先进制造技术-第四讲,CIMS

§5计算机集成制造技术—CIMS制造系统的发展1、手工作坊2、机群式生产3、生产线4、自动线（刚性自动化系统）5、集成制造系统（IntegratedManufacturingSystem——IMS）1

6、柔性性制造系系统（FlexableManufacturingsystem—FMS））7、计算算机集成成制造系系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem—CIMS））8、智能能制造系系统（IntelligentManufacturingSystem—IMS））9、全能能制造系系统（HolosonManufacturingSystem—HMS）2

信息技术术和机电电一体化化技术的的发展推推动了制制造产业业结构的的不断变变革，促促进了生生产过程程自动化化水平进进一步提提高。企业自动动化也由由“点””（即单单机自动动化）到到“线””（即由由多种自自动化设设备组成成的生产产线），，再由““线”发发展到““面”（（通过引引入柔性性制造系系统，力力图实现现企业设设备组成成的生产产线），，进而由由“面””向“立立体”（（指企业业全部生生产系统统和企业业内部业业务实现现综合自自动化））的方向向发展，，以期实实现企业业全部业业务的一一元化、、集成化化和高效效化。3

计算机集集成制造造（CIM——omputerIntegratedManufacturing）技术正是是制造业业实现这这一愿望望的技术术途径。计算机集集成制造造系统（（CIMS——ComputerIntegratedManufacturingSystem）是当代生生产自动动化领域域的前沿沿学科，，也是集集多种高高新技术术为一体体的现代代化制造造技术4CIMS的提出20世纪60年代以来来，为解解决制造造业所面面临的一一系列难难题，许许多新技技术被应应用到制制造业中中。这些些新技术术主要有有：数控控（NC）、分布式数数控（DNC）、计算机数数控（CNC）、物料需求求计划（（MRP）、制造资源源规划（（MRP--II）、计算机辅辅助设计计和计算算机辅助助制造（（CAD//CAM）、计算机辅辅助工程程（CAE）、计算机辅辅助工艺艺设计（（CAPP）和机械制制造中的的成组技技术（GT）以及机器器人（Robot）等。5

但是这些些新技术术并没有有带来人人们曾经经预测的的巨大效效益，主主要原因因在于它它们只是是离散地地分布在在制造业业的各个个子系统统中，只只能使系系统的局局部达到到自动化化和最优优化，而而未能使使整个生生产过程程长期在在最优化化状态下下运行。。为了解解决这个个问题，，人们逐逐步提出出了计算算机集成成制造（（CIM）这一一新思想想。6自动化孤孤岛71+1==2??8将“自动化孤孤岛”集成在一一起9将“自动化孤孤岛”集成在一一起10CIM是是美国乔乔赛夫··哈林顿顿博士（（Joseph.Harrington）1973年年针对企企业所面面临的激激烈的市市场竞争争形势，，根据计计算机技技术在工工业生产产中的应应用情况况，预见见其必然然的发展展趋势，，提出的的组织企企业生产产的一种种哲理。。哈林顿顿博士提提出的CIM概概念的基基本论点点为：1）企业业生产的的各个环环节，即即从市场场分析、、产品设设计、加加工制造造、经营营管理到到售后服服务的全全部生产产活动，，是一个个不可分分割的整整体，要要紧密连连接、统统一考虑虑。2）整个个生产过过程实质质上是一一个数据据采集、、传递和和加工处处理的过过程。最最终形成成的产品品，可以以看作数数据的物物质表现现。11

从这两个个观点可可以看，，CIM是是一种新新的制造造思想和和技术形形态，是是信息技技术与制制造过程程相结合合的自动动化技术术与科学学，是未未来工厂厂的模式式。这两个观观点至今今仍是CIM的的核心部部分，其其实质内内容是信信息（数数据）的的集成。。但是，，由于当当时的技技术限制制，还不不足以把把企业内内部的全全部生产产经营活活动连接接起来，，因而哈哈林顿博博士的看看法并没没有立即即引起人人们的广广泛注意意。直到到20世世纪80年代，，这一概概念才被被普遍接接受。12CIMS的定义义CIM是组织现现代化生生产的一一种哲理理，是一一种指导导思想，，CIMS是这种哲哲理的实实现在CIMS的研究和和实施中中必须强强调“信信息流””和“系系统集成成”这两两个最基基本观点点。CIMS定义为：：CIMS是基于CIM哲理构成成的优化化运动的的企业制制造系统统13

