先進制造技術-第四講,CIMS

§5計算機集成制造技術—CIMS制造系統(tǒng)的發(fā)展1、手工作坊2、機群式生產3、生產線4、自動線（剛性自動化系統(tǒng)）5、集成制造系統(tǒng)（IntegratedManufacturingSystem——IMS）1

6、柔性性制造系系統(tǒng)（FlexableManufacturingsystem—FMS））7、計算算機集成成制造系系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystem—CIMS））8、智能能制造系系統(tǒng)（IntelligentManufacturingSystem—IMS））9、全能能制造系系統(tǒng)（HolosonManufacturingSystem—HMS）2

信息技術術和機電電一體化化技術的的發(fā)展推推動了制制造產業(yè)業(yè)結構的的不斷變變革，促促進了生生產過程程自動化化水平進進一步提提高。企業(yè)自動動化也由由“點””（即單單機自動動化）到到“線””（即由由多種自自動化設設備組成成的生產產線），，再由““線”發(fā)發(fā)展到““面”（（通過引引入柔性性制造系系統(tǒng)，力力圖實現(xiàn)現(xiàn)企業(yè)設設備組成成的生產產線），，進而由由“面””向“立立體”（（指企業(yè)業(yè)全部生生產系統(tǒng)統(tǒng)和企業(yè)業(yè)內部業(yè)業(yè)務實現(xiàn)現(xiàn)綜合自自動化））的方向向發(fā)展，，以期實實現(xiàn)企業(yè)業(yè)全部業(yè)業(yè)務的一一元化、、集成化化和高效效化。3

計算機集集成制造造（CIM——omputerIntegratedManufacturing）技術正是是制造業(yè)業(yè)實現(xiàn)這這一愿望望的技術術途徑。計算機集集成制造造系統(tǒng)（（CIMS——ComputerIntegratedManufacturingSystem）是當代生生產自動動化領域域的前沿沿學科，，也是集集多種高高新技術術為一體體的現(xiàn)代代化制造造技術4CIMS的提出20世紀60年代以來來，為解解決制造造業(yè)所面面臨的一一系列難難題，許許多新技技術被應應用到制制造業(yè)中中。這些些新技術術主要有有：數控控（NC）、分布式數數控（DNC）、計算機數數控（CNC）、物料需求求計劃（（MRP）、制造資源源規(guī)劃（（MRP--II）、計算機輔輔助設計計和計算算機輔助助制造（（CAD//CAM）、計算機輔輔助工程程（CAE）、計算機輔輔助工藝藝設計（（CAPP）和機械制制造中的的成組技技術（GT）以及機器器人（Robot）等。5

但是這些些新技術術并沒有有帶來人人們曾經經預測的的巨大效效益，主主要原因因在于它它們只是是離散地地分布在在制造業(yè)業(yè)的各個個子系統(tǒng)統(tǒng)中，只只能使系系統(tǒng)的局局部達到到自動化化和最優(yōu)優(yōu)化，而而未能使使整個生生產過程程長期在在最優(yōu)化化狀態(tài)下下運行。。為了解解決這個個問題，，人們逐逐步提出出了計算算機集成成制造（（CIM）這一一新思想想。6自動化孤孤島71+1==2??8將“自動化孤孤島”集成在一一起9將“自動化孤孤島”集成在一一起10CIM是是美國喬喬賽夫··哈林頓頓博士（（Joseph.Harrington）1973年年針對企企業(yè)所面面臨的激激烈的市市場競爭爭形勢，，根據計計算機技技術在工工業(yè)生產產中的應應用情況況，預見見其必然然的發(fā)展展趨勢，，提出的的組織企企業(yè)生產產的一種種哲理。。哈林頓頓博士提提出的CIM概概念的基基本論點點為：1）企業(yè)業(yè)生產的的各個環(huán)環(huán)節(jié)，即即從市場場分析、、產品設設計、加加工制造造、經營營管理到到售后服服務的全全部生產產活動，，是一個個不可分分割的整整體，要要緊密連連接、統(tǒng)統(tǒng)一考慮慮。2）整個個生產過過程實質質上是一一個數據據采集、、傳遞和和加工處處理的過過程。最最終形成成的產品品，可以以看作數數據的物物質表現(xiàn)現(xiàn)。11

從這兩個個觀點可可以看，，CIM是是一種新新的制造造思想和和技術形形態(tài)，是是信息技技術與制制造過程程相結合合的自動動化技術術與科學學，是未未來工廠廠的模式式。這兩個觀觀點至今今仍是CIM的的核心部部分，其其實質內內容是信信息（數數據）的的集成。。但是，，由于當當時的技技術限制制，還不不足以把把企業(yè)內內部的全全部生產產經營活活動連接接起來，，因而哈哈林頓博博士的看看法并沒沒有立即即引起人人們的廣廣泛注意意。直到到20世世紀80年代，，這一概概念才被被普遍接接受。12CIMS的定義義CIM是組織現(xiàn)現(xiàn)代化生生產的一一種哲理理，是一一種指導導思想，，CIMS是這種哲哲理的實實現(xiàn)在CIMS的研究和和實施中中必須強強調“信信息流””和“系系統(tǒng)集成成”這兩兩個最基基本觀點點。CIMS定義為：：CIMS是基于CIM哲理構成成的優(yōu)化化運動的的企業(yè)制制造系統(tǒng)統(tǒng)13

