CIMS和CIPS技術與應用課程2

1、2022/10/12CIMS和CIPS技術與應用1 第二章 CIM基礎理論2.1 幾個概念2.1.1 CIMS的組成涉及人/機構、經營與技術三個方面要素的集成工程：經營人/機構技術(1)(2)(3)(4)四個方面的集成問題(1) 使用技術支持經營(2) 使用技術支持人員的工作(3) 協(xié)調機構/人員工作以支持經營(4) 經營、人員、技術的集成2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用2 (1)使用技術術支持經經營以計算機機技術、自動化化技術、生產技技術、信信息技術術等領域域的成果果為技術術手段來來支持企企業(yè)完成成預期的的經營目目標(2)使用技術術支持人人員的工工作利用技術術為企業(yè)業(yè)生產、

2、管理與與經營過過程中各各種人員員的工作作提供支支持，使使他們能能夠協(xié)調調一致地地相互配配合完成成工作(3)協(xié)調機構構/人員工作作以支持持經營通過調整整組織結結構，提提高人員員的綜合合素質支支持企業(yè)業(yè)的經營營活動(4)經營、人人員、技技術的集集成統(tǒng)一管理理追求經經營、人人員、技技術等方方面的集集成和整整體優(yōu)化化2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用3 信息共享享在正確的的時間，將正確確的信息息，以正正確的形形式，交交給正確確的用戶戶2.1.2CIMS的主要特特征智能化與與綜合化化的統(tǒng)一一人在工業(yè)業(yè)生產中中積累的的知識加加以抽象象以特定定的方式式加以描描述和表表達，總總結成一一定的推推

3、理邏輯輯、規(guī)則則和算法法，建立立相應模模型，將將人的思思維活動動加以條條理化和和科學化化-人的部分分智力活活動將由由各種類類型的自自動化系系統(tǒng)代替替。智能化自動化的的深度綜合化涉及企業(yè)業(yè)經營、管理、生產全全部活動動的決策策，是一一種具有有全局意意義的企企業(yè)綜合合自動化化，自動動化系統(tǒng)統(tǒng)的廣度度2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用4 分布與集集成的統(tǒng)統(tǒng)一分布形式式：分散散化、單單元化、模塊化化典型化和和通用標標準化的的統(tǒng)一2.1.3CIMS的功能構構成4個功能分分系統(tǒng)、2個支撐分分系統(tǒng)(1)管理信息息系統(tǒng)以MRPII為核心，從制造造資源出出發(fā)，考考慮企業(yè)業(yè)進行經經營決策策的戰(zhàn)略略層

4、、中中短生產產計劃編編制的戰(zhàn)戰(zhàn)術層，其功能能覆蓋市市場銷售售、物料料供應、各級生生產計劃劃與控制制、財務務管理、成本、庫存和和技術管管理等部部分的活活動，是是以經營營生產計計劃、主主生產計計劃、物物料需求求計劃、能力需需求計劃劃、車間間計劃、車間調調度與控控制為主主體形成成的閉環(huán)環(huán)一體化化生產經經營和管管理信息息系統(tǒng)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用5 (2)工程設計計自動化化系統(tǒng)在產品開開發(fā)過程程中引入入計算機機技術，包括產產品的概概念設計計、過程程與結構構分析、詳細實實際、工工藝設計計與數(shù)控控編程。CAD、CAPP、CAM(3)制造自動動化系統(tǒng)統(tǒng)制造現(xiàn)代代化系統(tǒng)統(tǒng)是在計計算

5、機的的控制與與調度下下，按照照NC代碼將一一個毛坯坯加工成成合成的的零件，再裝配配成部件件以至產產品，并并將制造造現(xiàn)場信信息實時時地反饋饋到相應應部門。 物流流和信息息流的結結合點，最終產產生經濟濟效益的的聚集地地。(4)質量保證證系統(tǒng)采集、存存儲、評評價與處處理設計計、制造造過程中中與質量量有關的的大量數(shù)數(shù)據，從從而獲得得一系列列控制環(huán)環(huán)，并用用這些控控制環(huán)有有效促進進質量的的提高，以實現(xiàn)現(xiàn)產品的的高質量量、低成成本、提提高企業(yè)業(yè)的競爭爭力2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用6 (5)計算機通通信網絡絡支持CIMS各個分系系統(tǒng)的開開放型網網絡通信信系統(tǒng)，采用國國際標準準和工業(yè)業(yè)

6、標準規(guī)規(guī)定的網網絡協(xié)議議，實現(xiàn)現(xiàn)異種機機互聯(lián)、異構局局部網絡絡及多種種網絡互互聯(lián)。(6)數(shù)據庫系系統(tǒng)支持CIMS各個分系系統(tǒng)并覆覆蓋企業(yè)業(yè)全部信信息的數(shù)數(shù)據庫系系統(tǒng)。在在邏輯上上是統(tǒng)一一的，在在物理上上是分布布的，以以實現(xiàn)企企業(yè)數(shù)據據共享和和信息集集成。2.1.3CIMS集成工作作的三個個階段CIMS集成不等于各個單項項技術簡簡單疊加加在一起起全企業(yè)內內全方位位的綜合合過程被被認為應應該分為為三個階階段：物理系統(tǒng)統(tǒng)的集成成應應用集集成經經營集集成2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用7 (1)物理系統(tǒng)統(tǒng)的集成成將制造自自動化設設備和數(shù)數(shù)據處理理設施用用通信網網絡互連連起來，將自動動

