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计算机集成制造系统授课教师：陈斌联系方式办公室：电子信息工程教研室联系电话：8938333913998863673Email:syuctchenbin@163.com8#实验楼311电子信息工程实验室上课时间和地点周五第一大节全周6#202课程性质和特点课程性质：专业方向必修课学分：2学分学时：32学时（26学时授课+6学时上机实验）课程特点综合性强涉及面广、难度大前续课程：通讯和计算机网络数据库原理、VB或VC计算机控制系统系统工程课程目标和要求目标从信息集成和过程集成的角度地阐述CIMS的核心技术。重点掌握CIMS计算机支撑系统（实时数据库和关系数据库、计算机网络），以及过程控制系统PCS、制造执行系统MES、企业资源计划系统ERP系统的设计和开发。通过本课的学习，让学生掌握企业组织生产和管理生产的系统观和整体观点，培养学生从事信息领域的生产、管理方面的科研、开发能力。要求纪律和出勤率作业（大作业）考核方式闭卷80%+平时成绩20%（大作业+实验）教材和参考书目1、教材：《流程工业计算机集成过程系统CIPS》，秦斌等编，国防科技大学出版社2、参考书目：《流程工业综合自动化技术》，禇健等编，机械工业出版社《计算机集成制造系统─CIMS概论》，白英彩等编，清华大学出版社主要内容第一章绪论第二章流程工业CIMS体系结构第三章CIMS计算机与网络支撑系统第四章流程工业过程控制系统（PCS）第五章流程工业制造执行系统（MES）第六章流程工业企业资源规划（ERP）第七章CIMS的应用案例分析第一章绪论本章重点1CIMS基本概念2CIMS组成3CIMS产生、发展4CIMS总体技术1.1基本概念1.什么是CIM和CIMS？CIM是英文ComputerIntegratedManufacturing的缩写译为计算机集成制造美国的约瑟夫·哈林顿(J.Harrington)博士1973年提出哈林顿认为，企业的生产组织和管理应该强调两个观点，即：①企业的各种生产经营活动是不可分割的，需要统一考虑；②整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。哈林顿强调的一是整体观点，即系统观点，二是信息观点。CIM是信息时代组织、管理企业生产的一种哲理，是信息时代新型企业的一种生产模式。CIMS：ComputerIntegratedManufacturingSystems按照CIM哲理和技术构成的具体实现便是计算机集成制造系统。1.1基本概念CIM定义----（哲理）CIMS定义----（实现）根据企业具体情况,CIM的实现构成了CIMS定义：利用计算机技术、通讯技术、自动化技术以及相关的生产技术，建立全企业或全厂包括经营决策、管理信息、生产调度、监督控制和直接控制在内的全部生产活动的综合自动化系统，目的是提高企业经济效益和竞争能力。1.1基本概念2.CIMS是现代化企业的一种模式CIMS是一个发展中的概念，实际上现代化企业的模式也是发展中的。CIMS的发展，吸收了大量的先进管理思想和信息技术的新成果，伴随着现代企业的发展而发展起来的，因此CIMS成为现代化企业的一种模式。CIMS提供了现代化企业信息集成的各种新方法和技术，如基于局域网的信息集成，基于广域网和分布数据库的信息集成，基于因特网/企业内部网/企业外部网之上的信息集成等。CIMS提供了现代化企业信息化的一体化模式，除了信息集成的发展外，在信息化的深度上也提供了各种新的可选技术，如零件、部件、整机的全数字化定义、虚拟制造、供应链管理、计算机协同工作技术和支持等。CIMS提供了各种优化产品设计、优化经营管理的技术和方法，如CAE、生产调度优化、库存优化、成本优化，在工艺设计和管理决策中的各种人工智能技术的应用等等。CIMS的建模和优化技术，对从一条生产线到一个企业、企业集团的优化运行都是有用的。因此可以说，CIMS在一个很广阔的范围内提供了现代化企业的新模式。