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CIMS和CIPS技术与应用侍洪波电话：6425218913916621618办公室：实验15楼204室E-mail:hbshi@ecust.edu.cn2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用2主要参考书目•TH166/2602CIMS中系统集成和信息集成•TH166/0208计算机集成制造系统导论•TH166/7420计算机集成制造(CIM)系统设计和实施方法论•TP278/1021制造系统信息集成技术•TH166/2238现代制造系统分析与设计•TH166/6060CIMS计算机网络•TH166/3444CIMS计算机信息集成系统技术•TP303/7433CIMS网络设计技术•TP166/0214CIMS制造自动化•TP278/4044CIMS环境下集成化管理信息系统的分析设计•TP391.73-62/4022计算机集成制造系统(CIM)约定、标准与实施2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用3主要参考书目(续)•TH166/2294计算机集成制造系统的组成与实施•TP305/6012计算机集成制造系统•F270/5523CIM规划和实施的技术指南•F270.7/2261敏捷供需链管理•F273.2/0024产品数据库管理(PDM)技术•TH165/1252敏捷制造的理论、技术与实践•F270.7/4412企业建模理论与方法学导论•F270.7/6037ERP原理、设计、实施•ISBN7-111-14827-4流程工业综合自动化技术褚健荣冈机械工业出版社2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用4主要参考书目(续)•计算机集成制造，詹姆斯A.雷著，机械工业出版社，2003•现代集成制造系统导论，吴澄主编，清华大学出版社，2002•先进控制技术及应用，王树青等编著，化学工业出版社，20012019/7/31CIMS和CIPS技术与应用5课程安排绪论(1)CIM基础理论(2)CIM技术(3)CIPS系统及其设计和实施方法(4)CIPS系统工程化结构(5)CIPS系统实施工作的瓶颈问题(4)CIPS工程实施的实例讨论(7)离散制造过程流程工业过程2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用6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2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用7第一章绪论1.1CIM和CIP兴起的背景蒸汽机现代信息技术(计算机)手工生产向大规模生产转化刚性生产流水线，大规模、大批量生产标准化简单化生产成本降低损失产品多样性、生产者创造性世界统一市场形成顾客需求多样化企业竞争压力加剧提高生产柔性、应变能力人人合作、主观能动性时间-质量-成本-服务(TQCS)2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用18时间(Time)质量(Quality)成本(Cost)服务(service)加快新产品的研制和开发周期(科研、设计、制造、测试、交货)提高产品质量、顾客的满意度降低生产消耗，控制污染，确保生产安全，减少中间环节，压缩库存，加速资金周转，实现生产过程、管理和经营过程整体优化不断更新产品，加强与客户的联系企业的竞争要素2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用191.2CIM与CIP概念的形成JosephHarrington(1973年，美国)，ComputerIntegratedManufacturing一书中首先提出的，包括两个最基本的观点：(1)企业生产的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理及售后服务的全部经营活动，是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑(2)整个经营过程实质是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最后形成的产品可以看作是数据的物质表现2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用20CIMS概念的完善共同点覆盖范围实际整个企业的全部活动，分析和设计系统时必须站在企业的高度，全局观点差异点-全盘自动化-计算机是集成主体/工具-人在CIMS中处于什么地位人们在CIM实践过程中提出了多种不同的定义，表达了不同的认识和看法，CIM的概念也由此不断得到完善和发展CIM不等于全盘自动化，计算机只是工具、手段，系统集成包括人的集成2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用21CIM定义CIM是一种概念，一种哲理，它指出了制造业应用计算机技术的更高阶段，在企业中将市场分析、经营决策、产品设计、制造过程各个环节乃至到销售和售后服务，包括原材料、生产和库存管理、财务资源管理等全部运营活动，在一种全局集成规划指导下，在更充分发挥人的集体智慧和合作精神的氛围中，关联起来集合成一个整体，逐步实现全企业的计算机化2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用22CIMS系统在CIM思想指导下，逐步实现企业全过程计算机和的综合人-机系统。计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingsystem)离散机械制造行业连续流程生产行业计算机集成生产系统(ComputerIntegratedProductionsystem)(流程工业CIMS)CIPSCIMS2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用231.3工业生产过程的分类(1)连续过程(2)半连续过程原料的物料流及能量流持续进入由一系列生产装置序贯组成的固定生产流程后，连续经过反应、换热、分离、流体输送等各类环节，直至生成最后产品，如炼油、化肥、硝酸等。连续过程、半连续过程、批量(间歇)过程、离散过程生产运行采用类似连续过程的方式进行产品加工，通过切换操作可以利用生产装置生产多种产品。造纸、轧钢、特殊化工生产等是该种方式进行的。