计算机集成制造系统(CIMS)技术

计算机集成制造系统（CIMS）技术自动化工厂:经自动化“通信网络”连接工厂的各个子系统，可构成一个有机联系的整体，即自动化工厂。CIM:计算机集成制造，它反映了制造系统新的发展方向。CIMS:计算机集成制造系统，则是CIM思想技术上的具体实现.几个相关的概念计算机集成制造系统（CIMS）CIMS为现代制造企业追求在激烈变化中、动态市场条件下，具有快速灵活响应的竞争优势提供所要求的战略性系统技术。CIMS发展可以实现整个机械制造厂的全盘自动化，是自动化制造技术的发展方向。FactoryautomationCIMphilosophyautomationoptimizationtargetunmannedfactoryrationalizeexampleFMC,FMSLinkingCAD,CAM,MRPelementprocessing,materialflow,measurement,inspection,assembly,CAD,CAM,CAPP,CAQ,MRPtargetfactoryenterprisefocushardwaresoftwarehumanreplacinghumanreorganizationoriginJapanUSA,Europe自动化工厂与CIMS比较计算机集成制造系统主要由设计与工艺模块、制造模块、管理信息模块和存储运输模块构成。CIMS一般结构存储运输模块的主要功能有仓库管理、自动搬运等。各模块的主要功能：计算机集成制造系统（CIMS）设计与工艺模块制造模块管理信息模块存储运输模块CAD、CAE、CAPP、CAM等DNC、CNC、车间生产计划、作业调度、刀具管理、质量检测与控制、装配、自动化仓库、FMC/FMS等市场预测、物料需求计划、生产计算、成本核算及销售等CIMS硬件结构示例CIMS局部：数控车间自动化集成管理系统CIMS结构示例CIMS局部：数控车间集成系统CIMS示例CIMS局部：国产数控机床车间示范工程CIMS示例华南农业大学工程学院刘天湖第一节概述一、CIM的概念•计算机集成制造（CIM）的概念是1974年首先由美国约瑟夫·哈林顿（JosephHarrington）博士在《ComputerIntegratedManufacturing》一书中提出的第一节概述一、CIM概念•约瑟夫·哈林顿基本观点为：•一是企业的各个生产环节是一个不可分隔的整体，需要统一考虑；•二是整个生产制造过程实质上是对信息的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现。•定义：•CIM是一种组织、管理、企业生产的新哲理CIM的概念•手段：它借助计算机软硬件，综合应用•(1)现代管理技术;•(2)制造技术;•(3)信息技术;•(4)自动化技术;•(5)系统技术，•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质流有机地集成并优化运行，CIM的概念•CIM目标：实现产品的•--高质量•---低成本•---交货期短，•提高企业对市场变化的应变能力和综合竞争能力。CIM的概念Iknowthegoal.CIMS的概念•CIMS是在CIM哲理指导下建立的人机系统•以达到降低成本C（Cost）、提高质量Q(Quality)、缩短交货周期T（Time）等目的，从而提高企业的创新设计能力和市场竞争力。经营理念的发展与C、Q、T等二、CIMS产生的背景•CIMS：CIMS在20世纪80年代中期才开始重视并大规模实施二、CIMS产生的背景•产生的背景大背景:•20世纪70年代的美国产业政策中过分夸大了第三产业的作用，而将制造业，特别是传统产业，贬低为“夕阳工业”.•---导致:美国制造业优势的急剧衰退，并在20世纪80年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗.•---美国才开始重视并决心用其信息技术的优势夺回制造业的霸主地位。于是美国及其他各国纷纷制订并执行发展计划。•---CIMS的理念、技术也随之有了很大的发展。CIMS的发展轨迹•系统集成优化是CIMS技术与应用的核心技术，因此我们认为，可将CIMS技术的发展从系统集成优化发展的角度来划分为三个阶段：•信息集成•过程集成•企业集成集成化程度组织与人员集成信息基础:CIMS过程集成:CE企业集成:VM过去现在未来第一阶段：信息集成•解决的根本问题是:解决设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛问题•使信息正确、高效的共享和交换。•信息集成是改善企业时间（T）、质量（Q）、成本（C）、服务（S）所必需的。信息集成其主要内容有•早期信息集成的实现方法主要通过局域网和数据库来实现。•近期采用企业网、外联网、产品数据管理（PDM）、集成平台和框架技术来实施。•值得指出，基于面向对象技术、软构件技术和WEB技术的集成框架已成为系统信息集成的重要支撑工具。第二阶段：过程集成•就是对过程进行重构。•目标是尽量实现并行工程.第三阶段：企业集成•企业集成的思路:•企业提高自身的市场竞争力，不能走“小而全”、“大而全”的封建庄园经济的道路，•而必须面对全球经济、全球制造的新形势，充分利用全球的制造资源（包括智力资源），更快、更好、更省地响应市场，•这也是敏捷制造的由来。第三阶段：企业集成•敏捷制造的组织形式是企业针对某一特定产品，建立企业动态联盟（即所谓虚拟企业，VirtualEnterprise）。第三阶段：企业集成•从组织层面上说，敏捷制造提倡“扁平式”企业，提倡企业动态联盟。第三阶段：企业集成•产品型企业应该是“两头大、中间小”，即强大的新产品设计、开发能力和强大的市场开拓能力。•“中间小”指加工制造的设备能力可以小。•多数零部件可以靠协作解决，这样企业可以在全球采购价格最便宜、质量最好的零部件。•---这是企业优化经营的体现。因此企业间的集成是企业优化的新台阶。为什么要企业集成？