CIMS的发展历史及未来发展趋势

1CIMS的发展历史及未来发展趋势一、引言计算机集成制造系统（CIMS），是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的，是在信息技术、自动化技术和制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计与制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。同其他具体的制造技术不同，CIMS着眼于从整个系统的角度来考虑生产和管理，强调制造系统整体的最优化，它像个巨大的中枢神经网络，将企业的各个部门紧密联系起来，使企业的各个部门紧密联系起来，使企业的生产经营活动更加协调、有序、高效。实践证明，CIMS的正确实施将给企业带来巨大的经济效益和社会效益。二、CIMS的发展历程计算机集成制造(CIM)概念最早由美国的约瑟夫·哈林顿博士于1973年提出的，哈林顿强调，一是整体观点，即系统观点，二是信息观点，二者都是信息时代组织、管理生产最基本、最重要的观点。可以说，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。按照这一哲理和技术构成的具体实现便是计算机集成制造系统CIMS。1987年我国863计划CIMS主题专家组认为：“CIMS是未来工厂自动化的一种模式。它把以往企业内相互分离的技术和人员通过计算机有机地综合起来，使企业内部各种活动高速度、有节奏、灵活和相2互协调地进行，以提高企业对多变竞争环境的适应能力，使企业经济效益持续稳步地增长。”1991年日本能源协会提出：“CIMS是以信息为媒介，用计算机把企业活动中多种业务领域及其职能集成起来，追求整体效益的新型生产系统”。1992年ISOTC184/SC5/WG1提出：“CIM是把人、经营知识和能力与信息技术、制造技术综合应用，以提高制造企业的生产率和灵活性，将企业所有的人员、功能、信息和组织诸方面集成为一个整体”。1993年美国SME提出CIM的新版轮图。轮图将顾客作为制造业一切活动的核心，强调了人、组织和协同工作，以及基于制造基础设施、资源和企业责任之下的组织、管理生产的全面考虑。经过十多年的实践，我国863计划CIMS主题专家组在1998年提出的新定义为“将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成，以加强企业新产品开发的T（时间）、Q(质量)、C（成本）、S（服务）、E（环境），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。”三、CIMS的功能组成按我国企业的实践经验，CIMS一般由六部分组成：生产经营管理分系统（主要包括MRPⅡ）、工程设计分系统、车间管理与制造3自动化分系统（主要包括CAD/CAPP/CAM）、质量保障分系统、计算机网络系统和数据库管理系统。其功能子系统构成如图1所示。CIMS中的经营管理分系统以MRPⅡ为核心，覆盖了市场预测、经营决策、生产计划、各级生产作业计划以及生产技术准备、销售、供应、成本、设备、工具、人力资源等管理功能，通过信息集成，对企业生产经营活动进行有效的计划与控制。工程设计分系统主要是通过计算机辅助设计等功能提高设计效率和质量，缩短设计周期，以及采用柔性制造系统，使产品制造达到高效率和高柔性的结合，缩短制造周期，实现产品的多品种小批量经济生产。质量保障分系统包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评价、控制与跟踪等功能，从而可以从产品设计、制造、检查到售后服务的全过程实行质量保证。计算机网络分系统和数据库管理分系统是整个CIMS的支撑系统，它支持信息资源的共享及生产经营管理的分层递阶控制。所以说，CIMS能够实现企业的总体优化，最大限度地发挥企业的整体效益，因而能提高企业的市场竞争能力。四、CIMS的现状1.国外现状国外开展CIMS的研究与应用已有20多年历史。世界各国都十分重视CIM等制造系统集成技术的研究与开发，欧、美等发达国家将CIM技术列入其高技术研究发展战略计划，给予重点支持。在CIM系统方法论方面，目前已提出了多种CIMS参考体系结构和建模方法，例如，欧共体ESPRIT计划中的计算机集成制造开放体系结构4（CIM-OSA）、法国波尔多大学GRAI/LAP实验室提出的CIM-GRAI企业建模方法等都各具特色。在制造系统模式方面，国外的研究人员对各种新的制造系统模式，如大批量定制模式、敏捷制造模式和可持续发展的制造模式等进行了深入研究。这些研究成果充实、丰富了CIM的内涵。同时，各种CIMS单元技术，如现代产品设计技术、并行工程、产品建模技术、面向产品全生命周期的设计分析技术、先进的单元制造工艺等的研究与开发也取得了长足的进步。随着信息技术的发展，基于Web技术的制造应用系统的集成、面向对象和流览器/客户机/服务器及CORBA和COM/OLE规范的企业集成平台和集成框架技术、以因特网和企业内部网及虚拟网络为代表的企业网络技术、异构分布的多库集成和数据仓库技术等系统集成技术领域的发展也十分迅速。在CIMS的应用方面，欧、美等发达国家已有许多大中型企业实施了CIMS，不少小型企业也在纷纷采用CIM技术。美国、日本、西欧等国的化工过程计算机集成生产系统已经试用，如日本三井石油化学工业公司、德曹达公司、高尔公司都相继建立了化工过程CIMS。