計算機集成制造系統(tǒng)概論

1、計算機集成制造系統(tǒng)概念及其展望顏頌濤1 摘要：通過閱讀計算機集成制造系統(tǒng)和國內(nèi)外文獻，完成本論文。本文的主要工作有：1）計算機集成制造系統(tǒng)的概念、定義。2）計算機集成制造系統(tǒng)的組成，和主要構成部分。3）計算機集成制造系統(tǒng)帶給企業(yè)的效益。4）計算機集成制造系統(tǒng)的展望。關鍵詞：CIMS；展望；概念1 計算機制造系統(tǒng)1.1 計算機集成制造系統(tǒng)的概念 自動化孤島（Islands of Automation）自動化孤島是指在一個工廠內(nèi)，能夠完成某種功能的自動化子系統(tǒng)，它在職能上是分布的，在地理上是分散的，在時間上是分割的。近30年來，隨著電子技術、計算機技術和機械制造技術的迅猛發(fā)展，世界上已開發(fā)出許多專

2、門用途的自動化系統(tǒng)，它們是相對獨立的，易于控制，具備一定完整的功能（模塊），具有便于相互連接的接口，但這些自動化子系統(tǒng)是分期控制和局部管理的，統(tǒng)稱為自動化孤島。這類自動化孤島包括： 1NC、CNC、DNC機床 2CAD/CAM (CAPP, CAE )、FMS 3MRP（制造資源規(guī)劃） 注意：MRP材料需求計劃 4Expert System 5Robot Controller自動化孤島向集成化（一體化）發(fā)展是一必然方向，也是制造業(yè)的一場深刻的變革。1.1.2 CIMS定義CIMS是建立在自動化孤島基礎上的復雜系統(tǒng)。CIMS將全部制造過程進行統(tǒng)一規(guī)劃，將一個工廠的設計、生產(chǎn)和經(jīng)營的各種分布的自動

3、化孤島，通過要素化和標準化有機地集成起來，以獲得一個高效益和高柔性的智能化大系統(tǒng)。1974年，美國年輕學者哈靈頓博士首先提出“計算機集成制造”的概念，他認為整個生產(chǎn)過程（從市場、設計制造到管理、售后服務等）是一個整體，需要統(tǒng)一考慮；同時整個生產(chǎn)過程是信息的采集、傳送和加工處理的過程，產(chǎn)品的尺寸不過是物化的數(shù)據(jù)。這一觀點為生產(chǎn)過程大量采用信息技術奠定了認識上的基礎。什么是CIMS？至今尚無一個普遍接受的說法，有人說CIMS是用計算機去集成制造活動；還有人說，CIMS是一個管理的哲學。在此，將CIMS定義為：CIMS是根據(jù)系統(tǒng)工程的觀點，將整個車間或工廠作為一個閉環(huán)系統(tǒng)，整個系統(tǒng)完全由計算機進行管

4、理。該系統(tǒng)輸入的是產(chǎn)品需求的有關信息，輸出的為經(jīng)過檢驗的合格產(chǎn)品。1.2 計算機集成制造系統(tǒng)的組成1.2.1 CIMS概況圖1 CIMS示意圖如圖所示，CIMS系統(tǒng)分為三級：1決策級決策級是生產(chǎn)決策機構。決策級根據(jù)市場的需求、原材料供應情況，結合本企業(yè)的生產(chǎn)技術條件及財務狀況，作出生產(chǎn)產(chǎn)品的種類及規(guī)模的決策。2經(jīng)營管理級經(jīng)營管理級根據(jù)決策機構的決定、市場的銷售情況等方面的情況，決定產(chǎn)品的類型與產(chǎn)量，協(xié)調(diào)生產(chǎn)過程的各種活動，實現(xiàn)總體決策所提供的戰(zhàn)略目標（包括材料需求規(guī)劃、質量管理、計算機輔助經(jīng)濟分析等）。同時在空間和時間上,協(xié)調(diào)物料的需求,實現(xiàn)現(xiàn)代管理思想的目標無庫存系統(tǒng)。3制造級制造級是具體實

5、施產(chǎn)品設計與制造的部分，其中包含制造系統(tǒng)中各項自動化技術及其集成，即CAD/CAM、FMS、柔性檢驗、自動傳送系統(tǒng)、自動化倉庫等。由CIMS的示意圖可以看出計算機集成制造系統(tǒng)的一個最鮮明的特點：在CIMS內(nèi)，信息流占主導地位，信息的采集、交換與處理融合在一起，再由信息流控制物質流，控制和指揮整個生產(chǎn)活動。1.2.2 CIMS主要組成部分如上所述，CIMS包括了企業(yè)從市場預測到產(chǎn)品售后服務的全部生產(chǎn)活動。從功能角度看，CIMS包含了一個企業(yè)的設計、制造及經(jīng)營管理的三種主要功能。要使這三者集成起來，還需要一個支撐環(huán)境，即分布式數(shù)據(jù)庫和計算機網(wǎng)絡。目前，一般認為CIMS主要由四部分組成：1管理與決策

6、信息系統(tǒng)其主要功能是信息處理，包括收集、傳輸、加工、查詢等；一般分為輔助性經(jīng)營計劃管理、物料管理、生產(chǎn)管理、財務管理、人力資源管理和輔助決策。2工程信息系統(tǒng)其主要功能模塊有計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、成組技術（GT）、計算機輔助編制工藝規(guī)程（CAPP）和計算機輔助制造（CAM）等。3柔性自動化制造系統(tǒng)其主要功能是在計算機調(diào)度和控制下，使加工設備完成由毛坯到產(chǎn)品的轉變過程，并將制造現(xiàn)場的不同信息實時地或經(jīng)過初步處理后反饋到相應部門。其硬件設備主要包括CNC、DNC、自動小車、機器人等。其生產(chǎn)方式主要采用FMC、FMS等。4集成質量系統(tǒng)其主要功能就是通過對存在于設計、制造和

