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第一章CIMS概述1.1CIMS的基本概念1.1.1什么是CIMSCIMS是英文ComputerIntegratedManufacturingSystem的缩写，直译为计算机集成制造系统。计算机集成制造——CIM的概念最早是由美国约瑟夫·哈林顿博士在1973年提出的，其基本出发点是：1）企业的各种生产经营活动是不可分割的，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。因此，企业作为一个统一的整体，必须从系统的观点、全局的观点出发，广泛采用计算机等高新技术，加速信息的采集、传递和加工处理过程，提高工作效率和质量，从而提高企业的总体水平。制造业的各种生产经营活动，从人的手工劳动变为采用机械的、自动化的设备，并进而采用计算机是一个大的飞跃，而从计算机单机运行到集成运行是更大的一个飞跃。CIMS代表了当今工厂综合自动化的最高水平。从CIM概念的提出到现在已有20余年了。20年来，CIM的概念已从美国等发达国家传播到发展中国家，已从典型的离散型机械制造业扩展到化工、冶金等连续或半连续制造业。CIM概念已被越来越多的人所接受，成为指导工厂自动化的哲理，有越来越多的工厂按CIM哲理，采用计算机技术实现信息集成，建成了不同水平的计算机集成制造系统。1.1.1.1CIMS与计算机综合自动化制造系统CIMS与计算机综合自动化制造系统是同义词。后者是CIMS在中国的另一种叫法，虽然通俗些，但因无法表达集成的内涵，使用得较少。我们正处于信息时代，信息技术广泛用于人类生活的各个方面。正在逐步实现工厂自动化（FA）与办公自动化（OA），甚至家庭自动化（HA）等等。其中以工厂自动化意义最大，它直接与创造物质财富相联系，对国民经济起重要作用。CIMS是工厂自动化的新模式，它是面向整个工厂，它可以覆盖工厂的各种经营活动，包括生产经营管理、工程设计和生产制造各个环节，即从产品报价、接受订单开始，经计划安排、设计、制造直到产品出厂及售后服务等的全过程。CIMS是自动化程度不同的多个子系统的集成。随着科学的发展和技术的进步，制造业中的计算机应用水平在迅速提高，出现了多种不同的自动化系统。如管理信息系统（MIS）、制造资源计划（MRPⅡ）系统、计算机辅助设计（CAD）系统、计算机辅助工艺设计（CAPP）系统、计算机辅助制造（CAM）系统、柔性制造系统（FMS），以及数控机床（NC，CNC）、机器人等。CIMS正是在这些自动化系统的基础上发展起来的，它根据企业的需求和经济实力，把各种自动化系统通过计算机实现信息集成和功能集成。当然，这些子系统也使用了不同类型的计算机，有的子系统本身也是集成的，如MIS实现了多种管理功能的集成，FMS实现了加工设备和物料输送设备的集成等等。但这种集成是在较小的局部，而CIMS是针对整个工厂企业的集成。CIMS不是无人工厂。CIMS中不仅不能没有人，而且人在系统中仍然发挥着重要作用。这是由于：1）工厂中仍然存在大量的非自动化设备，一些岗位仍是由人手工完成；2)由于技术和经济的原因，某些自动化系统仍需由人介入或通过人机交互方式工作；3)某些管理决策，设计工作需要人的创造性思维，而计算机只能作为辅助工具或决策支持工具；4)系统的设计和安装，系统运行维护仍需由人来完成。一般说来，全自动化的系统不需要人的介入。人的介入越多，系统的自动化程度越低。反之系统的自动化程度越高，人的介入越少。一个工厂就是由多个程度不同的自动化系统和人构成的整体。从系统的概念我们知道，一个大的复杂系统可分成若干分（子）系统。对CIMS这种针对整个工厂的集成系统而言，我们把针对企业某一局部功能所建立的系统称为单元系统，它可以单独运行，当它纳入到CIMS中以后，就成为CIMS的一个分（子）系统，而CIMS是多个分（子）系统的集成。独立运行的单元系统与外界（工厂的其它部分）的联系只能靠人完成。