7、化島溝溝通起來來，使之之能夠互互相交換換數(shù)據和和信息物理系統(tǒng)統(tǒng)互連網絡配置置與管理理數(shù)據交換換規(guī)則和和慣例系統(tǒng)內部部通信(2)應用集成成整個系統(tǒng)統(tǒng)內各部部分的應應用軟件件及其用用戶之間間的集成成，包括括人和機機器之間間的控制制和信息息的集成成公共(共享)數(shù)據資源源公共服務務執(zhí)行環(huán)環(huán)境可移式應應用與分分布系統(tǒng)統(tǒng)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用8 (3)經營和人人的集成成從技術上上實現(xiàn)包包含三個個方面：生產和過過程的仿仿真對底層的的生產過過程，能能進行物物理過程程動態(tài)調調度的仿仿真和優(yōu)優(yōu)化，對對上層生生產計劃劃的安排排與調整整，能進進行仿真真統(tǒng)計分分析，給給決策者者提供參參考信息

8、息。自動化的的經營過過程監(jiān)控控全企業(yè)范范圍內的的綜合數(shù)數(shù)據采集集和統(tǒng)計計分析系系統(tǒng)，具具備數(shù)據據統(tǒng)計和和分析功功能，使使高層的的經營人人員能隨隨時掌握握整個過過程的情情況。基于知識識的決策策數(shù)據庫、模型庫庫、知識識庫、方方法庫，幫助高高層的決決策者科科學地完完成決策策過程。2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用9 2.2CIMS體系結構構CIMS是一個多多層次、多結構構的復雜雜系統(tǒng)，實施工工作需要要巨額投投資和較較長周期期，面臨臨巨大的的風險，需要一一個合理理有效的的CIMS系統(tǒng)結構構和一指指導工程程設計實實施和運運行的有有效方法法。CIM體系結構構的研究究工作通通過研究究系統(tǒng)各各

9、部分及及其相互互關系，提出標標準的、功能優(yōu)優(yōu)良的CIM體系結構構、建模模工具和和集成基基礎結構構，系統(tǒng)統(tǒng)指導系系統(tǒng)設計計、實施施和運行行中問題題的解決決2.2.1CIMS體系結構構的作用用能夠清楚楚的表達達企業(yè)CIM項目整個個生命周周期內的的發(fā)展過過程，解解答闡明明過程中中一系列列問題，提供方方法比較較不同的的方案，選擇最最佳應用用方案及及技術降低企業(yè)業(yè)開發(fā)工工作的代代價和風風險指導和幫幫助用戶戶獲得需需要的技技術和能能力用戶利用用體系結結構的標標準化、共性化化的成果果，構思思企業(yè)特特定結構構，避免免從頭構構思實施施和重復復開發(fā)。2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用10 2.2.

10、2CIMS體系結構構的構成成原則(a)抽象化(b)模塊化系統(tǒng)被分分解為單單個、獨獨立的單單元，它它們與系系統(tǒng)的其其他部分分中完成成同樣功功能的單單元互換換而不影影響系統(tǒng)統(tǒng)總的性性能(c)開放性空間上將將系統(tǒng)各各組成部部分有效效的集成成起來，能擴展展新的功功能，將將新技術術、新模模塊簡易易、有效效的集成成；時間間上有盡盡可能長長的生命命周期(d)用戶需求求與系統(tǒng)統(tǒng)實施分分離規(guī)劃設計計與系統(tǒng)統(tǒng)運行相相分離，不必考考慮控制制系統(tǒng)實實現(xiàn)用戶戶要求功功能時所所用方法法的特殊殊性2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用11 2.2.3CIMS體系結構構的共同同要素(1)模型集合合四個共同同要素：

11、(2)方法體系系(3)建模方法法和工具具(4)基礎結構構什么是模模型模型是實實際對象象或系統(tǒng)統(tǒng)的抽象象及簡化化表示，是抽取取了研究究對象本本質特征征，忽略略或精簡簡了次要要的、非非本質影影響因素素后，用用文字、圖表、符號、數(shù)學公公式、物物理模擬擬裝置等等形式對對所認識識的客觀觀對象描描述表達達方法CIM復雜對象象系統(tǒng)的的模型，主要形形式為：圖形、表格、文字敘敘述2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用12 (1)模型集合合人們有時時將模型型集合狹狹義地稱稱為體系系結構，它可以以分為：a)狹義的企企業(yè)參考考體系結結構在通用層層上描述述集成企企業(yè)，它它們是從從不同角角度描述述集成企企業(yè)的

12、模模型集合合b)廣義的企企業(yè)參考考體系結結構在企業(yè)的的各個開開發(fā)階段段從不同同的角度度描述企企業(yè)狹義的企企業(yè)參考考體系結結構可以以作為一一個部分分包含在在廣義的的企業(yè)參參考體系系結構。2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用13 (2)方法體系系是經過驗驗證的、被確認認為有效效的指南南、技術術和過程程的集合合，包含含下列內內容：參考模型型：全局地和和一般地地描述建建立集成成化企業(yè)業(yè)的工程程結構建模機理理：支持模型型的建立立和對其其進行研研究與評評估結構化方方法：指出根據據目標和和特定約約束的變變化，將將現(xiàn)有系系統(tǒng)轉化化為未來來系統(tǒng)的的整個工工作程序序步驟性能評價價標準：從幾個角角度(

