生产系统学-8计算机集成制造系统

1、生产系统学,第八章 计算机集成制造系统,第八章 计算机集成制造系统,第一节 CIM/CIMS的基本概念,计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，简称CIM），1973年由美国学者约瑟夫哈林顿提出的CIM概念包含两个基本的观点： 第一个基本观点是：“系统的观点”。 第二个基本观点是：“信息化的观点”。 计算机集成制造系统则是在 CIM这个新概念指导下建立的生产系统。,第一节 CIM/CIMS的基本概念,“ CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，借助计算机(硬、软件)，使企

2、业产品全生命周期市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、制造、支持（包括质量、销售、采购、发送、服务）以及产品最后报废；环境处理等各阶段活动中有关的人组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物料流和价值流有机集成并优化运行，实现企业制造活动的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达到产品上市快，高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争”。 “CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统”。,第一节 CIM/CIMS的基本概念,因此，CIMS的主要特征是“四化”计算机化、信息化、智能化和集成优化。 随着计算机技术、信息技

3、术、人工智能技术、系统工程技术、自动化技术及制造技术的不断发展，CIMS还将不断地发展。 目前，具体地讲，CIMS“四化”的发展趋势表现在网络化、数字化虚拟化、以人为核心的智能化和重视企业间的集成优化等方面。,第一节 CIM/CIMS的基本概念,第二节 CIMS组成原理,一、CIMS的体系结构,第二节 CIMS组成原理,CIMS是以计算机为工具，以集成为主要特征的制造自动化系统。 CIMS应包括产品整个生命周期的各类活动，如产品设计、生产规划、生产控制、生产装备及生产过程等。 CIMS的关键在于如何在集成的要求下改造、充实各个独立的系统，使它们能形成一个集成系统。 为了设计与实现CIMS，需要

4、研究CIMS的体系结构，目前有不少研究单位及计算机公司从不同角度提出过CIMS的体系结构，下面着重介绍其中的两个。,一、CIMS的体系结构,1欧共体ESPRIT计划提出的体系结构CIMOSA,2IBM公司的CIMS体系结构,第二节 CIMS组成原理,1欧共体ESPRIT计划提出的体系结构CIMOSA,第二节 CIMS组成原理,1欧共体ESPRIT计划提出的体系结构CIMOSA,第二节 CIMS组成原理,它是一种面向计算机集成制造系统(CIMS)全生命周期(包括系统需求分析与定义、系统设计、系统实施和系统运行)各阶段的体系结构。,CIMOSA的主要特点,1欧共体ESPRIT计划提出的体系结构CI

5、MOSA,第二节 CIMS组成原理,通用程度维：通用层、部分通用层和专用层。 企业视图维：信息视图、功能视图、资源视图和组织视图 。 生命周期维：系统需求定义层、设计说明层和实施描述层 。,1欧共体ESPRIT计划提出的体系结构CIMOSA,第二节 CIMS组成原理,通用层：由 CIMOSA基本结构构成，包括通用的CIMS元件集、约束规则、术语、服务功能和协议等。 部分通用层：包括适用于不同类别(如汽车、机床、电子等)工业，不同企业规模、不同企业加工产品类型的 CIMS参考结构及其选择的方法。 专用层：适用于一个特定企业的专用结构，它从通用层、部分通用层逐步具体化获得。,通用程度维,1欧共体E

6、SPRIT计划提出的体系结构CIMOSA,第二节 CIMS组成原理,信息视图：企业CIMS活动有关信息(产品信息、车间信息、计划和控制信息、基本信息)的规范化描述 。 功能视图：企业 CIMS运行状态(动态)和功能结构(静态)的规范化描述。 资源视图：企业 CIMS活动所需资源集的规范化描述。 组织视图：对企业 CIMS组织结构的规范化描述，包括企业组织结构、企业内部人员或部门单元的职责描述等。,企业视图维,1欧共体ESPRIT计划提出的体系结构CIMOSA,第二节 CIMS组成原理,需求定义层：按照用户给定的准则，根据4个视图来描述一个企业的需求定义模型。 设计说明层：设计者根据企业经营业务

7、的需求和系统的有限能力，从4个视图角度，对用户需求进行重构和优化。 实施描述层：在设计说明视图基础上，从4个视图对企业活动实际过程及系统物理元件进行描述。物理元件包括制造技术元件和信息技术元件两类。,生命周期维,2IBM公司的CIMS体系结构,应用层,第二节 CIMS组成原理,二、CIMS的构成,第二节 CIMS组成原理,1四个功能分系统,管理信息系统 工程设计自动化系统 制造自动化系统 质量保证系统,第二节 CIMS组成原理,2两个支撑分系统,计算机通信网络 数据库系统,第二节 CIMS组成原理,三、CIMS的递阶控制结构,第二节 CIMS组成原理,1工厂层控制系统,这是最高一级控制，履行厂

