计算机集成制造

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制造业在21世纪进入全球竞争时代。未来的市场趋势要求产品有更强的

功能、更短的生产周期、更好的质量、更低的成本和更好

的服务。因此，一方面制造业要加快技术创新的步伐，不断提高产

品质量，尽快地开发新产品并缩短新产品的研制开发周期；另一方面,

生产组织和人的因素在制造业的可持续发展中将会起着至关重要的作

用。

自从20世纪80年代以来，世界各国相继提出了许多新的加工概念

和新的生产模式，如计算机集感制造(ComputerIntegrated

Manufacturing,CIM)、并行工程(ConcurrentEngineering,CE)、

褊景史产(LeanProduction,LP)、敏捷制透(AgileManufacturing,

AM)和智M制和索徒(IntelligentManufacturingSystem,IMS)等。其

中有些已得到广泛的应用，并且使制造业展现出前所未有的新的发展

局面。

结合图片了解一

下计算机集成

制造的情景

成

都

飞

机

工

业

成飞C1MS工银自动化车间(

集

团

)

有

限

责

任

公

司

厦门金龙旅行车有限公司的生产车间

成飞C1MS工程FA物料立体率成飞C1MS工程FA刀具立体库

CIM和CIMS的概念

CIM是1974年首先由美国约瑟夫•哈林顿

(JosephHarrington)博士在《Computer

IntegratedManufacturing^一书中提出，基本

观点为：

1.企业的各个生产环节是一个不可分隔的整体,

需要统一考虑；

2,整个生产制造过程实质上是对信息的采集、

传递和加工处理的过程，最终形成的产品可看

作是信息的物质表现。

CIM的定义

是一种组织、管理、企业生产的新哲理，

它借助计算机软硬件，综合应用现代管理技

术、制造技术、信息技术、自动化技术、系

统技术，将企业生产全部过程中有关人、技

术、经营管理三要素及其信息流与物质流

有机的集成并优化运行，以实现产品的高质

量、低成本、上市快，提高企业对市场变化

的应变能力和综合竞争能力。

CIM的主要技术特征

•集成化信息集成“过程集成”企业集成

•网络化局域网“广域网-

internet/intranet

•数字化零件的数字化模型•一部件

“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

•智能化专家系统等分布式人工智能DAI

CIMS的含义：

CIMS是在CIM哲理指导下建立的人机

系统，是一种新型制造模式。

核心：集成，不仅是综合集成企业内

各生产环节的有关技术，更重要的将企

业内的人、经营管理和技术这被称之

为CIMS三要素的有效集成，以保证企业

内的工作流、物质流和信息流畅通无

阻。

CIMS三要素

四类集成问题:

