CIMS(计算机集成制造系统)

制造模式的发展和应用答辩同濟大學TONGJIUNIVERSITY计算机集成制造CIMS张燕红祁国栋楼科文马飞理念篇1技术篇2实践篇3CIMS的产生背景CIMS的基本概念与组成CIMS的发展概况理念篇CIMS的产生背景20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。如CAD、CAPP、CAM、工业机器人、FMS等单元技术的应用，为企业带来显著效益。然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化单元技术，会产生“自动化孤岛”现象。“自动化孤岛”具有较大封闭性，相互之间难以实现信息的传递与共享，从而降低系统运行的整体效率，甚至造成资源浪费。什么是CIMS？CIMS的产生背景“自动化孤岛”CIMS的产生背景1+1≠2CIMS的产生背景8例：离散制造业CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS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”CIMS的产生背景自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。将“自动化孤岛”集成在一起CIMS的产生背景70年代后信息技术促使全球市场的形成T（时间）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）—制造业的难题永恒的主题促使管理变革技术进步TQCS的阻力—“自动化孤岛”单元技术:不同的单位、时期、标准、封闭系统通信协议、软件、数据库不能实现五个正确:“在正确的时间,将正确的信息以正确的方式传给正确的人(或机器)以作出正确的决策或操作.”全社会进步CIMS的基本概念与组成1973年美国Harrington（哈林顿）博士关于CIM两个观点:•企业各个生产环节是一个不可分隔的整体(集成)；•企业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（信息）。对策:信息集成系统集成信息技术+制造技术CIMSComputerIntegratedManufacturingCIMCIMS的基本概念与组成两个基本观点：企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理直到售后服务的全部生产活动，形成了一个不可分割的整体，它们彼此紧密相连；单一的生产活动都应在企业整个框架下作统一的考虑。1、系统的观点2、信息的观点整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程。最终形成的产品可以看作是“数据”的体现。CIMS的基本概念与组成CIM定义（国内）：是一种组织、管理、企业生产的新哲理，它借助计算机软硬件，综合应用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、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，以实现产品的高质量、低成本、短交货期，提高企业对市场变化的应变能力和综合竞争能力。CIM：是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。CIM定义（国外）：联邦德国经济生产委员会(AWF)定义CIM为：CIM是指在所有与生产有关的企业部门中集成地采用电子数据处理，CIM包括了生产计划和控制(PPC)、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助质量管理(CAQ)之间信息技术上的协同工作，其中为生产产品所必需的各种技术功能和管理功能应实现集成。CIMS的基本概念与组成日本能率协会对CIM的定义：“为实现企业适应今后企业环境的经营战略，有必要从销售市场开始对开发、生产、物流、服务进行整体优化组合。CIM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，追求整体效率的新型生产系统。”欧共体各国对CIM定义：“CIM是信息技术和生产技术的综合应用，旨在提高制造型企业的生产率和响应能力，由此，企业的所有功能、信息、组织管理方面都是一个集成起来的整体的各个部分。”综上所述，CIM必须包括：市场、计划与控制、设计、制造、物料搬运与存取、财务会计、行政管理与产品销售等方面。CIMS的基本概念与组成对“计算机集成制造”的解释：计算机集成制造工具目的生产方式的关键与核心CIMS的基本概念与组成计算机集成制造系统CIMS的组成CIMS:基于CIM哲理的一种工程集成系统，是一种新型制造模式。CIMS核心:是将企业内的人和组织、经营管理和技术三要素之间的集成，以保证企业内的工作流、物质流和信息流畅通无阻。CIMS的基本概念与组成CIMS三要素关系：•经营管理与技术:技术支持企业达到预期的经营目标；•人与技术:技术支持各类人员互相配合、协调一致工作；•人与经营管理:人员素质提高支持企业的经营管理；CIMS三要素集成•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。CIMS的基本概念与组成功能分系统•生产经营管理信息分系统•工程设计自动化分系统•制造自动化分系统•质量保证分系统支撑分系统•计算机网络分系统•数据库分系统工程设计自动化分系统制造自动化分系统质量保证分系统数据库分系统计算机网络分系统市场信息售后信服息务功能分系统支撑分系统CIMS组成框图生产经营管理信息分系统CIMS的组成CIMS递阶控制结构CIMS是一个复杂庞大的工程系统，通常采用递阶控制结构。递阶控制：将一个复杂的控制系统按照其功能分解成若干层次，各层次进行独立的控制处理，完成各自的功能；层与层之间保持信息交换，上层对下层发布命令，下层向上层回送命令执行结果，通过通信联系成一个完整的控制系统。