日本能源源协会在在1991年提提出CIM的定定义是：：“CIM是以以信息作作为媒介介，用计计算机把把企业活活动中业业务领域域及其职职能集成成起来，，追求整整体效率率的新型型生产系统。””IBM公司1990年提出CIM的定义是是：“应应用信息息技术提提高组织织的生产产率和响响应能力力。”日本大孤孤工业大大学栗山山仙之助助教授认认为：CIM中“C”有计算机机、控制制和通信信的含义义，“I”具有集成成的含义义，而““M”包含有制制造、市市场和管管理内涵涵14

欧共体CIM—OSA课题委员员会也提提出了被被认为是是最权威威最科学学的定义义：“CIM是信息技技术和生生产技术术和综合合应用，，旨在提提高制造造型企业业的生产产率和响响应能力力，由此此，企业业的所有有功能、、信息、、管理方方面都是是一个集集成起来来的整体体的各个个部分”15

CIMS是现代制制造企业业的一种种生产、、经营和和管理模模式。它以计算算机网络络和数据据库为基基础，利利用信息息技术（（包括计计算机技技术、自自动化技技术、通通信和现代管管理技术术)将制制造企业业的经营营、管理理、计划划、产品品设计、、加工制制造、销销售及服服务等全全部生产产活动集集成起来来，将各各种局部部自动化化系统集集成起来来，将各各种资源源集成起起来，将将人、机机系统集集成起来来，实现现整个企企业的信信息集成成，达到到实现企企业全局局优化、、提高企企业综合合效益和和提高市市场竞争争能力的的目的。。

16在CIMS中主主要包含含四个要要素及两两个特征征。四个要素素如下：：1）CIMS适适用于各各种中、、小批量量的离散散生产过过程型制制造厂。。2）CIMS应应将制造造工厂的的生产经经营活动动都纳入入到多模模式、多多层次、、人机交交互的自自动化系系统之中中。3）CIMS由由多个自自动化子子系统有有机综合合而成。。4）CIMS的的目的是是提高经经济效益益、提高高柔性、、追求总总体动态态优化。。CIMS的基本本特点17

两个特征征为：1）在功功能上，，CIMS包含含了一个个工厂的的全部生生产经营营活动，，即从市市场预测测、产品品设计、、加工制制造、质质量管理理到售后后服务的的全部活活动。CIMS比传统统的工厂厂自动化化范围大大得多，，是一个个复杂的的大系统统。2）CIMS涉涉及的自自动化不不是工厂厂各个环环节的自自动化、、计算机机及网络络的简单单相加，，而是有有机的集集成。这这里的集集成，不不仅是物物料、设设备的集集成，主主要体现现的是以以信息集集成为本本质的技技术集成成。18CIMS中的集成成及集成成关系CIMS中的集成成:（1）人人员集成成管管理者、、设计者者、制造造者、保保障者（（负责质质量、销销售、采采购、服服务等的的人员））以及用用户应集集成为一一个协调调整体。。（2）信信息集成成产产品生产产周期中中和类信信息的获获取、表表达、处处理和操操作工具具集成为为一体，，组成统统一的管管理控制制系统。。特别是是产品信信息模型型（PIM）和和产品数数据管理理（PDM）在在系统中中应进行行一体化化的处理理。（3）功功能集成成产产品生命命周期中中，企业业各部门门功能集集成，以以及产品品开发与与外部协协作企业业间功能能的集成成。（4）技技术集成成产产品开发发全过程程中，涉涉及的多多学科知知识以及及各种技技术、方方法的集集成，并并形成集集成的知知识库和和方法库库，以利利于CIMS的的实施。。19CIMS技术的集集成关系系CIMS的关键键是集成成（Integration），英英国扶夫夫堡大学学Weston教授对对集成有有一个很很简洁的的定义：：集成是指指针基于于信息技技术的资资源及应应用（计计算机硬硬/软件件、接口口及机器器）集聚聚成一个个协同工工作的整整体。集集成包含含功能交交互（FI）、、信息共共享（IS）及及数据通通信（DC），，如图所所示，也也就是说说在一个个集成系系统的各各子系统统之间，，需要对对信息共共享、信信息交互互以及信信息通信信进行管管理与控控制。20