日本能源源協(xié)會在在1991年提提出CIM的定定義是：：“CIM是以以信息作作為媒介介，用計計算機把把企業(yè)活活動中業(yè)業(yè)務領域域及其職職能集成成起來，，追求整整體效率率的新型型生產系統(tǒng)。””IBM公司1990年提出CIM的定義是是：“應應用信息息技術提提高組織織的生產產率和響響應能力力。”日本大孤孤工業(yè)大大學栗山山仙之助助教授認認為：CIM中“C”有計算機機、控制制和通信信的含義義，“I”具有集成成的含義義，而““M”包含有制制造、市市場和管管理內涵涵14

歐共體CIM—OSA課題委員員會也提提出了被被認為是是最權威威最科學學的定義義：“CIM是信息技技術和生生產技術術和綜合合應用，，旨在提提高制造造型企業(yè)業(yè)的生產產率和響響應能力力，由此此，企業(yè)業(yè)的所有有功能、、信息、、管理方方面都是是一個集集成起來來的整體體的各個個部分”15

CIMS是現(xiàn)代制制造企業(yè)業(yè)的一種種生產、、經營和和管理模模式。它以計算算機網絡絡和數據據庫為基基礎，利利用信息息技術（（包括計計算機技技術、自自動化技技術、通通信和現(xiàn)代管管理技術術)將制制造企業(yè)業(yè)的經營營、管理理、計劃劃、產品品設計、、加工制制造、銷銷售及服服務等全全部生產產活動集集成起來來，將各各種局部部自動化化系統(tǒng)集集成起來來，將各各種資源源集成起起來，將將人、機機系統(tǒng)集集成起來來，實現(xiàn)現(xiàn)整個企企業(yè)的信信息集成成，達到到實現(xiàn)企企業(yè)全局局優(yōu)化、、提高企企業(yè)綜合合效益和和提高市市場競爭爭能力的的目的。。

16在CIMS中主主要包含含四個要要素及兩兩個特征征。四個要素素如下：：1）CIMS適適用于各各種中、、小批量量的離散散生產過過程型制制造廠。。2）CIMS應應將制造造工廠的的生產經經營活動動都納入入到多模模式、多多層次、、人機交交互的自自動化系系統(tǒng)之中中。3）CIMS由由多個自自動化子子系統(tǒng)有有機綜合合而成。。4）CIMS的的目的是是提高經經濟效益益、提高高柔性、、追求總總體動態(tài)態(tài)優(yōu)化。。CIMS的基本本特點17

兩個特征征為：1）在功功能上，，CIMS包含含了一個個工廠的的全部生生產經營營活動，，即從市市場預測測、產品品設計、、加工制制造、質質量管理理到售后后服務的的全部活活動。CIMS比傳統(tǒng)統(tǒng)的工廠廠自動化化范圍大大得多，，是一個個復雜的的大系統(tǒng)統(tǒng)。2）CIMS涉涉及的自自動化不不是工廠廠各個環(huán)環(huán)節(jié)的自自動化、、計算機機及網絡絡的簡單單相加，，而是有有機的集集成。這這里的集集成，不不僅是物物料、設設備的集集成，主主要體現(xiàn)現(xiàn)的是以以信息集集成為本本質的技技術集成成。18CIMS中的集成成及集成成關系CIMS中的集成成:（1）人人員集成成管管理者、、設計者者、制造造者、保保障者（（負責質質量、銷銷售、采采購、服服務等的的人員））以及用用戶應集集成為一一個協(xié)調調整體。。（2）信信息集成成產產品生產產周期中中和類信信息的獲獲取、表表達、處處理和操操作工具具集成為為一體，，組成統(tǒng)統(tǒng)一的管管理控制制系統(tǒng)。。特別是是產品信信息模型型（PIM）和和產品數數據管理理（PDM）在在系統(tǒng)中中應進行行一體化化的處理理。（3）功功能集成成產產品生命命周期中中，企業(yè)業(yè)各部門門功能集集成，以以及產品品開發(fā)與與外部協(xié)協(xié)作企業(yè)業(yè)間功能能的集成成。（4）技技術集成成產產品開發(fā)發(fā)全過程程中，涉涉及的多多學科知知識以及及各種技技術、方方法的集集成，并并形成集集成的知知識庫和和方法庫庫，以利利于CIMS的的實施。。19CIMS技術的集集成關系系CIMS的關鍵鍵是集成成（Integration），英英國扶夫夫堡大學學Weston教授對對集成有有一個很很簡潔的的定義：：集成是指指針基于于信息技技術的資資源及應應用（計計算機硬硬/軟件件、接口口及機器器）集聚聚成一個個協(xié)同工工作的整整體。集集成包含含功能交交互（FI）、、信息共共享（IS）及及數據通通信（DC），，如圖所所示，也也就是說說在一個個集成系系統(tǒng)的各各子系統(tǒng)統(tǒng)之間，，需要對對信息共共享、信信息交互互以及信信息通信信進行管管理與控控制。20