它本身的自动化程度可能很高，可处理大量的数据，但它所需的数据要靠人手工录入，这就容易产生延误，系统的作用不同充分发挥出来。因此，CIMS出现以后人们把独立运行的单元自动化系统称为自动化孤岛。1.1.1.2CIMS与CIMCIMS与CIM表面上看仅有一字之差，似乎只是习惯叫法问题。本节我们将给以严格的区分。CIM是企业组织、管理与运行的一种新哲理，它借助计算机硬软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术等，将企业生产经营全过程中有关人、技术和管理三要素及有关的信息流、物流和价值流（资金流）有机地集成并优化运行，以实现产品的高质量、低成本、交货期短，提高企业的应变能力和综合竞争能力，从而使企业赢得竞争。这里，我们把CIM理解为一种哲理，它运用当代的各种最新技术实现企业的信息流、物流及价值流（资金流）的集成和优化运行，是使企业赢得竟争的经营战略思想。改革开放以来，人们越来越认识到，我们面对的是全球市场的竞争。一个企业要生存、发展，就必须提高产品质量、降低成本、缩短新产品开发周期和产品交货周期，而要做到这些，就必须改造企业的运行机制，使之适应复杂多变的外部环境。企业改造的一个重要方面就是实现信息流和物流的集成，实现总体优化。CIMS是按CIM哲理建成的复杂的人机系统。它从企业的经营战略目标出发，综合考虑企业中人、技术和管理的作用，用各种先进技术手段，包括计算机硬软件，实现企业生产经营全过程中的信息流和物流的集成，并在产品质量、生产成本、生产周期等方面达到总体优化。为企业带来更大的经济效益。可以说，CIM作为一种新的哲理，适用于各种制造企业，甚至也可以推广到其它企业。而由于具体企业不同，所建立起来的CIMS系统却是不同的。1.1.1.3CIMS的关键是集成CIMS的一个重要的概念就是集成。集成（Integration）的作用是将原来独立运行的多个单元系统组成一个协同工作的、功能更强的新系统。集成不是简单的连接，是经过统一规划设计，分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。让我们进一步分析企业的运营过程。从中我们可以看到企业中存在物流、信息流、工作流等。物流指的是各种原辅材料采购入厂后，经检验、存贮、加工直至变成产品出厂的所有过程。企业的物质流动过程应是一种增值过程，伴随着一个资金价值流。物流集成在不同行业中水平不同。一般在流程工业（如化工厂）物流集成水平很高，其次冶金半连续制造业，机械制造物流集成相对较差。一般来说产品批量大的企业物流集成程度高，例如采用自动流水生产线。而在单件生产或多品种小批量生产方式中，虽可用柔性制造系统实现物流集成，但成本高，难度也较大。当代企业早已摆脱了原始的手工作业的生产方式，企业内部有严格的组织分工，各部门、各工作岗位之间存在复杂的工作流，工作流带动了物流。工作流程的组织和协调运行水平决定了企业的工作效率，从而在一定程度上决定了企业的竞争能力。与物流、工作流紧密相关的是信息流。企业对于市场信息、产品信息、工艺信息、质量信息、人员、设备及组织管理信息也要进行收集、存储和加工处理，从而形成了复杂的信息流。企业中信息流无处不在，贯穿企业经营生产的全过程。企业是社会的组成部分。企业中的物流、信息流和工作流是社会大循环中的一个环节，因此与外界社会有千丝万缕的联系，即通过物流、信息流、工作流以及资金流等与外界相联系。与物流、信息流和工作流相对应，CIMS的集成可分成物流集成、信息集成和功能集成。它以企业内部集成为主，并须考虑与外部环境的集成。上面我们已经说明，CIMS是由多个单元系统组成的集成系统，而单元系统在信息层次上可分为计算机设备、数据训及应用软件层等，为实现多个单元信息的集成也须按层次进行。我们把设备之间物理上的连接称之为物理集成，如用计算机网络实现不同计算机之间的互联，或计算机与其它设备的互联，可以实现不同设备之间的数据通信。物理集成是信息集成的基础，它可以避免数据的重复手工录入，减少延误。