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

信息技术和机电一体化技术的发展推动了制造产业结构的不断变革，促进了生产过程自动化水平进一步提高。企业自动化也由“点”（即单机自动化）到“线”（即由多种自动化设备组成的生产线），再由“线”发展到“面”（通过引入柔性制造系统，力图实现企业设备组成的生产线），进而由“面”向“立体”（指企业全部生产系统和企业内部业务实现综合自动化）的方向发展，以期实现企业全部业务的一元化、集成化和高效化。3

计算机集成制造（CIM——omputerIntegratedManufacturing）技术正是制造业实现这一愿望的技术途径。计算机集成制造系统（CIMS——ComputerIntegratedManufacturingSystem）是当代生产自动化领域的前沿学科，也是集多种高新技术为一体的现代化制造技术

4CIMS的提出

20世纪60年代以来，为解决制造业所面临的一系列难题，许多新技术被应用到制造业中。这些新技术主要有：数控（NC）、分布式数控（DNC）、计算机数控（CNC）、物料需求计划（MRP）、制造资源规划（MRP-II）、计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺设计（CAPP）和机械制造中的成组技术（GT）以及机器人（Robot）等。

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但是这些新技术并没有带来人们曾经预测的巨大效益，主要原因在于它们只是离散地分布在制造业的各个子系统中，只能使系统的局部达到自动化和最优化，而未能使整个生产过程长期在最优化状态下运行。为了解决这个问题，人们逐步提出了计算机集成制造（CIM）这一新思想。6自动化孤岛71+1=2?

8将“自动化孤岛”集成在一起9将“自动化孤岛”集成在一起10CIM是美国国乔赛夫·哈哈林顿博士（（Joseph.Harrington）1973年针针对企业所面面临的激烈的的市场竞争形形势，根据计计算机技术在在工业生产中中的应用情况况，预见其必必然的发展趋趋势，提出的的组织企业生生产的一种哲哲理。哈林顿顿博士提出的的CIM概念念的基本论点点为：1）企业生产产的各个环节节，即从市场场分析、产品品设计、加工工制造、经营营管理到售后后服务的全部部生产活动，，是一个不可可分割的整体体，要紧密连连接、统一考考虑。2）整个生产产过程实质上上是一个数据据采集、传递递和加工处理理的过程。最最终形成的产产品，可以看看作数据的物物质表现。11从这两个观点点可以看，CIM是一种种新的制造思思想和技术形形态，是信息息技术与制造造过程相结合合的自动化技技术与科学，，是未来工厂厂的模式。这两个观点至至今仍是CIM的核心部部分，其实质质内容是信息息（数据）的的集成。但是是，由于当时时的技术限制制，还不足以以把企业内部部的全部生产产经营活动连连接起来，因因而哈林顿博博士的看法并并没有立即引引起人们的广广泛注意。直直到20世纪纪80年代，，这一概念才才被普遍接受受。12CIMS的定定义CIM是组织现代化化生产的一种种哲理，是一一种指导思想想，CIMS是这种哲理的的实现在CIMS的研究和实施施中必须强调调“信息流””和“系统集集成”这两个个最基本观点点。CIMS定义为：CIMS是基于CIM哲理构成的优优化运动的企企业制造系统统13日本能源协会会在1991年提出CIM的定义是是：“CIM是以信息作作为媒介，用用计算机把企企业活动中业业务领域及其其职能集成起起来，追求整整体效率的新新型生产系统。”IBM公司1990年提出CIM的定义是：““应用信息技技术提高组织织的生产率和和响应能力。。”