圖1集集成的概概念21

全局集成成和局部部集成CIMS的集成成，如果果按集成成所覆蓋蓋企業(yè)業(yè)業(yè)務的程程度分，，可分為為全局集集成和局局部集成成。全局集成成是指信信息技術術和生產產技術在在整個企企業(yè)業(yè)務務范圍內內綜合應應用的集集成；局部集成成是指一一個分系系統(tǒng)或企企業(yè)一個個部門內內的集成成。全局集成成進一步步細化可可分為：：工作流流程集成成、物流流集成和和信息（（流）集集成。信信息集成成是企業(yè)業(yè)集成的的集中反反映，是是CIMS集成成的基礎礎。22

圖2CIMS的三個個集成層層次23

從企業(yè)模模型、CIMS模型和和網絡開開放系統(tǒng)統(tǒng)互連（（OSI）模型型出發(fā)，，CIMS信息息集成包包括三個個層次：：物理集集成、應應用集成成和經營營集成，，如圖2所示。。物理集成成是一切切信息集集成工作作的基礎礎。應用集成成又稱應應用軟件件集成，，它可提提供某些些機制，，能使過過程之間間共享公公共數據據和公共共資源。。為了實實現(xiàn)應用用軟件集集成，各各種應用用軟件必必須是可可互相連連接和多多植的。。經營集成成又稱業(yè)業(yè)務集成成，它可可支持穩(wěn)穩(wěn)定的決決策過程程。它是是在應用用集成的的基礎上上實現(xiàn)各各種經營營（業(yè)務務）功能能的完整整集成。。24

縱向集成成和橫向向集成CIMS的集成成，如果果按企業(yè)業(yè)組織的的層次劃劃分，則則可分為為縱向集集成和橫橫向集成成，如圖圖3所示示。縱向集成成又稱為為垂直集集成，是是指日常常運用系系統(tǒng)、計計劃、檢檢查直至至最高領領導層在在業(yè)務、、組織和和信息方方面的集集成。橫向集成成又稱水水平集成成，它是是指各日日常運用用系統(tǒng)的的集成。。在CIM中經常常被人們們提及的的并行工工程及準準時化生生產（JIT））就是兩兩種最為為典型的的水平集集成，而而制造資資源規(guī)劃劃（MRP-II）則則是一種種垂直集集成。25

圖3橫橫向集集成和縱縱向集成成26

CIMS旨在通通過計算算機和網網絡系統(tǒng)統(tǒng)將企業(yè)業(yè)的技術術（研究究開發(fā)））、經營營、銷售售等全部部職能有有機地集集成起來來，實現(xiàn)現(xiàn)企業(yè)各各項活動動的高效效、協(xié)調調和企業(yè)業(yè)的總體體優(yōu)勢，，以適應應人們對對產品多多樣化、、個性化化、高級級化的需需求。如圖4所所示，為為CIMS技術術集成關關系圖。。集成和和連接不不一樣，，它不是是簡單地地把兩個個或多個個單元連連在一起起，而是是將原來來沒有聯(lián)聯(lián)系或聯(lián)聯(lián)系不緊緊密的單單元組成成為有一一定功能能的、緊緊密聯(lián)系系的新系系統(tǒng)。兩兩種或多多種功能能的集成成包含著著兩種或或多種功功能之間間的相互互作用。。集成是是屬于系系統(tǒng)工程程中的系系統(tǒng)綜合合、系統(tǒng)統(tǒng)優(yōu)化范范圍。27

圖1.14CIMS技術術集成關關系圖28CIMS的體系結結構一個制造造企業(yè)從從功能看看，可以以簡單地地分為設計、制制造、經經營管理理三個主要要方面。。由于產產品質量量對一個個制造企企業(yè)的競競爭和生生存越來來越重要要，因此此，常常常也把質量保證證系統(tǒng)作為企業(yè)業(yè)功能的的主要方方面之一一。為了了實現(xiàn)企企業(yè)功能能的集成成，還需需要有一一個支撐撐環(huán)境，，包括網絡、數數據庫（DB）和集成方方法—系統(tǒng)技術術。其CIMS的功能構構成如圖圖5所示。29

圖5CIMS的功功能構成成30

圖6為CIMS功能體體系的邏邏輯模型型功能體系系結構模模型采用用遞階控控制是與與自動化化加工密密切相關關的，自自動化遞遞階控制制的原則則是當上一層向向下一層層下達工工作控制制指令時，上層需要要檢查執(zhí)執(zhí)行該指指令的全全部資源源是否準準備就緒緒（這這些資源源包括工工裝、加加工對象象、機床床、刀具具量具、、NC指指令程序序、測量量程序、、加工工工藝等）），只有有在全部部資源到到位時工工作指令令才能從從上層遞遞階到下下層，從從而使物物流和信信息流能能夠同時時達到下下一層時時實現(xiàn)自自動化加加工。31