由于三要素之间的相互作用、相互制约，从而构成了企业

内部的4类集成：

•(1)经营管理与技术的集成，即利用计算机技术、自动化

技术、制造技术及信息技术等各种工程技术，支持企业达到

最大的工作效率；

•(2)人/机构与技术的集成，即利用各种工程技术支持企业

中各类人员的工作，使之相互配合，协调一致，发挥最大的

工作效率；

•(3)人/机构与技术的集成，即通过人员素质的提高和组织

机构的改进来支持企业的经营和管理；

•(4)CIMS三要素的综合集成，使企业达到整体优化。

CIMS的组成

CIMS由六个分系统组成，分别是功能分系统、经营管理信息分系统、

工程设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统和支撑

分系统（数据库分系统、计算机网络分系统）。CIMS的基本组成结构如

下图…

市场信息技术信息

■功能分系统

经

营

工程设计自动化分系统质

管

--、-、量

------------------V-7--------

售

理

保

后

信

证

服

息

务

分.—

信

分

系

息

系

f统

统\

--、制造自动化分系统--、

7---5^7------------

/\

支撑分系统

数据库分系统

______SZ______

计算机网络分系统

1•经营管理信息分系统

管理信息系统是CIMS的神经中枢，指挥与控制

着其它各个部分有条不紊地工作。管理信息系统通

常是以制造资源计划(ManufacturingResource

Planning,MRPII)为核心，包括预测、经营决策、

各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、

成本、设备、工具、人力资源等各项管理信息功能。

2.工程设计自动化分系统

工程设计系统实质上是指在产品开发过

程中引用计算机技术，使产品开发活动更高

效、更优质、更自动地进行。

产品开发活动包含产品的概念微必、工

程与修构合折、券如微必、工艺微必小及数

控编程等设计和制造准备阶段的一系列工作，

即通常所说的CAD、CAPP、CAM三大部分。

CAL^Ufc

3.制造自动化分系统

制造自动化系统是CIMS的信息流和物料流的

结合点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地，通常

由CNC机床、加工中心、FMC或FMS等组成。

其主要组成部分有：

(1)加工单元由具有自动换刀装置(ATC)、自动更换托

盘装置(APC)的加工中心或CNC机床组成;

(2)工件运送子系统有自动引导小车(AGV)、装卸站、

缓冲存储站和自动化仓库等；

(3)刀具运送子系统有刀具预调站、中央刀库、换刀装置、

刀具识别系统等；

(4)计算机控制管理子系统通过主控计算机或分级计算机

系统的控制，实现对制造系统的控制和管理。

制造自动化系统的目标

⑦实现多品种、小批董产品制造的柔楹匈劭化,‘

②实现优质、低或4、短周期及方效隼金产，梃

态企业的市场竞争犍力；

⑤，作业人员创造舒运而噢全的劳劫环境o

制2造吧系T统W并于不全要盘求自去动追化求，完其全关自键动是化信。息集成，’

CIMS传输系统

4.质量保证分系统

(/)质量4刻3条疡用来确定改进质量目标,建立质量标准

和技术标准，计划可能达到的途径和预计可能达到的改进效

果，并根据生产计划及质量要求制定检测计划及检测规程和

规范。一

(2)质量检测3急疫采用自动或手工对零件进行检验,对

产品进行试验，采集各类质量数据并进行校验和预处理。

(3)质量许价31疡包括对产品设计质量评价、外购外协

件质量评价、供货商能力评价、工序控制点质量评价、质量

成本分析及企业质量综合指标分析评价。

(4)质量信息保合管理与友械控刷3盍疫包括质量报表生

成，质量综合查询，产品使用过程质量综合管理以及针对各

类质量问题所采取的各种措施及信息反馈。

5.数据库管理分系统

——支撑分系统之一

数据库管理系统是一个支撑系统，它是CIMS信息集成

的关键之一。CIMS环境下的管理分窟、工程技术、制造自

动化、质量探证四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和调用，以满足各系统信息

的交换和共享。

CIMS的数据库系统通常是采用集中与分布相结合的体

系结构，以保证数据的安全性、一致性和易维护性。

6.CIMS计算机网络分系统

——支撑分系统之二

计算机网络是用通信线路将分散在不同地点、并具有

独立功能的多个计算机系统互相连接，按照网络协议进行

'数据通信，并实现共享资源（如网络中的硬件、软件、数

据等）的计算机以及线路与设备的集合。具体的硬件组成

部分包括：数据处理的主机、通讯处理机、集中器、多路

复用器、调制解调器、终端、通信线路、异步通信适配器、

网络适配器、以及网桥和网间连接器（又称网关、信关）

r等。再和各种功能的网络软件相结合，就能实现不同条件

下的通信以支持系统集成。

CIMS递阶控制结构

CIMS是一个复杂庞大的工程系统，通常采用递阶控

制结构。

递阶控制：将一个复杂的控制系统按照其功能分解成

若干层次，各层次进行独立的控制处理，完成各自的功能;