图1集集成的概概念21

全局集成成和局部部集成CIMS的集成成，如果果按集成成所覆盖盖企业业业务的程程度分，，可分为为全局集集成和局局部集成成。全局集成成是指信信息技术术和生产产技术在在整个企企业业务务范围内内综合应应用的集集成；局部集成成是指一一个分系系统或企企业一个个部门内内的集成成。全局集成成进一步步细化可可分为：：工作流流程集成成、物流流集成和和信息（（流）集集成。信信息集成成是企业业集成的的集中反反映，是是CIMS集成成的基础础。22

图2CIMS的三个个集成层层次23

从企业模模型、CIMS模型和和网络开开放系统统互连（（OSI）模型型出发，，CIMS信息息集成包包括三个个层次：：物理集集成、应应用集成成和经营营集成，，如图2所示。。物理集成成是一切切信息集集成工作作的基础础。应用集成成又称应应用软件件集成，，它可提提供某些些机制，，能使过过程之间间共享公公共数据据和公共共资源。。为了实实现应用用软件集集成，各各种应用用软件必必须是可可互相连连接和多多植的。。经营集成成又称业业务集成成，它可可支持稳稳定的决决策过程程。它是是在应用用集成的的基础上上实现各各种经营营（业务务）功能能的完整整集成。。24

纵向集成成和横向向集成CIMS的集成成，如果果按企业业组织的的层次划划分，则则可分为为纵向集集成和横横向集成成，如图图3所示示。纵向集成成又称为为垂直集集成，是是指日常常运用系系统、计计划、检检查直至至最高领领导层在在业务、、组织和和信息方方面的集集成。横向集成成又称水水平集成成，它是是指各日日常运用用系统的的集成。。在CIM中经常常被人们们提及的的并行工工程及准准时化生生产（JIT））就是两两种最为为典型的的水平集集成，而而制造资资源规划划（MRP-II）则则是一种种垂直集集成。25

图3横横向集集成和纵纵向集成成26

CIMS旨在通通过计算算机和网网络系统统将企业业的技术术（研究究开发））、经营营、销售售等全部部职能有有机地集集成起来来，实现现企业各各项活动动的高效效、协调调和企业业的总体体优势，，以适应应人们对对产品多多样化、、个性化化、高级级化的需需求。如图4所所示，为为CIMS技术术集成关关系图。。集成和和连接不不一样，，它不是是简单地地把两个个或多个个单元连连在一起起，而是是将原来来没有联联系或联联系不紧紧密的单单元组成成为有一一定功能能的、紧紧密联系系的新系系统。两两种或多多种功能能的集成成包含着着两种或或多种功功能之间间的相互互作用。。集成是是属于系系统工程程中的系系统综合合、系统统优化范范围。27

图1.14CIMS技术术集成关关系图28CIMS的体系结结构一个制造造企业从从功能看看，可以以简单地地分为设计、制制造、经经营管理理三个主要要方面。。由于产产品质量量对一个个制造企企业的竞竞争和生生存越来来越重要要，因此此，常常常也把质量保证证系统作为企业业功能的的主要方方面之一一。为了了实现企企业功能能的集成成，还需需要有一一个支撑撑环境，，包括网络、数数据库（DB）和集成方方法—系统技术术。其CIMS的功能构构成如图图5所示。29

图5CIMS的功功能构成成30

图6为CIMS功能体体系的逻逻辑模型型功能体系系结构模模型采用用递阶控控制是与与自动化化加工密密切相关关的，自自动化递递阶控制制的原则则是当上一层向向下一层层下达工工作控制制指令时，上层需要要检查执执行该指指令的全全部资源源是否准准备就绪绪（这这些资源源包括工工装、加加工对象象、机床床、刀具具量具、、NC指指令程序序、测量量程序、、加工工工艺等）），只有有在全部部资源到到位时工工作指令令才能从从上层递递阶到下下层，从从而使物物流和信信息流能能够同时时达到下下一层时时实现自自动化加加工。31

图6CIMS功能系统统模型32

CIMS体系分系系统根据CIMS的功能构构成，CIMS是由4个功能分分系统和和两个支支撑分系系统组成成。CIMS通常是由由管理信信息系统统（MIS）、产品设计计与工程程设计自自动化系系统（又又称工程程设计集集成系统统，EDIS）、制造自动动化（柔柔性自动动化）系系统（MAS）、计算机辅辅助质量量保证系系统（CAQ）以及计算算机网络络（NETS）和数据管管理系统统（DBS）等6个部分有有机地集集成起来来的。然而，这这并不意意味着任任何一个个工厂企企业在实实施CIMS时都必须须同时实实现这6个分系统统。33

