CIMs 计算机集成制造系统的发展趋势

CIMs计算机集成制造系统的发展趋势摘要：论述了制造技术的发展过程,CIMS计算机集成制造系统产生的背景、概念、构成、国内外发展概况、效果及其发展战略，我国发展CIMS的若干建议.关键调:计算机集成制造系统(CIMs);关键技术和难点；CIMS现状及发展战略；若干建议TrendsfortheDevelopmentofCIMS(Computer

IntegratedManufiacturingSystem)Abstract:Thisarticledealswiththedeve1opingprocessofmanufacturingtechniquesthebackground,concept,andconstitutionoftheintegratedmanufacturingsystemofcomputers(CIMS).Italsodescribesitsgeneraldevelopmentsituationathomeandabroad,itsbeneficialresults,strategyfordevelopment,andsuggestsseveralapproachestodeveloptheCIMSinourcountry.Keywords:CIMS(computerintegratedmanufaoturingsystem)；keytech；nologyanddifficulties；presentsituationanddevelopmentstrategyofCIMS；severalsuggestions引言人类的文明进步与制造技术的发展是分不开的,据统计,世界发达国家60%的社会财富和45%的国民收入,都是由制造业创造的.世界各国经济的竞争,主要是制造技术的竞争.在各国企业生产力的构成中,制造技术的作用一般占55%-65%.制造技术是国民经济发展的支柱.回顾制造技术的发展,从素汽机出现到今天,主要经历了三个发展阶段:用机器代替手工,从作坊形成工厂,从单件生产方式发展成大量生产方式；制造的柔性化、集成化和智能化.现代制造技术沿着4个方向发展:传统制技术的革新、拓展,精密工程；非传统加工方法；制造系统的柔性化、集成化、智能化,本世纪末,机械产品将向大型化、高参数和高可靠性发展,技术密集度及附加值将有大幅度提高.产品更新换代加快,用户的各种需求不断增加.质量、价格、交货期这市场3要素的竞争越来越激烈.在激烈的市场竞争中,制造企业为了增强自身的应变能力,必须建立柔性化集成化、智能化的生产模式.1974年美国人约瑟夫•哈林顿(Joseph•Harrington)博士在《ComputerIntegl:aedMaanufacturing»一书中，根据计算机技术在工业生产的应用及其发展造势,首先提出了计算机集成制造的概念，即CIM概念.其基本观点有两个: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活动是一个不可分割的整体，需紧密联接、统一考虑，②整个制造生产过程,实际上是一个数据的采集、传通和加工处理的过程.最终形成的产品，可以看作是数据的物质表现;这两个基本观点，仍然是当今发展CIMS的核心内容.计算机集成制造系统的产生与当代科技的发展和市场的需求是分不开的.第3次科技革命出现的机器，不仅是人类手臂的科学延长，而且是人类智慧的科学延伸.计算机是CIMS的物质基础和技术支柱，1945年第一台计算机同世以来，在制造业中，就产品开发、制造和经营管理3大主要活动领域而言，其単项独立应用已达到很高的水平•在产品制造方面，1954年研制出第一台数搜机床，为CAM奠定了基础,为柔性自动化提供了条件.1967年建成了第一套柔性制造系统(FMs),解決了柔性和生产率相互矛盾的致命缺陷，提供了工业生产能够全面现代化的条件•在产品开发设计方面，50年代中后期诞生了CAD，近年来开发了通用集成化的现代CAD，并向CIMS系统集成化迅速发展•在企业经营管理方面，1954年使计算机进入管理业务，现在的水平是，从信息流的管理上升到物料流的管理，产生了一个新的飞跃•其代表是MRPI,MRPI1,,MRPm.