层与层之间保持信息交换，上层对下层发布命令，下层向

上层回送命令执行结果，通过通信联系成一个完整的控制

系统。

递阶控制结构：

•工厂层

・车间层

・单元层

•工作站层

•设备层

CIMS集成的3个阶段

⑴信息集成

针对设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，实现信

息正确、高效的共享和交换，是改善企业技术和管理水平必须首先解

决的问题。信息集成的主要内容有：

♦①企业建模、系统设计方法、软件工具和规范。这是系统总体

设计的基础，是企业信息集成的基础。

♦②异构环境下的信息集成。所谓异构是指系统中包含了不同的

操作系统、控制系统、数据库及应用软件。异构信息集成主要解决3

个问题：不同通信协议的共存及向ISO/OSI的过渡；不同数据库的相

互访问；不同商用应用软件之间的接口。

“自动化孤岛”

⑵过程集成

企业为了提高产品的F、T、Q、C、S(即功能、效

率、质量、成本、服务)，除了信息集成这一手段之外，

还可以对过程进行重构(ProcessReengineering)。

传统的串行作业设计和开发过程往往造成产品开发过

程经常反复，使产品开发周期增加、成本增加。如果将产

品设计开发中的各串行过程尽可能多地转变为并行过程，

在设计时考虑到后续工作中的可制造性、可装配性质量，

把设计开发中的信息大循环变成多个小循环，可以减少反

复，缩短开发时间。

将“自动化孤岛”集成在一起

(3)企业集成

21世纪的制造业必须面对全球制造的新形势，充分利

用全球制造资源，以便更快、更好、更省地响应市场需求。

这就是敏捷制造的思想。敏捷制造的组织形式是企业之间针

对某一特定产品建立企业动态联盟(即所谓虚拟企业)。敏

捷的企业联盟应该是“两头大、中间小”，“两头大”指强

大的新产品设计与开发能力和强大的市场开拓与竞争能力，

“中间小”指加工制造设备的能力可以小，多数零部件可靠

协作解决，企业可以在全球采购价格最便宜、质量最好的零

件，因此，企业间的集成是企业优化的新台阶。

将“自动化孤岛”集成在一起

国外成功案例

198痹，美国科学院对美国在cmv方面处于领

先他低的五家公司-----麦克唐纳道格拉斯玄机公司、

迪尔拖拉机公司、通用运车公司、英格索尔挑床公

司和■U屋公司迸行调查和分析,系用C/%5可以荻

蹲如下收益：产品质量提高200%〜500%；生产率提

高40%〜70%；设备租用率提高200%〜300%；生产周

期缩痘30%〜60%。

国内案例：

成都飞机工业公司1989年开始开展CIMSI

程，经过10年的发展完善，使得企业在产品制造

能力和公司管理水平方面上了一个新台阶，从而

赢得了国外航空产品转包生产的订单，经济效益

十分明显。10年来，企业仅在网络和数据库方面

累计投资就超过2000万元，但是当初的投资在今

天得到了回报。企业目前很好地实现了信息共事

和集成，并且利用开放系统避免建设信息孤立岛,

省去了大量的重复性劳动。

广州白云电器设备有限公司

白云电器CIMS由CAD绘图系统、计算机辅助工艺

系统（CAPP）、产品数据管理体系（PDM）、企业资源规

划（ERP）几个部分组成的。

通过实施CIMS产生的效益：

CIMS系统给白云电器带来的直观变化就是，曾经白云

电器设计人员的办公桌头堆满了设计图纸，生产管理人员

也整日忙着翻表格查价格，处处可见“案牍劳形”。现在

实现无纸化办公，一个高效的数据平台成为了白云电器的

心脏，数据可以自动即时更新。

白云电器CIMS系统的效益图

CIMS实施前CIMS实施后比例

图纸查询时间十几分钟几秒钟

高压开关柜设计周15天6天缩短2/3

期

采购计划编制周期缩短90%

仓库平均库存率