计算机集成制造制造

计算机集成制造制造 • 计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing）。这一概念最早由美国的约瑟夫·哈林顿(J.Harrington)博士于1973年提出。哈林顿认为，企业的生产组织和管理应该强调两个观点，即：①企业的各种生产经营活动是不可分割的，需要统一考虑；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。 • 哈林顿强调的一是整体观点，即系统观点，二是信息观点。二者都是信息时代组织、管理生产最基本、最重要的观点。可以说，CIM是信息时代组织、管理企业生产的一种哲理，是信息时代新型企业的一种生产模式。按照这一哲理和技术构成的具体实现便是计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)。

计算机集成制造 • 我国863计划CIMS主题专家组在1998年提出CIMS的新定义为：“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、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（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。 • 与国外CIMS的发展相比较，我国CIMS不仅重视了信息集成，而且强调了企业运行的优化，并将计算机集成制造发展为以信息集成和系统优化为特征的现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing Systems)。

CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理 ⑴ CIM是一种组织、管理与运行企业生产的哲理，其宗旨是使企业的产品质量高、上市快、成本低、服务好，从而使企业赢得竞争； ⑵　企业生产的各个环节，即市场分析、经营决策、管理、产品设计、工艺规划、加工制造、销售、售后服务等全部活动过程是一个不可分割的有机整体，要从系统的观点进行协调，进而实现全局优化； ⑶　企业生产的要素包括人、技术及经营管理。其中，尤其要重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用； ⑷　企业生产活动中包括信息流及物料流两大部分，现代企业中尤其要重视信息流的管理运行及信息流与物料流间的集成； ⑸　CIM技术是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。具体来说，它综合并发展了企业生产各环节有关的计算机辅助技术，包括计算机辅助经营管理与决策技术、计算机辅助分析与设计技术、计算机辅助制造技术、计算机辅助信息集成技术、计算机辅助建模、仿真、实现技术和计算机辅助质量管理与控制技术等。

CIMS的基本构造

第一层是驱动轮子的轴心——顾客 • 第一层是驱动轮子的轴心——顾客。潜在的顾客就是市场。企业任何活动的最终目的应该是为顾客服务，迅速而圆满地满足顾客的愿望和要求。市场是企业获得利润和求得发展的基点，也是从计划经济体制转向市场经济体制的核心。

第二层是企业组织中的人员和群体工作方法 • 传统的管理概念，认为仅有供销人员是面向用户和市场的，但是，在多变的、竞争激烈的市场中，企业中的每个人都必须具有市场意识，每个职工都要了解市场的变化以及企业在市场中的地位、本职工作和市场竞争能力的关系。企业的成败关键不是技术，而是人和组织。

第三层是信息（知识）共享系统 • 信息是企业的主要资源。现代企业的生产活动是依靠信息和知识来组织的。在传统的生产方式中，各个部门都有自己的信息处理方式，所采用的知识各不相关。因此，信息冗余量大，传递速度慢，共享程度很低。现代制造企业一定要建立一个信息和知识共享系统，它是以计算机网络为基础的，并且有参与的、使用操作方便和可靠的系统，使信息流动起来，形成一个连续的，不间断的信息流，才有可能大大提高企业的生产和工作效率。

第四层是企业的活动层 • 可划分为三大部门和15个功能区。这15种功能都是企业在市场竞争必中不可少的。

第五层是企业管理层 • 它的功能是合理配置资源，承担企业经营的责任。这一层应该是很薄的但卓有成效的一层，是企业内部活动和企业所在环境的接口。企业管理层是把原料、半成品、资金、设备技术信息和人力资源作为投入，去组织和管理生产，并将产品推出到市场销售。企业管理层还要承担一系列责任，如员工的利益和安全，投资者的合理回报，社团公共关系，政府法规和行业道德以及环境保护等