13、經濟性、可靠性性等)來評價系系統(tǒng)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用14 (3)建模方法法和工具具用來生成成、開發(fā)發(fā)和分析析上面定定義的模模型。工具從屬屬特定的的方法體體系或參參考體系系結構，也可以以是獨立立的(4)基礎結構構是一個支支持企業(yè)業(yè)信息集集成所需需的處理理功能和和通信功功能的系系統(tǒng)。2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用15 2.2.4CIMS體系結構構的研究究應用狀狀況和發(fā)發(fā)展方向向HOW企業(yè)集成成What(1)面向局部部的CIM體系結構構(2)面向全局局的CIM體系結構構描述工廠廠集成的的組成或或其中某某部分的的組成(如計算機機系統(tǒng)、通信系系統(tǒng)等)的體

14、系結結構或物物理結構構描述工廠廠集成工工程全過過程開發(fā)發(fā)生命周周期的體體系結構構2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用16 (1)面向局部部的CIM體系結構構CIM系統(tǒng)兩種種分解方方式：橫向分解解縱向分解解橫向分解解對CIM系統(tǒng)進行行正確、合理、精簡而而又充分分的分解解，不應應有多余余的分系系統(tǒng)、子子系統(tǒng)和和不必要要的冗余余面向功能能構成的的體系結結構縱向分解解確定合理理的遞階階控制層層數(shù)，在在保證有有效的控控制前提提下，盡盡量減少少遞階控控制的層層數(shù)面向控制制結構的的體系結結構2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用17 a)面向功能能構成的的體系結結構典型代表表是美國

15、國制造工工程師學學會(SME)輪式結構構(CASAwheel)，很多大大的計算算機公司司都提出出了類似似的結構構，但這這種體系系結構，從技術術角度考考慮問題題較多。它能描描述的與與其說是是“集成成”（integrating），還不不如說只只是“互互連”（interfacing）。80年代SME的輪式結結構將CIM系統(tǒng)功能能分解為為：核和里、中、外外三層90年代SME的輪式結結構該輪圖由由六層組組成：(1)顧客(2)人、技術術和組織織(3)共享的知知識和系系統(tǒng)(4)過程(5)資源和職職責(6)制造基礎礎結構2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用18 b)面向系統(tǒng)統(tǒng)控制功功能的體體系結

16、構構美國NBS(現(xiàn)為NIST,國家標準準與技術術研究所所)的遞階控控制模型型(1980)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用19 國際標準準化組織織(ISO)的遞階控控制模型型(1980)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用20 遞階控制制結構的的特點和和問題通過把復復雜系統(tǒng)統(tǒng)縱向分分解為分分層控制制，減少少了全局局控制和和開發(fā)的的難度(2)每層將上上層的命命令分解解成在該該層執(zhí)行行的指令令或子命命令發(fā)往往下層(3)分層控制制結構限限制了每每層的職職責和權權限(4)符合當時時的企業(yè)業(yè)組織結結構，適適應當時時的計算算機技術術水平(網絡、數(shù)數(shù)據庫)(5)復雜的計計劃是在

17、在較高層層作出的的，命令令逐級從從上往下下發(fā)，速速度慢且且最新的的信息發(fā)發(fā)生在最最底層，從最底底層向高高層逐級級反饋速速度慢，系統(tǒng)柔柔性差(6)某一層發(fā)發(fā)生故障障將可能能引起下下屬系統(tǒng)統(tǒng)停機(有冗余設設計除外外)(7)在工廠內內導致了了單塊的的、難以以分布處處理的規(guī)規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)，導致致了車間間和設備備兩級處處理能力力差的問問題，它它們沒有有適當?shù)牡男畔⒒蚧蚬δ軐ζ涔ぷ髯鞣秶鷥葍鹊淖兓鞒鲰戫憫?020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用21 參差控制制對所有的的活動都都平等對對待，以以協(xié)商方方式進行行控制決決策，信信息在各各方面間間自由交交換采用隨機機控制路路徑，克克服了遞遞階控制制中

18、一個個控制器器只能做做一件事事的限制制單元單元單元單元單元單元2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用22 多級多層層控制適應優(yōu)化調節(jié)適應優(yōu)化調節(jié)適應優(yōu)化調節(jié)適應優(yōu)化調節(jié)N級N+1級N-1級NIST與AT&T貝耳實驗驗室提出出一種集集分層遞遞階控制制和參差差控制優(yōu)優(yōu)點的控控制結構構適應層：從上級調調節(jié)層接接受有時時間限制制的任務務單和其其它有關關工作。(1)在有限時時間內完完成生產產計劃(2)考慮下級級中未預預測到的的問題，更新現(xiàn)現(xiàn)有計劃劃優(yōu)化層：(1)評價適應應層提出出的計劃劃(2)為下一級級生成符符合時間間限制的的任務務單(3)解決調節(jié)節(jié)層確定定的當前前調度中中的各種種矛盾和和問

19、題2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用23 多級多層層控制(續(xù))調節(jié)層：是相鄰兩兩級間模模塊的接接口：(1)向下級釋釋放任務務；(2)監(jiān)視下級級有關工工作的反反饋情況況(3)指導下級級修正錯錯誤有待于進進一步研研究解決決的問題題：結構的準準確級數(shù)數(shù)確定動態(tài)重構構為適應和和優(yōu)化功功能建立立動態(tài)模模型，協(xié)協(xié)商策略略等分布式控控制結構構平面組織織結構2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用24 (2)面向全局局的CIM體系結構構理想體系系結構應應具備的的完備性性體系結構構除對信信息集成成所需的的決策、調度和和控制進進行建模模外，還還應使完完成企業(yè)業(yè)、工廠廠集成化化任務的的工程