圖6CIMS功能系統(tǒng)統(tǒng)模型32

CIMS體系分系系統(tǒng)根據CIMS的功能構構成，CIMS是由4個功能分分系統(tǒng)和和兩個支支撐分系系統(tǒng)組成成。CIMS通常是由由管理信信息系統(tǒng)統(tǒng)（MIS）、產品設計計與工程程設計自自動化系系統(tǒng)（又又稱工程程設計集集成系統(tǒng)統(tǒng)，EDIS）、制造自動動化（柔柔性自動動化）系系統(tǒng)（MAS）、計算機輔輔助質量量保證系系統(tǒng)（CAQ）以及計算算機網絡絡（NETS）和數據管管理系統(tǒng)統(tǒng)（DBS）等6個部分有有機地集集成起來來的。然而，這這并不意意味著任任何一個個工廠企企業(yè)在實實施CIMS時都必須須同時實實現(xiàn)這6個分系統(tǒng)統(tǒng)。33

圖7CIMS的的6個分分系統(tǒng)34管理信息息系統(tǒng)（（CIMS/MIS—ManagementInformationSystem)CIMS/MIS的基本結結構如圖圖8所示。以上模塊塊是以生生產計劃劃與控制制作為主主線來進進行說明明的。實實際上，，財務管管理和成成本管理理亦是MIS分系統(tǒng)的的重要組組成部分分。目標是通通過信息息集成，，縮短產產品生產產周期，，降低流流通資金金占用，，提高企企業(yè)應變變能力35

圖8CIMS//MIS基本結結構36工程設計計集成分分系統(tǒng)（（CIMS/EDIS）該分系統(tǒng)統(tǒng)的目標標是使產產品開發(fā)發(fā)活動能能夠高效效、優(yōu)質質、自動動地進行行。如圖圖9所示，工程設計計集成分分系統(tǒng)是是CIMS中的一個個核心分分系統(tǒng)，，它包括括CAD（計算機輔輔助設計計）、CAPP（計算算機輔助助工藝規(guī)規(guī)劃）、、CAM（計算算機輔助助制造））和NCP（數數控程序序編制））等子系系統(tǒng).用以支承承產品的的設計和和工藝準準備等功功能，處處理有關關產品結結構方面面的信息息。37圖9CIMS中的工程程設計分分系統(tǒng)CADCAPPCAMNCPP工裝CAD工程設計計集成分分系統(tǒng)（（DEDIS））38

圖10EDIS與與CIMS其它它分系統(tǒng)統(tǒng)的接口口信息EDISMISMASCAQ新產品開開發(fā)任務務書技術指標標、時間間要求、、修改說說明任務審核核信息能力需求求說明、、批量建建議和計劃任務進度度信息、、估計成成本技術指標標開發(fā)數據據方法、、任務狀狀態(tài)數據據工裝、設設備要求求、能力力數據工藝定額額故障信息息統(tǒng)計設備信息息生產過程程統(tǒng)計信信息零件圖、、工藝文文件NC程序序DNC故故障診斷斷結果設備故障障診斷結結果零件設計計工藝要要求加工工藝藝線路刀具、夾夾具、量量具信息息零件公差差設計質量量評審信信息質量處理理分析單單工藝能力力分析及及工藝改進措施施39制造自動動化分系系統(tǒng)（CIMS/MAS）該分系統(tǒng)統(tǒng)的目標標是使產產品制造造活動最最優(yōu)化。。在CIMS的的遞階控控制結構構中，MAS處處于車間間層以下下的底3層（單單元層、、工作站站層和設設備層）），它是是構成柔柔性制造造自動化化控制系系統(tǒng)、實實現(xiàn)制造造環(huán)境與與其它系系統(tǒng)集成成的基礎礎，也是是制造自自動化系系統(tǒng)重點點研究的的課題。。它包括各各種不同同自動化化程度的的制造系系統(tǒng)，如如NC機機床、柔柔性制造造單元（（FMC）、柔柔性制造造系統(tǒng)（（FMS）以及及其他制制造單元元，用以以實現(xiàn)信信息流對對物流的的控制并并完成物物流的轉轉換，是是CIMS信息息流和物物流結合合部，也也是CIMS最最終產生生經濟效效益的聚聚集地40CNCDNCFMCFMSFALAGVAS自動化制制造分系系統(tǒng)（AMS））圖11自自動化制制造分系系統(tǒng)（AMS）41計算機輔輔助質量量保證分分系統(tǒng)（（CIMS/CAQ)系統(tǒng)的目目標是保保證從產產品設計計、制造造、檢驗驗到售后后服務整整個過程程的質量量。CIMS//CAQ的組織織結構分分規(guī)劃層層、管理理層和執(zhí)執(zhí)行層三三層，如如圖12所示。。其中規(guī)劃劃層為根根據有關方方針與法法規(guī)制定定的企業(yè)業(yè)規(guī)劃、、計劃、、工作制制度以及及有關的的質量技技術規(guī)程程，包括括檢測計計劃、規(guī)規(guī)章制度度等.42