日本大孤工业业大学栗山仙仙之助教授认认为：CIM中“C”有计算机、、控制和通信信的含义，““I”具有集成的的含义，而““M”包含有制造造、市场和管管理内涵14欧共体CIM—OSA课题委员会也也提出了被认认为是最权威威最科学的定定义：“CIM是信息技术和和生产技术和和综合应用，，旨在提高制制造型企业的的生产率和响响应能力，由由此，企业的的所有功能、、信息、管理理方面都是一一个集成起来来的整体的各各个部分”15CIMS是现代制造企企业的一种生生产、经营和和管理模式。。它以计算机网网络和数据库库为基础，利利用信息技术术（包括计算算机技术、自自动化技术、、通信和现代管理理技术)将将制造企业业的经营、、管理、计计划、产品品设计、加加工制造、、销售及服服务等全部部生产活动动集成起来来，将各种种局部自动动化系统集集成起来，，将各种资资源集成起起来，将人人、机系统统集成起来来，实现整整个企业的的信息集成成，达到实实现企业全全局优化、、提高企业业综合效益益和提高市市场竞争能能力的目的的。16在CIMS中主要包包含四个要要素及两个个特征。四个要素如如下：1）CIMS适用于于各种中、、小批量的的离散生产产过程型制制造厂。2）CIMS应将制制造工厂的的生产经营营活动都纳纳入到多模模式、多层层次、人机机交互的自自动化系统统之中。3）CIMS由多个个自动化子子系统有机机综合而成成。4）CIMS的目的的是提高经经济效益、、提高柔性性、追求总总体动态优优化。CIMS的的基本特点点17两个特征为为：1）在功能能上，CIMS包含含了一个工工厂的全部部生产经营营活动，即即从市场预预测、产品品设计、加加工制造、、质量管理理到售后服服务的全部部活动。CIMS比比传统的工工厂自动化化范围大得得多，是一一个复杂的的大系统。。2）CIMS涉及的的自动化不不是工厂各各个环节的的自动化、、计算机及及网络的简简单相加，，而是有机机的集成。。这里的集集成，不仅仅是物料、、设备的集集成，主要要体现的是是以信息集集成为本质质的技术集集成。18CIMS中的集成及及集成关系系CIMS中的集成:（1）人员员集成管管理者、、设计者、、制造者、、保障者（（负责质量量、销售、、采购、服服务等的人人员）以及及用户应集集成为一个个协调整体体。（2）信息息集成产产品生产产周期中和和类信息的的获取、表表达、处理理和操作工工具集成为为一体，组组成统一的的管理控制制系统。特特别是产品品信息模型型（PIM）和产品品数据管理理（PDM）在系统统中应进行行一体化的的处理。（3）功能能集成产产品生命命周期中，，企业各部部门功能集集成，以及及产品开发发与外部协协作企业间间功能的集集成。（4）技术术集成产产品开发发全过程中中，涉及的的多学科知知识以及各各种技术、、方法的集集成，并形形成集成的的知识库和和方法库，，以利于CIMS的的实施。19CIMS技术的集成成关系CIMS的的关键是集集成（Integration），英英国扶夫堡堡大学Weston教授对集集成有一个个很简洁的的定义：集成是指针针基于信息息技术的资资源及应用用（计算机机硬/软件件、接口及及机器）集集聚成一个个协同工作作的整体。。集成包含含功能交互互（FI））、信息共共享（IS）及数据据通信（DC），如如图所示，，也就是说说在一个集集成系统的的各子系统统之间，需需要对信息息共享、信信息交互以以及信息通通信进行管管理与控制制。20图1集成成的概念21全局集成和和局部集成成CIMS的的集成，如如果按集成成所覆盖企企业业务的的程度分，，可分为全全局集成和和局部集成成。全局集成是是指信息技技术和生产产技术在整整个企业业业务范围内内综合应用用的集成；；局部集成是是指一个分分系统或企企业一个部部门内的集集成。全局集成进进一步细化化可分为：：工作流程程集成、物物流集成和和信息（流流）集成。。信息集成成是企业集集成的集中中反映，是是CIMS集成的基基础。