计算机集成制造系统技术

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示例第一节概概述一一、CIM的概念计算机集集成制造造（CIM）的概念念是1974年首先由由美国约约瑟夫·哈林顿（（JosephHarrington）博士在在《ComputerIntegratedManufacturing》一书中提提出的第一节概概述一一、CIM概念约瑟夫·哈林顿基基本观点点为：一是企业业的各个个生产环环节是一个不可可分隔的的整体，，需要统统一考虑虑；二是整个个生产制制造过程程实质上是是对信信息的采采集、传传递和加加工处理理的过程程，最终形形成的产产品可看看作是信信息的物物质表现现。定义：CIM是一种组组织、管管理、企企业生产产的新哲哲理CIM的概念手段：它借助助计算机软硬硬件，综合应应用(1)现代管理技术术;(2)制造技术;(3)信息技术;(4)自动化技术;(5)系统技术，将企业生产全全部过程中中有关----人----技术----经营管理三要素及其信信息流与物质质流有机地集集成并优化运运行，CIM的概念CIM目标：实现产品的--高质量---低成本---交货期短，提高企业对市市场变化的应应变能力和综综合竞争能能力。CIM的概念Iknowthegoal.CIMS的概念CIMS是在CIM哲理指导下建建立的人机系系统以达到降低成成本C（Cost）、提高质量量Q(Quality)、缩短交货周周期T（Time）等目的，从从而提高企业业的创新设设计能力和市市场竞争力。。经营理念的发发展与C、Q、T等二、CIMS产生的背景CIMS：CIMS在20世纪80年代中期才开开始重视并大大规模实施二、CIMS产生的背景产生的背景大大背景:20世纪70年代的美国产产业政策中过过分夸大了第第三产业的作作用，而将制制造业，特别别是传统产业业，贬低为“夕阳工业”.---导致:美国制造业优优势的急剧衰衰退，并在20世纪80年代初开始的的世界性的石石油危机中暴暴露无遗.---美国才开始重重视并决心用用其信息技术术的优势夺回回制造业的霸霸主地位。于于是美国及其其他各国纷纷纷制订并执行行发展计划。。---CIMS的理念、技术术也随之有了了很大的发展展。CIMS的发展轨迹系统集成优化化是CIMS技术与应用的的核心技术，，因此我们认认为，可将CIMS技术的发展从从系统集成优优化发展的角角度来划分为三个阶阶段：信息集成过程集成企业集成第一阶段：信信息集成解决的根本问问题是:解决设计、管管理和加工制制造中大量存存在的自动化孤岛问问题使信息正确、、高效的共享享和交换。信息集成是改善企业时时间（T）、质量（Q）、成本（C）、服务（S）所必需的。。信息集成其主主要内容有早期信息集成成的实现方法法主要通过局域网和数据据库来实现。近期采用企业业网、外联网网、产品数据据管理（PDM）、集成平台台和框架技术术来实施。值得指出，基基于面向对象技术术、软构件技技术和WEB技术的集成框框架已成为系统信信息集成的重重要支撑工具具。第二阶段：过过程集成就是对过程进进行重构。目标是尽量实实现并行工程程.第三阶段：企企业集成企业集成的思思路:企业提高自身身的市场竞争争力，不能走走“小而全””、“大而全全”的封建庄园经济济的道路，而必须面对全全球经济、全全球制造的新新形势，充分分利用全球的的制造资源（（包括智力资资源），更快快、更好、更更省地响应市市场，这也是敏捷制造的由来。第三阶段：企企业集成敏捷制造的的组织形式式是企业针针对某一特特定产品，，建立企业业动态联盟盟（即所谓谓虚拟企业业，VirtualEnterprise）。第三阶段：：企业集成成从组织层面面上说，敏敏捷制造提提倡“扁平式””企业，提倡倡企业动态态联盟。第三阶段：：企业集成成产品型企业业应该是“两头大、、中间小””，即强大的的新产品设设计、开发发能力和强强大的市场场开拓能力力。“中间小””指加工制制造的设备备能力可以以小。多数零部件件可以靠协协作解决，，这样企业业可以在全全球采购价价格最便宜宜、质量最最好的零部部件。---这是企业优优化经营的的体现。因因此企业间间的集成是是企业优化化的新台阶阶。为什么要企企业集成？？----传统企业的的问题传统企业的的问题:传统企业的的弊端恰恰恰是“两头头小、中间间大”，即即薄弱的产产品开发及及市场开拓拓，这是计计划经济的的必然产物物。