《智能制造基础与应用》第五章 - 5.5智能制造计算机集成系统

智能制造基础与应用高等职业教育“十三五”规划教材

第五章

智能制造柔性系统第一节智能制造柔性系统概述第二节智能制造柔性硬件系统第三节智能制造柔性运行控制系统第四节智能制造柔性系统应用实例第五节智能制造计算机集成系统智能制造计算机集成系统5第五节图片第五章

智能制造柔性系统

20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。如CAD、CAPP、CAM、工业机器人、FMS等单元技术的应用，为企业带来显著效益。

然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化单元技术，会产生“自动化孤岛”现象。“自动化孤岛”具有较大封闭性，相互之间难以实现信息的传递与共享，从而降低系统运行的整体效率，甚至造成资源浪费。计算机集成制造系统的产生CIMS的产生

4第五章

智能制造柔性系统“自动化孤岛”5例：离散制造业CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS自动化立体仓库MRPIIOAMISDSS销售系统DatabaseNetwork未经集成化处理的计算机应用,形成了多个“自动化孤岛”Internet6第五章

智能制造柔性系统

自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。

将“自动化孤岛”集成在一起7

CIMS国外发展简况美国——不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统欧共体——1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM项目占28项日本——CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”，相当于CIMS实验基地。新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等——也在积极跟踪和发展CIM技术CIMS国内外发展状况第五章

智能制造柔性系统CIMS国内发展简况863/CIMS主题确立：研究内容包括应用基础研究、关键技术攻关、目标产品开发、应用示范工程四个层次；

1994年清华大学CIMS工程中心获美国SME“大学领先奖”；

1995年北京第一机床厂CIMS工程获SME“工业领先奖”十五863/CIMS主题内涵更新（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem,CIMS）十五863/CIMS主题研究专题：行业/区域现代集成制造系统专题

数字化设计与制造专题；

过程自动化系统专题；

企业管理与电子商务系统专题；

现代集成制造系统平台专题。第五章

智能制造柔性系统概念计算机集成制造CIM美国Harrington博士关于CIM两个观点:

企业各个生产环节是一个不可分隔的整体(集成)；企业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（信息）。ISO关于CIM定义：是将企业所有的人员、功能、信息和组织等诸方面集成为一个整体的生产方式。CIM：是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。第五章

智能制造柔性系统CIMS三要素关系：经营管理与技术:技术支持企业达到预期的经营目标；人与技术:技术支持各类人员互相配合、协调一致工作；人与经营管理:人员素质提高支持企业的经营管理；CIMS三要素集成

计算机集成制造系统CIMSCIMS:基于CIM哲理的一种工程集成系统。CIMS核心:是将企业内的人/组织、经营管理和技术三要素之间的集成，以保证企业内的工作流程、物质流和信息流畅通无阻。第五章

智能制造柔性系统计算机集成制造系统的组成四个功能分系统，两个支撑分系统组成

第五章

智能制造柔性系统1、经营管理信息分系统（MIS)

信息处理包括信息的收集、传输、加工和查询；事务管理包括计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理等；辅助决策根据现有信息，利用数学分析手段预测未来，提供企业经营管理决策。核心工具：制造资源计划MRPII，将企业内各个管理环节进行集成，缩短生产周期、减少库存、降低成本、提高企业市场应变能力。第五章

智能制造柔性系统2、工程设计信息分系统(EDIS)（CAD/CAPP/CAM）

CAD计算机绘图、有限元分析、产品造型、图像分析处理、优化设计、动态分析与仿真、物料清单（BOM）生成等；

CAPP毛坯设计、工艺方法选择、工序设计、工艺路线制定、工时定额计算等；

CAM刀具路径确定、刀位文件生成、刀具轨迹仿真、NC代码的生成等作业。

第五章

智能制造柔性系统3、制造自动化分系统(MAS)MAS地位:位于企业底层，是企业信息流和物料流的结合点，是最终产生效益聚集地。MAS组成:机械加工系统-CNC、MC、FMC、FMS加工设备；物流系统—对工件和工具存储、搬运、装卸等操作；控制系统-实现对加工设备和物流系统的控制；MAS目标:实现多品种、小批量生产柔性自动化；实现优质、低成本、短周期、高效率生产；创造舒适安全劳动环境。

