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2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用1第二章CIM基础理论2.1几个概念2.1.1CIMS的组成涉及人/机构、经营与技术三个方面要素的集成工程：经营人/机构技术(1)(2)(3)(4)四个方面的集成问题(1)使用技术支持经营(2)使用技术支持人员的工作(3)协调机构/人员工作以支持经营(4)经营、人员、技术的集成2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用2(1)使用技术支持经营以计算机技术、自动化技术、生产技术、信息技术等领域的成果为技术手段来支持企业完成预期的经营目标(2)使用技术支持人员的工作利用技术为企业生产、管理与经营过程中各种人员的工作提供支持，使他们能够协调一致地相互配合完成工作(3)协调机构/人员工作以支持经营通过调整组织结构，提高人员的综合素质支持企业的经营活动(4)经营、人员、技术的集成统一管理追求经营、人员、技术等方面的集成和整体优化2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用3信息共享在正确的时间，将正确的信息，以正确的形式，交给正确的用户2.1.2CIMS的主要特征智能化与综合化的统一人在工业生产中积累的知识加以抽象以特定的方式加以描述和表达，总结成一定的推理逻辑、规则和算法，建立相应模型，将人的思维活动加以条理化和科学化----人的部分智力活动将由各种类型的自动化系统代替。智能化自动化的深度综合化涉及企业经营、管理、生产全部活动的决策，是一种具有全局意义的企业综合自动化，自动化系统的广度2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用4分布与集成的统一分布形式：分散化、单元化、模块化典型化和通用标准化的统一2.1.3CIMS的功能构成4个功能分系统、2个支撑分系统(1)管理信息系统以MRPII为核心，从制造资源出发，考虑企业进行经营决策的战略层、中短生产计划编制的战术层，其功能覆盖市场销售、物料供应、各级生产计划与控制、财务管理、成本、库存和技术管理等部分的活动，是以经营生产计划、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间计划、车间调度与控制为主体形成的闭环一体化生产经营和管理信息系统2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用5(2)工程设计自动化系统在产品开发过程中引入计算机技术，包括产品的概念设计、过程与结构分析、详细实际、工艺设计与数控编程。CAD、CAPP、CAM(3)制造自动化系统制造现代化系统是在计算机的控制与调度下，按照NC代码将一个毛坯加工成合成的零件，再装配成部件以至产品，并将制造现场信息实时地反馈到相应部门。物流和信息流的结合点，最终产生经济效益的聚集地。(4)质量保证系统采集、存储、评价与处理设计、制造过程中与质量有关的大量数据，从而获得一系列控制环，并用这些控制环有效促进质量的提高，以实现产品的高质量、低成本、提高企业的竞争力2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用6(5)计算机通信网络支持CIMS各个分系统的开放型网络通信系统，采用国际标准和工业标准规定的网络协议，实现异种机互联、异构局部网络及多种网络互联。(6)数据库系统支持CIMS各个分系统并覆盖企业全部信息的数据库系统。在逻辑上是统一的，在物理上是分布的，以实现企业数据共享和信息集成。2.1.3CIMS集成工作的三个阶段CIMS集成不等于各个单项技术简单叠加在一起全企业内全方位的综合过程被认为应该分为三个阶段：物理系统的集成应用集成经营集成2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用7(1)物理系统的集成将制造自动化设备和数据处理设施用通信网络互连起来，将自动化岛沟通起来，使之能够互相交换数据和信息物理系统互连网络配置与管理数据交换规则和惯例系统内部通信(2)应用集成整个系统内各部分的应用软件及其用户之间的集成，包括人和机器之间的控制和信息的集成公共(共享)数据资源公共服务执行环境可移式应用与分布系统2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用8(3)经营和人的集成从技术上实现包含三个方面：生产和过程的仿真对底层的生产过程，能进行物理过程动态调度的仿真和优化，对上层生产计划的安排与调整，能进行仿真统计分析，给决策者提供参考信息。自动化的经营过程监控全企业范围内的综合数据采集和统计分析系统，具备数据统计和分析功能，使高层的经营人员能随时掌握整个过程的情况。基于知识的决策数据库、模型库、知识库、方法库，帮助高层的决策者科学地完成决策过程。2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用92.2CIMS体系结构CIMS是一个多层次、多结构的复杂系统，实施工作需要巨额投资和较长周期，面临巨大的风险，需要一个合理有效的CIMS系统结构和一指导工程设计实施和运行的有效方法。CIM体系结构的研究工作通过研究系统各部分及其相互关系，提出标准的、功能优良的CIM体系结构、建模工具和集成基础结构，系统指导系统设计、实施和运行中问题的解决2.2.1CIMS体系结构的作用(1)能够清楚的表达企业CIM项目整个生命周期内的发展过程，解答阐明过程中一系列问题，提供方法比较不同的方案，选择最佳应用方案及技术(2)降低企业开发工作的代价和风险(3)指导和帮助用户获得需要的技术和能力(4)用户利用体系结构的标准化、共性化的成果，构思企业特定结构，避免从头构思实施和重复开发。2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用102.2.2CIMS体系结构的构成原则(a)抽象化(b)模块化系统被分解为单个、独立的单元，它们与系统的其他部分中完成同样功能的单元互换而不影响系统总的性能(c)开放性空间上将系统各组成部分有效的集成起来，能扩展新的功能，将新技术、新模块简易、有效的集成；时间上有尽可能长的生命周期(d)用户需求与系统实施分离规划设计与系统运行相分离，不必考虑控制系统实现用户要求功能时所用方法的特殊性2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用112.2.3CIMS体系结构的共同要素(1)模型集合四个共同要素：(2)方法体系(3)建模方法和工具(4)基础结构什么是模型模型是实际对象或系统的抽象及简化表示，是抽取了研究对象本质特征，忽略或精简了次要的、非本质影响因素后，用文字、图表、符号、数学公式、物理模拟装置等形式对所认识的客观对象描述表达方法CIM复杂对象系统的模型，主要形式为：图形、表格、文字叙述2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用12(1)模型集合人们有时将模型集合狭义地称为体系结构，它可以分为：a)狭义的企业参考体系结构在通用层上描述集成企业，它们是从不同角度描述集成企业的模型集合b)广义的企业参考体系结构在企业的各个开发阶段从不同的角度描述企业狭义的企业参考体系结构可以作为一个部分包含在广义的企业参考体系结构。