为什么要企企业集成？？----传统企业的的问题传统企业的的问题:传统的理念念：企业的的技术改造造总是放在在更新和加加强基础设设备上。Whatfirst?为什么要企企业集成？？----传统企业的的问题传统企业的的问题:导致的后果果：这类企企业，一旦旦产品不适适合市场，，又无能力力去很快适适应市场，，购置的设设备就变成成了企业的的大包袱，，企业会很很快陷入困困境。因此，克服服传统的技技术改造观观念是很重重要的，有有现实意义义的。3、企业集成成企业间集成成的关键技技术包括：：--信息集成技技术--并行工程的的关键技术术--虚拟制造--支持敏捷工工程的使能能技术系统统--基于网络（（如Internet／Intranet／Extranet）的敏捷制制造--以及资源优优化（如ERP、供应链、、电子商务务）。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、集成化从当前企业业内部的信信息集成和和功能集成成-发展展到到过过程程集集成成（（以以并并行行工工程程为为代代表表））………并正正在在步步入入实实现现企企业业间间集集成成的的阶阶段段（（以以敏敏捷捷制制造造为为代代表表））。。2、数数字字化化／／虚虚拟拟化化现在在提提得得比比较较多多的的是是:数字字化化装装备备在数字化化基础上上，虚拟拟化技术术正在迅迅速发展展，主要要包括:---虚拟现实实应用---虚拟产品品开发---虚拟制造造数字化:管理数字字化设计数字字化生产过程程数字化化制造装备备数字化化企业数字字化虚拟化:3、网络化化从基于局局域网发发展到基基于Intranet/Extranet／Internet的分布式式网络制制造，以以支持全全球制造造策略的的实现。。4、柔性化化正积极研研究发展展企业间间动态联联盟技术术、敏捷捷设计生生产技术术、可重重组技术术等，以以实现敏敏捷制造造。5、智能化化智能化是是制造系系统在柔柔性化和和集成化化基础上上进一步步的发展展与延伸伸它是：引引入各类类人工智智能和智智能控制制技术，，实现具具有自律律、分布布、智能能、敏捷捷等特点点的新一一代制造造系统。。6、绿色化化包括绿色色制造、、环境意意识的设设计与制制造、生生态工厂厂、清洁洁化生产产等它是全球可持持续发展展战略在制造业中的体现现，是摆摆在现代代制造业业面前的的一个崭崭新课题题。第二节CIMS的基本组组成、体体系结构构及其关关键技术术一、CIMS的基本组组成CIMS是一个大大型的复复杂系统统，包括括人、经经营、技技术三要要素，三三要素之之间的关关系如所所示。其中：人---包括组织织机构及及其成员员经营---包括目标标和经营营过程技术---包括信息息技术和和基础结结构（设设备、通通信系统统、运输输系统等等使用的的各种技技术）。。在三要素素的相交交部分需需解决决四类集集成问题题：①用技术术支持经经营；②用技术术支持人人员工作作；③人员协协调的工工作,以支持经经营活动动；④统一管管理并实实现经营营、人员员、技术术的集成成优化运运行。目前，CIMS并不过分分强调物物流自动动化，而而是侧重重于以人人为中心心的适度度自动化化，即强强调人、、经营、、技术三三者的有有机集成成，充分分发挥人人的作用用。从系统统的功功能角角度考考虑，，一般般认为为CIMS可由四四个功功能分分系统统和两两个支支撑分分系统统组成成（如如图所所示））：：1、管理理信息息系统统2、工程程设计计系统统3、制造造自动动化系系统4、质量量保证证系统统5、--a)计算机机通讯讯网络络6、--b)数据库库。1、管理理信息息系统统管理信信息系系统通通常是是以制制造资资源计计划（（ManufacturingResourcePlanning，MRPⅡ）为核核心.2、工程程设计计系统统CAD、CAPP、CAM三大部部分。。3、制造造自动动化系系统制造自自动化化系统统:是CIMS的信息息流和和物料料流的的结合合点是CIMS最终产产生经经济效效益的的聚集集地通常由由CNC机床、、加工工中心心、FMC（FlexibleManufacturingCell，柔性性制造造单元元）或或FMS等组成成。制造自自动化化系统统的目目标可可归纳纳为：：①实现现多品品种、、小批批量产产品制制造的的柔性性自动动化；；②实现现优质质、低低成本本、短短周期期及高高效率率生产产，提提高企企业的的市场场竞争争能力力；③为作业人人员创创造舒舒适而而安全全的劳劳动环环境。。