真正的信息集成是在数据库和应用软件的层次上进行，如采用全局数据管理、客户/服务器结构等，实现信息共享和资源共享。为解决CIMS信息集成问题，在计算机网络和数据库技术基础上，人们发展一些新的集成平台，如系统使能器、应用使能器、支持并行工程的集成框架（Framework）等。CIMS集成的最终目的是实现企业的功能集成，或称经营集成。要对系统运行过程进行综合分析，对系统进行重新设计，使工作流程简化完善、精美优化，使之协调运行。功能集成要借助各种现代的管理科学成果，并在信息集成的支持下才能实现。上述集成主要指的是利用自动化技术，计算机技术实现技术的集成。但由于系统中不可能没有人，系统运行效果与企业的经营思想，运行机制、管理模式关系甚大，因此技术上集成的同时，还应强调技术、管理与人的集成。CIMS的集成按其覆盖企业经营活动的多少，可分为全局集成和局部集成的。这里所说的局部集成指的是CIMS中的一个分（子）系统的集成，只覆盖企业的部分功能，如多种管理功能的集成（MIS）、工程设计的集成（CAD/CAPP/CAM），或一个车间范围的集成等等。而全局集成是在局部集成的基础上完成的，是在整个企业范围内的集成。全局集成又称为CIMS的总体集成。CIMS集成还可按集成走向分为纵向集成和横向集成，它与企业的条块结构有关。纵向集成指的是企业运营过程中同类管理功能的集成，如企业的计划管理中长期计划、年度计划、季、月度计划直至车间层的作业计划及生产调度等，各层次分工明确，职责清晰，逐级下达任务和生产指令等信息，以及自下而上的逐级上报、统计等进行反馈的过程；在质量控制、成本管理等方面也有类似的过程。一般说来自上而下时标越来越短，管理越来越细。上下级是领导与被领导的关系。而横向集成指的是部门间的协调关系，如生产部门、财务部门、质保部门之间的集成等，又如各车间之间的集成也是横向集成。物流集成是另一种横向集成。横向集成的各部分之间，时标是相似的，工作细化程度也是相近的。CIMS集成的重点在信息集成。这是由于：1）信息是科学决策的依据，只有在及时、准确、充足的信息支持下才能作出及时、正确的决策。2）正确的决策要通过信息来指挥贯彻执行，以实现对市场需求和内部变化的快速响应。3）CIMS是多个单元系统的集成，这些单元系统本身就是不同类型的信息系统，它们出现的较早，又可单独运行，有一定的独立性。要对其进行改造和重组，这在技术上会有一定的困难。1.1.1.4CIM哲理适用各种制造业以上几节已经说明了CIM的基本概念。它是对各种制造业都适用的哲理。各种不同的企业可能在产品、工艺、经营、生产模式等各方面存在差异，企业的规模大小，机构设置也不相同，但在以下几个方面是共同的：1）各种制造业都是物质生产的企业，企业无论怎样组成和分工，各环节之间都是互相联系的，构成统一的整体；2）各种制造过程都是物采购、存储、加工处理、运输的过程，也都有信息的收集、存储、加工传递的过程；3）各种企业都需要实现物流集成、信息集成和功能集成；4）各种企业都面对着激烈的市场竟争，都需要改善诸如交货期、新产品研制周期、产品质量、成本等产品技术经济指标，取得经济效益，以赢得竞争；5）各类企业都需要采用各种高新技术进行技术改造，包括采用计算机实现各种模式的自动化。这些共同特点决定了CIM是适用于各种制造业的共同哲理。各种制造业都可在CIM哲理指导下建立起自己的CIMS系统。曾有人认为，CIMS仅适于机械制造业，其实不然，可能是由于制造（Manufacturing）一词造成了某些混淆。目前国内外的共同看法是把制造理解为原料变成产品的过程。国内外采用CIMS技术的事实表明，不仅机械制造业，如汽车、飞机、机床等行业可以应用CIMS技术，在家电、电子产品以及冶金、化工等行业，企业应用CIMS技术也是卓有成效的。也有人将CIM哲理用于化工等流程工业所建成的系统称之为CIPS（ComputerIntegratedProductionSystem）,即计算机集成生产系统。CIMS的通过计算机等高新技术实现信息集成和功能集成的思想已经迅速推出，在商业、银行保险业、交通运输业、社会服务等行业都在普遍引用。1