工程硕士-计算机集成制造技术CIMS试卷及答案

1、成绩评阅人中国矿业大学工程硕士研究生课程试卷学号姓名工程领域课程名称计算机集成制造技术任课教师中国矿业大学研究生培养管理科印制计算机集成制造技术试卷题号一二三成绩得分一、概念题（ 30 分）（1）计算机集成制造系统（CIMS）总目标是什么？（2）约瑟夫 . 哈林顿博士 1974 年提出两个基本观点是什么？（3）CIMS 基本要素及要素之间关系是什么？（4）CIMS功能分系统和支撑分系统之间关系是什么？（5）叙述面向 CIM系统功能构成和控制结构的体系结构。二、简述题（ 20 分）（ 1）叙述 CIMS 发展现状与趋势；（ 2）流程行业 CIMS 的体系结构。三、论述题（任选一题）（50 分，字

2、数 10002000）（ 1）结合所学专业，叙述 CIMS 技术的作用；（ 2）选择某一行业，叙述如何应用 CIMS 技术；（ 3）选择某一工厂，叙述如何应用 CIMS 技术；（ 4）结合本单位实际，阐述如何应用 CIMS 技术；一、概念题（ 30 分）（ 1）计算机集成制造系统（CIMS）总目标是什么？答： CIMS 是计算机应用技术在工业生产领域的主要分支技术之一。产品设计与制造工程设计自动化系统、制造自动化系统、质量保证系统以及计算机网络和数据库系统 6个部分有机地集成起来的。实现企业整体优化，使企业产品全生命周期各阶段活动中有关的人 / 组织、经营管理和技术三要素及其信息流、 物流和价

3、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。（ 2）约瑟夫 . 哈林顿博士 1974 年提出两个基本观点是什么？答： 1) 企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑。2) 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数据的物质表现。（ 3）CIMS基本要素及要素之间关系是什么？答： CIMS的基本要素是，人 / 机构、经营和技术这三个

4、要素。使用技术以支持经营；使用技术以支持人员工作；设置机构 / 人员来协调工作以支持经营活动；统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。（4）CIMS功能分系统和支撑分系统之间关系是什么？答： CIMS的组成是为实现其功能需求服务的，它是由 6个分系统组织起来的，即管理信息系统、产品设计与制造工程设计自动化系统、制造自动化系统、质量保证系统、计算机网络系统和数据库系统。其中前 4个是功能分系统， 由它们来执行 CIMS的功能，后2个是计算机支撑分系统，它为 CIMS提供了必要的支撑环境。功能分系统和支撑分系统之间的逻辑关系市场信息技术信息售后服务信息管功能分系统质理量信工程设计自动化分系统

5、保息证分分系制造自动化分系统系统统数据库分系统支撑分计算机网络分系统系统（ 5）叙述面向 CIM系统功能构成和控制结构的体系结构答：面向 CIM系统功能构成这类（面向功能）结构的典型代表是美国制造工程师学会（ SME）的轮式结构。 80年代 SME轮式曾被广泛用于表示CIM系统的构成。它将 CIM系统功能分解为 “核”和里、中、外三层。核为集成系统体系结构，里层为公用数据，信息资源和通信，中层横向分为制造规划和管理、产品 / 工艺过程和工厂自动化，外层则为市场研究、战略规划、财务和生产管理、人力资源等分系统。80年代制造轮图主要表现了设计和制造功能，没有考虑到实施自动化的简化和企业与顾客、供应

6、商间的交互作用的重要性。随着信息技术的发展和CIM系统研究的深入， 1993年SME推出了CIM系统功能构成的新轮图。该轮图由六层组成，分别为顾客；人、技术和组织；共享的知识和系统；过程；资源和职责；制造基础结构。90年代轮图将顾客作为轮图的核心，充分表明了CIM的中心任务是赢得用户、赢得竞争。面向控制功能的 CIM系统结构CIMS是一个复杂的大系统， 通常采用分层递阶控制体系结构。美国国家标准技术研究院(NIST) 提出的五层递阶控制结构， 这种形式与企业的组织机构及生产秩序相吻合，比较直观也易于操作。控制结构图如下：二、简述题（ 20 分）（ 1）叙述 CIMS 发展现状与趋势；答： CI

