计算机集成制造系(CIMS)统

计算机集成制造系统（CIMS）计算机集成制造系统——CIMS的基本概念CIM概念1973年，J.Harrinton博士提出CIM概念基本思想系统的观点：企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理信息的观点：整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程，而物流又是受信息流控制的。为什么要提出CIM？在20世纪70年代，美国产业政策过分夸大了第三产业的作用，而将制造业贬低为“夕阳工业”、“生了锈的皮带”，导致美国制造业优势的衰退。20世纪80年代初开始的世界性石油危机，暴露出美国制造业的优势多数已被日本所取代，美国报纸说：“十个高技术产品中的七个，其市场已为日本所占有”、“日本产品在美国人心目中已经成为质量好、价格便宜的同义词”。美国要用其信息技术的优势夺回制造业的领导地位，认为“对CIMS，不要再犹豫了！（CIMS，nolongerachoice!）”“自动化孤岛”将“自动化孤岛”集成在一起现在CIMS还没有确切的定义，但有几点是公认的：CIMS将制造企业的全部经营活动，即从市场分析、产品设计、生产规划、制造、质量保证、经营管理至售后服务等，通过数据驱动形成一个有机的整体，使企业内部各种活动互相协调地进行。CIMS不是各种自动化系统的简单叠加，而是通过计算机网络和数据管理技术实现各单元技术的集成。CIMS能有效地实现柔性生产。因此，数据驱动、集成、柔性是CIMS的三大特征。如图4-42所示，CIMS中人/机构、经营管理和技术三要素之间相互作用、相互制约，构成企业内如下4类集成：(1)经营管理与技术的集成，利用计算机技术、自动化技术、制造技术以及信息技术等各种工程技术，支持企业达到预期的经营目标。图4-42CIMS的三要素(2)人/机构与技术的集成，利用各种工程技术支持企业中各类人员的工作，使之互相配合，协调一致，发挥最大的工作效率。(3)人/机构组织与经营管理的集成，通过人员素质的提高和组织机构的改进来支持企业的经营和管理。(4)CIMS三要素的综合集成，使企业达到整体优化。早期CIM的定义CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理，它藉助计算机硬软件，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，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行，以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢得市场竞争经营管理人/组织技术几层含义CIM是一种组织、管理与运行企业生产的哲理，其宗旨是使企业的产品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得竞争力企业生产的各个环节，是一个不可分割的有机整体企业生产的要素包括人、技术及经营管理，其中，尤其重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用。企业生产活动中包括信息流（采集、传递和加工处理）和物流两大部分。现代企业中尤其重视信息流的管理运行及信息流与物流间的集成。CIM技术是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。CIMS定义CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）是基于CIM哲理而组成的系统，定义为：“CIMS是通过计算机硬软件，并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，将企业生产全部过程有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机物有机集成并优化运行的复杂的大系统。”现代集成制造系统——CIMS的基本概念提出1986年提出了863/CIMS主题计划。它以“发展高科技、实现产业化”为宗旨，在国家科委(科技部)直接领导和各有关部门的大力支持下，经过近10000名专家、技术人员和管理人员不懈的努力，立足国情，创新发展，从早期的以信息集成为特征的计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem）开始，发展到以信息集成和企业优化为特征的现代集成制造系统（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem），走出了一条具有中国特色的CIMS之路，取得重大进展，并在国际上取得了一席之地。时代背景1.全球化趋势2.以客户为中心的市场3.竞争新环境和新形式4.知识经济初露端倪5.因特网的冲击6.环境保护和可持续发展的呼声日盛CIM新定义“CIM是一种组织、管理和运行现代制造类企业的理念。它将传统的制造技术与现代化信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，使企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）各阶段活动中有关的人（组织、管理）、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流三流有机集成并优化运行，以达到产品（P）上市快（T）、高质（Q）、低耗（C）、服务好（S）、环境清洁（E），进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。”信息集成过程集成企业间集成现代集成制造系统的特征以系统论思想为核心具有集成化、数字化、网络化、敏捷化、智能化和绿色化等特征。从“计算机集成制造系统”到“现代集成制造系统”CIMS体系结构CIMS体系结构是用来描述研究对象整个系统的各个部分和各个方面的相互关系和层次结构，从大系统计算机集成制造系统CIMS构成框图理论角度研究，将整个研究对象分为几个子系统，各个子系统相对独立自治、分布存在、并发运行和驱动等。我们可以从功能结构和逻辑结构来认识CIMS体系结构。从功能层方面分析，CIMS大致可以分为六层：生产/制造系统，硬事务处理系统，技术设计系统，软事务处理系统，信息服务系统，决策管理系统。