第五章

智能制造柔性系统4、质量保证信息分系统（QIS)

质量计划--建立质量技术标准，制定检测计划、检测规程和规范；质量检测管理--包括进出厂材料检测、产品质量检测管理，设计质量指标管理，生产质量数据管理；质量分析评价--对各类质量问题进行分析，评价各种影响因素，查明主要原因。质量信息综合与控制--报表生成，质量综合查询，采取各种质量控制措施。第五章

智能制造柔性系统5、数据库管理分系统对各类数据进行存储和调用，满足各分系统信息的交换和共享。数据的分布：采用分布式异型数据库技术，通过互连网络体系，完成全局数据调用和分布式事务处理。数据库系统类型：工程数据库管理系统，实现对图形数据和非图形数据处理。

6、计算机网络分系统是CIMS信息集成工具，常用局域网，对地理范围大的企业，可通过远程网进行互连，使CIMS同时兼有局域网和广域网的特点。第五章

智能制造柔性系统第五章

智能制造柔性系统CIMS五层递阶控制结构

工厂层-最高决策层，制定长期生产计划、确定资源需求、产品开发、成本核算，规划周期几个月/几年时间。车间层-协调车间作业和资源配置，作用周期几周/几个月。单元层-完成本单元作业调度，包括作业顺序和指令发放、进行任务分配调度、协调物料运输，规划时间几小时/几周。工作站层-负责协调设备小组活动，规划时间几分钟/几小时。设备层-各种设备控制器，执行上层控制命令，完成加工、测量、运输等任务，响应时间几毫秒/几分钟。第五章

智能制造柔性系统CIMS递阶控制结构

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运储工作站机器人铣床零件存储器机器人检验机零件存储器机器人机器人小车传感器……….…..第五章

智能制造柔性系统计算机集成制造系统的体系结构

CIMS/OSA体系结构：是沿结构方向、建模方向和视图方向的三维坐标结构。第五章

智能制造柔性系统CIMS/OSA结构层次通用层包括通用组件、约束、服务和协议，以及各企业共同需求和处理方法；部分通用层按照工业类型、不同行业、企业规模等不同分类的各类典型结构；专用层在通用层和部分通用层基础上根据特定企业需求而选定和建立的系统和结构，仅适用于一个特定企业，一个企业只能通过一种专用结构来描述。第五章

智能制造柔性系统CIMS/OSA建模层次需求定义层按用户准则描述一个企业的需求定义模型；设计说明层根据企业经营需求和系统能力，对用户需求进行重构和优化；实施描述层在设计说明层基础上，对企业生产过程及系统制造技术元件和信息技术元件物理元件进行描述。

制造技术元件：包括CAD、CAM、MRP、DNC、FMC等；

信息技术元件--包括计算机、网络、数据库、各类系统软件和应用软件。

第五章

智能制造柔性系统CIMS/OSA视图层次功能视图--指导用户确定和选用相应的功能模块；信息视图--用来帮助企业用户确定其信息需求，建立信息关系和确定数据库结构；资源视图--用于帮助企业用户确定其资源需求，建立优化的资源结构；组织视图--确定CIMS内部的多级多维职责体系，建立CIMS的多级组织结构。第五章

智能制造柔性系统CIMS中的集成技术CIMS的集成是在CIMS网络和数据库支撑下，把人/机构、生产经营系统和技术系统三者紧密结合起来，组成一个统一的整体，使整个企业范围内的工作流、物料流、信息流都保持通顺流畅和相互有机联系