1.2CIMS系统的组成CIMS通常由管理信息分系统、设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统、计算机网络分系统和数据库分系统，共六个部分有机组成，即CIMS由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。设计管理信息自动化质量控制制造自动化计算机网络和数据库1.2CIMS系统的组成（1）管理信息分系统具有预测、经营决策、生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具和人力资源等管理信息功能，通过信息集成，达到缩短产品生产周期、降低流动资金占用、提高企业应变能力的目的。（2）设计自动化分系统用计算机辅助产品设计、工艺设计、制造准备及产品性能测试等工作，即CAD/CAPP/CAM系统，目的是使产品开发活动更高效、更优质地进行。1.2CIMS系统的组成（3）制造自动化分系统它是CIMS中信息流和物流的结合点。对于离散型制造业，可以由数控机床、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(管理)计算机等设备及相应的支持软件组成。对于连续型生产过程，可以由DCS控制下的制造装备组成，通过管理与控制，达到提高生产率、优化生产过程、降低成本和能耗的目的。（4）质量保证分系统它包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评价、控制与跟踪等功能。该系统保证从产品设计、制造、检测到后勤服务的整个过程的质量，以实现产品高质量、低成本，提高企业竞争力的目的。（5）计算机网络分系统采用国际标准和工业规定的网络协议，实现异种机互联、异构局域网络及多种网络互联。它以分布为手段，满足各应用分系统对网络支持的不同需求，支持资源共享、分布处理、分布数据库、分层递阶和实时控制。（6）数据库分系统它是逻辑上统一、物理上分布的全局数据管理系统，通过该系统可以实现企业数据共享和信息集成。1.3CIMS产生和发展(1)40~50年代单回路手动操作过渡到控制室集中操作(2)60年代直接数字控制DDC(3)70年代集散控制系统DCS(Foxboro、西门子、东芝、恒河等)(4)80年代DCS+优化控制(5)90年代管控一体化企业竞争的推动力安全、平衡优质、高产、低消耗产品质量、企业生产总体效益、环保市场、时间、顾客服务经典控制理论现代控制理论过程建模与控制多变量控制系统优化与先进控制策略生产计划、调度与管理生产过程管控一体化专家系统、模糊控制、人工神经元网络智能控制CIPS智能生产绿色生产70年代80年代90年代常规仪表（气动、液动、电动）电子计算机问世微型计算机简单反馈控制集散型控制系统（DCS）数据库先进控制系统现代检测技术PLC、现场总线、智能仪表、开放式平台局域网工作站多媒体网络系统光纤网络信息高速公路1.4研究现状（1）应用范例：84年欧共体战略计划CIMS86年欧共体战略计划拓展到CIPS石油、化工、能源德国SAP80年代美国德州Citgo大型炼油厂和日本兴亚石油公司（KOAOil）90年代日本24家大中型炼油厂19家、13家乙烯厂8家（2）计划和正在实现北美（美国、加拿大）大中型炼油厂15家欧洲13家远东和澳洲14家公司级计划装置级过程优化和先进控制计划无计划53%34%13%（2）国内（1）应用示范厂成都飞机工业公司沈阳鼓风机厂（2）94年清华SME“大学领先奖”99年华中理工SME“大学领先奖”（3）95年北京第一机床厂SME“工业领先奖”（4）炼油、石化流程工业向CIMS迈进中国石化总公司（年效益600万元）、上海石化（ERP和MES，实现财务、物料、生产计划、生产实时信息）、镇江炼油厂等流程行业和离散制造业区别流程工业是指通过混合、分离、成型或化学反应使原材料增值的行业，其生产过程一般是连续的或成批的，需要严格的过程控制和安全性措施，具有工艺过程相对固定、生产周期短、产品规格少批量大等特点，主要包括化工、冶金、石油、电力、橡胶、制药、食品、造纸、塑料、陶瓷等行业。