20、和和計劃的的結構和和發(fā)展模模型化體系結構構應與方方法體系系相聯(lián)系系，方法法體系指指導用戶戶在信息息、物料料流和產產品集成成的設計計與實施施方法體系系還應該該包括可可以在某某種程度度上描述述和開發(fā)發(fā)企業(yè)集集成的計計算機系系統(tǒng)或其其它支持持工具，以幫助助用戶設設計和實實施小組組完成其其期望的的集成任任務體系結構構與相關關方法體體系的模模型、技技術和工工具形式式化定義義的語法法和語義義應該是是清楚的的，且開開發(fā)的體體系結構構應能適適應當前前計算機機開放系系統(tǒng)的趨趨勢，具具有計算算機可執(zhí)執(zhí)行的形形式2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用25 計算機集集成制造造開放系系統(tǒng)體系系結構(CIM-

21、OSA)歐共體ESPRIT項目688、2422和5288中由來自自多個國國家的22個公司、研究所所和大學學組成的的歐洲CIM體系結構構委員會會AMICE經六年多多時間開開發(fā)的研研究成果果包括兩個個部分：建?？蚣芗?ModelingFramework)集成基礎礎結構(integratinginfrastructure)a)CIM-OSA的建?？蚩蚣?020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用26 CIM-OSA的建?？蚩蚣?續(xù))結構框架架立方體體的三個個坐標分分別表示示：-逐步具體體化(stepwiseparticularization)通用性層層次-逐步推導導(stepwisederiv

22、ation)生命周期期-逐步生成成(stepwisegeneration)多視圖角角度通用性層層次(逐步具體體化過程程)刻劃企業(yè)業(yè)模型從從一般到到特殊的的演化過過程，有有三個層層次：通用層、部分通通用層、專用層層。通用層描述的內內容廣泛泛地適用用于各類類企業(yè)，是基本本的CIM-OSA構成成分分的一種種參考目目錄，包包括元件件、約束束、規(guī)則則、術語語、服務務和協(xié)議議等。2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用27 部分通用用層有一組適適用于多多類特殊殊制造企企業(yè)的部部分通用用模型。部分通通用模型型包括按按照工業(yè)業(yè)類型(如航空、航天、汽車、電子等等)、企業(yè)規(guī)規(guī)模、國國別等不不同分類類的典

23、型型結構CIM-OSA的建?？蚩蚣?續(xù)2)專用層僅適用于于一個特特定的企企業(yè)，包包含了企企業(yè)必須須的所有有知識，它可以以直接用用來描述述企業(yè)物物理元件件和信息息技術的的集成元元件建模層次次(逐步推導導過程)三個建模模層次：需求建模模定義、 設計計說明建建模、實實施描述述建模2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用28 需求建模模定義層層描述一個個企業(yè)做做什么和和怎樣做做的建模模層次，用戶需需求定義義為設計計說明層層和實施施描述層層的系統(tǒng)統(tǒng)設計和和實施提提供選擇擇方案CIM-OSA的建?？蚩蚣?續(xù)3)設計說明明建模層層構造和優(yōu)優(yōu)化由用用戶根據據全局經經營和系系統(tǒng)約束束來定義義的經營營需

24、求，進行系系統(tǒng)組織織和設計計，確定定技術實實現(xiàn)方案案實施描述述建模層層闡明有效效地實現(xiàn)現(xiàn)企業(yè)運運行的一一套必需需的組成成元件，屬于決決策和系系統(tǒng)實施施的范疇疇2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用29 CIM-OSA的建?？蚩蚣?續(xù)4)多視圖(逐步生成成過程)定義了用用以完整整地說明明企業(yè)不不同側面面的四個個相應的的視圖：功能、信信息、資資源和組組織信息視圖圖描述了功功能視圖圖中各個個對象的的信息、信息結結構及其其相互之之間的關關系功能視圖圖描述了滿滿足企業(yè)業(yè)目標的的功能結結構和相相關的控控制結構構?？刂浦平Y構定定義了控控制順序序的規(guī)則則或企業(yè)業(yè)內部的的活動流流以及經經營過程程的規(guī)

25、則則資源視圖圖描述了資資源、資資源與功功能、控控制結構構的關系系以及資資源和組組織結構構的關系系組織視圖圖描述了企企業(yè)的組組織結構構，以及及和功能能、信息息、資源源等對象象的職責責關系2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用30 CIM-OSA的建?？蚩蚣?續(xù)5)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用31 b)CIM-OSA的集成基基礎結構構集成基礎礎結構為為CIM系統(tǒng)提供供一整套套公共服服務、包包括信息息、功能能、控制制、行為為、資源源和通信信服務等等，使不不同的單單元技術術、異構構的應用用軟件、人機接接口等等等之間的的互連和和通訊，變得很很方便。對企企業(yè)模型型的建立立

