现代制造技术山颖第八章

现代制造技术第一章现代制造技术概述第二章CAD、CAE、CAPP与CAM 第三章数控技术第四章柔性制造第五章虚拟制造第六章快速原型制造第七章敏捷制造第八章CIMS：现代集成制造系统第九章智能制造与网络制造第十章激光技术第十一章绿色制造第八章现代集成制造系统第一节现代集成制造系统的概述第二节现代集成制造的内涵第三节CIMS的发展现状及趋势教学目标应知：1．了解现代集成制造系统的技术构成及发展策略；

2．了解现代集成制造的概念和发展历程；

3．了解CIMS的技术概要、发展现状及趋势。

应会：通过网络了解现代集成制造系统新发展。重点：了解现代集成制造系统的技术构成。了解CIMS的技术概要、发展现状及趋势。难点：了解现代集成制造系统的技术构成。了解CIMS的技术概要。

第八章现代集成制造系统第一节现代集成制造系统概述第二节现代集成制造的内涵第三节CIMS的发展现状及趋势第一节现代集成制造系统概述一、现代集成制造系统的定位现代集成制造系统（CIMS）是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。是将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机的结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性。先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。它具有如下一些特点：（1）从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要；（2）从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥；（3）从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节；（4）从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量；（5）从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。二、现代集成制造系统的技术构成第一节现代集成制造系统概述在先进制造技术中，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作深入进行，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。二、现代集成制造系统的技术构成第一节现代集成制造系统概述国内的研究刚刚起步，主要集中在三个方面：（1）产品虚拟设计技术：主要包括虚拟产品开发平台、虚拟测试、虚拟装配以及机床、模具的虚拟设计实现等。（2）产品虚拟制造技术：主要包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。（3）虚拟制造系统：主要包括虚拟制造技术的体系结构、技术支持、开发策略等。第一节现代集成制造系统概述应该注重运用并行工程的哲理，使各种先进制造技术相互衔接、协调发展，并不断吸收先进制造技术的成熟成果，为先进制造技术在我国的广泛应用起到促进的作用。由于我国当前正处在改革过程中，多种机制同时运行，多方利益难以协调，在资金使用上往往顾此失彼，而且国家财政困难，也难以使用重金支持现代集成制造系统的研究。针对上述实际情况，我们提出下列解决方案：三、我国现代集成制造系统的发展策略第一节现代集成制造系统概述（1）以“甩图板”工程为契机，大力普及CAD技术，帮助企业进行人员培训，提高企业人员的素质。（2）组织企业和科研部门进行多方面、多层次的合作，加强科研成果的应用推广，组织多学科、跨地区的科研力量共同攻关。（3）不要过度追求世界领先，应该根据企业实际要求，解决实际问题，力争尽快创造效益，以此取得企业的支持并获得资金上的帮助，以便形成良性循环，促进研究工作的进一步开展（4）针对我国科研力量分散的弱点，仿照分散网络化生产的思想，利用计算机网络，开展合作研究，建立分布式网络化研究中心，协调一致进行科技攻关。三、我国现代集成制造系统的发展策略第一节现代集成制造系统概述“自动化孤岛”广大CAD用户一方面通过CAD等技术的推广应用，明显地提高了设计能力，特别是采用三维模型设计、有限元分析验证、机构运动仿真等手段，大大地减少了差错、提高了设计质量、降低了返工率；因此这些独立的系统分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化方面起到了重要的作用。但是，另一方面采用这些各自独立的系统，不能实现系统之间的自动传递和交换。用CAD系统进行产品设计的结果是只能输出图纸和有关的技术文档。这些信息，不能直接为CAPP系统所接收，进行工艺过程设计时，还须由人工将这些图样、文档等纸面上的文件转换成CAPP系统所需的输入数据，并通过人机交互方式输入给CAPP系统进行处理，处理后的结果输出成加工工艺规程。将“自动化孤岛”集成在一起