22图2CIMS的三三个集成层层次23从企业模型型、CIMS模型和和网络开放放系统互连连（OSI）模型出出发，CIMS信息息集成包括括三个层次次：物理集集成、应用用集成和经经营集成，，如图2所所示。物理集成是是一切信息息集成工作作的基础。。应用集成又又称应用软软件集成，，它可提供供某些机制制，能使过过程之间共共享公共数数据和公共共资源。为为了实现应应用软件集集成，各种种应用软件件必须是可可互相连接接和多植的的。经营集成又又称业务集集成，它可可支持稳定定的决策过过程。它是是在应用集集成的基础础上实现各各种经营（（业务）功功能的完整整集成。24纵向集成和和横向集成成CIMS的的集成，如如果按企业业组织的层层次划分，，则可分为为纵向集成成和横向集集成，如图图3所示。。纵向集成又又称为垂直直集成，是是指日常运运用系统、、计划、检检查直至最最高领导层层在业务、、组织和信信息方面的的集成。横向集成又又称水平集集成，它是是指各日常常运用系统统的集成。。在CIM中中经常被人人们提及的的并行工程程及准时化化生产（JIT）就就是两种最最为典型的的水平集成成，而制造造资源规划划（MRP-II））则是一种种垂直集成成。25图3横横向集成和和纵向集成成26CIMS旨旨在通过计计算机和网网络系统将将企业的技技术（研究究开发）、、经营、销销售等全部部职能有机机地集成起起来，实现现企业各项项活动的高高效、协调调和企业的的总体优势势，以适应应人们对产产品多样化化、个性化化、高级化化的需求。。如图4所示示，为CIMS技术术集成关系系图。集成成和连接不不一样，它它不是简单单地把两个个或多个单单元连在一一起，而是是将原来没没有联系或或联系不紧紧密的单元元组成为有有一定功能能的、紧密密联系的新新系统。两两种或多种种功能的集集成包含着着两种或多多种功能之之间的相互互作用。集集成是属于于系统工程程中的系统统综合、系系统优化范范围。27图1.14CIMS技术术集成关系系图28CIMS的体系结构构一个制造企企业从功能能看，可以以简单地分分为设计、制造造、经营管管理三个主要方方面。由于于产品质量量对一个制制造企业的的竞争和生生存越来越越重要，因因此，常常常也把质量保证系系统作为企业功功能的主要要方面之一一。为了实实现企业功功能的集成成，还需要要有一个支支撑环境，，包括网络、数据据库（DB）和集成方方法—系统统技术。其其CIMS的功能构成成如图5所所示。29图5CIMS的的功能构成成30图6为CIMS功能能体系的逻逻辑模型功能体系结结构模型采采用递阶控控制是与自自动化加工工密切相关关的，自动动化递阶控控制的原则则是当上一层向下下一层下达达工作控制制指令时，上层需要检检查执行该该指令的全全部资源是是否准备就就绪（这这些资源包包括工装、、加工对象象、机床、、刀具量具具、NC指指令程序、、测量程序序、加工工工艺等），，只有在全全部资源到到位时工作作指令才能能从上层递递阶到下层层，从而使使物流和信信息流能够够同时达到到下一层时时实现自动动化加工。。31图6CIMS功能系统模模型32CIMS体系分系统统根据CIMS的功能构成成，CIMS是由4个功能分系系统和两个个支撑分系系统组成。。CIMS通常是由管管理信息系系统（MIS）、产品设设计与工程程设计自动动化系统（（又称工程程设计集成成系统，EDIS）、制造自自动化（柔柔性自动化化）系统（（MAS）、计算机机辅助质量量保证系统统（CAQ）以及计算算机网络（（NETS）和数据管管理系统（（DBS）等6个部分有机机地集成起起来的。然而，这并并不意味着着任何一个个工厂企业业在实施CIMS时都必须同同时实现这这6个分系统。。33图7CIMS的6个个分系统34管理信息系系统（CIMS/MIS—ManagementInformationSystem)CIMS/MIS的基本结构构如图8所示。