----传统企业的问题•传统企业的问题:•传统企业的弊端恰恰是“两头小、中间大”，即薄弱的产品开发及市场开拓，这是计划经济的必然产物。为什么要企业集成？----传统企业的问题•传统企业的问题:•传统的理念：企业的技术改造总是放在更新和加强基础设备上。Whatfirst?为什么要企业集成？----传统企业的问题•传统企业的问题:•导致的后果：这类企业，一旦产品不适合市场，又无能力去很快适应市场，购置的设备就变成了企业的大包袱，企业会很快陷入困境。•因此，克服传统的技术改造观念是很重要的，有现实意义的。3、企业集成•企业间集成的关键技术包括：•--信息集成技术•--并行工程的关键技术•--虚拟制造•--支持敏捷工程的使能技术系统•--基于网络（如Internet／Intranet／Extranet）的敏捷制造•--以及资源优化（如ERP、供应链、电子商务）。四、CIMS发展趋势•1、集成化•2、数字化／虚拟化•3、网络化•4、柔性化•5、智能化•6、绿色化Whichdirection?四、CIMS发展趋势•1、集成化•从当前企业内部的信息集成和功能集成-发展到过程集成（以并行工程为代表）•……并正在步入实现企业间集成的阶段（以敏捷制造为代表）。2、数字化／虚拟化•现在提得比较多的是:数字化装备•在数字化基础上，虚拟化技术正在迅速发展，主要包括:•---虚拟现实应用•---虚拟产品开发•---虚拟制造数字化:管理数字化设计数字化生产过程数字化制造装备数字化企业数字化虚拟化:华南农业大学工程学院刘天湖3、网络化•从基于局域网发展到基于Intranet/Extranet／Internet的分布式网络制造，以支持全球制造策略的实现。4、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、可重组技术等，以实现敏捷制造。5、智能化•智能化是制造系统在柔性化和集成化基础上进一步的发展与延伸•它是：引入各类人工智能和智能控制技术，实现具有自律、分布、智能、敏捷等特点的新一代制造系统。6、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。第二节CIMS的基本组成、体系结构及其关键技术•一、CIMS的基本组成•CIMS是一个大型的复杂系统，包括人、经营、技术三要素，三要素之间的关系如所示。•其中：•人---包括组织机构及其成员•经营---包括目标和经营过程•技术---包括信息技术和基础结构（设备、通信系统、运输系统等使用的各种技术）。•在三要素的相交部分需解决四类集成问题：•①用技术支持经营；•②用技术支持人员工作；•③人员协调的工作,以支持经营活动；•④统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。•目前，CIMS并不过分强调物流自动化，而是侧重于以人为中心的适度自动化，即强调人、经营、技术三者的有机集成，充分发挥人的作用。•从系统的功能角度考虑，一般认为CIMS可由四个功能分系统和两个支撑分系统组成（如图所示）：•1、管理信息系统•2、工程设计系统•3、制造自动化系统•4、质量保证系统•5、--a)计算机通讯网络•6、--b)数据库。1、管理信息系统•管理信息系统通常是以制造资源计划（ManufacturingResourcePlanning，MRPⅡ）为核心.2、工程设计系统CAD、CAPP、CAM三大部分。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CNC机床、加工中心、FMC（FlexibleManufacturingCell，柔性制造单元）或FMS等组成。•制造自动化系统的目标可归纳为：•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能力；•③为作业人员创造舒适而安全的劳动环境。二、CIMS的体系结构•所谓CIMS的体系结构，就是一组代表整个CIMS各个方面的多视图多层次的模型的集合。二、CIMS的体系结构•欧共体ESPRIT计划中的AMICE专题所提出的CIMS-OSA体系结构具有一定的代表性。华南农业大学工程学院刘天湖•我国学者在提出了如图下所示的“阶梯形多视图多领域CIMS体系结构”（stair-likeCIMSarchitecture，简称SLA）。该多层次多视图的体系结构，是比较适合我国实情的。三、实施CIMS的关键技术•实施CIMS的关键技术，主要指下面两大类关键技术：•1、系统集成•2、单元技术离散制造业CIMSCADCAPPCAMCAErobotFMSFAS自动化立体仓库MRPIIOAMISDSS销售系统DatabaseNetwork未经集成化处理的计算机应用,形成了多个“自动化孤岛”流程制造业CIMS生产管理分系统PMS生产调度子系统PSS过程优化子系统先进控制子系统过程监控子系统化验室分系统LIMIS物流工程分系统LOESMISOA营销管理分系统M&S_S常规或数字仪表、计量系统、DCS、PLC装置1……装置n设施1……设施n罐区1……罐区nDatabaseNetworkDatabaseontimeDSS国家CIMS工程的实施情况1.实施过程(三个阶段)•1989-1992年,典型应用工厂的选点、可行性论证、初步设计和详细设计阶段；•1993-1995年,典型应用企业实施的突破阶段:北京一机床、沈阳鼓风机、成飞(集团)公司•1997年-2000年,实践深度、广度步入更高、更新的阶段，如主题重大项目：哈电机、科龙、金诚摩托2.实施效果•成飞：麦道机头生产周期12个月→6个月，库存下降20%，竞标成功获得1亿波音757尾段订单。•沈鼓：产品报价6周→2周，成本下降79.7%，市场占有率达51%。•科龙、华宝：百元销售资金下降51%，人均产值提高70%，98年达202万元/人·年。•经纬纺机厂：流动资金下降60%。3.存在问题怎样处理看病与抓药的关系CIMS工程成功实施的关键因素是前期需求分析与诊断，但目前缺乏一套完整有效的分析诊断的程序、模式和支持软件工具系统，加上主观上的不重视，分析诊断工作较为粗糙肤浅