目前，只有把CAD和生产制造结合成一体，才能进一步提高生产力和加工精度。随着计算机应用的日益广泛和深入，人们很快发现，只有当CAD系统一次性输入的信息能在后续环节（如CAPP、CAM中）一再被应用，才是最经济的。所以，人们首先致力于把已经存在的CAD、CAPP、CAM系统通过工程数据库及有关应用接口，实现CAD/CAM/CAPP的集成，才能实现设计生产的自动化。将“自动化孤岛”集成在一起

自70年代起，人们就开始研究CAD、CAPP、CAM之间数据和信息的自动化传递与转换问题，即3C集成技术。目前，PDM系统是最好3C集成平台。它可以把与产品有关的信息统一管理起来，并将信息按不同的用途分门别类地进行有条不紊的管理。不同的CAD/CAPP/CAM系统都可以从PDM中提取各自所需要的信息，再把结果放回PDM中，从而真正实现3C集成；以解决由各单元技术的发展而造成的企业信息孤岛并由此造成的多重数据源、数据状态失控等问题。产品形成过程的昨天-今天-明天产品规划概念设计详细设计生产准备PDM数字模型过程管理明天过程流产品规划概念设计生产准备详细设计昨天过程序列产品规划概念设计详细设计生产准备PDM今天过程链CIMS的发展信息集成过程集成企业间集成第八章现代集成制造系统第一节现代集成制造系统概述第二节现代集成制造的内涵第三节CIMS的发展现状及趋势现代集成制造系统（CIMS）作为一种对我国企业竞争力有重要作用的综合性技术，提供了：第二节现代集成制造的内涵一、定义企业现代管理的新模式：集成制造、精益生产、企业重组、并行工程、敏捷制造等。企业现代化制造的新技术：集成化CAD/CAM/PDM、信息集成、并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行达到人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成。以加强企业新产品开发的T、Q、C、S、E（环境），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。CIMS的理论基础：系统科学。建模与优化是系统科学的核心，贯穿于CIMS的各个方面。技术特征：集成化信息集成——过程集成——企业集成。网络化局域网——广域网。数字化零件的数字化模型——部件——产品的全数字化的模型。虚拟化2D、3D仿真——基于仿真的VM——基于VR的VM。智能化由专家系统等——分布人工智能DAI。第二节现代集成制造的内涵1973年，美国学者哈林顿博士提出计算机集成制造——CIM的概念，其基本出发点是：（1）企业的名种生产经营活动是不可分割的，要统一考虑；（2）整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。CIMS与计算机综合自动化制造系统是同义词，是自动化程度不同的多个子系统的集成，如管理信息系统（MIS）、制造资源计划系统（MRPII）、计算机辅助设计系统（CAD）、计算机辅助工艺设计系统（CAPP）、计算机辅助制造系统（CAM）、柔性制造系统（FMS）等。第二节现代集成制造的内涵八十年代世界性的“石油危机”震惊了西方世界，以美国为首的西方国家深刻地认识到：“制造业面临日益剧烈的全球竞争，强大的制造业是增强国家综合实力与国际竞争能力的根本，一个国家只有生产的好，才能生活的好。20年来，各国纷纷推出了国家级的先进制造技术发展计划，如美国的先进制造计划、team计划、ngm计划、cals计划；欧共体的esprit计划；德国的2000计划；日本的智能制造系统计划，以及韩国的高级先进技术国家计划等等。面临日益剧烈的全球竞争，1986年，党中央高瞻远瞩地提出了863/cims主题计划。第二节现代集成制造的内涵二、CIMS发展历程1．历史的回顾15年来，经历了三个工作阶段，迈上了三个台阶，进而发展形成了现代集成制造系统的理论、方法、技术、工具和具有中国特色的cims研究、开发、应用、推广体系,并在应用示范工程、重大关键技术攻关、目标产品开发和应用基础研究等方面取得重大进展成功地探索并实践了一条“用信息化带动制造业现代化，用高新技术改造制造业，以实现制造业跨越发展”的道路。①第一个台阶(“七五”)—工作重点：建成一批高水平的研究开发基地；技术重点：突破系统信息集成技术。②第二个台阶(“八五”)—工作重点：成功实施一批国内领先效益显著的cims应用示范工程；技术重点：突破以并行工程为代表的系统过程集成技术。③第三个台阶(“九五”)—工作重点：大力促成中国cims产业；使应用示范工程在广度、深度上有新的、更大的发展；技术重点：突破（部分）以敏捷工程为代表的企业间系统集成技术，并发展形成现代集成制造系统的理论、方法、技术与工具，建成具有中国特色的cims研究、开发、应用、推广体系。第二节现代集成制造的内涵863/cims主题提出的cim理念：“将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人/组织、经营管理和技术三要素的集成优化，以改进企业产品(p)开发的t（时间）、q（质量）、c（成本）、s（服务）、e（环境），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。”863/cims主题提出的“cims”是一种基于cim理念构成的数字化、虚拟化、网络化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统；它是信息时代的一种新型生产制造模式。第二节现代集成制造的内涵2．