递阶控制结构：•工厂层→车间层→单元层→工作站层→设备层CIMS的基本概念与组成工厂加工车间装配车间1#单元N#单元铣削工作站检验工作站物料运储工作站机器人铣床零件存储器机器人检验机零件存储器机器人机器人小车传感器……….…..CIMS五层递阶控制结构CIMS的基本概念与组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。CIMS的基本概念与组成CIMS工程开发生命周期•立项•可行性论证•需求分析•初步设计•详细设计•工程实施与应用•系统运行与维护CIMS的基本概念与组成•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。CIMS的基本概念与组成•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的发展概况CIMS的发展概况（80年代）（90年代初）（面向21世纪）信息集成过程集成企业间集成CIMS的发展概况1.信息集成：•针对在设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，解决其信息的正确、高效的共享和交换针对在设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，解决其信息的正确、高效的共享和交换；通过信息集成将各自动化单项技术集成起来，解决T、Q、C、S。2.过程集成：•对产品设计过程进行重构；•传统的产品开发模式采用串行产品开发流程；反复、开发周期长•以并行工程为代表T:产品的上市时间Q:优的质量C:低的成本S:好的服务CIMS的发展概况3.企业集成：•传统企业：“小而全”、“大而全”；“两头小，中间大”•现代企业：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•针对某一特定产品，建立企业动态联盟（即所谓虚拟企业，VirtualEnterprise），提倡“扁平式”企业•两头大：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•以虚拟制造、敏捷制造为代表CIMS的发展概况时代背景•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CIMS的发展概况发展趋势•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?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数字化:CIMS的发展概况1.面向系统局部的CIMS体系结构2.面向系统全局的CIMS体系结构3.系统分析方法技术篇构成CIMS体系结构的原则和分类构建CIMS体系结构的原则抽象化模块化开放性用户需求与系统实施分离技术原则和方法效益驱动总体规划重点突破分步实施CIMS体系结构分类面向系统局部的CIMS体系结构：描述企业集成的组成或其中某部分的组成的体系结构或物理结构。面向系统全局的CIMS体系结构：描述企业集成工程全过程开发生命周期的体系结构构成CIMS体系结构的原则和分类1.面向系统局部的CIMS体系结构从设计到实施，实现CIMS最好的有效方法是：设计阶段：将系统分解为不同的分系统，分系统再分解为更小的子系统和子子系统；实施阶段：再将子子系统、分系统有机地集成为CIMS面向系统功能构成和系统控制结构的体系结构面向系统功能构成的体系结构是对系统的横向分解面向系统控制结构的体系结构是对系统的纵向分解1.面向系统局部的CIMS体系结构1.面向系统局部的CIMS体系结构1.1面向功能构成的体系结构(SME)组成用户人、技术和组织共享的知识和系统功能与过程资源和职责制造基础结构用户是CIMS的核心，满足用户的需求是成功实施CIMS的关键。图CASA/SME的“制造企业轮图”（1993）资源责任顾客组织共享知识系统制造资源1.面向系统控制功能的体系结构1.2面向系统控制功能的体系结构工厂层a.递阶控制结构组成部分规划决策：确定企业将生产什么，需要什么资源，如何将产品推销到市场中去，确定企业的长期目标和近期任务。监督管理：监督生产活动，对实际的生产活动进行评价，对生产活动发出控制命令。执行：执行上层控制命令车间层单元层工作站层设备层命令反馈规划监督管理执行高低1.面向系统控制功能的体系结构工厂层§市场预测§生产计划制定产品开发，工艺过程计划工厂层：市场预测、制定长期生产计划、确定生产资源需求、制定资源规划、产品开发及工艺过程规划、厂级经营管理车间层：从计算机辅助设计和辅助制造等系统接收数据、作业管理和资源分配单元层：零件在各个工作站的作业顺序、作业调度指令的发放和管理、协调工作站间的物料运输、任务分配和调整工作站层：加工工作站、检测工作站、刀具管理工作站、物料储运工作站设备层：接受上层控制命令完成加工、测量、运输等任务。材料清单工艺计划车间层§生产计划§资源分配§作业管理单元层§作业调度§批量管理作业计划刀具信息工作站层§工作顺序控制§设备分配§状态监控作业调试指令数控程序设备层§按命令执行加工、储运或测量加工命令储运命令设备状态测量结果作业完成情况测量结果过程状态质量数据生产结果制造成本市场数据工程数据零件程序刀具数据批量数据零件信息过程信息设备数据递阶控制结构控制功能介绍1.面向系统控制功能的体系结构递阶控制结构优缺点特点把系统纵向分解为分层控制，减少了全局控制和开发难度分层控制结构限定了每层各要素的职责和权限每层将上一层的命令分解成在该层执行的指令或分解成子命令发往下面的层。复杂的计划是在较高级作出的，命令是逐级从上往下发，速度慢，且最新信息在最底层，反馈速度也慢执行命令所需数据与命令一道传送，数据只在上级和下级间交换问题层与层之间相互影响处理能力差、未能及时处理响