第六层是企业的外部环境 • 企业是社会中的经济实体，受到用户、竞争者、合作者和其它市场因素的影响。例如老用户和新用户的各种需求，原料和外购件的供应渠道，推销和代理商的组织，能源、交通和通讯基础设施的好坏，劳动力和金融市场的变动，大专院校和研究所的支持，政府的经济法规和政治形势的变化等。企业管理人员不能孤立地只看到企业内部，必须置身于市场环境中去运筹帷幄，高瞻远瞩地作出企业发展的决策。

CIMS的基本组成 • 一般认为，CIMS是在两个支撑分系统（网络系统和数据库系统）基础上，由四个分系统组成：管理信息系统（MIS）、工程设计集成自动化系统（EDIS）、制造自动化系统（MAS）和质量保证系统（QAS）。

市场信息 管理信息分系统原材料计算机网络分系统数据库分系统工程设计自动化分系统制造自动化分系统技术信息产品质量保证分系统销售服务系统

工程设计集成自动化系统（EDIS） • 工程设计集成自动化系统（EDIS—Engineering Design Integrated System）是指利用计算机软硬件及网络环境，实现产品开发过程的一种技术，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、分析等过程。设计自动化不仅贯穿企业工程及产品设计的全过程，而且涉及企业的设备布置、物流过程、生产计划、成本分析等方面，因而对缩短产品研制周期、降低开发成本、实现最佳设计目标，获得最大经济效益起重要作用。设计自动化集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟现实技术(VR)、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。设计自动化涉及的主要内容有：

设计自动化涉及的主要内容有 • CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM • 异地、协同、虚拟设计 • 拟实制造 • 智能化产品设计 • 产品快速设计、优化设计、逆向工程 • 绿色设计又称面向环保的设计或DFE(Design for Environment) • 并行设计

设计自动化涉及的主要内容有： (1) CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM，计算机辅助设计及相关技术是设计自动化技术的核心。为了使产品的设计过程更加科学和有效，需要采用产品数据管理(PDM)技术，用PDM技术控制产品设计过程数据和工作流程。

设计自动化涉及的主要内容有

设计自动化涉及的主要内容有： (2)异地、协同、虚拟设计涉及因特网/企业内部网支持环境下的产品需求定义与建模、产品数据管理、产品数据交换等相关技术，以及异地设计、协同设计和虚拟设计环境下的产品开发过程模型、集成模式、体系结构及支持工具等。

设计自动化涉及的主要内容有： (3)拟实制造涉及拟实制造中产品设计、功能仿真、性能模拟、工艺设计及制造过程仿真等产品开发相关过程中的关键技术、产品数字化定义、可制造性/可装配性仿真、工艺评估及其决策支持工具，以及VR技术在产品规划、需求分析、概念设计中的应用等。

设计自动化涉及的主要内容有： (5)产品快速设计、优化设计、逆向工程涉及产品快速设计、建模与管理技术、产品优化设计方法及其工具、点阵信息的矢量化与结构化设计、从二维信息重构三维形体技术等。

设计自动化涉及的主要内容有： (6)绿色设计又称面向环保的设计或DFE(Design for Environment)。这是一项包括资源能源利用、污染防止和处理、回收再利用和废弃物处理等诸多环节的可持续发展战略。

设计自动化涉及的主要内容有： (7)并行设计以并行工程模式替代传统的串行式产品开发模式，使得在产品开发的早期阶段就能很好地考虑后续活动的需求，以提高产品开发的一次成功率。CIMS设计自动化中各组成部分作为独立的系统，已在生产中得到了广泛的应用。采用CIMS设计自动化技术，不仅能大大地提高产品设计的效率，更新传统的设计思想，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争力，还可以使企业建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期。当今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头，就是通过广泛采用CIMS设计自动化技术进行产品设计，并且投入大量的人力、物力，进行CIMS设计自动化技术的研究和开发，保持自己技术上的领先地位和国际市场上的竞争优势。