上述各项技术，目前基本上还主要是单独地使用于各个局部环节•在科技的发展和市场需求变化的共同推动下，许多专家和学者，经分析研究认为，把前述各项技术加以有机的集成，综合地应用起来，可以获得整体的最佳效益•这就产生了一种崭新的、标志着新的一次制造技术变革里程碑的组织和管理生产的哲理、思想和方法，即计算机集成制造(CIM),具体的体现是(CIMS)•1CIMs计算机集成制造系统的构成现代制造企业究竟是什么样子？1988年美国制造工程师学会(SME)提出了数据库为核心的CIMS模型，如图1所示.1993年该学会又提出了一个现代制造业的模型一'新型制造企业进步之轮”,如图2所示.图2是以願客为核心的模型,共分为6层:①第l层是驱动轮子的轴心一顾客（市场）：即企业任何活动的最终目的，应该是为用户服务;②第2层是企业组织中的人员和辞体的工作方法:突出企业的成败关键不是技术,而是人和组织，③第3层是信息（知识）共享系统:现代制造企业,要建立一个以微机网络为基础、有可參与性、操作方便、使用,可靠的信息和知识的共享系统.从而提高企业的生产和工作效率i④第4层是企业的活动层:划分为3大部门（可成为“虚拟企业”）和15个功能区，⑤第5层是企业管理层，其任务是合理配置资源，承担经营责任,是很薄的但卓有成效的一层;@第6层是企业的外部环境:把企业置身于市场环境中去作出发展决策.不同的制造企业有不同cIMS模式•典型的CIMS应该是有4个基本功能子系统，两个支撑环境子系统和制轄自动化环境•①基本功能子系统有以下4个子系统:工程设计子系统（CAD子系统）；制造自动化万方数据子系统（CAM子系统）；管理信息子系统（MIs系统）；质量保证子系统（CAQ系统）：②支撑环境:计算机网络和通讯子系统（NET系统）；数据库子系统;③5层递阶控制模型;美国于1986年建立的“自动化制造研究实验基地”（AMRF）首次提出的五层递阶控制模型，如图3可示.它采用分级控制，由五级组成即工厂级、车问级、单元级、工作站级和设备级.每一级又可进一步分解成子级或模块，并由数据驱动，还可扩展成树状结构，如图4所示.

Chkflu山已电養口吋，】厂韭L1：^UE-U9-«■•暮仝貯両世Chkflu山已电養口吋，】厂韭L1：^UE-U9-«■•暮仝貯両世遅瘗口二4<6A黑和匸中心s-fcs.到20世纪80年代末，人们重新认识CIMS,摆脱了“全自动化'’的束缚，并不断赋于并行工程、精益工程、敏捷制造等很多新概念，发展成新一代的CIMS.其特点是不过分强调物流自动化，而强调以“人”为中心人、技术、管理3者有机集成，更加突出“管理•35書与JIBE斜罕.丁澤匸亡事之拄.玄苑割昂痊K■刃主坯CIMS的模型好像一嘘大廈，它有7个部分，①决策层:处于屋顶；②售部门；③人事管理系统;④财会和成本、工资核算系统;⑤制造资源管理；⑥产品制造过程的信息流：虚线框部分.a.信息源，35書与JIBE斜罕.丁澤匸亡事之拄.玄苑割昂痊K■刃主坯从学科看,，cIMs是系统科学、计算机科学与制造技术，互相渗透、互相交叉而产生的集成方法和技术•把这种技术又用到制造环境中去•反过来，在制造环境中应用的过程,又促进了这些学科的发展•它们的关系如图5所示.2CIMS的主要关键技术和难点cIMs的核心在于集成，能否取得效益也在于集成，遇到的困难更在于集成.CIMS是一项庞大而复杂的系统工程.实施起来,工作量大,周期长,所需投资大,而且存在一些关键的技术和很大的难度•有以下6个:①信息集成•表现:a•用计算机网络,实现不同厂家和不同时期生产设备间的信息集成、实现其接口是非常困难的；b.