圖12CAQ分系統(tǒng)統(tǒng)結構質量規(guī)劃劃與決策策質量評價價分析控制與信信息管理理質量信息息采集與與現(xiàn)場分析析（分廠廠、車間計計算機）質量信息息采集與與現(xiàn)場分系系（自動采采集系統(tǒng)統(tǒng)）規(guī)劃層管理層執(zhí)行層43

CIMS支持的的CAQ分系統(tǒng)統(tǒng)將貫穿穿質量管管理的全全過程，，覆蓋全全企業(yè)各各主要處處、室、、分廠，，并逐步步實現(xiàn)與與MIS、MAS和EDIS分系統(tǒng)統(tǒng)的集成成。CAQ與與CIMS中其其它分系系統(tǒng)之間間的聯(lián)系系如圖13所示示。44

45數據管理理分系統(tǒng)統(tǒng)（CIMS/DBS)系統(tǒng)的目目標是管管理整個個CIMS的數據，，實現(xiàn)數數據的集集成和共共享。數數據管理理分系統(tǒng)統(tǒng)和計算機網網絡分系系統(tǒng)是CIMS環(huán)境中中的兩個個重要支支撐系統(tǒng)統(tǒng)，也是是CIMS信息息集成的的關鍵。。CIMS環(huán)境下下的4個個功能分分系統(tǒng)的的信息數數據都要要在一個個結構合合理的數數據庫系系統(tǒng)中進進行存貯貯，并通通過計算算機網絡絡提供的的系統(tǒng)互互通能力力，將物物理上分分布的不不同功能能分系統(tǒng)統(tǒng)中的數數據聯(lián)系系起來，，達到信信息交換換和共享享的目的的。DBS既既是CIMS信信息流的的載體，，又對信信息進行行控制和和管理，，并為CIMS提供集集成的手手段46全局共享享數據軟軟件全局DB集成接口口服務軟軟件CAD共共享數據據PMS共共享數據據CAQ共共享數據據BMS共共享數據據AMS共共享數據據CADAMSBMSCAQPMS用戶用戶用戶用戶用戶圖14數數據管理理分系統(tǒng)統(tǒng)47網絡分系系統(tǒng)（CIMS/NETS）系統(tǒng)的目目標是傳傳遞CIMS各各個分系系統(tǒng)之間間和內部部的信息息，實現(xiàn)現(xiàn)的數據據傳遞和和系統(tǒng)通通信功能能。CIMS網絡技技術是實實施CIMS應應用工程程的重要要支撐技技術之一一，而一一個開放放的適合合于企業(yè)業(yè)活動的的異構計計算機網網絡是CIMS集成的的基礎。。只有通通過計算算機網絡絡系統(tǒng)，，才能完完成動態(tài)態(tài)控制和和管理的的各功能能分系統(tǒng)統(tǒng)的互聯(lián)聯(lián)，實現(xiàn)現(xiàn)信息傳傳輸和交交流，使使互聯(lián)系系統(tǒng)共享享工程資資源、數數據庫和和存貯空空間。48圖15CIMS層次結結構及數數據流49

CIMS的底層設設備與控控制器連連接有兩兩種方式式，即現(xiàn)現(xiàn)場總線線和點一一點通信信方式。。在CIMS環(huán)境下，，由于各各部門通通信要求求有很大大差別，，因此，，采用單單一類型型的網絡絡是不現(xiàn)現(xiàn)實的，，必須根根據不同同要求，，選擇不不同網絡絡，以達達到優(yōu)化化組合。。如圖16所示為一一個CIMS網絡結構構的實例例50

圖16CIMS網絡結構構實例51

圖17CIMS網絡結構構實例52面向功能能和控制制和的CIMS體系結結構根據系統(tǒng)統(tǒng)工程原原理，一一方面對對CIMS進行行正確、、合理、、精簡而而又充分分的分解解，不應應有冗余余的分系系統(tǒng)和子子系統(tǒng)，，其功能能的冗余余要盡可可能少。。另一方面面，要求求有合理理的“垂垂直”分分解與集集成，即即確定合合理的遞遞階控制制層數。。在保證證有效控控制的前前提下，，盡量減減少遞階階控制的層層數53

圖18所示為美美國制造造工程學學會（ASME）提出的輪輪式結構構。其“核””為集成成系統(tǒng)體體系結構構；內層層為支撐撐分系統(tǒng)統(tǒng)，包括括共享數數據、信信息資源源管理與與通信；；中層可可“水平平”分解解為工程程設計（（產品/過程）、、制造計計劃與控控制以及及工廠自自動化3個分系統(tǒng)統(tǒng)；外層層則有市市場、戰(zhàn)戰(zhàn)略規(guī)劃劃、財務務及制造造管理和和人力資資源管理理等分系系統(tǒng)。54