以上模块是是以生产计计划与控制制作为主线线来进行说说明的。实实际上，财财务管理和和成本管理理亦是MIS分系统的重重要组成部部分。目标是通过过信息集成成，缩短产产品生产周周期，降低低流通资金金占用，提提高企业应应变能力35图8CIMS/MIS基本结结构36工程设计集集成分系统统（CIMS/EDIS）该分系统的的目标是使使产品开发发活动能够够高效、优优质、自动动地进行。。如图9所所示，工程设计集集成分系统统是CIMS中的一个核核心分系统统，它包括括CAD（计算机辅辅助设计））、CAPP（（计算机辅辅助工艺规规划）、CAM（计计算机辅助助制造）和和NCP（（数控程序序编制）等等子系统.用以支承产产品的设计计和工艺准准备等功能能，处理有有关产品结结构方面的的信息。37图9CIMS中的工程设设计分系统统CADCAPPCAMNCPP工装装CAD工程程设设计计集集成成分分系系统统（（DEDIS））38图10EDIS与与CIMS其其它它分分系系统统的的接接口口信信息息EDISMISMASCAQ新产产品品开开发发任任务务书书技术术指指标标、、时时间间要要求求、、修修改改说说明明任务务审审核核信信息息能力力需需求求说说明明、、批批量量建建议议和和计划划任务务进进度度信信息息、、估估计计成成本本技术术指指标标开发发数数据据方方法法、、任任务务状状态态数数据据工装装、、设设备备要要求求、、能能力力数数据据工艺艺定定额额故障障信信息息统统计计设备备信信息息生产产过过程程统统计计信信息息零件件图图、、工工艺艺文文件件NC程程序序DNC故故障障诊诊断断结结果果设备备故故障障诊诊断断结结果果零件件设设计计工工艺艺要要求求加工工工工艺艺线线路路刀具具、、夹夹具具、、量量具具信信息息零件件公公差差设计计质质量量评评审审信信息息质量量处处理理分分析析单单工艺艺能能力力分分析析及及工工艺艺改进进措措施施39制造造自自动动化化分分系系统统（（CIMS/MAS））该分分系系统统的的目目标标是是使使产产品品制制造造活活动动最最优优化化。。在在CIMS的的递递阶阶控控制制结结构构中中，，MAS处处于于车车间间层层以以下下的的底底3层层（（单单元元层层、、工工作作站站层层和和设设备备层层）），，它它是是构构成成柔柔性性制制造造自自动动化化控控制制系系统统、、实实现现制制造造环环境境与与其其它它系系统统集集成成的的基基础础，，也也是是制制造造自自动动化化系系统统重重点点研研究究的的课课题题。。它包包括括各各种种不不同同自自动动化化程程度度的的制制造造系系统统，，如如NC机机床床、、柔柔性性制制造造单单元元（（FMC））、、柔柔性性制制造造系系统统（（FMS））以以及及其其他他制制造造单单元元，，用用以以实实现现信信息息流流对对物物流流的的控控制制并并完完成成物物流流的的转转换换，，是是CIMS信信息息流流和和物物流流结结合合部部，，也也是是CIMS最最终终产产生生经经济济效效益益的的聚聚集集地地40CNCDNCFMCFMSFALAGVAS自动动化化制制造造分分系系统统（（AMS））图11自自动动化化制制造造分分系系统统（（AMS）41计算算机机辅辅助助质质量量保保证证分分系系统统（（CIMS/CAQ)系统统的的目目标标是是保保证证从从产产品品设设计计、、制制造造、、检检验验到到售售后后服服务务整整个个过过程程的的质质量量。。CIMS/CAQ的的组组织织结结构构分分规规划划层层、、管管理理层层和和执执行行层层三三层层，，如如图图12所所示示。。