第1章信息时代的制造业与CIM、CIMS概念

前言课程性质：专业选修课学分：2适用专业：自动化、机械、计算机应用、系统工程等工科类专业和管理工程类专业我国的自动化专业最早源于1952年全国高校大调整时第一批设立的专业之一“工业企业电气化”；第一次被正式称为“自动化”专业（由当时的“工业自动化”专业与“自动控制”专业合并而成）是1995年国家教委颁布的“工科本科引导性专业目录”；今天，自动化专业已发展到全国197所高等院校。华北电力大学自动化系2在我国的自动化专业的发展历史中，有两条发展主线，分别是“工业自动化”专业与“自动控制”专业，其中“工业自动化”专业最早源于“工业企业电气化”专业。20世纪50年代，新中国刚成立，百废待兴，学习苏联组建高等教育体制，细分专业。于是，分别对应着国家工业建设中的自动化与国防、军事建设中的自动控制，先后组建了“工业企业电气化”专业与“自动控制”专业（当时在不少学校，“自动控制专业”是保密专业）。“工业企业电气化”专业经过多次专业名称的演变，逐步发展成为偏重应用、偏重强电的自动化专业。“自动控制”专业保持专业名称“自动控制”不变，逐步发展成为偏重理论、偏重弱电的自动化专业。两专业于1995年走到一起，合并成为统一的“自动化”专业。1998年，按照教育部公布的最新高等院校本科专业目录，经调整、合并的新的“自动化”专业不仅包括原来的自动化专业，还增加了“液压传动与控制”专业、“电气技术”专业、与“飞行器制导与控制”专业。华北电力大学自动化系3本科层面（学士学位）自动化专业（一级学科）研究生层面（硕士博士学位）（二级学科）控制理论与控制工程检测技术与自动化装置模式识别与智能系统系统工程导航、制导与控制华北电力大学自动化系4什么是CIMS？CIMS－计算机集成制造系（ComputerIntegratedManufacturingSystems）CIMS－现代集成制造系统（ContemporaryIntegratedManufacturingSystems）C是手段；M是指大制造（制造业）；S是指整个系统；I是核心，即通过集成提高制造企业的市场竞争能力。华北电力大学自动化系5为什么要学习CIMS?了解相关知识从事企业软件开发CAD/CAE/CAPP(:计算机辅助工艺过程设计(computeraidedprocessplanning))PDM/PLM(产品数据管理(ProductDataManagement)/产品生命周期管理productlifecyclemanagement))ERP(（企业资源管理计划）——EnterpriseResourcesPlannig的缩写，是在先进的企业管理思想的基础上，应用信息技术实现对整个企业资源的一体化管理。ERP是一种可以提供跨地区、跨部门、甚至跨公司整合实时信息的企业管理信息系统。)CRM(CRM定义：客户关系管理(CRM)是代表增进赢利、收入和客户满意度而设计的，企业范围的商业战略。)专用、高附加值的软件从事企业信息化工作企业的技术主管CIO(一个高级管理人员，CIO通常归公司执行主管（CEO）、运作主管（COO）或财务主管（CFO）领导。CIO常常在公司的最高领导层拥有一席之地，在公司中都有着很高的地位。)从事企业信息化项目实施金碟、用友浪潮、华天华北电力大学自动化系6课程主要内容理念篇CIMS的基本概念、基本原理、基本方法、应用背景CIMS的方法体系技术篇CIMS关键技术CIMS总体设计技术管理、设计、制造、集成实践篇企业信息化我国的制造业信息化工程战略华北电力大学自动化系7教学方式课堂教学讲授为主􀂆报告型作业（逐步深入，启发对课程内容的思考，通过作业来掌握原理）􀂆􀂆平时成绩占50％（出勤+作业）考核方式（开卷或小论文形式）华北电力大学自动化系8教学日历次内容教材章节1信息时代的制造业教材第一章2CIMS的基本概念教材第一章3CIMS的基本组成教材第二章4流程工业的CIMS系统/CIMS支撑平台教材第二章5CIMS参考体系教材3.1/3.2节6CIMS建模方法教材3.3节7CIMS建模工具教材3.4节8CIMS总体设计教材4.1/4.2节9CIMS设计标准与规范教材4.3/4.4节10CIMS关键技术-理论与方法教材5.1节11CIMS关键技术-信息技术教材5.2节12CIMS关键技术-计算机辅助技术教材5.3节13CIMS关键技术-过程控制技术教材5.4/5.5节14CIMS关键技术-新发展教材5.6节15企业实施CIMS的战略教材第六章16期末复习华北电力大学自动化系9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。第1章信息时代的制造业与CIM/CIMS概念1.1信息时代的制造业制造业的发展历史􀂆信息化带动工业化是必由之路华北电力大学自动化系12制造业的内涵制造业是指对原材料(采掘业的产品和农产品)进行加工或再加工，以及对零部件装配的工业的总称。制造业一般有消费品制造业和资本品制造业、轻型制造业和重型制造业、民用制造业和军工制造业、传统制造业和现代制造业之分，其中装备制造业越来越重要。􀂆􀂆工业化国家：约1/4的人口从事制造业，约70%～80%的物质财富来自制造业。制造业在我国工业总产值中所占比重42.47%57.53%制造业其它华北电力大学自动化系13物质生产贯穿人类历史材料、能源和信息是人类社会经济的三大重要支柱。人类社会经济发展的历史，就是人类利用材料、能源和信息进行物质生产的历史。材料、能源和信息领域的任何技术革命，必然导致生产方式的革命和生产力发展的飞跃。物质生产材料产品信息能源华北电力大学自动化系14制造业发展史制造业创造了人类人与猿相分离，是由于人学会了双足行走和用手制造并使用工具，这是人类进化的关键一步。