圖18ASME提提出出的面向功能能構成的的CIMS體系結構構55CIMS體系結結構56一個系統(tǒng)統(tǒng)為滿足足該系統(tǒng)統(tǒng)的目的的和要求求所具有有的形狀狀、特征征和狀態(tài)態(tài)的結構構化布置置。1.輪圖的核核心是顧顧客2.圍圍繞顧客客的是企企業(yè)中的人員和和群體工工作方法法3.是是信息（（知識））共享系系統(tǒng)4.企企業(yè)的活活動層5.企業(yè)業(yè)管理層層6.企企業(yè)的外外部環(huán)境境57優(yōu)點：CIMS系統(tǒng)分分解成幾幾個分系系統(tǒng)，減減少全局局控制和和開發(fā)的的難度。。這類體系系結構提提出較早早，較成成熟。已已廣泛應應用。輪式結構構以共享享數據庫庫和網絡絡把各單單元技術術連接成成一個整整體，系系統(tǒng)各組組成部分分及其關關系清楚楚。但忽忽略人的的因素。九十年代代后期該該結構提提出改進進強調以以用戶為為核心，，重視人人、技術術、組織織的集成成和知識識共享并并覆蓋產產品生命周期。。國內863計劃劃CIMS主題題提出的的面向控控制體系系結構如如圖19所示58CIMS全體設計計劃劃層單元控制制層設備層工作站控控制層作業(yè)管理理層經營計劃劃層產品類1產品類N工作類1工作類N。。。單元N單元1。。。。。工作站1工作站N。。。。。。設備1設備N。。。。。。。。。圖19我我國提出出的六層層CIM層次模模型….59面向CIM系統(tǒng)統(tǒng)集成平平臺的體體系結構構面向CIM系統(tǒng)統(tǒng)集成平平臺的體體系結構構是一些些計算機機公司為為了解決決CIM系統(tǒng)中中眾多軟軟件的支支持和連連接問題題所推出出的標準準化平臺臺。如Digital公司司、IBM公司司圖20為IBM公司司的CIMS體體系結構構。類似似于CIM-OSA（（OPENSYSTEMARCHITECTURE）中的的集成基基礎結構構。CIM-OSA研研究并未未實用化化，因此此這類應應付市場場需要的的工具平平臺會有有支持面面不寬的的可能性性和危行行性。60應用層材料跟蹤蹤單元控制制系統(tǒng)質量量控制其它輸入/輸輸出應用使能能器（平平臺）系統(tǒng)使能能器（平平臺)數據管理理設備管理理網絡通信信生產監(jiān)控控通用服務務層硬件/軟軟件操作作系統(tǒng)層層生成/運行環(huán)境數據庫圖20IBM公公司的CIMS體系結結構61CIMS的控制體體系由于CIMS的功能和和控制要要求十分分復雜，，采用常常規(guī)控制制系統(tǒng)很很難實現(xiàn)現(xiàn)。前美美國國家家標準局（現(xiàn)美美國國家家標準與與技術研研究院，，NIST）建建立的CIMS實驗研研究基地地——自自動化制制造研究究基地（（AMRF—AutomatedManufacturingResearchFacility）曾曾提出了了著名的的CIMS五級級遞階控控制模型型，如圖圖21所所示，這五級分分別是：：工廠層層、車間間層、單單元層（（FMS主控層層）、工工作站層層和設備備層。每每一層雙雙可分解解為多個個模塊，，都由數數據驅動動，并可可擴展成成樹狀結結構。62