其中中规规划划层层为为根根据有有关关方方针针与与法法规规制制定定的的企企业业规规划划、、计计划划、、工工作作制制度度以以及及有有关关的的质质量量技技术术规规程程，，包包括括检检测测计计划划、、规规章章制制度度等等.42图12CAQ分分系系统统结结构构质量量规规划划与与决决策策质量量评评价价分分析析控制制与与信信息息管管理理质量量信信息息采采集集与与现场场分分析析（（分分厂厂、车车间间计计算算机机）质量量信信息息采采集集与与现场场分分系系（自自动动采采集集系系统统）规划划层层管理理层层执行行层层43CIMS支支持持的的CAQ分分系系统统将将贯贯穿穿质质量量管管理理的的全全过过程程，，覆覆盖盖全全企企业业各各主主要要处处、、室室、、分分厂厂，，并并逐逐步步实实现现与与MIS、、MAS和和EDIS分分系系统统的的集集成成。。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。4445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49CIMS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网络结结构实例例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所所示为美美国制造造工程学学会（ASME）提出的的轮式结结构。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、资资源分分配模模块：：负责责单元元层各各项目目在具具体加加工时时所需需的设设备和和材料料65单元层层控制制系统统功能是是安排排零件件通过过工作作站的的分批批顺序序；管管理物物料储储运、、检验验及其其它有有关辅辅助性性工作作。如如任务务分解解、资资源需需求分分析。。单元层层也是是FMS的的控制制层完完成生生产计计划实实施、、计划划命令令逐级级下达达等任任务主要模模块有有：排排队管管理模模块、、调度度模块块、分分配模模块。。66工作站站层控控制系系统：：指挥挥和协协调车车间中中一个个设备备小组组的活活动。。一个个典型型的工工作站由一台机机器人人、一一台机机床、、一个个物料料储运运器、、和一一台控控制计计算机机构成成。设备层层：各各类设设备，，是前前沿系系统。。对设设备采采用控控制是是为了了扩大大设备备的功功能。。67CIMS系系统的的关键键技术术1、现现代集集成制制造系系统理理论和和支持持技术术离散事事件动动态系系统理理论系统集集成与与企业业优化化技术术系统仿仿真技技术智能技技术与与方法法68离散事事件动动态系系统是是80年年年代发发展起起来的的一门门学科科，它它由美美国哈哈佛大大学何何益奇奇等教教授提提出。。这是是一种种特殊殊的动动态系系统其其演化化过程程不能能用连连续变变量来来描述述。它以排排队网网络为为模型型。基基础是是随机机过程程理论论。692、现现代集集成制制造系系统中中的信信息技技术产品数数据管管理技技术（（PDM））现代制制造集集成网网络技技术产品模模型数数据交交换标标准（（STEP）产品全全生命命周期期管理理技术术（PLM）703、计计算机机辅助助计术术计算机机辅助助设计计（CAD）计算机机辅助助工艺艺规划划（CAPP））计算机机辅助助制造造（CAM）计算机机辅助助质量量管理理（CAQ）714、现代集集成制制造系系统的的集成成平台台技术术软构件件及其其标准准接口口现代集集成制制造系系统应应用集集成平平台725、制制造过过程控控制技技术数字控控制技技术（（NC）柔性制制造技技术（（FMT））智能制制造技技术（（IMT）73CIMS的发展展现状状国外CIMS发展简简况进入20世世纪80年年代以以来，，发达达国家家经过过几十十年大大工业业生产产的积积累，，人们们的基基本物物质需需要得得到了了相对对满足足。为为了适适应人人们日日益多多样化化的需需求，，市场场竞争争空前前激烈烈。