信息时代的制造业与CIM-CIMS概念

信息时代的制造业与CIM_CIMS概念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。2华北电力大学自动化系本科层面（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3华北电力大学自动化系什么是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。4华北电力大学自动化系为什么要学习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(computer

aided

process

planning))PDM/PLM(产品数据管理(ProductDataManagement)/产品生命周期管理product

lifecycle

management))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5华北电力大学自动化系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6华北电力大学自动化系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）7华北电力大学自动化系教学日历次内容教材章节1

信息时代的制造业教材第一章

2

CIMS的基本概念

教材第一章

3

CIMS的基本组成

教材第二章

4流程工业的CIMS系统/CIMS支撑平台教材第二章

5

CIMS参考体系

教材3.1/3.2节

6CIMS建模方法

教材3.3节

7

CIMS建模工具

教材3.4节

8

CIMS总体设计

教材4.1/4.2节

9

CIMS设计标准与规范

教材4.3/4.4节

10

CIMS关键技术-理论与方法

教材5.1节

11

CIMS关键技术-信息技术

教材5.2节

12

CIMS关键技术-计算机辅助技术

教材5.3节

13

CIMS关键技术-过程控制技术

教材5.4/5.5节

14

CIMS关键技术-新发展

教材5.6节

15

企业实施CIMS的战略

教材第六章

16期末复习

8华北电力大学自动化系课程难点�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。9华北电力大学自动化系第1章信息时代的制造业与CIM/CIMS概念10华北电力大学自动化系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11华北电力大学自动化系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。12华北电力大学自动化系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。物质生产材料产品信息能源13华北电力大学自动化系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。14华北电力大学自动化系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。15华北电力大学自动化系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。农业社会工业社会信息社会工业化工业革命信息化新的工业革命16华北电力大学自动化系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。17华北电力大学自动化系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18华北电力大学自动化系单件手工生产（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19华北电力大学自动化系大批量重复生产（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20华北电力大学自动化系自动化生产（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21华北电力大学自动化系22华北电力大学自动化系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23华北电力大学自动化系现代集成制造（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24华北电力大学自动化系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）25华北电力大学自动化系轨迹：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。

26华北电力大学自动化系轨迹：生产方式的变革单件生产方式

大量生产方式

精益生产方式

全球制造方式

产量非常低，应用通用设备和采用非标准零部件。

产量极高，应用专用设备和采用较多标准件，工艺复杂，库存大，标准设计品种少，变型少，改型费时费钱。

产量极高，工艺上高度柔性，采用标准零部件总成，“准时化生产”相当容易改型，大大增加变型车品种，适应市场。

产业链全球优化配置，大规模企业重组，汽车开发广泛采用平台体制，新的专业化分工协作模式出现，零部件出现模块化、系统化、电子化，因此进入全球采购，整车与零部件企业相对独立，零部件成为新的产业。27华北电力大学自动化系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28华北电力大学自动化系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。29华北电力大学自动化系数字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美国B777的应用效果开发周期：9年－>4.5年成本降低：25％100％整机数字化设计世界垄断与霸主地位制造业发生的深刻变革数字化飞机30华北电力大学自动化系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％产品概念设计产品详细设计制造业发生的深刻变革数字化轿车31华北电力大学自动化系制造业发生的深刻变革

虚拟装配32华北电力大学自动化系中国的进步33华北电力大学自动化系数字化设计/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34华北电力大学自动化系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35华北电力大学自动化系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

36华北电力大学自动化系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37华北电力大学自动化系新支线飞机虚拟样机

数字化定义38华北电力大学自动化系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长桁和接头壁板连接件前起落架支撑梁前机身结构登机门来源：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39华北电力大学自动化系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40华北电力大学自动化系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12艘（每艘船价平均为1.7亿）41华北电力大学自动化系深海载人潜器示意图42华北电力大学自动化系深海载人潜器的工作原理和效果图43华北电力大学自动化系机床44华北电力大学自动化系1.2计算机集成制造

系统——CIMS的基本概念45华北电力大学自动化系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。46华北电力大学自动化系为什么要提出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!）”47华北电力大学自动化系“自动化孤岛”48华北电力大学自动化系将“自动化孤岛”集成在一起49华北电力大学自动化系早期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、G50华北电力大学自动化系几层含义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-Ⅲ，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。

51华北电力大学自动化系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”。52华北电力大学自动化系1.3现代集成制造

系统——CIMS的基本概念53华北电力大学自动化系提出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。54华北电力大学自动化系时代背景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55华北电力大学自动化系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”。56华北电力大学自动化系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。57华北电力大学自动化系

从“计算机集成制造系统”到

“现代集成制造系统”58华北电力大学自动化系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（MRPⅡ）、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。59华北电力大学自动化系1.4CIMS的设计与

实施要点60华北电力大学自动化系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。61华北电力大学自动化系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。62华北电力大学自动化系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。63华北电力大学自动化系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⊂c64华北电力大学自动化系企业模型是什么?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