图7CIMS的的6个分分系统34管理信息息系统（（CIMS/MIS—ManagementInformationSystem)CIMS/MIS的基本结结构如图图8所示。以上模块块是以生生产计划划与控制制作为主主线来进进行说明明的。实实际上，，财务管管理和成成本管理理亦是MIS分系统的的重要组组成部分分。目标是通通过信息息集成，，缩短产产品生产产周期，，降低流流通资金金占用，，提高企企业应变变能力35

图8CIMS//MIS基本结结构36工程设计计集成分分系统（（CIMS/EDIS）该分系统统的目标标是使产产品开发发活动能能够高效效、优质质、自动动地进行行。如图图9所示，工程设计计集成分分系统是是CIMS中的一个个核心分分系统，，它包括括CAD（计算机辅辅助设计计）、CAPP（计算算机辅助助工艺规规划）、、CAM（计算算机辅助助制造））和NCP（数数控程序序编制））等子系系统.用以支承承产品的的设计和和工艺准准备等功功能，处处理有关关产品结结构方面面的信息息。37图9CIMS中的工程程设计分分系统CADCAPPCAMNCPP工装CAD工程设计计集成分分系统（（DEDIS））38

图10EDIS与与CIMS其它它分系统统的接口口信息EDISMISMASCAQ新产品开开发任务务书技术指标标、时间间要求、、修改说说明任务审核核信息能力需求求说明、、批量建建议和计划任务进度度信息、、估计成成本技术指标标开发数据据方法、、任务状状态数据据工装、设设备要求求、能力力数据工艺定额额故障信息息统计设备信息息生产过程程统计信信息零件图、、工艺文文件NC程序序DNC故故障诊断断结果设备故障障诊断结结果零件设计计工艺要要求加工工艺艺线路刀具、夹夹具、量量具信息息零件公差差设计质量量评审信信息质量处理理分析单单工艺能力力分析及及工艺改进措施施39制造自动动化分系系统（CIMS/MAS）该分系统统的目标标是使产产品制造造活动最最优化。。在CIMS的的递阶控控制结构构中，MAS处处于车间间层以下下的底3层（单单元层、、工作站站层和设设备层）），它是是构成柔柔性制造造自动化化控制系系统、实实现制造造环境与与其它系系统集成成的基础础，也是是制造自自动化系系统重点点研究的的课题。。它包括各各种不同同自动化化程度的的制造系系统，如如NC机机床、柔柔性制造造单元（（FMC）、柔柔性制造造系统（（FMS）以及及其他制制造单元元，用以以实现信信息流对对物流的的控制并并完成物物流的转转换，是是CIMS信息息流和物物流结合合部，也也是CIMS最最终产生生经济效效益的聚聚集地40CNCDNCFMCFMSFALAGVAS自动化制制造分系系统（AMS））图11自自动化制制造分系系统（AMS）41计算机辅辅助质量量保证分分系统（（CIMS/CAQ)系统的目目标是保保证从产产品设计计、制造造、检验验到售后后服务整整个过程程的质量量。CIMS//CAQ的组织织结构分分规划层层、管理理层和执执行层三三层，如如图12所示。。其中规划划层为根根据有关方方针与法法规制定定的企业业规划、、计划、、工作制制度以及及有关的的质量技技术规程程，包括括检测计计划、规规章制度度等.42

图12CAQ分系统统结构质量规划划与决策策质量评价价分析控制与信信息管理理质量信息息采集与与现场分析析（分厂厂、车间计计算机）质量信息息采集与与现场分系系（自动采采集系统统）规划层管理层执行层43

CIMS支持的的CAQ分系统统将贯穿穿质量管管理的全全过程，，覆盖全全企业各各主要处处、室、、分厂，，并逐步步实现与与MIS、MAS和EDIS分系统统的集成成。CAQ与与CIMS中其其它分系系统之间间的联系系如图13所示示。44