cim和cims概念（1）成功实施一批国内领先/国际知名的效益显著的应用示范工程，奠定国内cims推广应用的坚实基础；（2）突破一批达到或接近世界先进水平，并对经济和社会发展有重要影响的关键技术和应用基础研究成果；（3）开发出一批有市场竞争能力的目标产品，促进形成中国cims产业中坚力量；（4）建成一批高水平的研究开发基地；（5）培养一支跨世纪的研究、开发、应用骨干队伍。第二节现代集成制造的内涵3．主题战略目标第八章现代集成制造系统第一节现代集成制造系统概述第二节现代集成制造的内涵第三节CIMS的发展现状及趋势人们仅把工艺规划、库存控制、生产及维护这些活动称为制造，但这是一种狭义的理解。从广义上讲，制造还应包括对产品需求的考察，产品概念的形成、设计、开发、生产、销售，甚至包括对用户在使用产品过程中的服务等一切活动。过去人们仅仅把制造看作一个物料转换过程，制造是一个复杂的信息交换过程，在制造中一切活动都是信息处理连续统一体的一部分。CIMS则是在CIM这个新概念指导下建立的制造系统，是在信息技术、自动化技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件把制造过程中各种分散的自动化系统有机地集成起来，以形成适用于多品种、中小批量生产并能产生总体高效益的智能制造系统。第三节CIMS的技术发展现状及趋势一、CIM与CIMS的区别与联系CIMS包括经营管理、工程设计、产品制造、质量保证和物资保障等五个功能系统，包括一个能有效连接这些系统的支撑环境，即计算机网络和数据库系统，从而构成企业的信息集成系统。第三节CIMS的技术发展现状及趋势二、CIMS的体系结构及组成1．管理信息系统在CIMS环境中的管理信息分系统（MIS），是指以CIM为指导思想、使用计算机和信息技术管理企业生产经营活动的应用系统。制造业MIS系统可由以下功能模块组成：经营决策、综合统计分析、计划管理、办公自动化、财务管理、销售管理、生产管理、库存管理、车间任务和作业管理、技术管理、新品开发、物资供应、设备管理、能源管理、人事劳资管理等等。第三节CIMS的发展现状及趋势2．产品工程设计系统设计自动化是指利用计算机软硬件及网络环境，实现产品开发全过程的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模型，全面模拟产品的设计、制造、装配和分析等过程，如计算机辅助设计系统(CAD)、计算机辅助工程分析系统(CAE)、计算机辅助工艺规划系统(CAPP)、工装设计、计算机辅助自动编制数控加工程序的子系统(NCP)等等。3．制造过程控制系统制造自动化分系统(MAS)主要指车间的生产设备和过程的控制及管理，其中主要是CNC、FMC、FMS等设备或系统的制造过程控制和管理，一般由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分布式控制(管理)计算机等设备及相应支持软件组成。第三节CIMS的发展现状及趋势4．质量保证系统质量保证体系是一个保证产品质量的全企业范围内的系统。质量保证工作从产品设计开始，设计师必须为特定的产品和零件选择最好的结构和适宜的材料以保证获得最佳性能。5．物资存储运输与保障系统这是保障全企业物资供应的系统。包括原材料外购配套元器件、自产零部件、产品的存储和按生产调度计划及时提供给生产单位和操作人员。第三节CIMS的发展现状及趋势6．数据库系统7．网络系统CIMS环境下的各个功能系统的信息数据都要在一个结构合理的数据库系统里进行存储。网络系统是指各功能系统的计算机通讯和网络系统，能在通讯协议下完成各分系统间信息、数据的通讯和交换。