其其主要要特点点是：：(1)产产品的的生产产周期期越来来越短短据资料料记载载，20世世纪60年年代机机电产产品市市场寿寿命超超过十十年者者占32%，到到20世纪纪80年代代降为为15%，，而产产品市市场生生命周周期在在5年年以下下者则则由38%猛增增到65%～70%。74(2)产品的的品种种增多多，批批量减减少以日本本的汽汽车行行业为为例，，如果果用发发动机机的输输出功功率、、外观观颜色色以及及音响响设备备等条条件来来区小小汽车车的种种类，，就有有几千千种之之多。。据日日本1993年年提供供的资资料表表明，，一种种车型型的产产量最最多是是17台，，最少少是6台。。在美美国90%左右右的产产品生生产批批量小小于50件件。(3)产品质质量、、价格格和交交货期期已成成为增增强企企业竞竞争力力的3个决决定因因素市场竞争争和计计算机机技术术的发发展，，引起起了企企业对对CIM的的强烈烈需求求。许许多国国家都都把推推行CIM作为为一项项重要要的国国策来来对策策。75美、欧欧、日日CIMS开发发应用用的进进展及及战略略1991年3月，美美国国国家关关键技技术委委员会会在向向总统统提交交的双双年度度报告告中，，介绍绍了22项对于于美国国长期期安全全和经经济繁繁荣至至关重重要的的技术术，其其中，，把CIM列为““制造造”技技术类类中的的四大大关键键技术术之首首，从从政府府技术术发展展战略略高度度明确确了制制造企企业推推行CIM的必要要性和和发展展方向向。这也是是长期期以来来美国国发展展科学学技术术的战战略方方针，，即保保障国国家安安全和和提高高工业业在国国际上上的竞竞争力力的新新体现现。在在此以以前，，美国国空军军、美美国陆陆军、、陆军军器材材部、、国防防部、、国家家标准准技术术研究究院以以及国国家科科学基基金会会等政政府部部门都都制订订了发发展CIM的战略略规划划，并并取得得了重重要的的实施施成果果76国家支支持在美国国国家家科学学基金金会的的支持持下，，投资资上千千万美美元的的普度度（Purdue）大学学、杨杨百翰翰（BrighamYoung）大学学和俄俄亥俄俄（Ohio）州立立大学学分别别建立立了““计算算机集集成和和制造造自动动化中中心（（CIMAC）”、、“CIM研究中中心和和研究究多种种CIM技术的的杰出出研究究中心心”，，有效效地推推动CIM技术的的发展展与应应用77CIM的概念念和主主要单单元技技术如如NC、CAD、制造造资源源规划划（MRP-II）、FMS等都来来源于于美国国，并并且美美国在在这些些领域域的研研究上上仍保保持着着总体体优势势。民间研研究另外，，许多多从事事信息息技术术的厂厂家也也是开开发和和提供供CIM技术产产品的的主要要力量量，如如著名名的计计算机机系统统公司司IBM、DEC、HP等都建建立了了自己己的CIM产品体体系结结构，，向企企业提提供成成套的的CIM技术方方案和和计算算机环环境（（硬件件、软软件））以及及实施施咨询询业务务78制造业业中的的许多多大公公司为为提高高本公公司的的竞争争力率率先应应用了了CIM技技术，，例如通通用汽汽车公公司、、波音音飞机机公司司、西西屋公公司、、麦克克唐纳纳飞机机制造造公司司等都都耗费费巨资资采用用CIM技技术，，因而而，使使工厂厂生产产效率率提高高40%～～70%，，工程程费用用减少少15%～～30%，，新产产品研研制周周期缩缩短30%～60%，设设备利利用率率提高高2～～3倍倍。但但美国政政府对对CIM应应用的的工业业规模模缺乏乏统一一规划划和有有力的的支持持措施施，这这是美美国CIM发展展战略略上的的一个个弱点点。79西欧作作为世世界三三大技技术中中心之之一，，在高高技术术的发发展中中一向向扮演演重要要角色色。西西欧发发展CIM的战战略有有两个个层次次：第一层层次是是西欧欧多国国群体体的共共同合合作战战略；；第二二层次次是各各国国国内的的CIM战战略。