圖21CIMS的五五級遞階階控制模模型63工廠層控控制系統(tǒng)統(tǒng)——履履行廠部部職能。。功能有：：市場預預測、制制定生產產計劃、、確定生生產資源源需求、、制定資資源規(guī)劃劃、制定定產品開開發(fā)及工工藝過程程規(guī)劃、、廠級經經營管理理。可分為三三個子系系統(tǒng)：生生產管理理、信息息管理、、制造工工程。64車間層控控制系統(tǒng)統(tǒng)——根根據工廠廠層生產產計劃，，協(xié)調車車間的生生產和輔輔助性工工作，完完成這些些工作的的資源分分配。有兩個模模塊1、作業(yè)業(yè)模塊：：按排生生產計劃劃（如作作業(yè)定單單的制定定、發(fā)放放和管理理；單元元任務分分配；設設備利用用跟蹤；；設備維維修按排排。）2、資源源分配模模塊：負負責單元元層各項項目在具具體加工工時所需需的設備備和材料料65單元層控控制系統(tǒng)統(tǒng)功能是安安排零件件通過工工作站的的分批順順序；管管理物料料儲運、、檢驗及及其它有有關輔助助性工作作。如任任務分解解、資源源需求分分析。單元層也也是FMS的控控制層完完成生產產計劃實實施、計計劃命令令逐級下下達等任任務主要模塊塊有：排排隊管理理模塊、、調度模模塊、分分配模塊塊。66工作站層層控制系系統(tǒng)：指指揮和協(xié)協(xié)調車間間中一個個設備小小組的活活動。一一個典型型的工作作站由一臺機器器人、一一臺機床床、一個個物料儲儲運器、、和一臺臺控制計計算機構構成。設備層：：各類設設備，是是前沿系系統(tǒng)。對對設備采采用控制制是為了了擴大設設備的功功能。67CIMS系統(tǒng)的的關鍵技技術1、現(xiàn)代代集成制制造系統(tǒng)統(tǒng)理論和和支持技技術離散事件件動態(tài)系系統(tǒng)理論論系統(tǒng)集成成與企業(yè)業(yè)優(yōu)化技技術系統(tǒng)仿真真技術智能技術術與方法法68離散事件件動態(tài)系系統(tǒng)是80年年年代發(fā)展展起來的的一門學學科，它它由美國國哈佛大大學何益益奇等教教授提出出。這是是一種特特殊的動動態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)其演化化過程不不能用連連續(xù)變量量來描述述。它以排隊隊網絡為為模型。?；A是是隨機過過程理論論。692、現(xiàn)代代集成制制造系統(tǒng)統(tǒng)中的信信息技術術產品數據據管理技技術（PDM））現(xiàn)代制造造集成網網絡技術術產品模型型數據交交換標準準（STEP））產品全生生命周期期管理技技術（PLM））703、計算算機輔助助計術計算機輔輔助設計計（CAD）計算機輔輔助工藝藝規(guī)劃（（CAPP）計算機輔輔助制造造（CAM）計算機輔輔助質量量管理（（CAQ）714、現(xiàn)代集成成制造系系統(tǒng)的集集成平臺臺技術軟構件及及其標準準接口現(xiàn)代集成成制造系系統(tǒng)應用用集成平平臺725、制造造過程控控制技術術數字控制制技術（（NC））柔性制造造技術（（FMT）智能制造造技術（（IMT）73CIMS的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀國外CIMS發(fā)展簡況況進入20世紀80年代代以來，，發(fā)達國國家經過過幾十年年大工業(yè)業(yè)生產的的積累，，人們的的基本物物質需要要得到了了相對滿滿足。為為了適應應人們日日益多樣樣化的需需求，市市場競爭爭空前激激烈。其其主要特特點是：：(1)產產品的的生產周周期越來來越短據資料記記載，20世紀紀60年年代機電電產品市市場壽命命超過十十年者占占32%%，到20世紀紀80年年代降為為15%%，而產產品市場場生命周周期在5年以下下者則由由38%%猛增到到65%%～70%。74

(2)產品的品品種增多多，批量量減少以日本的的汽車行行業(yè)為例例，如果果用發(fā)動動機的輸輸出功率率、外觀觀顏色以以及音響響設備等等條件來來區(qū)小汽汽車的種種類，就就有幾千千種之多多。據日日本1993年年提供的的資料表表明，一一種車型型的產量量最多是是17臺臺，最少少是6臺臺。在美美國90%左右右的產品品生產批批量小于于50件件。(3)產品質量量、價格格和交貨貨期已成成為增強強企業(yè)競競爭力的的3個決決定因素素市場競爭和和計算機機技術的的發(fā)展，，引起了了企業(yè)對對CIM的強烈烈需求。。許多國國家都把把推行CIM作作為一項項重要的的國策來來對策。。75美、歐、、日CIMS開開發(fā)應用用的進展展及戰(zhàn)略略1991年3月，美國國國家關關鍵技術術委員會會在向總總統(tǒng)提交交的雙年年度報告告中，介介紹了22項對于美美國長期期安全和和經濟繁繁榮至關關重要的的技術，，其中，，把CIM列為“制制造”技技術類中中的四大大關鍵技技術之首首，從政政府技術術發(fā)展戰(zhàn)戰(zhàn)略高度度明確了了制造企企業(yè)推行行CIM的必要性性和發(fā)展展方向。。這也是長長期以來來美國發(fā)發(fā)展科學學技術的的戰(zhàn)略方方針，即即保障國國家安全全和提高高工業(yè)在在國際上上的競爭爭力的新新體現(xiàn)。。在此以以前，美美國空軍軍、美國國陸軍、、陸軍器器材部、、國防部部、國家家標準技技術研究究院以及及國家科科學基金金會等政政府部門門都制訂訂了發(fā)展展CIM的戰(zhàn)略規(guī)規(guī)劃，并并取得了了重要的的實施成成果76

國家支持持在美國國國家科學學基金會會的支持持下，投投資上千千萬美元元的普度度（Purdue）大學、楊楊百翰（（BrighamYoung）大學和俄俄亥俄（（Ohio）州立大學學分別建建立了““計算機機集成和和制造自自動化中中心（CIMAC）”、““CIM研究中心心和研究究多種CIM技術的杰杰出研究究中心””，有效效地推動動CIM技術的發(fā)發(fā)展與應應用77

CIM的概念和和主要單單元技術術如NC、CAD、制造資源源規(guī)劃（（MRP--II）、FMS等都來源源于美國國，并且且美國在在這些領領域的研研究上仍仍保持著著總體優(yōu)優(yōu)勢。民間研究究另外，許許多從事事信息技技術的廠廠家也是是開發(fā)和和提供CIM技術產品品的主要要力量，，如著名名的計算算機系統(tǒng)統(tǒng)公司IBM、DEC、HP等都建立立了自己己的CIM產品體系系結構，，向企業(yè)業(yè)提供成成套的CIM技術方案案和計算算機環(huán)境境（硬件件、軟件件）以及及實施咨咨詢業(yè)務務78