26、，企業(yè)業(yè)CIM系統(tǒng)設計計、實施施、運行行和維護護，提供供有力的的支持2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用32 CIM-OSA的集成基基礎結構構(續(xù))2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用33 CIM-OSA的集成基基礎結構構(續(xù)1)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用34 c)CIM-OSA體系結構構的特點點和不足足2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用35 CIM-OSA體系結構構的特點點和不足足(2)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用36 CIM-OSA體系結構構的特點點和不足足(3)CIM-OSA體系結構構的特點點面向系

27、統(tǒng)統(tǒng)全生命命周期規(guī)劃設計計與當前前運行相相分離標準化、規(guī)范性性和開放放性結構化的的規(guī)劃設設計方法法具有計算算機可執(zhí)執(zhí)行性其應用范范圍主要要在離散散制造領領域是各種體體系結構構中研究究最充分分且最廣廣泛發(fā)表表的一個個，作為為國際標標準化的預預標準而而最受注注目CIM-OSA體系結構構的不足足缺乏有效效 的方方法體系系缺乏計算算機知識識的用戶戶難以掌掌握2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用37 GRAI-GIM體系結構構由法國波波爾多(BordeauxI)第一大學學GRAI實驗室在在ESPRIT計劃418號項目(開放式CAM系統(tǒng))和2338號項目(IMPCS-集成制造造規(guī)劃與與控制系

28、系統(tǒng))等范疇內內開發(fā)的的GRAI集成方法法體系(GIM，GRAI IntegratedMethodology)1984GIM基本觀點點：整個企業(yè)業(yè)可以由由以下四四個部分分構成：決策系統(tǒng)統(tǒng)、物理系統(tǒng)統(tǒng)、信息系統(tǒng)統(tǒng)、全局性的的功能視視圖2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用38 GRAI制造系統(tǒng)統(tǒng)宏觀概概念模型型2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用39 GRAI-GIM模型化框框架2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用40 GRAI-GIM參照體系系結構功能視圖物理視圖決策視圖信息視圖功能視圖物理視圖決策視圖信息視圖信息技術制造技術組織理想CIM系統(tǒng)表示所需元

29、素表示元素結構表示實際CIM系統(tǒng)畫面實現(xiàn)參照體系結構概念參照體系結構結構參照體系結構2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用41 GRAI-GIM參照體系系結構(續(xù))GRAI定義了三三類參照照體系結結構：(a)概念參照照體系結結構(b)結構參照照體系結結構(c)實現(xiàn)參照照體系結結構通過對四四個視圖圖的定義義，導出出系統(tǒng)需需求模型型，回答答系統(tǒng)有有關的“什么”問題功能視圖圖、物理理視圖的的形式化化工具：IDEF0決策視圖圖形式化化工具：GRAI柵格(Grid)和GRAI網(Net)信息體系系形式體體系：實體/聯(lián)系模型型(E/R)通過考慮慮各種標標準與約約束來表表示概念念參照體體系結構構

30、中定義義的元素素的“理理想”結結構用信息技技術元件件、制造造技術元元件和組組織技術術元件等等術語表表示CIM系統(tǒng)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用42 GRAI-GIM方法體系系方法的作作用定義義從參照照體系結結構導出出企業(yè)的的特定結結構，支支持CIMS分析與設設計的方方法體系系包括：帶有各種種參考模模型的參參考體系系結構的的使用從模型導導出的圖圖形和計計算機形形式體系系的使用用結構方法法的使用用經濟性評評價概念模型型概念模型型結構模型型實現(xiàn)模型型概念參照照體系結結構結構參照照體系結結構實現(xiàn)參照照體系結結構現(xiàn)存系統(tǒng)統(tǒng)待實現(xiàn)系系統(tǒng)分析設計實現(xiàn)2020-02-10CIMS和CIPS

31、技術與應應用43 GRAI-GIM的結構化化方法GRAI-GIM的結構化化方法2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用44 GRAI-GIM的特點和和缺陷特點：具有一套套應用該該體系結結構的良良好的方方法體系系，以及及供用戶戶在說明明描述階階段開發(fā)發(fā)集成程程序的有有關工具具和技術術描述文件件一般限限于討論論實現(xiàn)所所期望的的工廠集集成而進進行的計計算機系系統(tǒng)及其其相關的的硬軟件件的開發(fā)發(fā)主要用于于離散制制造過程程具有可擴擴展性較易為無無計算機機知識的的用戶理理解具有結構構化的規(guī)規(guī)劃設計計方法考慮了未未來系統(tǒng)統(tǒng)的經濟濟技術評評價問題題局限：沒有討論論人的關關系、人人員組織織結構等等問題，

32、與CIM-OSA一樣將人人看成是是關于尋尋求的技技能或物物理能力力的資源源，沒有有討論人人的關系系、培訓訓持續(xù)、綜合需需要，人人員組織織結構細細節(jié)等2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用45 普渡企業(yè)業(yè)參考體體系結構構(Purdue EnterpriseReference Architecture，PERA )80年代末期期，美國國普渡大大學williams帶領的工工業(yè)控制制實驗室室教授，在長期期對連續(xù)續(xù)型工業(yè)業(yè)生產過過程(鋼鐵和造造紙)實施CIM的實踐基基礎上，提出了了一套旨旨在適用用于各種種類型工工業(yè)過程程的CIM體系結構構。體系結構構在生命命周期方方面規(guī)定定了五個個階段：概念