CIMS是自动化技术、信息技术、生产技术、网络技术、传感技术等多学科技术相互渗透而产生的集成系统，标准化和接口技术显得至关重要。第三节CIMS的发展现状及趋势三、实现ClMS的关键技术1．信息传输信息传输是工厂实现CIMS的关键和先决条件，解决不了通讯问题就不能将分离的各部分集成为一体。目前，信息传输技术正向网络化、标准化和开放系统等方向发展。2．产品集成模型现代设计自动化的方法论强调设计过程与制造过程的一体化和并行化，强调从设计信息到制造信息的顺畅传递和快速反馈，要求产品设计和制造采用统一的产品主模型。在计算机内部把一个产品的全部信息集成在一起，就构成了产品模型。产品建模的前提条件是技术、物理、管理信息提供的可能性，以及解决它们如何与几何信息相连的问题。生产管理系统应具有三大功能：建立适应生产变化的机制，完成订货选择；加强物料的供应管理；通过综合信息管理压缩库存物资。物料需求计划(MRP)、制造资源规划(MRPII)和企业资源规划(ERP)系统的出现，为利用计算机处理中小批生产的管理问题提供了可能性。3．生产管理第三节CIMS的发展现状及趋势三、CIMS在各国发展的概况及趋势1．国外现状国外开展CIMS的研究与应用已有20多年历史。美国在二战后，制定了“星球大战”计划，这是一个高科技发展研究计划，其中CIM占重要的份额。欧洲共同体国家如德、英、法等国都将CIMS作为战略目标中的重要部分，不仅各国都有自己的发展计划(如英国的ALVEY计划)，而且在共同体内建立了一个称为“欧洲信息技术研究发展战略计划(ESPRIT)”的高科技研究合作计划，CIM是该计划中的重要研究内容之一。日本是亚洲地区高科技发展最快的国家，其车间制造系统自动化程度达到非常高的水平。在70年代，日本的CNC、DNC、FMS等物理层设备自动化方面发展很快。我国于1986年开始制定了国家高技术发展计划(简称“863”计划)，将CIMS确定为自动化领域的主题研究项目之一。至今开展CIMS研究与应用已有10多年的历史。我国CIMS的最主要特点是：用“系统论”指导CIMS的研究与发展、强调集成与优化，多学科协同发展，理论与实践紧密结合。在产品开发方面也已取得了重大成果。我国有20多个省市(行业)的200多个企业实施或正在实施CIMS应用示范工程，其中已有50家左右通过验收，并取得显著效益、包括北京第一机床厂、沈阳鼓风机厂等。我国在CIMS应用上还面临着不少问题。主要表现为：国民经济和高技术产业化所需装备的2／3依赖进口，对市场的快速反应能力差，产品开发周期长、交货慢。第三节CIMS的发展现状及趋势2．国内现状CIMS的“集成”已经从原先的企业内部的信息集成和功能集成，发展到当前的以并行工程为代表的过程集成，并正在向以敏捷制造为代表的企业间集成发展。第三节CIMS的发展现状及趋势3．ClMS的发展趋势使CIMS技术持续发展，这主要表现在下述几方面：①总体技术系统总体模式：包括柔性制造、集成制造、并行工程、敏捷制造、智能制造、绿色制造、全能制造等模式。(1)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。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、管理及后勤等子系统间的集成技术，企业三要素（人/组织、经营管理和技术）及三流（信息流、物流和价值流）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、资源及组织模型等的建立、确认及仿真技术；CIMS系统开发与实施技术：包括企业诊断、需求分析、系统设计、组织实施、质量保证及效益评价等技术。第三节CI