（1）生产工艺的对比流程工业工艺流程一经确定，产品基本不变，生产方式是大量、稳定、连续的自动生产；离散制造业工艺流程随时可变，产品多变，生产方式是批量、小批量或单件不连续生产；流程行业和离散制造业CIMS区别（2）生产过程特点的对比流程工业工艺环境多为高温（压）、低温（压）、易着火、易爆炸和有毒的恶劣环境；离散制造业工艺环境一般为普通环境；（3）生产技术方面的对比流程工业许多企业已应用分布式控制系统(DCS)和信息管理系统(MIS)，许多公司处于信息处理自动化阶段；基础自动化包括DCS，PLC，仪表控制；数据库为实时性数据库；离散制造业大部分企单机自动化，某些小企业处于机械化阶段，只有少数大企业进入生产线自动化阶段。基础自动化包括FMS、FMC、NC。数据库为工程数据库；流程行业和离散制造业CIMS区别与离散CIMS相比，两者是CIM哲理在不同领域的应用，在财务、采购、销售、资产和人力资源管理等方面基本相似，两者的主要区别在于：（1）在生产计划方面：流程CIMS采用过程结构和配方进行物料需求计划，离散CIMS采用物料清单进行物料需求计划；流程CIMS一般同时考虑生产能力和物料，离散CIMS必须先进行物料需求计划，后进行能力需求计划；离散CIMS的生产面向定单，依靠工作单元传递信息，作业计划限定在一定时间范围之内，流程CIMS的生产主要面向库存，没有作业单的概念，作业计划中也没有可供调节的时间。流程行业和离散制造业CIMS区别（2）在调度管理方面：流程CIMS中要考虑产品配方、产品混合、物料平衡、污染防治等问题，需要进行主产品、副产品、协产品、废品、成品、半成品和回流物的管理，热蒸汽、冷冻水、压缩空气、水、电等动力能源辅助系统也应纳入CIMS的集成框架离散CIMS的生产柔性则是靠生产重组等技术来保证；流程CIMS的质量管理系统与生产过程自动化系统、过程监控系统紧密相关，产品检验以抽样方式为主，采用统计质量控制，产品检验与生产过程控制、管理系统严格集成、密切配合；离散CIMS的质量控制分系统则是其中相对独立的一部分。流程行业和离散制造业CIMS区别（3）在安全可靠性方面：流程CIMS由于生产的连续性和大型化，保证生产的高效、安全、稳定运行，实现稳产、高产，才能获取最大的经济效益，因此安全可靠生产是流程工业的首要任务，必须实现全生产过程的动态监控离散CIMS则偏重于单个生产装置的监控，监控的目的是为实现柔性生产提供有用信息。（4）在经营决策方面：流程CIMS主要通过稳产、高产、提高产品数量和质量、降低能耗和原料、减少污染来提高生产率，增加经济效益离散CIMS则注重于通过单元自动化、企业柔性化等途径，达到降低产品成本、缩短生产周期、提高产品质量、增加产品品种，满足多变的市场需求，提高生产效率；流程工业生产过程的资本投入较离散制造业大得多，因而流程CIMS需更注重生产过程中资金流的管理。流程行业和离散制造业CIMS区别（5）在人的作用方面：流程CIMS由于生产的连续性，更强调基础自动化的重要性，生产加工过程自动化程度较高，人的作用主要是监视生产装置的运行、调节运行参数等，一般不需要直接参与加工离散CIMS的生产加工方式不同，自动化程度相对较低，许多情况下需要人直接参与加工，因此两者在人力资源的管理方面有明显区别。（6）在理论研究方面：离散CIMS经过多年的研究和应用，已形成较为完善的理论体系和规范流程CIMS由于起步较晚，在体系结构、柔性生产、优化调度、集成模式和集成环境等方面都缺乏有效的理论指导，急需进行相关的理论研究。1.5CIMS总体技术的主要内容及作用是什么？CIMS的总体技术区别于构成CIMS的各单元技术，它解决涉及到系统全局的问题。CIMS从全局出发，考虑构成CIMS的各部分之间的关系，并将它们组成有机的整体，实现信息共享和资源共享，规定和协调各分系统的运行，并最终实现总体目标。1.5CIMS总体技术的主要内容及作用是什么？CIMS总体技术的研究内容包括：①企业运行模式；②CIMS体系结构、建模分析和设计优化方法、实施方法