制造自动化分系统主要由以下几类子系统组合而成制造自动化分系统主要由以下几类子系统组合而成 ①制造加工子系统，以机械制造为例，包括专用自动化机床、组合机床及自动线、数控机床、加工中心(MC)、分布式数控系统(DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)等。 ②物料、运储子系统，包括毛坯与刀具准备工作站、传送带、有轨小车、自动导向小车、自动化仓库、搬运机器人、托盘站等。 ③制造信息子系统，包括制造过程生产计划调度与控制、计算机控制系统、数据库管理系统、网络和通信系统、制造信息的获取/分析/处理及各种信息交换、物料流的管理、制造过程监视与控制等。

CIMS制造自动化分系统的相关技术 • 车间级制造过程的组织和管理技术 • 制造装备和制造过程控制技术 • 制造过程建模、仿真和虚拟制造技术 • 智能制造技术 • 制造自动化分系统支撑技术

车间级制造过程的组织和管理技术 • 车间生产计划、调度与控制技术依据系统中的各种信息流制订出若干最优决策方案，控制物流的流动和系统资源的利用，包括工件、刀具、夹具等的静、动态调度、资源调度、生产计划的确定等。 2)自动化物流管理技术完成对自动化仓库的物料存取、自动导向小车(AGV)或有轨小车(RGV)、搬运机器人、自动交换工作台(APC)的协同管理和有效利用等。

制造装备和制造过程控制技术 1)数控和分布式数控技术在制造过程中，数控技术用于数控加工、数控装配、数控测量等方面。数控技术为满足机械制造向更高层次发展，为柔性制造单元(FMC)，柔性制造系统(FMS)以及计算机集成制造系统(CIMS)提供基础装备。分布式数控技术(DNC)是用一台或多台计算机对多台数控机床实施综合控制的技术。DNC属于自动化制造系统的一种模式。 2)柔性制造技术主要研究CIMS递阶控制结构的底三层(单元层、工作站层和设备层)的集成技术。近年来动态重构单元控制技术的研究也很活跃，动态可重构单元技术是研究将设备资源动态分配某个制造单元的一种控制及管理技术。

制造装备和制造过程控制技术 3)物料装备的控制技术具体包括物料搬运机器人控制技术，自动导向小车(AGV)控制技术，有轨小车(RGV)控制技术，自动化仓库认址及操纵技术。它为自动化物流系统提供执行机构。 4)制造过程检测与监视技术包括对产品质量自动检测、监控与诊断技术和制造系统运行监测、自适应控制与设备故障诊断技术。主要目标是提高产品的质量稳定性、系统运行的可靠性。

制造过程建模、仿真和虚拟制造技术 • 制造过程建模、仿真和虚拟制造技术是研究将制造系统中的信息流或系统状态以数学模型或其它模型进行描述，并以实际系统的运行参数进行驱动，在计算机虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造全过程的一切活动，并对产品制造及制造系统的行为进行预测和评价。

智能制造技术 • 智能制造技术在制造过程中进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。

制造自动化分系统支撑技术 1)CIMS制造自动化系统中的网络技术包括设备层的现场网络(如现场总线技术)和CIMS底三层的数据交换网络技术 2)数据库技术包括制造系统的数据分类、组织、存储和查询的技术，它是制造自动化系统控制和运行的依据。 3)信息交换技术它是研究制造自动化系统(MAS)与CIMS其它系统(如MIS，EDIS，TQS等)进行信息交换的接口技术。

CIMS管理技术 • CIM企业管理涉及企业经营战略、经营目标、组织与文化、制造资源、资金与成本、技术与产品开发、生产计划与控制等方面，可分为战略层、战术层和执行层等多个层次。CIMS管理技术是通过现代管理模式与计算机管理信息系统支持企业合理、有效地经营与生产，最大限度地发挥现有设备、资源、人、技术的作用，最大限度地创造经济效益。 • CIMS管理技术主要涉及现代制造企业的管理模式与组织理论、 CIM管理支持系统、 CIM管理系统方法论等。

CIMS管理技术 (1)企业管理模式 • 它是企业为实现其经营目标，而组织其资源、经营生产活动的基本框架和方式，典型的现代企业管理模式与方法有：制造资源计划(MRPII)、准时生产(JIT)、精良生产(Lean Production)、按类个别生产(OKP)、企业资源计划(ERP)、供应链管理(SCM)、企业过程重组(BPR)、敏捷虚拟企业(AVE)等等。先进企业管理模式是实现CIMS管理与决策信息系统的理论基础。