8、级职能。它规划的时间范围(指任何控制级完成任务的时间长度)可从几个月到几年。这一层按主要功能可分为三个子系统：,生产管理 信息管理 制造工程,第二节 CIMS组成原理,（1）生产管理,跟踪主要项目，制定长期生产计划，明确生产资源需求，确定所需的投资，算出剩余生产能力，汇总质量性能数据。生产计划数据用来确定交给下一级的生产指令。,第二节 CIMS组成原理,（2）信息管理,通过用户接口实现必要的行政或经营管理功能，如成本估算、库存统计、用户定单处理、采购、人事管理和工资单处理等。,第二节 CIMS组成原理,（3）制造工程,制造工程包括 CAD、CAPP和 CAM，其功能一般都是通过用户和数据接口并

9、在人的干预下实现的。,第二节 CIMS组成原理,2车间层控制系统,这一层控制系统负责协调车间的生产和辅助性工作以及这些工作的资源配置。其规划时间从几周到几个月，它主要有以下2个模块：,任务管理模块 资源分配模块,第二节 CIMS组成原理,（1）任务管理模块,负责安排生产能力计划，对定单进行分批，把任务及资源分配给各单元，跟踪定单直到完成。同时，安排所有刀具、夹具、机器人、机床及物料运输设备的预防性维修以及其它辅助性工作。,第二节 CIMS组成原理,（2）资源分配模块,负责分配各单元进行各项具体加工时所需的工作站、储存站、托盘、刀具及材料等。,第二节 CIMS组成原理,3单元层控制系统,这一层负

10、责安排零件分批通过工作站的顺序和管理物料储运、检验及其它有关辅助性工作，其规划时间可从几小时到几周。单元层控制系统设有3个模块：,排队管理模块 调度模块 分配模块,第二节 CIMS组成原理,4工作站层控制系统,负责指挥和协调车间中一个设备小组的活动，其规划时间范围可从几分钟到几小时。一个典型的加工工作站由一台机器人、一台机床、一个物料储运器和一台控制计算机组成，它负责处理由物料储运系统交来的零件托盘。控制器将工件调整、零件夹紧、切削加工、切屑清除、加工检验、拆卸工件以及清理工作等设备级各子系统排序。单元至工作站的控制接口设计成可用于各种型式的工作站。,第二节 CIMS组成原理,5设备层控制系统

11、,这一层是“前沿”系统，是各种设备如机器人、机床、坐标测量机、小车、传送装置及储存检索系统等的控制器。规划时间范围可以从几毫秒到几分钟。采用上述设备控制装置，是为了扩大现有设备的功能，并使它们符合标准的控制和检测计量概念。,第二节 CIMS组成原理,第三节 CIMS的功能集成和数据集成,系统的集成就是在中央计算机的管理下，通过数据联系、决策联系和组织联系把各部门及其相应的信息流和数据流通过各类专家系统连接成一个有反馈信息的调节回路。 在这个整体系统里，数据资源的共享和各部门间的有效联系和协调合作使生产过程更加合理和更为优化。,第三节 CIMS的功能集成和数据集成,为全面地阐明工厂企业的生产过程

12、，说明各个不同部门之间的信息和数据的联系，目前一般推荐采用IDEF方法描述的功能参考模型，它是完全独立于企业特征，并与生产批量及产品的复杂程度无关。该模型是由七层主要功能级构成（图8-6）。,第三节 CIMS的功能集成和数据集成,机械工业生产过程的功能流程图,第三节 CIMS的功能集成和数据集成,功能集成,第三节 CIMS的功能集成和数据集成,2数据集成,应当生产什么？ “产品”对象。 什么时候应当生产多少数量？ “任务”对象。 用什么进行生产？ “生产手段”对象。,图8-8 列出了工厂企业中三个不同的基本对象的一些主要功能及其数据流向，它是围绕以下三个问题而展开的：,第三节 CIMS的功能集成和数据集成,第四节 我国计算机集成制造系统的开发途径,根据国外对不同类型企业实施CIM的调查结果表明，尽管目前国外已广泛采用CAD,CNC及MRPII（ERP）等计算机应用子系统，但它们之间的功能集成仍还处于较低的水平。图8-9定性地表示了各个有关子系统实现功能连接之后所能取得的效果。这是从投资费用，技术上实现的可能性及投资效益等方面综合考虑的评价结果，它也反映了工厂企业对相关子系统功能集成的需求程度。,第四节 我国计算机集成制造系统的开发途径,CIM子系统的费用比重,第四节 我国计算机集成制造系统的开发途径,CAD CAPP CAD-NC MRPII CAM CAQ a)系统使