33、階段段、定義義階段(功能設計計和詳細細設計)、構造和和安裝、運行階階段等體系結構構在系統(tǒng)統(tǒng)分解方方面階段段：信息體系系結構+制造體系系結構(在進入說說明層后后進一步步考慮人人和組織織)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用46 普渡參考考體系結結構簡圖圖2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用47 PERA的自動化化界限劃劃分人和機械械、人和和計算機機之間的的分工及及其職責責2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用48 普渡參考考體系結結構(企業(yè)活動動舉例)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用49 PERA企業(yè)工程程指南PERA企業(yè)工程程指南202

34、0-02-10CIMS和CIPS技術與應應用50 PERA的特點和和缺陷特點：面向系統(tǒng)統(tǒng)全生命命周期的的所有階階段的非非形式化化描述具有規(guī)劃劃設計與與當前運運行分離離的特點點具有結構構化規(guī)劃劃設計方方法的特特點具有一定定的規(guī)范范化具有很強強的可擴擴展性，可以覆覆蓋各類類工業(yè)過過程容易被非非計算機機領域的的技術人人員理解解缺陷：缺少用于于計算機機化的必必要的數(shù)數(shù)學建模模技術2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用51 Honeywell公司提出出CIM體系結構構2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用52 德國柏林林弗勞恩恩霍夫生生產設備備和設計計技術研研究所的的CIM參考模

35、型型企業(yè)模型型可以分分成兩種種主要的的視圖：功能模型型+信息模型型所有的企企業(yè)模型型均可以以由這兩兩個核心心模型加加上其它它附加模模型構成成。功能模型型：通過對信信息的處處理和信信息間的的邏輯關關系、拓拓撲關系系描述企企業(yè)的實際情況況信息模型型：描述企業(yè)業(yè)內部相相互聯(lián)系系的數(shù)據據的一個個框架結結構產品模塊塊+控制模塊塊+資源模塊塊2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用53 弗勞恩霍霍夫的CIM參考模型型2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用54 (3)CIM體系結構構研究工工作的發(fā)發(fā)展趨勢勢合并的方方案由于最易易于由用用戶實際際開發(fā)組組中那些些沒有計計算機科科學教育育背

36、景的的人們所所理解和和接受，使用PERA指導整個個規(guī)劃設設計。使用CIM-OSA的建?？蚩蚣転镻ERA的數(shù)據流流、物料料流和能能量流提提供分析析方法使用GRAI-GIM建?？蚣芗茏鳛楸乇匾膮⒖紮z測測，以保保證需求求的完備備性現(xiàn)有方法法和工具具的互補補與結合合在功能設設計或描描述層，采用GRAI-GIM,GRAI-GRID和GRAI-NET，同時采采用CIM-OSA集成基礎礎結構的的形式體體系，集集成工程程環(huán)境和和集成運運行環(huán)境境作為實實際模型型的工具具將PERA的人員、組織機機構、制制造和顧顧客服務務設施領領域形式式化采用CIM-OSA的集成基基礎結構構或PERA的表示和和操作層層，并以以

37、必要的的形式化化來完善善它2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用55 2.3CIMS體系結構構中的視視圖及其其建模方方法2.3.1功能視圖圖功能視圖圖以功能能為視角角對整個個企業(yè)進進行的描描述，清清楚地描描述系統(tǒng)統(tǒng)的活動動(如規(guī)劃、加工等等)，能回答答以下幾幾個問題題：企業(yè)要干干什么企業(yè)將把把什么輸輸入轉化化為什么么輸出企業(yè)活動動需要什什么支持持企業(yè)活動動受哪些些限制結構化分分析和設設計(StructuredAnalysisandDesign Technology，SADT)是應用很很廣泛的的功能模模型建模模方法。SADT經美國空空軍在70年代末80年代初的的ICAM(Integr

38、atedComputerAidedManufacturing)項目加以以采用，并以功功能活動動為關注注焦點發(fā)發(fā)展成為為IDEF0(ICAM DEFinitionmethods)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用56 IDEF0方法activity(orfunction) is represented by theboxesinputsare represented by thearrowsflowinginto theleft handoutputs arerepresentedbyarrowsflowingoutthe right handarrowsflowinginto

39、thetopportionofthebox representconstraintsorcontrolsarrowsflowinginto thebottomofthe activity boxarethe mechanisms2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用57 IDEF0方法(1)輸入活動需要要“消耗耗掉”、“用掉掉”或“變換成成”輸出出的東西西；輸出活動的結結果機制活動賴以以進行的的基礎或或支撐條條件，可可以是執(zhí)執(zhí)行活動動的人或或硬、軟軟設備控制該活動所所受的約約束或進進行變換換的條件件、工作作的依據據機制做某事(活動)輸入輸出控制2020-02-10CIMS和CIPS

40、技術與應應用58 IDEF0方法(節(jié)點樹)A0A1A2A3A4A12A13A14A31A32A33A34A11A-02020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用59 IDEF0方法(遞階分解解)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用60 IDEF0方法(A-0)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用61 IDEF0方法(A0)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用62 IDEF0方法(A1)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用63 IDEF0方法(A2)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用64 IDEF0方法(A3)2020

41、-02-10CIMS和CIPS技術與應應用65 IDEF0方法(A31)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用66 IDEF0方法(A4)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用67 2.3.2信息視圖圖信息視圖圖從信息息角度對對企業(yè)進進行的描描述。企企業(yè)的信信息系統(tǒng)統(tǒng)用于存存儲/維護/處理與企企業(yè)相關關的所有有信息，信息是是集成的的基礎。數(shù)據被被多個子子系統(tǒng)存存儲和處處理，要要求有一一個通用用的邏輯輯模型明明確定義義出表示示信息語語義特征征的結構、約約束和操操作，以求數(shù)據據共享。E/R(Entity-Relationship)方法IDEF1IDEF1X2020-02-1