(2)CIMS管理支持系统(MSS) • 指在CIMS环境下，以先进的管理技术与模式为核心，与CIMS其它分系统密切配合并充分集成，管理与控制全企业经营生产活动的集成化管理决策信息系统。MSS包括CIMS管理信息系统(MIS)、决策支持系统(DSS)、领导信息系统(EIS)等。其中，MIS主要涉及经营销售管理、计划管理、物料管理、生产管理、车间作业管理、财务管理、人力资源管理、采购与供应管理、库存管理、设备管理、能源管理、人事劳资管理、质量信息管理等方面。DSS是帮助管理者就生产经营管理问题进行决策与选择的辅助支持工具系统。EIS则是专门为企业顶层领导服务的战略级综合信息查询与处理系统。

(3)CIM管理系统方法论 • 涉及CIMS管理系统方法指南、企业建模和计算机支撑环境，如面向管理的企业模型与建模技术、企业管理系统分析、设计方法及计算机辅助工具和面向管理的人机交互技术等。

质量保证分系统的主要内容 • 企业为了确保能以高质量的产品在激烈的市场竞争中取胜,必须运用信息技术，计算机技术等先进技术提高企业质量管理的水平,增强质量保证和质量控制的有效性。CIMS中的质量保证系统在网络数据库的支持下，从产品设计、开发，直到售后服务全生命周期中对与质量有关的数据进行有效的采集、处理、评价和决策，对质量管理、质量保证、质量控制活动进行有效的管理，实现企业质量管理的整体优化,以达到全面满足顾客需求、提高市场竞争能力的目的。

质量保证分系统的主要内容 • CIMS质量保证系统分布在企业的各个层次，它涉及底层的各个生产工序的质量检测与控制、检验试验设备的管理，也涉及上层的质量问题决策，既覆盖产品制造过程，也覆盖产品开发过程和服务过程。

CIMS质量保证系统的主要功能： ①根据企业的整体目标和市场需求,确定产品的质量目标和技术要求,制定质量计划和检测计划； ②通过各类检测、试验设备和其他数据源采集与产品质量有关的数据，并对其进行分析、处理、存储和管理； ③以质量信息为依据，以智能技术为基础，对出现的质量问题进行分析、诊断，并将相应的纠正措施与控制信息传递到相应的部门、人员和设备,实施过程控制 ④为不同层次的质量问题提供决策支持。例如，合理地确定满足质量要求的产品设计方案和生产方案；根据生产要求和供应商质量状况选择购买方案等

CIMS质量保证系统的主要功能实现 • 这些功能通过三个层次(计划层、管理层和执行层)的集成来实现。在计划层，制定质量计划和检测计划、向供货商提出供货质量要求等；在管理层，实现零件及产品分类统计分析、质量分析处理和评价、质量成本核算等；在执行层，实现质量数据的采集、测量装置与测量机编程以及加工设备的过程控制。

质量保证分系统的四个功能子系统 • CIMS质量保证分系统覆盖产品生命周期的各个阶段。按照TQC的计划、实施、检验、反馈控制原理(Plan Do Check Action，PDCA)，质量保证分系统可以分为以下四个功能子系统： • (1)质量计划子系统 • (2)质量检测子系统 • (3)质量评价子系统 • (4)质量信息综合管理及反馈控制子系统

质量计划子系统 • 用来分析客户的质量要求和产品的质量水平，确定改进的质量目标，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，通过质量计划解决必要性、期限、责任者、地点和方法等问题，并根据生产计划和质量要求，制定检测计划、检测规程和规范。

质量检测子系统 • 采用自动检测装置对零件进行检验，对产品进行试验，采集各类质量数据并进行校验和预处理。自动检测的方式包括采用坐标测量机、测量机械手、机器视觉语言系统和传感器系统等。根据我国企业的实际情况，质量数据的采集有时也采用手工检测和人工录入。