45数据管理理分系统统（CIMS/DBS)系统的目目标是管管理整个个CIMS的数据，，实现数数据的集集成和共共享。数数据管理理分系统统和计算机网网络分系系统是CIMS环境中中的两个个重要支支撑系统统，也是是CIMS信息息集成的的关键。。CIMS环境下下的4个个功能分分系统的的信息数数据都要要在一个个结构合合理的数数据库系系统中进进行存贮贮，并通通过计算算机网络络提供的的系统互互通能力力，将物物理上分分布的不不同功能能分系统统中的数数据联系系起来，，达到信信息交换换和共享享的目的的。DBS既既是CIMS信信息流的的载体，，又对信信息进行行控制和和管理，，并为CIMS提供集集成的手手段46全局共享享数据软软件全局DB集成接口口服务软软件CAD共共享数据据PMS共共享数据据CAQ共共享数据据BMS共共享数据据AMS共共享数据据CADAMSBMSCAQPMS用户用户用户用户用户图14数数据管理理分系统统47网络分系系统（CIMS/NETS）系统的目目标是传传递CIMS各各个分系系统之间间和内部部的信息息，实现现的数据据传递和和系统通通信功能能。CIMS网络技技术是实实施CIMS应应用工程程的重要要支撑技技术之一一，而一一个开放放的适合合于企业业活动的的异构计计算机网网络是CIMS集成的的基础。。只有通通过计算算机网络络系统，，才能完完成动态态控制和和管理的的各功能能分系统统的互联联，实现现信息传传输和交交流，使使互联系系统共享享工程资资源、数数据库和和存贮空空间。48图15CIMS层次结结构及数数据流49

CIMS的底层设设备与控控制器连连接有两两种方式式，即现现场总线线和点一一点通信信方式。。在CIMS环境下，，由于各各部门通通信要求求有很大大差别，，因此，，采用单单一类型型的网络络是不现现实的，，必须根根据不同同要求，，选择不不同网络络，以达达到优化化组合。。如图16所示为一一个CIMS网络结构构的实例例50

图16CIMS网络结构构实例51

图17CIMS网络结构构实例52面向功能能和控制制和的CIMS体系结结构根据系统统工程原原理，一一方面对对CIMS进行行正确、、合理、、精简而而又充分分的分解解，不应应有冗余余的分系系统和子子系统，，其功能能的冗余余要尽可可能少。。另一方面面，要求求有合理理的“垂垂直”分分解与集集成，即即确定合合理的递递阶控制制层数。。在保证证有效控控制的前前提下，，尽量减减少递阶阶控制的层层数53

图18所示为美美国制造造工程学学会（ASME）提出的轮轮式结构构。其“核””为集成成系统体体系结构构；内层层为支撑撑分系统统，包括括共享数数据、信信息资源源管理与与通信；；中层可可“水平平”分解解为工程程设计（（产品/过程）、、制造计计划与控控制以及及工厂自自动化3个分系统统；外层层则有市市场、战战略规划划、财务务及制造造管理和和人力资资源管理理等分系系统。54

图18ASME提提出出的面向功能能构成的的CIMS体系结构构55CIMS体系结结构56一个系统统为满足足该系统统的目的的和要求求所具有有的形状状、特征征和状态态的结构构化布置置。1.轮图的核核心是顾顾客2.围围绕顾客客的是企企业中的人员和和群体工工作方法法3.是是信息（（知识））共享系系统4.企企业的活活动层5.企业业管理层层6.企企业的外外部环境境57优点：CIMS系统分分解成几几个分系系统，减减少全局局控制和和开发的的难度。。这类体系系结构提提出较早早，较成成熟。已已广泛应应用。轮式结构构以共享享数据库库和网络络把各单单元技术术连接成成一个整整体，系系统各组组成部分分及其关关系清楚楚。但忽忽略人的的因素。九十年代代后期该该结构提提出改进进强调以以用户为为核心，，重视人人、技术术、组织织的集成成和知识识共享并并覆盖产产品生命周期。。国内863计划划CIMS主题题提出的的面向控控制体系系结构如如图19所示58CIMS全体设计计划划层单元控制制层设备层工作站控控制层作业管理理层经营计划划层产品类1产品类N工作类1工作类N。。。单元N单元1。。。。。工作站1工作站N。。。。。。设备1设备N。。。。。。。。。图19我我国提出出的六层层CIM层次模模型….59面向CIM系统统集成平平台的体体系结构构面向CIM系统统集成平平台的体体系结构构是一些些计算机机公司为为了解决决CIM系统中中众多软软件的支支持和连连接问题题所推出出的标准准化平台台。如Digital公司司、IBM公司司图20为IBM公司司的CIMS体体系结构构。类似似于CIM-OSA（（OPENSYSTEMARCHITECTURE）中的的集成基基础结构构。CIM-OSA研研究并未未实用化化，因此此这类应应付市场场需要的的工具平平台会有有支持面面不宽的的可能性性和危行行性。60应用层材料跟踪踪单元控制制系统质量量控制其它输入/输输出应用使能能器（平平台）系统使能能器（平平台)数据管理理设备管理理网络通信信生产监控控通用服务务层硬件/软软件操作作系统层层生成/运行环境数据库图20IBM公公司的CIMS体系结结构61CIMS的控制体体系由于CIMS的功能和和控制要要求十分分复杂，，采用常常规控制制系统很很难实现现。前美美国国家家标准局（现美美国国家家标准与与技术研研究院，，NIST）建建立的CIMS实验研研究基地地——自自动化制制造研究究基地（（AMRF—AutomatedManufacturingResearchFacility）曾曾提出了了著名的的CIMS五级级递阶控控制模型型，如图图21所所示，这五级分分别是：：工厂层层、车间间层、单单元层（（FMS主控层层）、工工作站层层和设备备层。每每一层双双可分解解为多个个模块，，都由数数据驱动动，并可可扩展成成树状结结构。62

