统

在企业内部各个部门之间也有大量的质量信息需要交换。所以，只有从系统工程学的观点去分析所有活动和信息，使全部质量活动构成一个有机的整体，质量系统才能有效地发挥效能。质量信息系统的功能包括质量计划、质量检测、质量评价、质量控制和质量信息综合管理。

（4）质量信息系统

三、CIMS的主要功能分系统2、CIMS各分系统的功能第四章计算机集成制造系统

计算机网络技术是CIMS各个分系统重要的信息集成工具。在网络软、硬件的支持下，将物理上分布的CIMS各个功能分系统的信息联系起来实现信息的共享和集成。计算机网络系统应满足4R（Right）要求，即：在正确的时间、将正确的信息，以正确的方式，传递给正确的对象。（5）计算机网络

三、CIMS的主要功能分系统2、CIMS各分系统的功能第四章计算机集成制造系统

数据库管理系统是CIMS信息集成的关键之一，用集成和分布相结合的体系结构来保证数据存储的准确一致性、及时性、安全性、完整性，以及使用和维护的方便性。集成的核心是信息共享，对信息共享的最基本要求是数据存储及使用格式的一致性。（6）数据库管理系统三、CIMS的主要功能分系统2、CIMS个分系统的功能第四章计算机集成制造系统

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决的问题。信息集成的主要内容有：企业建模、系统设计方法、软件工具和规范

异构环境下的信息集成

1、信息集成四、CIMS的关键技术CIMS的关键技术就是集成，而集成从宏观上包括以下几部分：第四章计算机集成制造系统

即对过程进行重构（Processreengineering）。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，在设计时考虑到下游工作中的可制造性、可装配性，设计时考虑质量（质量功能展开），则可以减少反复，缩短开发时间。2、过程集成四、CIMS的关键技术第四章计算机集成制造系统为充分利用全球制造资源，把企业调整成适应全球经济、全球制造的新模式，CIMS必须解决资源共享、信息服务、虚拟制造、并行工程、资源优化、网络平台等关键技术，以更快、更好、更省地响应市场。3、企业集成四、CIMS的关键技术第四章计算机集成制造系统五、CIMS体系结构1、CIM体系结构定义

CIM体系结构：为一组不同层次的各种视图模型的集合。

CIM-OSA就是欧洲ESPRIT计划中一个由来自多个国家的22个公司、研究所和大学组成的集团AMICE所开发的，它由一个三个座标的立方体表示。逐步具体化：描述了从形成基本建造块到建立用于各种类型工业的部分通用模型，再到最后建立特定企业的专用模型的建模过程。逐步推导：提供了CIM开发的生命周期中不同阶段的模型描述。逐步生成：用四个视图，即功能、信息、资源和组织，来建立了总系统各个方面的模型。

第四章计算机集成制造系统组织模型信息视图组织模型组织模型组织模型资源视图资源视图资源视图信息视图信息视图信息视图通用设计结构模块功能视图通用企业需求结构模块功能视图部分通用企业需求模块功能视图专用企业需求模块部分通用设计模块专用设计说明模块通用实施结构模块部分通用实施模块专用实施描述模块实施描述层设计说明层需求定义层组织模型组织模型组织模型资源视图资源视图资源视图信息视图信息视图信息视图通用设计结构模块功能视图通用企业需求结构模块功能视图部分通用企业需求模块功能视图专用企业需求模块部分通用设计模块专用设计说明模块通用实施结构模块部分通用实施模块专用实施描述模块资源视图功能视图通用建模层部分通用建模层专用建模层逐步推导逐步具体化逐步生成体系结构模型中是面向CIMS开发过程，按生命周期法展开的第四章计算机集成制造系统五、CIMS体系结构

2、CIM开放式体系结构1、CIM-OSA结构层次

通用建模层部分通用建模层专用建模层通用层是CIM-OSA基本结构构成成分（通用构构造模块）的一种参考目录，包括元件、约束规则、术语、服务功能和协议等。部分通用层是CIM-OSA建立工业需求集的主要手段，也是建立各种专用结构的实用工具。部分通用层有一整套适用于各类制造企业的部分通用结构模型，包括按照工业类型、不同行业、企业规模等不同类的各类典型结构。专用结构层的专用结构是参考结构的基础上，根据企业的特定要求，在部分通用层的各种参考结构中进行选择或具体化（instantiation）来构成的。第四章计算机集成制造系统1、CIM-OSA