7、MS 发展现状我国共有数 10 万个制造企业， CIMS 产业的市场潜力很大。目前，我國 CIMS 技术在研究、应用领域也在不断开拓。在研究领域建立了更广泛的研究环境和工程环境， 包括国家 CIMS 实验工程研究中心和 7 个单元技术开放实验室 (集成化产品设计自动化实验室、集成化工艺设计自动化实验室、 柔性制造工程实验室、 集成化管理与决策信息系统实验室、集成化质量控制实验室、 CIMS 计算机网络与数据库系统实验室、 CIMS 系统理论实验室 )。当前， CIMS 的进一步试点推广应用已经扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶金、石油化工等诸多领域，正得到各行各业越来越多的关注和投入

8、。从设计、管理、加工生产等 “技术孤岛 ”发展为集成的 CIMS 技术体系：1）总体技术系统总体模式：包括柔性制造、并行工程、敏捷制造、精良生产、智能制造、绿色制造等模式；系统集成方法论：包括信息集成、过程集成、企业间集成及知识集成等方法论；系统集成技术：包括设计、生产、管理等子系统间的集成技术，企业三要素及三流的集成技术等；标准化技术：包括产品信息标准、过程信息标准，数据交换与格式标准，图形标准及零件库标准等技术企业建模和仿真技术：包括企业功能、信息、工作流、资源及组织模型等建立、确认及其仿真技术；CIMS 系统开发与实施技术：企业诊断、需求分析、系统设计、组织实施、质量保证及效益评价等技术

9、。2）支撑平台技术：包括网络、数据库、集成平台、计算机辅助软件工程、产品数据管理（ PDM）、计算机支持协同工作（ CSCW）及人 /机接口等技术。3）设计自动化技术：包括CAD ，CAPP，CAM ，CAE，基于仿真的设计（ SBD），面向下游工作的设计（DFX ）及虚拟样机（ VP）等。4）加工生产自动化技术：包括DNC，CNC，FMC ，FMS，虚拟加工及快速成形制造（ RPM）技术等。5）经营管理与决策系统技术： 包括 MIS ，OA ，制造资源规划（MRPII ），准时生产（JIT），CAQ，业务流程重组（BPR）,企业资源规划（ERP）,动态企业建模（ DEM ），供应链及电子商务

10、等技术。6）流程制造业 CIMS 中生产过程控制技术包括过程检测、先进控制、故障诊断和面向生产目标的建模、优化集成控制技术等。CIMS 技术的发展趋势1）集成化 - 从当前的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 )、并步入实现企业间集成的阶段(以敏捷制造、精良生产为代表)。2）数字化 /虚拟化 - 从产品的数字化设计开始,发展到产品全生命周期中各类活动、设备及实体的数字化。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 (VR) 应用、虚拟产品开发 (VPD)和虚拟制造 (VM)。3）网络化 -从基于局域网发展到基于Intranet/Internet的分

11、布网络制造 ,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，柔性可重组机器技术等，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，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、仿生、敏捷、分形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，它是摆在现代制造业面前的一个崭新课题。值得指出，1994年清华大学获得美国 SME的CIMS" 大学领先奖 " ，1999年华中理工大学又获本年度的

12、"大学领先奖 " （一般每年在世界只评一名） ，表明我国已经处于这一领域的国际先进水平。（ 2）流程行业 CIMS 的体系结构。答 ： 流 程 行 业 CIMS 的 体 系 结 构 从 Purdue 模 型 发 展 为ERP/MES/PCS结构ERP经营决策(Enterprise Resource Planning)企业管理MES(Manufacturing Execution生产调度System)过程优化PCS(Process Control System)过程控制Purdue 模型ERP/MES/PCS 结构Purdue模型1）将生产过程和管理过程明显分开2）忽视了生产

13、过程中的物耗、能耗及设备在线控制与管理3）层次多4）结构复杂5）实现 CIMS 成本高6）不便形成平台技术ERP/MES/PCS 三层结构1）层次少、结构简明2）解决了流程工业 CIMS 中原本难以处理的具有生产与管理双重性质的信息问题3）实现了对于生产过程的实时控制与管理4）便于信息流、物流、资金流的集成PCS一般包括基础自动化和过程自动化两方面。1）利用基础自动化装置和现场总线控制系统对生产设备等执行机构实现自动控制，对生产信息进行实时采集、在线分析处理、实时传递；2）利用过程自动化系统对生产过程进行实时监控，采用先进的控制技术如：鲁棒约束多变量预测控制技术、多变量APC技术、质量指标和经