图21CIMS的五五级递阶阶控制模模型63工厂层控控制系统统——履履行厂部部职能。。功能有：：市场预预测、制制定生产产计划、、确定生生产资源源需求、、制定资资源规划划、制定定产品开开发及工工艺过程程规划、、厂级经经营管理理。可分为三三个子系系统：生生产管理理、信息息管理、、制造工工程。64车间层控控制系统统——根根据工厂厂层生产产计划，，协调车车间的生生产和辅辅助性工工作，完完成这些些工作的的资源分分配。有两个模模块1、作业业模块：：按排生生产计划划（如作作业定单单的制定定、发放放和管理理；单元元任务分分配；设设备利用用跟踪；；设备维维修按排排。）2、资源源分配模模块：负负责单元元层各项项目在具具体加工工时所需需的设备备和材料料65单元层控控制系统统功能是安安排零件件通过工工作站的的分批顺顺序；管管理物料料储运、、检验及及其它有有关辅助助性工作作。如任任务分解解、资源源需求分分析。单元层也也是FMS的控控制层完完成生产产计划实实施、计计划命令令逐级下下达等任任务主要模块块有：排排队管理理模块、、调度模模块、分分配模块块。66工作站层层控制系系统：指指挥和协协调车间间中一个个设备小小组的活活动。一一个典型型的工作作站由一台机器器人、一一台机床床、一个个物料储储运器、、和一台台控制计计算机构构成。设备层：：各类设设备，是是前沿系系统。对对设备采采用控制制是为了了扩大设设备的功功能。67CIMS系统的的关键技技术1、现代代集成制制造系统统理论和和支持技技术离散事件件动态系系统理论论系统集成成与企业业优化技技术系统仿真真技术智能技术术与方法法68离散事件件动态系系统是80年年年代发展展起来的的一门学学科，它它由美国国哈佛大大学何益益奇等教教授提出出。这是是一种特特殊的动动态系统统其演化化过程不不能用连连续变量量来描述述。它以排队队网络为为模型。。基础是是随机过过程理论论。692、现代代集成制制造系统统中的信信息技术术产品数据据管理技技术（PDM））现代制造造集成网网络技术术产品模型型数据交交换标准准（STEP））产品全生生命周期期管理技技术（PLM））703、计算算机辅助助计术计算机辅辅助设计计（CAD）计算机辅辅助工艺艺规划（（CAPP）计算机辅辅助制造造（CAM）计算机辅辅助质量量管理（（CAQ）714、现代集成成制造系系统的集集成平台台技术软构件及及其标准准接口现代集成成制造系系统应用用集成平平台725、制造造过程控控制技术术数字控制制技术（（NC））柔性制造造技术（（FMT）智能制造造技术（（IMT）73CIMS的发展现现状国外CIMS发展简况况进入20世纪80年代代以来，，发达国国家经过过几十年年大工业业生产的的积累，，人们的的基本物物质需要要得到了了相对满满足。为为了适应应人们日日益多样样化的需需求，市市场竞争争空前激激烈。其其主要特特点是：：(1)产产品的的生产周周期越来来越短据资料记记载，20世纪纪60年年代机电电产品市市场寿命命超过十十年者占占32%%，到20世纪纪80年年代降为为15%%，而产产品市场场生命周周期在5年以下下者则由由38%%猛增到到65%%～70%。74