结构层次图4.2参考结构和专用结构通用层结构和宏大的部分通用层结构构成了一个参考结构库，库内参考结构的多少很大程度上取决于部分通用层中结构模型的多少，这些根据不同类别划分的模型和以企业加工产品类型划分得到的模型，就其数据量来说是很大的，因此CIM-OSA的研究中，建立部分通用层参考结构模型物工作量是十分巨大的。第四章计算机集成制造系统1、CIM-OSA实施描述建模层次图4.3ICM-OSA建模层次和过程需求定义模型包括了许多以视图表示的基本经营内容（目标、功能、规则、约束、信息和材料、资源和组织等），所有这些内容都要准确地反映在最后的实施描述模型中。设计说明建模层提供了对在企业需求定义模型中收集到的需求通过CIM系统设计进行优化和逻辑重构的描述方法，这是一个无冗余的、面向系统的经营需求描述。实施描述建模层提供了各种方法，把设计说明建模层的内容转变成CIM系统中所有被选定的元个的完整的系统说明。第四章计算机集成制造系统1、CIM-OSA实施描述建模层次图4.3ICM-OSA建模层次和过程

功能视图——指功能和特性结构；

信息视图——指信息结构（从经营用户的观点所需的信息）；

资源视图——指资源组织；组织视图——指组织结构。

功能视图——经营过程和企业活动的组成及优化组合；

信息视图——住处的组成及非冗余的组合；

资源视图——资源的逻辑组成；组织视图——经营职责的逻辑组合。功能视图——经营过程和企业活动工能的运行结构；信息视图——企业信息的运行结构；资源视图——企业资源的运行结构（包括实施元件的规格说明）；组织视图——企业职责的运行结构。第四章计算机集成制造系统1、CIM-OSA实施描述建模层次

信息技术：用于企业所有活动的数据据处理和分配。它包括应用程序和CIM-OSA集成基础结构，和所有支持应用软件运行的CIM-OSA服务。它在保持应用程序和硬件相互独立的同时，允许应用软件在主机硬件上运行。制造技术：用以处理物料、装配产品、包装和运输产品。同时它还包手人及其工作计划、机器及其所需的控制程序。图4.4实施描述模型的内容图4.5实施描述模型技术的元件第四章计算机集成制造系统1、CIM-OSA视图层

CIM-OSA结构构成第四章计算机集成制造系统1、CIM-OSA功能视图结构关系第四章计算机集成制造系统1、CIM-OSA需求定义建模层上信息视图结构第四章计算机集成制造系统1、CIM-OSA设计说明建模层上的信息视图结构实施描述建模层上的信息视图结构第四章计算机集成制造系统工厂加工车间装配车间1#单元N#单元铣削工作站检验工作站物料储运工作站机器人铣床存储器机器人检验机存储器机器人小车传送器工厂层车间层单元层工作站层设备层第四章计算机集成制造系统图2-AMRF-CIMS递接控制结构工厂层车间层单元层工作站层设备层决策层管理层调度层过程控制层设备控制层决策层管理层执行层离散制造流程制造普遍结构企业的管理控制职能一般都是按递阶层次展开的自上而下，涉及范围越来越小，工作内容越来越细，时标越来越短，实时性要求越来越高。上层传给下层的是控制信息或指令信息，下层传给上层的是状态反馈信息或指令执行情况汇报信息。按递阶结构，信息不能越级传递。第四章计算机集成制造系统应用软件的运行依次在集成平台、数据库系统、计算机系统支持下实现。集成则是通过网络系统实现计算机系统间的互联，在网络系统的支持下，实现数据库系统的互联，形成分布式数据库系统，再支持集成平台实现应用软件间的集成。集成平台IntegratedPlatform应用软件应用软件分布数据库系统数据库系统数据库系统网络计算机系统计算机系统应用软件层集成平台层数据库层网络层计算机层第四章计算机集成制造系统工厂层车间层单元层工作站层设备层CAD/CAPP/CAM分系统制造自动化分系统质量信息分系统使能器数据库网络计算机使能器层是在网络和数据库基础上增加的集成平台。如没有集成平台层亦可直接在网络数据库上进行系统集成。

第四章计算机集成制造系统第三节案例分析

一、北京第一机床厂实施的CIMS

二、美国波音777客机成功案例

三、昆明机床股份公司实施的CIMS第四章计算机集成制造系统北京第一机床厂是我国机械制造骨干企业，早在1989年就从国外引进MRPII（制造资源计划）软件包，90年开始实施CIMS，用信息技术全面支持企业的设计、管理和制造。该厂作为实施CIMS试点单位于1995年荣获了美国SME的CIMS“工业领先奖”。

1、总体目标2、工程内容3、信息集成方案4、总体结构5、各分系统功能及应用软件

一、北京第一机床厂实施的CIMS第四章计算机集成制造系统围绕北京第一机床厂的生产经营目标，从提高全厂整体效益着眼，通过CIMS的开发与实施，实现从产品设计、工艺、制造到经营、生产、财务、设备、人力资源管理、质量管理的总体集成，建成一个具有高度现代化管理和以成组技术为基础，以柔性制造为手段的、具有较高自动化水平、能批量生产数控机床和加工中心的机床制造厂。