质量评价子系统 • 质量评价子系统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

质量信息综合管理及反馈控制子系统 • 包括质量报表生成、质量综合查询、质量文档管理、质量检验人员印章管理、产品使用过程质量信息以及针对各类质量问题所采取的各种措施及信息反馈。

计算机网络子系统 • 计算机网络子系统的基本功能是突破地理限制，实现资源(信息、软件、硬件和服务)共享。通过对重要资源的共享，依靠网络中可替代的资源，提高系统可靠性，节省投资，并提供更大范围的分布式处理能力。由于CIMS技术的核心是系统功能集成，而功能集成的前提是实现企业内部和外部各部门之间的信息流通。因此，企业的CIMS建设和CIMS计算机网络之间的关系正如人的机体与血管的关系，当信息技术应用于企业生产的各个环节时，作为支撑技术之一的计算机网络保证了在正确的时候、将正确的信息、以正确的形式、送到正确的地方，以便执行实体进行正确的操作。

计算机网络子系统 • 支持企业CIMS应用的计算机网络主要提供异机数据访问、异机程序访问和增值通信三大类功能。包括支持实现文件和数据共享的企业管理信息系统、共享生产数据和过程管理的ERP系统，以及支持CAD、CAM和CAPP等应用集成的PDM系统。除此以外，要能够利用计算机网络进行增值通信，与企业内部和外部的合作伙伴交流信息，实现异地设计、异地制造，以及使用EDI技术在银行、客户和供应商之间传递各种单据，为建立企业间动态联盟和虚拟企业提供支持环境。

数据库子系统 • 数据库子系统的基本功能是对数据进行组织、存储和管理。企业在生产控制过程和经营管理过程中必然会产生大量的数据，对这些数据进行有效的管理和合理应用，并从大量的数据中提取出有效的信息以支持企业的决策，是数据库的基本目标。

数据库子系统 • 围绕企业的CIMS应用，合理地组织企业在生产控制过程和经营管理过程中产生的数据，从原有的、大量的数据中提取有效的信息以支持企业的决策，是企业的最大需求，也是CIMS环境下数据库技术发展的目标。数据库技术的发展特点是集成，以及以“数据仓库”为代表的新型的数据组织模式。

数据库子系统 • 数据库的作用不仅仅是简单的查询和检索，还要能帮助用户从大量的数据中提取带有统计性质的信息用于企业决策，通过数据挖掘和信息发现技术，对数据库和数据仓库中蕴涵的、未知的、有潜在应用价值的数据进行提取，找出数据间潜在的规律，对生产和决策管理提供支持。

数据库子系统 • 我们可以把数据库形象地看成是企业的“数据源”，它在逻辑上是分散的，但在物理上可以集中存放，也可以分布(分散)存放。而网络则可以看成是沟通用户和“数据源”的“通路”，它可以根据企业的具体情况，在客户机和客户机之间、服务器和服务器之间、客户机和服务器之间建立快速、可靠的访问通路。

CIMS支撑系统 • 今天的CIMS支撑系统，一般都要对企业的中长期发展目标和未来可能的应用给予足够的考虑，基于因特网/内联网，规划合理的实施方案，以免形成新的“信息孤岛”，并结合新型网络应用，提高企业的信息化水平，使CIMS网络/数据库系统成为企业的信息基础设施和信息存储仓库

CIMS的现状与发展趋势 (1)国外现状国外开展CIMS的研究与应用已有20多年历史。世界各国十分重视CIM等制造系统集成技术的研究与开发，欧美等发达国家将CIM技术列入其高技术研究发展战略计划，给予重点支持。目前，国外关于CIM的研究和推广应用正向纵深发展。欧美国家的重要理工科大学大都建立了与CIM有关的研究所或实验室，有些大学还开设了CIM相关技术的课程。在制造系统模式方面，国外的研究人员对各种新的制造系统模式，如大批量定制生产模式、捷制造模式和可持续发展的制造系统模式等进行了深入的研究。 • 这些研究成果充实、丰富了CIM的内涵。

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