美国钢联所属年产700万吨的加里厂，投资2.7亿美元建CIMS，1990年投入运行每年增加直接效益1.6亿美元；日本的新日铁、住友、川崎、日本钢管、神户五大钢铁公司的许多钢铁厂建立CIMS；韩国的浦项和光阳钢铁厂也都建成CIMS。其中光阳厂是国际公认的现代化程度最高的CIMS钢铁企业。据美国科学院根据对在CIMS方面处于领先地位的五家制造公司进行的调查表明，在实施CIMS后可获得以下效益：提高生产率40%~70%；提高产品质量200%~500%；提高设备利5用率200%~300%；缩短生产周期30%~60%；减少在制品30%~60%；减少工程设计量15%~30%；减少人为费用5%~20%；提高工程师的工作能力300%~3500%。美国乔治—华盛顿大学新兴技术预测委员会的预测，到2012年，80%的工厂将采用CIM技术2.国内现状我国开展CIMS研究与应用已有近20年的历史。从1990年开始，胜利炼油厂、中原制药厂、天津无缝钢管厂等企业已着手CIM计划，福建炼油厂和兰州化纤厂等一些连续生产企业已成功地实施了CIMS，取得了巨大的经济效益。与国外CIMS的发展相比较，我国已在深度和广度上拓宽了传统CIM的内涵，形成了具有中国特色的CIM理论体系，目前，我国CIMS不仅重视了信息集成，而且强调了企业运行的优化，并将计算机集成制造发展为以信息集成和系统优化为特征的现代集成制造系统。在CIMS的研究方面，目前我国已造就了一支3000多人的具有较高水平的CIMS研究队伍，CIMS总体技术的研究已处于国际上比较先进的水平。在企业建模、系统设计方法、异构信息集成、基于STEP的CAD/CAPP/CAM/CAE、并行工程及离散系统动力学理论等方面也有一定的特色或优势，在国际上已有一定的影响。863/CIMS主题在近20年的实践中，也形成了一支工程设计、开发、应用骨干队伍，总结出了一套适合国情的CIMS实施方法、规范和管理机制。在CIMS应用方面，我国已在20多个省市（行业）的200多家企业已实施或正在实施CIMS应用示范工程，其中已有50家左右通过验收，并取得显著效益。如杭州汽轮动力集团在没有实施CIMS工程前，6一个产品从接定单到装配出厂需要14~22个月。实施CIMS一期工程后，产品的交货期缩短到6~12个月，达到国际水平，由此，企业年增产值2000万元，年增利税30万元。降低在制品库存达20%。这些企业的实践证明，通过CIMS的实施，促进了我国CIMS技术及产业的发展，为我国企业实现向社会主义市场经济机制及集约化生产的根本转变，建立合理的信息化支撑环境，支持企业的管理变革以及提高综合竞争力，提供了一条基于管理和信息技术的有效途径。但是，也应看到，有一小部分企业实施CIMS效果不明显甚至说是不成功的，有的企业不问市场，单纯提高装备及工艺能力，花巨资引进，而在管理和练内功方面做得还很不够，造成严重浪费，如企业领导人的决策失误、企业运行机制不合理、专用资金不专用、业务过程和组织机构重组障碍重重、采购和销售漏洞百出、立项的CIMS应用工程拖期，设计开发效率很低，见效慢，收益低，不注重分阶段实施的经验积累，有的企业由于建设周期长且总体规划缺乏动态可调整性，从而使规划落空，分阶段投资的结果是建成了一个个自动化孤岛。总之，管理因素将成为日后实现CIMS最主要的障碍，这是在推广CIMS中须引起注意的问题。五、CIMS的发展趋势随着信息技术的发展和制造业市场竞争的日趋激烈，未来CIMS将有向以下八个方面发展的趋势。71）集成化CIMS的“集成”已经从原先的企业内部的信息集成和功能集成，发展到当前的以并行工程为代表的过程集成，并正在向以敏捷制造为代表的企业间集成发展。2）数字化从产品的数字化设计开始，发展到产品生命周期中各类活动、设备及实体的数字化。3）虚拟化在数字化基础上，虚拟化技术正在迅速发展，它主要包括虚拟显示（VR）、虚拟产品开发（VPD）、虚拟制造（VM）和虚拟企业等。4）全球化随着“市场全球化”“网络全球化”、“竞争全球化”和“经营全球化”的出现，许多企业都积极采用“全球制造”、“敏捷制造”、和“网络制造”的策略，CIMS也将实现“全球化”。5）柔性化正积极研究发展企业间动态联盟技术、敏捷设计生产技术、柔性可重组机器技术等，以实现敏捷制造。6）智能化是制造系统在柔性化和集成化基础上，引入各类人工智能和智能控制技术，实现具有自律、智能、分布、仿生、敏捷、分形等特点的下一代制造系统。7）标准化在制造业向全球化、网络化、集成化和智能化发展的过程中，标准化技术（PTEP、EDI和P-LIB等）已显得越来越重要。它是信息集成、功能集成、过程集成和企业集成的基础。8）绿色化包括绿色制造、环境意识的设计与制造、生态工厂、清洁化生产等。它是全球可持续发展战略在制造业中的体现，是摆在现代制造业面前的一个崭新课题。8六、总结CIMS是一种基于生产哲理指导下企业信息化、现代化的方向、思想和方法，它不是某种固定的模式，它的出现是科学技术迅速发展和市场竞争日益激烈的必然结果，因而，研究和应用时，要抓住CIMS“信息的观点、系统的观点”的本质，将先进的信息技术与制造业的实际需求相结合，促进企业新产品自主开发能力、市场开拓能力和整体管理水平的提高。对于的确需要进行大规模技改的企业，要实现较全面的信息集成和生产优化，可能投入较大。对于多数企业，只要针对瓶颈，适当投资，实现局部信息集成，充分利用企业原有资源，融化信息孤岛，降低项目成本，也可以达到生产经营的一定范围内的优化，同样可以取得显著的经济效益和社会效益。