7、管理中的質量信息進行有效的收集、處理、儲存、評價、分析與利用，并形成一系列的控制手段來保證產(chǎn)品的質量，其中主要包括質量計劃、質量信息管理以及計算機輔助在線質量控制。3 計算機集成制造系統(tǒng)的效益制造型企業(yè)采用CIMS可以提高企業(yè)的整體效率，并獲得效益。其效益主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一、在工程設計自動化方面由于采用現(xiàn)代化設計手段CAD/CAPP/CAM，可以 1提高產(chǎn)品的研制與生產(chǎn)能力 2保證產(chǎn)品的設計質量 3縮短產(chǎn)品設計與工藝設計周期（加速產(chǎn)品更新?lián)Q代）二、在加工制造方面FMS和分布式數(shù)控（DNC）的應用，能夠 1提高制造過程的靈活性與質量 2提高設備利用率 3縮短產(chǎn)品的制造周期 4增強生產(chǎn)能力

8、三、在經(jīng)營管理方面 1使決策與生產(chǎn)管理科學化 2保證產(chǎn)品報價快速、準確、及時 3減少生產(chǎn)過程中的“瓶頸”，減少“在制品” 4庫存降至最低水平，減少占用資金和倉庫面積，降低生產(chǎn)成本現(xiàn)代管理科學認為，一個好企業(yè)的生產(chǎn)模式應該是無倉庫式和啞鈴式。1985年，美國科學院對在CIMS方面處于領先地位的五家公司（麥克唐納道格拉斯飛機公司、迪爾拖拉機公司、通用汽車公司、英格索爾銑床公司和西屋公司）進行了調(diào)查和分析，認為采用CIMS可以獲得以下效益：產(chǎn)品質量提高200500工程設計費用減少1530生產(chǎn)率提高4070人工費用減少520設備利用率提高200300提高工程師工作能力300500生產(chǎn)周期縮短3060在

9、制品減少30604 計算機集成制造系統(tǒng)的展望4.1 數(shù)字化未來世界，“數(shù)字化”將勢不可當?！皵?shù)字化”不僅是“信息化”發(fā)展的核心，而且也是先進制造技術發(fā)展的核心。信息的“數(shù)字化”處理同“模擬化”處理相比，有著3個不可比擬的優(yōu)點：信息精確，信息安全，信息容量大。數(shù)字化制造就是指制造領域的數(shù)字化，它是制造技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術與管理科學的交叉、融和、發(fā)展與應用的結果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢。它包含了三大部分：以設計為中心的數(shù)字制造，以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。對制造設備而言，其控制參數(shù)均為數(shù)字化信號。對制造企業(yè)而言，各種信息（如圖形

10、、數(shù)據(jù)、知識、技能等等）均以數(shù)字形式，通過網(wǎng)絡，在企業(yè)內(nèi)傳遞，以便根據(jù)市場信息，迅速收集資料信息，在虛擬現(xiàn)實、快速原型、數(shù)據(jù)庫、多媒體等多種數(shù)字化技術的支持下，對產(chǎn)品信息、工藝信息與資源信息進行分析、規(guī)劃與重組，實現(xiàn)對產(chǎn)品設計和產(chǎn)品功能的仿真，對加工過程與生產(chǎn)組織過程的仿真，或完成原型制造，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的快速重組與對市場的快速響應，以滿足客戶化要求。對全球制造業(yè)而言，用戶借助網(wǎng)絡發(fā)布信息，各類企業(yè)通過網(wǎng)絡，根據(jù)需求，應用電子商務，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，形成動態(tài)聯(lián)盟，迅速協(xié)同設計與制造出相應的產(chǎn)品。這樣，在數(shù)字制造環(huán)境下，在廣泛領域乃至跨地區(qū)、跨國界形成一個數(shù)字化組成的網(wǎng)，企業(yè)、車間、設備、員工、經(jīng)

11、銷商乃至有關市場均可成為網(wǎng)上的一個“結點”，在研究、設計、制造、銷售、服務的過程中，彼此交互，圍繞產(chǎn)品所賦予的數(shù)字信息，成為驅動制造業(yè)活動的最活躍的因素。4.2 集成化“集成化”，一是技術的集成，二是管理的集成，三是技術與管理的集成；其本質是知識的集成，亦即知識表現(xiàn)形式的集成。如前所述，現(xiàn)代集成制造技術就是制造技術、信息技術、管理科學與有關科學技術的集成?！凹伞本褪恰敖徊妗?，就是“雜交”，就是取人之長，補己之短?！凹苫敝饕福海?）、現(xiàn)代技術的集成。機電一體化是個典型，它是高技術裝備的基礎，如微電子制造裝備，信息化、網(wǎng)絡化產(chǎn)品及配套設備，儀器、儀表、醫(yī)療、生物、環(huán)保等高技術設備。（2）、加工技術的集成、特種加工技術及其裝備是個典型，如增材制造（即快速原型）、激光加工、高能束加工、電加工等等。（3）、企業(yè)集成，即管理的集成，包括生產(chǎn)信息、功能、過程的集成；包括生產(chǎn)過程的集成。全壽命周期過程的集成；也包括企業(yè)內(nèi)部的集成，企業(yè)外部的集成。4.3 智能化制造技術的智能化是制造技術發(fā)展的前景。智能化制造模式的基礎是智能制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)既是智能和技術的集成而形成的應用環(huán)境，也是智能制造模式的載體。與傳統(tǒng)的制造相比，智能制造系統(tǒng)具有以下特點：1、人機一體化；2、自律能力；3、自組織與超柔性；4、