2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用24(3)批量(间歇)过程主要特征是物料加入某个生产装置后，按一定的工艺条件，并经历一定时间(在这一时间中往往没有物料流出)在达到某要求指标后，再排出物料进行后续过程。制药过程的生物反应发酵罐，高分子化工中的聚合过程，涂料生产过程、炼钢等过程,这一类企业通常是按一定批量，有间断、周期地进行生产，故又称之为批处理过程。2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用25(4)离散过程其主要特征是产品生产以件/次的模式进行的，产品以单件或流水线上成批进行生产。在使用生产线方式的情况下，组成产品的部件在生产线的不同加工设备上依次加工装配完成；在产品加工地点相对静止的情况下，产品的不同处理工序在同一地点完成。机械加工、汽车飞机制造、家电生产过程等2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用261.4离散制造过程与流程生产过程(1)生产模式比较比较因素离散制造过程流程生产过程产品生产大批量/小批量/单件以大批量为主物料流离散连续加工线路灵活、动态可变工艺线路单一，基本不变上下游工序关系松弛相当强的耦合、关联、制约产品加工种类多变稳定产品设计根据要求经常进行投产后几乎没有产品加工时间可变装置投产后，同样处理量情况下，不变加工过程一般为物理过程伴随着化学、物理变化，机理复杂生产柔性强以刚性系统为主环境问题轻排污问题严重，需要全面治理2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用27(2)操作模式比较比较因素离散制造过程流程生产过程操作工况常规环境通常在高温、高压、低温、真空、易燃、易爆、有毒的恶劣工况下缓冲单元生产线存在某些缓冲单元一般没有中间缓冲单元，设备启停、正常操作和紧急处理步骤复杂操作监控要求一般很强的实时性要求操作参数一般为物理几何参数，状态可以由人工观测以热工参数、组分参数为主，状态不能直接观测，操作参数量很大操作经济目标缩短供货周期，提高设备利用率强调操作整体性，实现均衡、安全、长周期、高效、低能耗生产，保证产品质量产品设计生产重要环节，通过并行工程，在生产过程中进行比重很小，通常与生产过程分离，单独进行控制方式递阶分层管理与控制集中管理/分散控制操作干扰强度低随机的、不确定的干扰情况普遍存在优化手段调整生产计划，分配负荷，优化排序调整工艺参数，达到最优工况柔性操作代价一般通过选择不同的加工设备及夹具进行柔性操作，主要以时间为代价，时间较短代价低流程切换后需进行设备及管线的清洗、再次开车周期较长，生产在稳定未达标前，原料、能量存在浪费，柔性切换操作时间较长，切换成本大2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用28(3)自动化技术水平比较比较因素离散制造过程流程生产过程自动化程度普遍实现了单机自动化，中小企业处于机械化阶段，少数大企业处于生产自动化阶段DCS系统普遍应用于生产过程中完成生产过程的监控、管理工作，部分企业完成计算机信息管理系统工作，自动化孤岛现象普遍存在，自动化基础水平好自动化基础技术CAD、CAM、FMS、数控加工设备DCS、PLC、控制仪表、现场总线数据库工程数据库，集中分布式数据库实时数据库、发布式数据库、海量存储数据库计算机网络开放异构网络互连，递阶结构开放异构网络互连、实时性、可靠性要求很高2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用291.5离散制造工业与连续流程工业生产过程的自动化技术发展(1)离散制造工业50年代60年代70年代80年代90年代成组技术电子计算机问世数控机床数控编程系统(APT)直接数控(DNC)CADCAPP物料需求计划(MRP)柔性制造系统(FMS)机电一体化微型计算机CAD/CAM制造资源计划(MRPII)数据库工业机器人软件工程PDES/STEP局域网工作站多媒体网络系统CIMS并行工程精益生产智能制造敏捷制造开放式平台光纤网络信息高速公路企业竞争的推动力成本市场和销售产品质量时间，顾客服务2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用30(2)连续流程工业过程70年代80年代90年代电子计算机问世微型计算机数据库局域网CIPS智能生产企业竞争的推动力安全、平稳优质、高产、低消耗产品质量、企业生产总体效益、环保市场、时间，顾客服务常规仪表(气动、液动、电动)经典控制理论现代控制理论简单反馈控制集散控制计算机系统(DCS)过程建模与控制系统优化与先进控制策略多变量控制先进控制系统现代检测技术工作站多媒体网络系统开放式平台光纤网络信息高速公路PLC、现场总线、智能仪表生产计划、调度与管理生产过程管控一体化专家系统、模糊控制、人工神经元网络绿色生产智能控制自动化孤岛问题管理孤岛问题2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用351.6离散制造过程中CIM的发展状况a)美国把保障国家安全，提高其工业在国际上的竞争力作为科技发展的战略方针，国防部、能源部、陆军器材部、航空航天部等政府部门都极为关注和重视CIM的进展状况，指定自身的CIM发展战略计划1975年美国空军制定空军计算机辅助制造计划AFCAM1976年美国工程师学会制定计算机辅助计划ICAM1985年正式形成CIM计划，投资1亿美元1990年道格拉斯飞机制造公司建成CIMS系统HP、DEC信息网络为基础的开放式结构平台波音公司，777制造过程采用并行工程思想实施，组织了238个不同的工作组，采用数字化定义、数字化预装配(可装配)技术，实现无图纸生产，达到了无样机一次制造成功2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用37美国普渡大学、里海等高校建立计算机智能集成和制造自动化研究中心、先进制造技术研究中心：生产管理模式、理念、总体技术、关键技术CIMS虚拟制造敏捷制造b)欧洲1982年初，欧洲信息技术研究和发展计划ESPRIT1984年实施达到共识:(1)CIM不是企业的最终目标，而是实现企业目标的一中手段(2)CIM是人-机系统(3)不断完善的过程，实施CIM没有最优解，只有满意解(4)集成并不意味着集中，集成是多方位、多层次的集成，分布控制的CIM比集中控制的CIM有更强的生命理和更高的柔性德国瑞士2019/7/31CIMS和CIPS技术与应用38C)日本柔性制造系统(FMS)工厂自动化(FA)精良生产(Lean