14、济指标的软测量技术等对生产过程进行优化设定，鲁棒辨识技术、智能集成建模技术、 多变量模型校正技术对生产过程进行智能建模，实现生产过程的优化控制。MES 一般包括：1）资源分配，管理资源包括机器设备、工具、原材料、其它设备和其它实体例如生产时需要的文件等2）质量管理3）物流管理4）设备维修管理5）生产调度，根据产品的不同优先权、品质、特征等特点6）生产成本控制7）生产过程管理PCS一般包括：1）决策支持，提供基于数据仓库的，企业经营活动的智能决策支持。2）财务管理，包含资产管理和成本管理。3）库存管理，实现原材料、中间产品及最终产品的管理和实时信息统计。4）人事管理，实现人力资源的管理。5）生产

15、计划，实现客户订单完成情况、生产信息的分析和生产计划、生产成本计划和物流计划的制定。6）供销管理，实现企业供销活动的管理，子商务和客户关系管理。三、论述题（任选一题）（50 分，字数 10002000）（ 1）结合所学专业，叙述 CIMS 技术的作用；（ 2）选择某一行业，叙述如何应用 CIMS 技术；（ 3）选择某一工厂，叙述如何应用 CIMS 技术；（ 4）结合本单位实际，阐述如何应用 CIMS 技术；电力企业 CIMS技术的实施与传统的机械、电子等离散型制造业的CIMS 不同，电力行为生产和管理有其显著特点，它的生产过程中不仅有信息流、资金流、物质流，还有电力流，属于连续型流程工业。流程

16、工业是指通过混合、分离、分型或化学反应使原材料增值的行业，器生产过程一般是连续的，需要严格的过程控制和安全措施，具有工艺过程相对固定、生产周期短、产品规格少、批量大等特点。流程 CIMS 是CIM 思想哎流程工业中的应用和体现，即在获取生产流程相对固定、生产周期短、产品规格少、批量大等特点。CIMS 在其中的拓展应用称为 CIPS（计算机集成过程系统） 。在电力行业中的应用的 CIPS与离散的 CIMS 的主要区别为：（ 1）流程 CIMS 要求在线实时采集、处理大量动态数据；（ 2）电力行业的首要任务是安全可靠，必须实现全生产过程的动态监控，使其成为 CIPS集成系统不可缺少的一部分；（ 3

17、）流程 CIMS 的生产计划可以从生产过程的任何环节开始， 作业计划中没有可供调节的时间。电力企业实施 CIMS目的是为建立企业的敏捷供应链提供必要的信息支持，能够对企业内部的人流、财流、物流进行有效的管理，以提高企业信息的数字化共享及信息流动速度， 实现管理控制的快速响应,确保生产安全和服务质量，提高经济效益。结合电力企业经营、生产和管理的客观情况 ,建立其管理系统功能模型如下图。图管理系统功能模型图具体功能定义为： a1 生产管理系统 :物资供应 ,生产计划 ,成本核算，设备计划、检修、维护，基础设施建设 ;b1 人事信息系统 :人力计划，招聘、管理、酬劳子系统； c1 经营决策系统：用户

18、、财务管理，负荷预测，原材料、设备采购，辅助决策。根据电力企业的生产和运行特点，系统的网络和数据库环境可以采用如下方案。a1 数据库采用多层次体系结构的客户机 / 服务器分布式系统。在过去的客户 / 服务器 (C/ S) 模式下，事务处理分布在客户端或服务器端 ,当事务处理过分复杂时，会造成客户端“肥”大，或服务器端的响应速度减慢甚至崩溃。 随着信息处理业务量的加大， 这种矛盾逐渐突出。针对目前 C/ S 模式 2 层结构存在的问题，采用多层结构模式:将简单的事务或少部分数据存放在客户端，将事务处理分布在一层或几层的多个应用服务器 ; 数据的存储及其维护与数据服务器相连。这样 ,客户端的事务处理及数据的存储量减少，众多的