(2)产品的品品种增多多，批量量减少以日本的的汽车行行业为例例，如果果用发动动机的输输出功率率、外观观颜色以以及音响响设备等等条件来来区小汽汽车的种种类，就就有几千千种之多多。据日日本1993年年提供的的资料表表明，一一种车型型的产量量最多是是17台台，最少少是6台台。在美美国90%左右右的产品品生产批批量小于于50件件。(3)产品质量量、价格格和交货货期已成成为增强强企业竞竞争力的的3个决决定因素素市场竞争和和计算机机技术的的发展，，引起了了企业对对CIM的强烈烈需求。。许多国国家都把把推行CIM作作为一项项重要的的国策来来对策。。75美、欧、、日CIMS开开发应用用的进展展及战略略1991年3月，美国国国家关关键技术术委员会会在向总总统提交交的双年年度报告告中，介介绍了22项对于美美国长期期安全和和经济繁繁荣至关关重要的的技术，，其中，，把CIM列为“制制造”技技术类中中的四大大关键技技术之首首，从政政府技术术发展战战略高度度明确了了制造企企业推行行CIM的必要性性和发展展方向。。这也是长长期以来来美国发发展科学学技术的的战略方方针，即即保障国国家安全全和提高高工业在在国际上上的竞争争力的新新体现。。在此以以前，美美国空军军、美国国陆军、、陆军器器材部、、国防部部、国家家标准技技术研究究院以及及国家科科学基金金会等政政府部门门都制订订了发展展CIM的战略规规划，并并取得了了重要的的实施成成果76

国家支持持在美国国国家科学学基金会会的支持持下，投投资上千千万美元元的普度度（Purdue）大学、杨杨百翰（（BrighamYoung）大学和俄俄亥俄（（Ohio）州立大学学分别建建立了““计算机机集成和和制造自自动化中中心（CIMAC）”、““CIM研究中心心和研究究多种CIM技术的杰杰出研究究中心””，有效效地推动动CIM技术的发发展与应应用77

CIM的概念和和主要单单元技术术如NC、CAD、制造资源源规划（（MRP--II）、FMS等都来源源于美国国，并且且美国在在这些领领域的研研究上仍仍保持着着总体优优势。民间研究究另外，许许多从事事信息技技术的厂厂家也是是开发和和提供CIM技术产品品的主要要力量，，如著名名的计算算机系统统公司IBM、DEC、HP等都建立立了自己己的CIM产品体系系结构，，向企业业提供成成套的CIM技术方案案和计算算机环境境（硬件件、软件件）以及及实施咨咨询业务务78

制造业中中的许多多大公司司为提高高本公司司的竞争争力率先先应用了了CIM技术，，例如通用用汽车公公司、波波音飞机机公司、、西屋公公司、麦麦克唐纳纳飞机制制造公司司等都耗耗费巨资资采用CIM技技术，因因而，使使工厂生生产效率率提高40%～～70%%，工程程费用减减少15%～30%，，新产品品研制周周期缩短短30%%～60%，设设备利用用率提高高2～3倍。但但美国政府府对CIM应用用的工业业规模缺缺乏统一一规划和和有力的的支持措措施，这这是美国国CIM发展战战略上的的一个弱弱点。79西欧作为为世界三三大技术术中心之之一，在在高技术术的发展展中一向向扮演重重要角色色。西欧欧发展CIM的的战略有有两个层层次：第一层次次是西欧欧多国群群体的共共同合作作战略；；第二层层次是各各国国内内的CIM战略略。西欧的CIM发发展战略略主要体体现在尤尤里卡（（EURECA——EuropeanResearchCoordinationAgency）计划划和欧共共体（ESPRIT———EuropeanStrategicProgrammeforResearchandDevelopmentinInformationTechnologies））计划中中。80