CIMS的构成框图1．管理信息系统管理信息系统通常以MRPⅡ为核心，从制造资源出发，考虑了企业进行经营决策的战略层、中短期生产计划编排的战术层以及车间作业计划与生产活动控制的操作层，它包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具、人力资源等各项管理信息功能。它是以经营生产计划、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间作业计划以及车间调度与控制为主体形成闭环的一体化生产经营与管理信息系统，是CIMS的神经中枢，指挥与控制着其他各个部分有条不紊地工作。它把企业内的各个管理环节有机地结合起来，各个功能模块可在统一的数据环境下工作，以实现管理信息的集成，从而达到缩短产品生产周期、减少库存、降低流动资金、提高企业应变能力的目的。2．工程设计自动化系统工程设计自动化系统实质上是指在产品开发过程中引入计算机技术，使产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。产品开发活动包含产品的概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计以及数控编程等设计和制造准备阶段的一系列工作，即通常所说的CAD、CAPP、CAM三大部分。CAD系统应该包括产品结构的设计、定型产品的变型设计以及模块化结构的产品设计，通常应具有计算机绘图、有限元分析、产品造型、图像分析处理、优化设计与仿真、物料清单的生成等功能。CAPP系统是按照设计要求进行决策和规划，将原材料加工成产品所需要的一系列加工活动和资源的描述。CAPP系统可进行毛坯设计、加工方法选择、工艺路线制定以及工时定额计算等工作，同时还具有加工余量分配、切削用量选择、工序图生成以及机床、刀具和夹具的选择等功能。CAM系统通常完成刀具路径的确定、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等工作。3．制造自动化系统制造自动化系统是CIMS的信息流和物料流的结合点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地，通常由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分布式控制计算机等设备及相应支持软件组成。制造自动化系统在计算机控制和调度下，按照NC代码将一个毛坯加工成合格的零件，再装配成部件以至产品，并将制造现场的各种信息实时地或经过相应处理后反馈到相应的部门，以便及时进行调度和控制。制造自动化系统的目的可归纳为：①实现多品种、小批量产品制造的柔性自动化；②实现优质、低成本、短周期及高效率生产，提高企业的市场竞争力；③为作业人员创造舒适而安全的劳动环境。4．质量保证系统质量保证系统主要采集、存储、评价和处理存在于设计、制造过程中与质量有关的大量数据，从而在产品质量控制环的作用下有效促进产品质量的提高，实现产品的高质量、低成本，提高企业的竞争力。因此，开发一套完整的质量保证体系非常重要。CIMS中的质量保证系统覆盖产品生命周期的各个阶段，它包括质量决策子系统、质量检测与数据采集子系统、质量评价子系统和质量控制与跟踪子系统等。5．CIMS数据库系统数据库管理系统是一个支撑系统，它是CIMS信息集成的关键之一。组成CIMS的各个功能分系统的信息都要在一个结构合理的数据库系统里进行存储和调用，以实现整个企业数据的集成与共享。CIMS的数据库系统通常采用集中与分布相结合的体系结构，以保证数据的安全性、一致性和易维护性。此外，CIMS数据库系统往往还建立一个专用的工程数据库系统，用来处理大量的工程数据。工程数据库可以存储多种类型的数据，如图形数据、加工工艺规程、NC代码等。工程数据库系统中的数据与生产管理、经营管理等系统的数据均按统一数据标准进行交换。6．CIMS计算机通信网络系统计算机通信网络技术是CIMS的又一主要支撑技术，是CIMS各个分系统重要的信息集成工具。采用国际标准和工业标准规定的网络协议，可以实现异种机互连、异构局部网络及多种网络的互连。通过计算机网络能将物理上分布的CIMS各个功能分系统的信息联系起来，以达到共享的目的。计算机通信网络系统以分布为手段，满足CIMS各应用分系统对网络支持服务的不同需求，支持资源共享、分布处理、分层递阶和实时控制。CIMS在数据库和计算机网络的支持下，可方便地实现各个功能分系统之间的通信，从而有效地完成全系统的集成。CIMS分类从生产工艺方面分，CIMS可大致分为离散型制造业、连续性制造业和混合型制造业三种；从体系结构计算机集成制造系统CIMS系统的分系统关联来分，CIMS也可以分成集中性、分散性和混合型三种CIMS效益评价CIMS是企业管理运作的一种手段，是一种战略思想的应用，其初期投资大，涉及面广，资金回笼周期长，短期内很难见到效益，因此在对CIMS作效益评价时不能单凭货币标准来衡量其效益，要多方面综合考虑其效益指标。所谓综合效益指CIMS系统对企业和社会所能带来的各种效益。可以从下面几个方面来理解：(1)应用CIMS提高了劳动生产力为企业带来的利润，为国家增加国民收入所做出的贡献。(2)应用CIMS提高了企业对市场的应变能力和抗风险能力，对企业实现经营战略所做出的贡献；提高企业市场竞争力，促进技术进步所作的贡献。(3)为提高整个企业员工素质和技术水平作的贡献。(4)为节约天然资源所做出的贡献。(5)通过应用和推广CIMS技术，为国家优化产业结构，发展新产业，提高造国际市场上的竞争力所作的贡献。CIMS的技术构成简介1、先进制造技术先进制造技术是传统制造技术不断吸嵌入式计算机集成制造系统收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。2、敏捷制造敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。3、虚拟制造虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。4、并行工程并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。CIMS的信息集成技术如图4-44所示，CIMS的实现就是物流与信息流的有机结合。物流的实现是CIMS的