42、0CIMS和CIPS技術與應應用68 IDEF1x方法2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用69 2.3.3決策視圖圖通過對系系統(tǒng)決策策視圖的的建模來來描述系系統(tǒng)的決決策制定定原則和和機理，了解組組織結構構和人員員配置。建立決決策系統(tǒng)統(tǒng)模型的的目的在在于制定定一系列列能夠轉轉化為物物理系統(tǒng)統(tǒng)的控制制命令的的決策，具體表表現(xiàn)為各各種計劃劃和調度度(年生產計計劃、原原料購供供計劃、設備維維修計劃劃、物料料調度、資源分分配)通過決策策視圖：-決策系統(tǒng)統(tǒng)的分層層和各層層的權利利-分工(功能的劃劃分)-組織機構構(有相同的的功能但但權利范范圍不同同，有相相同的權權利范圍圍但功能能不同)-組織

43、機構構之間的的聯(lián)系(相互制約約和相相互依賴賴)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用70 決策系統(tǒng)統(tǒng)的建模模方法(a)GRAI方法(b)Petri網方法GRAI方法第一步：采用自上上而下的的分析過過程，建建立GRAI格，劃分分系統(tǒng)的的不同功功能和各各級權利利范圍，刻劃決決策系統(tǒng)統(tǒng)的宏觀觀結構第二步：采用自底底向上的的分析過過程，建建立GRAI網，從最最接近物物理系統(tǒng)統(tǒng)的那層層組織機機構開始始分析，對其活活動方式式以及它它們之間間的相互互聯(lián)系進進行描述述。建立GRAI網后，對對GRAI格進行必必要的修修改和完完善2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用71 GRAI格202

44、0-02-10CIMS和CIPS技術與應應用72 GRAI格(續(xù))2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用73 GRAI網2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用74 2.3.4物理視圖圖全企業(yè)物物理資源源的總構構成。不不僅是資資源的羅羅列，而而且包括括為達到到生產經經營目的的所需的的資源配配置，某某些特殊殊要求的的配置和和布置情情況等。從需求分分析說明明開始下層物理理系統(tǒng)上層經營營決策、計劃管管理、工程設計計、質量量控制加工設備備工時總數(shù)數(shù)設備精度度自動化程程度工人技能能要求產品運輸輸計算機硬硬件計算機軟軟件文字敘述述或表格格表達2020-02-10CIMS和CIPS技術

45、與應應用75 資源集表表示法2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用76 2.3.5組織視圖圖和經濟濟視圖組織視圖圖：主要是描描述組織織形式、權限、職責和和部門之之間的關關聯(lián)等，樹狀層次次結構圖圖經濟視圖圖：ABC(ActivityBasedCosting基于活動動的成本本核算)2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用77 Measurable Economic Benefit (including the improvements of productivity, lead time, cost, labor saving, quality, etc.)the abili

46、ty for meeting market changethe reputation of product qualitythe ability for developing new productsTotal Strategic Benefitthe ability for batch production in any lot sizeBenefitthe improvement of company famethe art of business decision makingthe improvement of working conditionsthe staffs corporat

47、e understanding to enhance the condensation of the enterpriseOther Benefitthe demonstration role to other enterpriseshelpfulness in international cooperation應用CIM的綜合效效益2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用78 2.4CIMS系統(tǒng)的設設計和實實施指南南2.4.1CIM生命周期期的階段段劃分設計和實實施進程程的結構構化（時時間、空空間）-總體工作作方案的的全局性性、可行行性、合合理性-明確階段段目標，工作驗驗收需求分析

48、析可行性論論證初步設計計詳細設計計工程實施施系統(tǒng)運行行和維護護2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用79 2.4.2用戶需求求分析階階段(1)組成工作作組，明明確本階階段目標標，制定定階段計計劃企業(yè)的內內部、外外部環(huán)境境的初步步調研生產經營營概況、現(xiàn)有自自動化系系統(tǒng)、人人才狀況況 根據企業(yè)業(yè)長遠發(fā)發(fā)展規(guī)劃劃確定CIM的主要目目標(2)市場分析析和變化化趨勢分分析企業(yè)的市市場地位位、市場場份額、自身身的長處處和短處處競爭對手手市場地地位、市市場份額額 、長長處和短短處企業(yè)需解解決的最最主要問問題2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用80 2.4.2用戶需求求分析階階段(續(xù)

49、1)(3)確定企業(yè)業(yè)發(fā)展的的具體方方向，提提出初步步的定量量目標生產率指指標質量指標標生產交貨貨周期生產柔性性成本庫存設備利用用率人工產品種類類 2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用81 2.4.2用戶需求求分析階階段(續(xù)2)(4)確定發(fā)展展策略和和開發(fā)工工作的優(yōu)優(yōu)先次序序關鍵技術術(引進、自自主開發(fā)發(fā)) 組織機構構開發(fā)過程程階段的的規(guī)模和和速度的的建議車間平面面布局調調整 多項目標標的排列列優(yōu)先次次序(5)編寫需求求分析報報告企業(yè)上層層領導2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用82 2.4.3可行性論論證在理解企企業(yè)戰(zhàn)略略目標和和了解內內部外部部現(xiàn)實環(huán)環(huán)境的基基礎上