1、总体目标

第四章计算机集成制造系统一、北京第一机床厂实施的CIMS

该项目是信息技术、先进的管理技术和制造技术在企业中的综合应用，内容包括管理信息系统（MIS）、工程设计集成系统（EDIS）、制造自动化系统（MAS）、计算机辅助质量管理系统（QMS）四个应用分系统及数据库（DB）、网络（NET）两个技术支持系统。2、工程内容

3、信息集成方案

为了便于各分系统间信息集成，在总体设计时尽可能减少异构环境，应用方案是各分系统都归集到Oracle数据库后信息共享。

第四章计算机集成制造系统一、北京第一机床厂实施的CIMS4、总体结构制造自动化系统（MAS）网络系统和数据库系统外部信息数据工程设计集成系统（EDIS）管理信息系统（MIS）计算机辅助质量管理系统（CAQ）产品数据管理（PDM）CIMS工程管理机制图3-北京第一机床厂CIMS的体系结构第四章计算机集成制造系统一、北京第一机床厂实施的CIMS管理信息系统5、各分系统功能及应用软件

图3-30管理信息系统的功能财务综合计划、价格管理、总帐、资金管理、成本、财务结算市场预测、经营决策、销售管理技术准备计划、产品数据管理、物料管理、主生产计划、物料需求计划、车间作业排序和控制设备管理子系统劳资人事管理子系统经营管理子系统生产管理子系统财务管理子系统管理信息系统第四章计算机集成制造系统一、北京第一机床厂实施的CIMS工程设计集成系统图3-31工程设计集成系统的功能总体方案、布局和选型、成本分析、方案评价数控编程（NCP）计算机辅助检测编程（CAI）CAMCAPP夹具设计工艺设计机加工工艺、装配工艺、热加工工艺的制订刀具准备自动生成刀具预调图CAD产品设计部件设计结构方案及造型设计、成本分析、性能评价零件设计图形生成、工程分析、特征处理工程设计集成系统第四章计算机集成制造系统制造自动化系统

图3-32制造自动化系统的功能箱体类和杂件类零件的柔性加工轴套成组生产系统轴、套类零件的柔性加工制造自动化系统FMS车间半自动化立体仓库第四章计算机集成制造系统质量管理信息系统

图3-33计算机辅助质量管理系统的功能设计及工艺质量信息采集、计量工装设备质量信息采集、零部件及成品质量信息采集、特殊工序质量信息采集、质管活动信息采集计算机辅助质量管理系统质量规划与决策质量信息采集质量评价分析与控制质量信息管理工厂质量规划与决策、质量技术规程制定、质量管理组织机构建立质量状况评价分析、产品质量分析、质量问题及事故处理、质量经济分析质量记录管理、报表生成与查询、质量文件管理、方法库管理第四章计算机集成制造系统产品数据管理PDM目前已采用的功能有：从CAD系统中自动生成产品的物料清单BOM（东南大学为主开发）；设计过程权限管理和版本管理（自行开发）；用在网络上传递和批答电子通知的方式控制工作流（自行开发）。CIMS工程管理机制为了实施CIMS，成立了以厂长为首的领导小组及以总工程师为首的总师组，把CIMS计划与技改计划、双加工程计划、工艺突破口计划等有机结合起来，围绕企业经营目标统一考虑，主管生产的厂长对实施MRP--Ⅱ负责，产品数据库的建立纳入厂生产技术准备计划考核。第四章计算机集成制造系统案例总结

CIMS工程对于企业实行的跨部门组织并行交叉作业方式的新产品开发机制进行了很好的支持。即：以开发某一新产品目标，组织集设计、工艺、生产、供应、检验人员为一体的承包组，打破部门界线，实行团队管理。在借助CAD进行了总体方案设计后，强化以部件为单元的设计和制造，将产品设计、工艺设计和采购、生产制造进行并行交叉的作业管理，极大地缩短了新产品开发周期。第四章计算机集成制造系统波音777双发动机大型客机是先进制造的典型成果。美国波音公司开发波音777投资40多亿美元，基于分布式CAD/CAM系统，在8台IBM大型计算机ES/9000和2000个IBM5080、5086图形终端的支持下，实现了产品全数字化定义，用数字样机取代原型机的研制，发现零件的干涉2500处，减少工程更改50%以上。第四章计算机集成制造系统二、美国波音777客机成功案例波音777由包括设计、工艺、制造以及供应商和潜在用户在内的共7000多人参加研制，采用了并行工程的模式，按飞机的部件组成了238个协同工作小组，大量应用仿真技术与虚拟现实技术。还采用了网络化制造的模式，由波音公司庞大的计算机网络把三家发动机供应商GE、惠普和诺依斯罗斯联在一起进行数据交换和异地设计制造。第四章计算机集成制造系统二、美国波音777客机成功案例