随着狩猎和采集技术的改进，人们制造的工具日趋精细，种类越来越多，出现了有组织的石料开采和加工，形成了原始制造业。使用工具、制造工具，即原始的制造技术和生产方式的改变引发了古猿进化的改辙，驱引他们用脑思维，脑容量增大，经选择遗传而与猿类分离，变成堂堂直立的人类。毛主席1964年有一首词《贺新郎·读史》，头几句是：“人猿相揖别，只几个石头磨过，小儿时节。”原始的工具制造是人类社会制造业的最早萌芽。华北电力大学自动化系15制造业发展史制造业是产业革命的主力军18世纪的产业革命和接踵而来的电气化运动，从1765年瓦特发明蒸汽机算起已延续了240年。这场波澜壮阔的工业革命使人类的生产和生活方式发生了不可逆转的伟大变化。产业革命的标志———瓦特蒸汽机的发明。工业革命的第二个高潮———电气化发生在19世纪后半叶和20世纪初。以1948年美国贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克利发明晶体管，1958年制成第一台固体元件计算机为开端，晶体管的发明和微电子制造技术的飞速发展，开创了全新的信息时代。华北电力大学自动化系16制造业发展史的启示蒸汽机和电机的应用，延伸了人的体力劳动，催生了工业革命，使人类社会通过工业化从农业社会发展到工业社会。而以计算机为核心的现代信息技术的应用，则延伸了人的脑力劳动，引发了新的工业革命，使人类社会通过信息化从工业社会发展到信息社会，信息化是信息时代的工业革命。农业社会工业社会信息社会工业化工业革命信息化新的工业革命华北电力大学自动化系17从工业化到信息化的里程碑1765年——蒸汽机的发明拉开工业化革命序幕；20世纪上半叶——一批发达国家完成工业化革命；1948年——晶体管发明；1958年——第一台固体元件计算机；1959年——第一个集成电路；1960年——ALGOL和COBOL计算机语言；1964年——大型电子计算机IBM360系列；1969年——互联网诞生；1971年——用大规模集成电路组成的微处理机；1977年——个人计算机；1989年——万维网（WWW）诞生；在短短的50年时间内，信息技术使我们的生活发生了质的变化，世界全面转向信息化时代。华北电力大学自动化系18机械制造业发展的几个阶段第一阶段－－手工单件生产第二阶段－－大批量重复生产第三阶段－－自动化生产第四阶段－－现代集成制造华北电力大学自动化系19单件手工生产（第1阶段）法国巴黎P&L汽车制造公司的汽车制造(1890年)年产量800台有许多独立的工匠手工完成单件制造方式􀂆生产流程几个主要伙伴讨论用户需求，确定汽车规格定购主要零件、各个承包商制造零件、汇总安装特点劳动力在设计、制造工艺水平上较高、组织十分分散产量低、价格高、产品维护费用高􀂆追求的目标全面满足客户的要求较高的制造装配工艺水平汽车的机械性能华北电力大学自动化系20大批量重复生产（第2阶段）Ford生产线方式的引入（1908年）－零件互换、标准化技术的引入－装配线（固定线－流动线）－结果：生产成本大量下降、生产率提高、产品的维护费用下降、维护方法简化－生产量200万辆时、价格降低了2/3。特点－劳动力专业化分工、培训时间缩短－组织结构一体化、大而全，计划管理，由上而下协调生产组织－机床的能力不断提高􀂆大批量生产追求的目标（50年代前）－大量生产－低成本－提高劳动生产率华北电力大学自动化系21自动化生产（第三阶段，上世纪50-70年代）新的生产组织模式制造资源计划（MRPII，美国）精益生产（日本）Siemag粗计划系统（德国）􀂆制造设备水平提高数控机床（50年代），FMS（70年代）1952年发明了世界上第一台数控（numericalcontrolled，NC）机床。该项发明震惊了当时的科技界、学术界和舆论界，被视为是机械发展史上崭新的一页，是第二次工业革命，它意味着制造业开始走向信息时代。柔性制造系统（flexiblemanufacturingsystem，FMS）􀂆计算机辅助设计技术应用CAD、CAPP、CAM、CAE单元技术应用华北电力大学自动化系22华北电力大学自动化系23自动化生产特点计算机应用水平提高CAD、CAPP、CAM、CAE技术应用MRPII技术应用管理信息系统（managementinformationsystem，MIS）应用车间控制技术􀂆局部集成技术MRPII（计划、物料、库存、生产能力、财务、销售信息集成）CAD/CAPP/CAM集成FMS、独立制造岛（加工设备、物料传送、仓库存储设备的集成〕优化􀂆MRPII系统优化了物料供应和生产计划􀂆FMS应用优化了生产调度和控制策略􀂆车间作业计划与调度系统的应用优化了制造资源分配华北电力大学自动化系24现代集成制造（20世纪80年代以后)以信息技术为基础，系统集成与优化为手段，以提高企业的市场竞争能力为目标，致力于全面提高企业的T、Q、C、S水平。产品上市时间T（timetomarket）、优的质量Q（quality）、低的成本C（cost）以及良好的售后服务S（service）。T、Q、C、S是制造业的永恒主题，也是CIM哲理的根本宗旨。“自动化孤岛”问题：片面提高自动化水平并不能够带来企业效益的提高􀂆“信息孤岛”问题：孤立的信息单元作用有限集成成为现代制造业发展的主旋律华北电力大学自动化系25现代集成制造的代表模式计算机集成制造􀂆（computerintegratedmanufacturing，CIM）计算机辅助设计（computeraideddesign，CAD）计算机辅助制造（computeraidedmanufacturing，CAM）并行工程􀂆（concurrentengineering）虚拟制造􀂆（virtualmanufacturing）精良生产（leanproduction）柔性