2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用13(2)方法体系是经过验证的、被确认为有效的指南、技术和过程的集合，包含下列内容：参考模型：全局地和一般地描述建立集成化企业的工程结构建模机理：支持模型的建立和对其进行研究与评估结构化方法：指出根据目标和特定约束的变化，将现有系统转化为未来系统的整个工作程序步骤性能评价标准：从几个角度(经济性、可靠性等)来评价系统2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用14(3)建模方法和工具用来生成、开发和分析上面定义的模型。工具从属特定的方法体系或参考体系结构，也可以是独立的(4)基础结构是一个支持企业信息集成所需的处理功能和通信功能的系统。2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用152.2.4CIMS体系结构的研究应用状况和发展方向HOW企业集成What(1)面向局部的CIM体系结构(2)面向全局的CIM体系结构描述工厂集成的组成或其中某部分的组成(如计算机系统、通信系统等)的体系结构或物理结构描述工厂集成工程全过程开发生命周期的体系结构2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用16(1)面向局部的CIM体系结构CIM系统两种分解方式：横向分解纵向分解横向分解对CIM系统进行正确、合理、精简而又充分的分解，不应有多余的分系统、子系统和不必要的冗余面向功能构成的体系结构纵向分解确定合理的递阶控制层数，在保证有效的控制前提下，尽量减少递阶控制的层数面向控制结构的体系结构2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用17a)面向功能构成的体系结构典型代表是美国制造工程师学会(SME)轮式结构(CASAwheel)，很多大的计算机公司都提出了类似的结构，但这种体系结构，从技术角度考虑问题较多。它能描述的与其说是“集成”（integrating），还不如说只是“互连”（interfacing）。80年代SME的轮式结构将CIM系统功能分解为：核和里、中、外三层90年代SME的轮式结构该轮图由六层组成：(1)顾客(2)人、技术和组织(3)共享的知识和系统(4)过程(5)资源和职责(6)制造基础结构2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用18b)面向系统控制功能的体系结构美国NBS(现为NIST,国家标准与技术研究所)的递阶控制模型(1980)生产系统工厂车间单元工作站设备2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用19国际标准化组织(ISO)的递阶控制模型(1980)CIM(信息的集成和网络化)生产系统企业工厂工程单元控制站设备装置FA(设备自动化和网络化)2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用20递阶控制结构的特点和问题(1)通过把复杂系统纵向分解为分层控制，减少了全局控制和开发的难度(2)每层将上层的命令分解成在该层执行的指令或子命令发往下层(3)分层控制结构限制了每层的职责和权限(4)符合当时的企业组织结构，适应当时的计算机技术水平(网络、数据库)(5)复杂的计划是在较高层作出的，命令逐级从上往下发，速度慢且最新的信息发生在最底层，从最底层向高层逐级反馈速度慢，系统柔性差(6)某一层发生故障将可能引起下属系统停机(有冗余设计除外)(7)在工厂内导致了单块的、难以分布处理的规划系统，导致了车间和设备两级处理能力差的问题，它们没有适当的信息或功能对其工作范围内的变化作出响应2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用21参差控制-对所有的活动都平等对待，以协商方式进行控制决策，信息在各方面间自由交换-采用随机控制路径，克服了递阶控制中一个控制器只能做一件事的限制单元单元单元单元单元单元2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用22多级多层控制适应优化调节适应优化调节适应优化调节适应优化调节N级N+1级N-1级NIST与AT&T贝耳实验室提出一种集分层递阶控制和参差控制优点的控制结构适应层：从上级调节层接受有时间限制的任务单和其它有关工作。(1)在有限时间内完成生产计划(2)考虑下级中未预测到的问题，更新现有计划优化层：(1)评价适应层提出的计划(2)为下一级生成符合时间限制的任务单(3)解决调节层确定的当前调度中的各种矛盾和问题2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用23多级多层控制(续)调节层：是相邻两级间模块的接口：(1)向下级释放任务；(2)监视下级有关工作的反馈情况(3)指导下级修正错误有待于进一步研究解决的问题：(1)结构的准确级数确定(2)动态重构(3)为适应和优化功能建立动态模型，协商策略等分布式控制结构平面组织结构2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用24(2)面向全局的CIM体系结构理想体系结构应具备的完备性(a)体系结构除对信息集成所需的决策、调度和控制进行建模外，还应使完成企业、工厂集成化任务的工程和计划的结构和发展模型化(b)体系结构应与方法体系相联系，方法体系指导用户在信息、物料流和产品集成的设计与实施(c)方法体系还应该包括可以在某种程度上描述和开发企业集成的计算机系统或其它支持工具，以帮助用户设计和实施小组完成其期望的集成任务(d)体系结构与相关方法体系的模型、技术和工具形式化定义的语法和语义应该是清楚的，且开发的体系结构应能适应当前计算机开放系统的趋势，具有计算机可执行的形式2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用25计算机集成制造开放系统体系结构(CIM-OSA