波音777飞机研制的合作者们先对飞机的每一部件进行设计，再用计算机软件将设计的零部件“组装”成一个三维飞机模型，接着让设计者和邀请的“顾客”在计算机虚拟环境中“步入”飞机或“操纵”飞机，以便检测它的各个部分，提出修改意见，直到几乎没有问题为止，最后由波音公司着手准备实物零部件的组装。波音777在航空工业发展史上首次把飞机研制可能出现的问题解决在装配前和试飞前，63m长的波音777装配误差为0.58mm，确保按时研制成功。第四章计算机集成制造系统二、美国波音777客机成功案例先进制造系统使波音公司由757、767研制周期9-10年时间缩短为波音777研制周期为3年8个月时间（从1990年10月开始设计到1994年6月试飞成功），真正实现了无图纸生产，实现了从设计到一次试飞成功的目标，给波音公司创造了显著经济效益和市场竞争能力。

第四章计算机集成制造系统二、美国波音777客机成功案例北京机电研究院CIMS体系结构第四章计算机集成制造系统清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所TsinghuaUniversity网络分系统数据库分系统MIS分系统EDS分系统QAS分系统MAS分系统IM分系统嘉陵CIMS体系结构第四章计算机集成制造系统清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所TsinghuaUniversity昆明机床股份公司CIMS体系结构第四章计算机集成制造系统三、昆明机床股份公司实施的CIMS昆明机床股份公司CIMS层次结构第四章计算机集成制造系统三、昆明机床股份公司实施的CIMS昆明机床股份公司CIMS计算机层次结构第四章计算机集成制造系统三、昆明机床股份公司实施的CIMS电子模块CIMS计算机体系结构PDM环境用户界面（PDM分系统）网络数据库分系统（NDS）共享数据库分系统局部数据库PDM数据库接口工具（PDM分系统）PDM分系统生产管理分系统（PMS）产品设计分系统(DS)产品制造分系统(MS)质量保证分系统(QS)工艺人员设计人员管理人员。。。。第四章计算机集成制造系统电子模块CIMS计算机逻辑结构产品设计（DS）分系统生产调度与控制生产设备产品制造（MS）分系统质量管理与控制检测设备质量保证(QS)分系统生产管理（PMS）分系统经营管理层技术层执行层设备层第四章计算机集成制造系统第四章计算机集成制造系统第四章计算机集成制造系统第四章计算机集成制造系统第四章计算机集成制造系统第四章计算机集成制造系统1)基于网络的设计和制造2)协同工作技术3)基于虚拟现实的虚拟制造4)敏捷制造的使能技术5)各种新的制造模式和管理模式（如大批量定制生产模式等）6)多代理系统、分布人工智能技术7)快速原型制造技术8)PDM技术及应用集成平台和框架9)企业建模和优化运行技术（动态企业建模、敏捷企业建模等）10)可持续发展的产品设计、制造及回收技术11)新型数控和工业机器人系统及其产业化12)CAD/CAM、ERP的产业化第四章计算机集成制造系统1、IDEF方法

IDEF：是1981年美国空军公布的ICAM（integratedcomputeraidedmanufacturing）工程中用了名为“IDEF”的方法，是ICAMDEFinitionmethod的缩写。IDEF0功能模型IDEF9经营约束的发现IDEF1X数据模型场景驱动信息系统设计IDEF2仿真模型设计IDEF10信息制品建模IDEF3过程描述获取实施体系结构建模IDEF4面向对象设计IDEF11信息工具建模IDEF5本体论描述获取IDEF12组织设计IDEF6设计原理获取组织建模IDEF7信息系统审定IDEF13三模式映射设计IDEF8人与系统接口设计IDEF14网络设计用户接口建模第四章计算机集成制造系统2、IDEF0方法

系统12341234活动输入I控制C输出O机制MA0图A3图第四章计算机集成制造系统2、IDEF0方法

毛坯蓝图成品零件工人调度表工单切屑刀机床制造零件鸡蛋时间油温美味荷包蛋炉锅煎鸡蛋油、调料第四章计算机集成制造系统

2、IDEF0方法以嘉陵摩托CIMS工程为例：

A-0图A0图

A1图A2图A3图A4图A5图第四章计算机集成制造系统3、IDEF1X方法信息组成：数据管理的着眼点应该放在与数据有关的含义上；信息是为某个特定目的或在一定范围内聚合起来的数据集；管理信息资源的策略应该放在管理数据被应用于事件的含义上。信息数据含义事实外部模式（用户视图）内部模式（计算机视图）第四章计算机集成制造系统3、IDEF1X方法数据三模式：外部模式（用户视图）内部模式（计算机视图）