二、CIMS的体系系结构构所谓CIMS的体系系结构构，就就是一一组代代表整整个CIMS各个方方面的的多视视图多多层次次的模模型的的集合合。二、CIMS的体系系结构构欧共体体ESPRIT计划中中的AMICE专题所所提出出的CIMS-OSA体系结结构具具有一一定的的代表表性。。我国学学者在在提出出了如如图下下所示示的“阶梯形形多视视图多多领域域CIMS体系结结构”（stair-likeCIMSarchitecture，简称称SLA）。该该多层层次多多视图图的体体系结结构，，是比比较适适合我我国实实情的的。三、实实施CIMS的关键键技术术实施CIMS的关键技术术，主要指指下面两大大类关键技技术：1、系统集成成2、单元技术术离散制造业业CIMSCADCAPPCAMCAErobotFMSFAS自动化立体仓库MRPIIOAMISDSS销售系统DatabaseNetwork未经集成化化处理的计算机应用用,形成了多个个“自动化孤孤岛”Internet流程制造业业CIMS生产管理分分系统PMS生产调度子子系统PSS过程优化子子系统先进控制子子系统过程监控子子系统化验室分系系统LIMIS物流工程分分系统LOESMISOA营销管理分分系统M&S_S常规或数字字仪表、计计量系统、、DCS、PLC装置置1………装置置n设施施1………设施施n罐区区1………罐区区nDatabaseNetworkInternetDatabaseontimeDSS国家家CIMS工程程的的实实施施情情况况1.实施施过过程程(三个个阶阶段段)1989-1992年,典型型应应用用工工厂厂的的选选点点、、可可行行性性论证证、、初初步步设设计计和和详详细细设设计计阶阶段段；；1993-1995年,典型型应应用用企企业业实实施施的的突突破破阶阶段段:北京京一一机机床床、、沈沈阳阳鼓鼓风风机机、、成成飞飞(集团团)公司司1997年-2000年,实践践深深度度、、广广度度步步入入更更高高、、更更新的的阶阶段段，，如如主主题题重重大大项项目目：：哈哈电电机机、、科科龙龙、、金诚诚摩摩托托2.实施施效效果果成飞飞：：麦麦道道机机头头生生产产周周期期12个月月→→6个月月，，库库存存下下降降20%，竞竞标标成成功功获获得得1亿波波音音757尾段段订订单单。。沈鼓鼓：：产产品品报报价价6周→→2周，，成成本本下下降降79.7%，市市场场占占有有率率达达51%。科龙龙、、华华宝宝：：百百元元销销售售资资金金下下降降51%，人人均均产产值值提提高高70%，98年达达202万元元/人·年。。经纬纬纺纺机机厂厂：：流流动动资资金金下下降降60%。3.存在在问问题题怎样样处处理理看看病病与与抓抓药药的的关关系系CIMS工程成功实施施的关键因素素是前期需求求分析与诊断断，但目前缺乏一一套完整有效效的分析诊断断的程序、模模式和支持软软件工具系统统，加上主观观上的不重视视，分析诊断断工作较为粗粗糙肤浅。典型的管理技技术应用问题题照搬照抄，未未反映出企业业的瓶颈问题题和竞争特点点。重硬件，轻软软件；重技术术，轻管理；；重突击成效效，轻连续改改进。CIMS工程与企业管管理改进、技技术改造相脱脱节。总结：AdvantagesofCIMSReducingdevelopingtimefornewproductReducingtransportingtimeOptimalinventorycontrolReducingplanningtimeforproductionReducingleadtimeforproductionRapidresponseforcustomers’claimQualityimprovementIncreasingcompetitivepower总结：ObstaclesforCIMSCommunicationsb/tvariouscompaniesofsuppliersAutomatedfacilitiesindependentlyWeaksolutions总结：FunctionofCIMS1)Orderinformationandautomaticschedulingthroughcomputer-dealingindivi