使软件、硬件之间具有兼容性、开放性、设备及其接口技术，要标准化这是实现信息集成最重要的技术，但难度较大•②数据模型、异构分布式数据库管理系统.表现在用一个全局的数学模型，来统一描写企业所需的各种数据，有一定的困难•③异构网络的通讯问题:主要表现在联网是个非常困难的问题•④系统集成技术和方法:使cIMs整个系统，在一个満意的状态下运行•⑤开发集成化的CAPP系统:在cIMs环境下，，cAPP系统的开发，存在以下两个关键技术问题.a.CAPP的集成化；b.CAPP的智能化•⑥必万方数据须实现人的集成：主要强调以人为中心，人、技术、管理3者的有机集成，充分发挥人的主观能动性．3CIMS的现状及发展战略当今世界，新技术的发展水平，已成为衡量一个国家的实力和地位的重要标志.美国政府把CIMS列为影响国家经济命脉和地位的22项关键技术之一.政府、企业、大学、研究部门都积极支持并参与CIMS工程.美国国家标准局，用5年时间，花了1400万美元，建成了自动化制造研究实验基地(AMRF).波音飞机公司，投资了2.35亿美元，使生产率提高了10倍.1993年该公司的777型飞机，已实现了无图纸生产．欧共体制定并实旋了相应的跨国合作发展计划即信息技术研究发展计：刚(gsPRrr，从84〜93年10年内投资47亿欧元)和尤里卡计划，其中CIM占有很大比重.目的与美国、日本抗衡.英、德、日也有各自的发展战略计划.从CIMS提出至今，大体上分为两个阶段.20世纪70年代中期到80年代中期为第一阶段.在欧美比较理想化，对技术期望值过高，求全求新，追求全盘自动化，无人化的高水平.投资起点高、规模大，风险高、集中式的计算机环境和数据库.大而全的系统和总体效果，表现出以技术而非效益驱动、脱离实际，走了弯路.而日本，则讲究技术应用和实效，制造业CIMS的开发比欧美主动，具有实用性，有计划开发，速度快、效果较好.20世纪80年代末至今为第二阶段.主要特点是：注重求实，需求牵引、效益驱动，解决实际问题，提高企业竞争能力、强调人的因素，提出以人为核心的系统集成、总体规划，从企业的“瓶颈”问题着手，按照总体规划原则下的局部系统集成开始，分步实施，采用分布式、开放式计算环境数据库，从总的发展情况看，CIMS在国际上，仍属高新前沿技术，但已初步形成规模，并逐渐完善和走向成熟，已从实验室走向工厂企业去实际应用．我国从1984年开始CIM的研究，是863计划的主题项目之一.从1988—1993年3月建成清华大学CIMS工程研究中4：,（ClM—EAC）.经5年的艰苦努力，我国的CIMS工程技术，已跻身于世界先进行列，不仅单项技术，有了一定的基础.而且，积累了在实验环境和局部工程环境下，实施CIMS的经验.国家科委制定了863/CIMS发展计划.明确提出2000年的战略目标是：跟踪国际上CIMS高技术的发展，掌握CIMS关键技术，同时，在制造业中，建立能获得综合经济效益，并能带动全局的示范点．并提出了“效益驱动、总体规划，重点突破、分步实施、推广应用”的20字方针．分3阶段进行．以期在2000年前后形成我国的CIMS产业.4发展我国SIMS产业的若干建议我国是发展中的国家，与发达国家相比，无论资金、技术水平、人员素质都有一定差距.我们必须根据自己的国情，积极稳妥地发展自己的CIMS产业，作者认为下面几点建议是可行的．1）需要重新认识机械制造业：①它已经不是传统意义上的机械制造业，而是一个新兴技术与新兴工业的综合体；②现代制造技术，是当今高科技的综合利用；③重视传感器技术的发展；④工程技术人员，要熟练地掌握高新技术，适应发展的需要．2）我国机械制造业中，中、小企业占60％一70％，比重很大．产品涉及面广，从业人数多.以多品种小批量生产为主.CIMS产业和工程，必须面向这些中小企业．有效的实施方法，必须是“总体规划、分步