尤里卡即即欧洲研研究协调调组织。。该组织由由西欧17国共共同组成成，此宗宗旨在实实现西欧欧技术振振兴，此此宗旨是是1985年4月由法法国总统统在内阁阁会议上上提出，，同年7月经西西欧17国外长长及科技技部长会会议讨论论后正式式执行的的。主要要开发的的项目有有：(1)大大型生生产过程程管理系系统：研研究开发发具有运运行、诊诊断、预预测、决决策、监监控功能能的综合合管理系系统。需需开发的的基础技技术有：：知识表表述技术术、专家家系统、、人机工工程等。。(2)柔柔性自动动化工厂厂：建立立具有CAD//CAM系统的的产品多多样化的的自动化化工厂，，运用计计算机和和机器人人系统实实现产品品的生产产和管理理。81

欧共体即即欧洲信信息技术术研究和和开发战战略计划划。1982年初欧欧共体经经济顾问问委员会会调查了了欧洲经经济未来来发展情情况，发发现西欧欧在信息息技术方方面落后后于美国国和日本本，因而而向欧共共体委员员会提交交调查报报告并着着手制订订ESPRIT计划。。1982年6月起欧欧共体部部长会议议开始审审议此计计划，并并肯定了了其重要要性，1983年试行行，1984年年2月正正式批准准执行此此计划。。通过本本计划的的执行，，使“IT（信信息技术术）”的的供应厂厂商和用用户企业业能更好好地利用用其资源源对付北北美和日日本的挑挑战，同同时研究开发发CIM开放体体系结构构和通信信标准，，用以推推进CIM的集集成。欧洲制造造业比较较强大，，整体资资源条件件很好，，并具有有良好的的系统、、广阔的的市场和和许多优优秀人才才，但较较为分散散，而且且技术合合作受到到语言和和文化的的障碍，，因而需需要统一一计划、、合作研研究和开开发。82

西欧各国国本国的的CIM发展，虽虽然因各各国特点点和问题题不同，，但都已已受到政政府的重重视各国国在CIM方面的基基础有很很大差异异，各有有优势例例如：法国在CIM建模方法法论和CAD技术研究究方面，，英国在在纺织工工业的CIM方面，德德国在CIM技术基础础和工业业应用方方面，瑞瑞士在精精密制造造系统技技术方面面，意大大利在NC机床和自自动化加加工系统统等方面面各有很很强的优优势。由于欧共共体已形形成一个个紧密的的国际合合作群体体，西欧欧各国互互相补充充互相借借鉴共同同提高的的机制对对西欧CIM的发展产产生了巨巨大的推推进作用用83

自20世纪80年代中期期以来，，日本逐逐渐加强强了CIM的应用开开发，很很快吸收收了美国国提出的的CIM思想，并并在生产产实践中中合理而而有效地地加以应应用，根根据具体体情况发发展适用用于日本本企业的的CIMS。一些大学学和企业业研究开开发部门门被纳入入CIM重大共性性问题的的研究工工作中。。目前，，从事CIM研究开发发的大学学主要有有东京大大学、东东京都立立大学等等，这些些大学的的著名专专家都在在各自相相关协会会中从事事技术指指导工作作84

日本的CIM系系统集成成商有计计算机公公司如富富士通、、NEC、日立立、YHP等，，也有大大型企业业的系统统工程部部门如新新日铁、、NKK（日本本钢管））、东芝芝公司、、三菱电电机等。日本制造造企业是是CIM的市场场主体，，各大企企业基本本上都已已开始CIMS的开发发与应用用，而且且有相当多的的企业已已比较成成功地开开发和应应用了CIM技技术。如：日本本精工公公司、村村田机械械公司、、横河HP公司司、冲电电气公司司、富士士电机公公司、法法纳克公公司、山山崎铁工工所、丰丰田工机机、川崎崎制铁等等。85

山崎铁工工所（YamazakiMazak）研制的CIMS系统86

法纳克（（FANUC））筑波工工厂的CIMS87

纵观国外外CIMS研究和应应用工程程的开发发，大致致经历了了3个发展阶阶段：以信息集集成为特特征的阶阶段（20世纪70～80年代）这一阶段段企业发发展的需需求是产产品生产的自自动化，，随着电电子信息息技术的的发展，，相应的的各种单单元技术术，如CAD、CAM、工业机机器人、、FMS、MRP--II得到了广广泛的应应用。这些单元元技术的的集成，，使企业业各种生生产要素素之间的的配置得得到优化化，制造造资源能能够充分分利用，，给企业业带来了了明显的的经济效效益。