50、，確定企企業(yè)實施施CIM的總體目目標和主主要功能能，擬定定集成的的方案，選定實實施的技技術路線線，從技技術、經經濟和社社會條件件等方面面論證集集成方案案的可行行性，制制定投資資規(guī)劃和和開發(fā)計計劃，編編寫可行行性論證證報告(1)為擬定本本階段計計劃，組組建隊伍伍(多學科人人員)(2)基于需求求分析階階段結果果，進一一步闡明明企業(yè)市市場環(huán)境境、戰(zhàn)略略目標及及其外外部條件盡可能定定量化地地清楚闡闡述市場場競爭形形勢，提提出戰(zhàn)略略目標，明確市市場策略略(3)調查分析析內部資資源，尋尋找缺陷陷和瓶頸頸(現(xiàn)有生產產設備、計算機機硬件和和軟件、人力資資源的結結構和水水平)2020-02-10CIMS和CIP

51、S技術與應應用83 2.4.3可行性論論證(續(xù)1)(4)提出系統(tǒng)統(tǒng)改造的的需求，確立工工程實施施目標內外條件分析現(xiàn)有系統(tǒng)期望的新系統(tǒng)改造需求功能需求求性能需求求可靠性需需求檢驗需求求與組織有有關的需需求外界提出出的需求求可維護性性需求數(shù)據需求求人/機接口需需求安全和控控制需求求可用性和和可存取取性需求求基于其他他系統(tǒng)需需要的需需求經濟的需需求柔性和可可重組性性需求2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用84 2.4.3可行性論論證(續(xù)2)(5)擬定CIM系統(tǒng)集成成方案，運行環(huán)環(huán)境要求求及技術術路線(6)關鍵技術術和解決決途徑(7)組織機構構更改需需求和影影響(8)投資概算算和初步步成

52、本效效益分析析(9)系統(tǒng)開發(fā)發(fā)計劃(10)可行性論論證報告告(11)評審2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用85 2.4.4初步設計計確定企業(yè)業(yè)CIMS的系統(tǒng)需需求，建建立目標標系統(tǒng)的的功能模模型、信信息模型型(實體和聯(lián)聯(lián)系)、主要實實施技術術方案(1)接受任務務，制定定本階段段計劃(2)系統(tǒng)需求求分析可行性論論證的需需求具體技術術實現(xiàn)方方案的需需求(3)系統(tǒng)總體體結構設設計(4)分系統(tǒng)技技術方案案的確定定提出具體體可實現(xiàn)現(xiàn)的技術術方案：分系統(tǒng)劃劃分為適適當?shù)淖幼酉到y(tǒng)子系統(tǒng)間間的關聯(lián)聯(lián)自動化的的程度數(shù)據庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)與網絡絡系統(tǒng)方方案新舊系統(tǒng)統(tǒng)銜接2020-02-10CIMS和C

53、IPS技術與應應用86 2.4.4初步設計計(續(xù)1)(5)系統(tǒng)的功功能模型型及技術術性能指指標設計計(6)確定信息息模型的的實體和和聯(lián)系(7)建立決策策模型或或其它在在體系結結構的相相關模型型(8)提出系統(tǒng)統(tǒng)集成工工作的內內部、外外部接口口要求(9)確定開發(fā)發(fā)方法和和技術路路線(10)關鍵技術術和解決決方案(11)確定系統(tǒng)統(tǒng)配置(物理資源源)(12)組織結構構的規(guī)劃劃2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用87 2.4.4初步設計計(續(xù)2)(13)經費預算算(14)技術經濟濟效益分分析(15)確定詳細細設計任任務及實實施進度度計劃(16)編制設計計報告、文檔2020-02-10CIM

54、S和CIPS技術與應應用88 2.4.5詳細設計計(1)下達任務務書，修修定并確確定詳細細設計計計劃(2)細化需求求分析(3)細化功能能模型(4)軟件系統(tǒng)統(tǒng)設計軟件結構構設計：將功能模模型所描描述的需需求和功功能活動動的邏輯輯關系轉轉化為軟軟件結構構 模型型，并進進行細化化和優(yōu)化化程序模塊塊的描述述：包括程序序模塊功功能、特特點、程程序模塊塊處理邏邏輯及算算法，程程序模塊塊涉及的的數(shù)據結結構等。形成程序序流程圖圖、數(shù)據據流圖(DFD)等形式描描述，使使程序員員可利用用本階段段的成果果編寫程程序2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用89 (5)接口設計計2.4.5詳細設計計(續(xù)1)(6)數(shù)據庫設設計信息模型型的建立立和完善善邏輯數(shù)據據庫的設設計將信息模模型轉化化成數(shù)據據庫管理理系統(tǒng)(DBMS)類型(如關系、網狀、層次)相應的邏邏輯模型型，并進進行模型型優(yōu)化物理數(shù)據據庫的設設計確定數(shù)據據庫的物物理規(guī)模模，具體體描述數(shù)數(shù)據庫的的物理組組織方式式以及訪訪問和修修改數(shù)據據的方式式和方法法，描述述安全和和權限需需求，事事故備份份和恢復復需求，所用硬硬件的特特點，處處理響應應時間的的要求等等。2020-02-10CIMS和CIPS技術與應應用90 2.