西欧的的CIM发发展战战略主主要体体现在在尤里里卡（（EURECA———EuropeanResearchCoordinationAgency））计划划和欧欧共体体（ESPRIT———EuropeanStrategicProgrammeforResearchandDevelopmentinInformationTechnologies）计计划中中。80尤里卡即欧欧洲研究协协调组织。。该组织由西西欧17国国共同组成成，此宗旨旨在实现西西欧技术振振兴，此宗宗旨是1985年4月由法国国总统在内内阁会议上上提出，同同年7月经经西欧17国外长及及科技部长长会议讨论论后正式执执行的。主主要开发的的项目有：：(1)大大型生产过过程管理系系统：研究究开发具有有运行、诊诊断、预测测、决策、、监控功能能的综合管管理系统。。需开发的的基础技术术有：知识识表述技术术、专家系系统、人机机工程等。。(2)柔性性自动化工工厂：建立立具有CAD/CAM系统的的产品多样样化的自动动化工厂，，运用计算算机和机器器人系统实实现产品的的生产和管管理。81欧共体即欧欧洲信息技技术研究和和开发战略略计划。1982年年初欧共体体经济顾问问委员会调调查了欧洲洲经济未来来发展情况况，发现西西欧在信息息技术方面面落后于美美国和日本本，因而向向欧共体委委员会提交交调查报告告并着手制制订ESPRIT计计划。1982年6月起欧共共体部长会会议开始审审议此计划划，并肯定定了其重要要性，1983年试试行，1984年2月正式批批准执行此此计划。通通过本计划划的执行，，使“IT（信息技技术）”的的供应厂商商和用户企企业能更好好地利用其其资源对付付北美和日日本的挑战战，同时研究开发CIM开放放体系结构构和通信标标准，用以以推进CIM的集成成。欧洲制造业业比较强大大，整体资资源条件很很好，并具具有良好的的系统、广广阔的市场场和许多优优秀人才，，但较为分分散，而且且技术合作作受到语言言和文化的的障碍，因因而需要统统一计划、、合作研究究和开发。。82西欧各国本本国的CIM发展，虽然然因各国特特点和问题题不同，但但都已受到到政府的重重视各国在在CIM方面的基础础有很大差差异，各有有优势例如如：法国在CIM建模方法论论和CAD技术研究方方面，英国国在纺织工工业的CIM方面，德国国在CIM技术基础和和工业应用用方面，瑞瑞士在精密密制造系统统技术方面面，意大利利在NC机床和自动动化加工系系统等方面面各有很强强的优势。。由于欧共体体已形成一一个紧密的的国际合作作群体，西西欧各国互互相补充互互相借鉴共共同提高的的机制对西西欧CIM的发展产生生了巨大的的推进作用用83自20世纪80年代中期以以来，日本本逐渐加强强了CIM的应用开发发，很快吸吸收了美国国提出的CIM思想，并在在生产实践践中合理而而有效地加加以应用，，根据具体体情况发展展适用于日日本企业的的CIMS。一些大学和和企业研究究开发部门门被纳入CIM重大共性问问题的研究究工作中。。目前，从从事CIM研究开发的的大学主要要有东京大大学、东京京都立大学学等，这些些大学的著著名专家都都在各自相相关协会中中从事技术术指导工作作84日本的CIM系统集集成商有计计算机公司司如富士通通、NEC、日立、、YHP等等，也有大大型企业的的系统工程程部门如新新日铁、NKK（日日本钢管））、东芝公公司、三菱菱电机等。日本制造企企业是CIM的市场场主体，各各大企业基基本上都已已开始CIMS的开开发与应用用，而且有有相当多的企企业已比较较成功地开开发和应用用了CIM技术。如：日本精精工公司、、村田机械械公司、横横河HP公公司、冲电电气公司、、富士电机机公司、法法纳克公司司、山崎铁铁工所、丰丰田工机、、川崎制铁铁等。85山崎铁工所所（YamazakiMazak）研制的CIMS系统86法纳克（FANUC）筑波工工厂的CIMS87纵观国外CIMS研究和应用用工程的开开发，大致致经历了3个发展阶段段