制造業(yè)中中的許多多大公司司為提高高本公司司的競爭爭力率先先應用了了CIM技術，，例如通用用汽車公公司、波波音飛機機公司、、西屋公公司、麥麥克唐納納飛機制制造公司司等都耗耗費巨資資采用CIM技技術，因因而，使使工廠生生產效率率提高40%～～70%%，工程程費用減減少15%～30%，，新產品品研制周周期縮短短30%%～60%，設設備利用用率提高高2～3倍。但但美國政府府對CIM應用用的工業(yè)業(yè)規(guī)模缺缺乏統(tǒng)一一規(guī)劃和和有力的的支持措措施，這這是美國國CIM發(fā)展戰(zhàn)戰(zhàn)略上的的一個弱弱點。79西歐作為為世界三三大技術術中心之之一，在在高技術術的發(fā)展展中一向向扮演重重要角色色。西歐歐發(fā)展CIM的的戰(zhàn)略有有兩個層層次：第一層次次是西歐歐多國群群體的共共同合作作戰(zhàn)略；；第二層層次是各各國國內內的CIM戰(zhàn)略略。西歐的CIM發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略略主要體體現(xiàn)在尤尤里卡（（EURECA——EuropeanResearchCoordinationAgency）計劃劃和歐共共體（ESPRIT———EuropeanStrategicProgrammeforResearchandDevelopmentinInformationTechnologies））計劃中中。80

尤里卡即即歐洲研研究協(xié)調調組織。。該組織由由西歐17國共共同組成成，此宗宗旨在實實現(xiàn)西歐歐技術振振興，此此宗旨是是1985年4月由法法國總統(tǒng)統(tǒng)在內閣閣會議上上提出，，同年7月經西西歐17國外長長及科技技部長會會議討論論后正式式執(zhí)行的的。主要要開發(fā)的的項目有有：(1)大大型生生產過程程管理系系統(tǒng)：研研究開發(fā)發(fā)具有運運行、診診斷、預預測、決決策、監(jiān)監(jiān)控功能能的綜合合管理系系統(tǒng)。需需開發(fā)的的基礎技技術有：：知識表表述技術術、專家家系統(tǒng)、、人機工工程等。。(2)柔柔性自動動化工廠廠：建立立具有CAD//CAM系統(tǒng)的的產品多多樣化的的自動化化工廠，，運用計計算機和和機器人人系統(tǒng)實實現(xiàn)產品品的生產產和管理理。81

歐共體即即歐洲信信息技術術研究和和開發(fā)戰(zhàn)戰(zhàn)略計劃劃。1982年初歐歐共體經經濟顧問問委員會會調查了了歐洲經經濟未來來發(fā)展情情況，發(fā)發(fā)現(xiàn)西歐歐在信息息技術方方面落后后于美國國和日本本，因而而向歐共共體委員員會提交交調查報報告并著著手制訂訂ESPRIT計劃。。1982年6月起歐歐共體部部長會議議開始審審議此計計劃，并并肯定了了其重要要性，1983年試行行，1984年年2月正正式批準準執(zhí)行此此計劃。。通過本本計劃的的執(zhí)行，，使“IT（信信息技術術）”的的供應廠廠商和用用戶企業(yè)業(yè)能更好好地利用用其資源源對付北北美和日日本的挑挑戰(zhàn)，同同時研究開發(fā)發(fā)CIM開放體體系結構構和通信信標準，，用以推推進CIM的集集成。歐洲制造造業(yè)比較較強大，，整體資資源條件件很好，，并具有有良好的的系統(tǒng)、、廣闊的的市場和和許多優(yōu)優(yōu)秀人才才，但較較為分散散，而且且技術合合作受到到語言和和文化的的障礙，，因而需需要統(tǒng)一一計劃、、合作研研究和開開發(fā)。82

西歐各國國本國的的CIM發(fā)展，雖雖然因各各國特點點和問題題不同，，但都已已受到政政府的重重視各國國在CIM方面的基基礎有很很大差異異，各有有優(yōu)勢例例如：法國在CIM建模方法法論和CAD技術研究究方面，，英國在在紡織工工業(yè)的CIM方面，德德國在CIM技術基礎礎和工業(yè)業(yè)應用方方面，瑞瑞士在精精密制造造系統(tǒng)技技術方面面，意大大利在NC機床和自自動化加加工系統(tǒng)統(tǒng)等方面面各有很很強的優(yōu)優(yōu)勢。由于歐共共體已形形成一個個緊密的的國際合合作群體體，西歐歐各國互互相補充充互相借借鑒共同同提高的的機制對對西歐CIM的發(fā)展產產生了巨巨大的推推進作用用83

自20世紀80年代中期期以來，，日本逐逐漸加強強了CIM的應用開開發(fā)，很很快吸收收了美國國提出的的CIM思想，并并在生產產實踐中中合理而而有效地地加以應應用，根根據具體體情況發(fā)發(fā)展適用用于日本本企業(yè)的的CIMS。一些大學學和企業(yè)業(yè)研究開開發(fā)部門門被納入入CIM重大共性性問題的的研究工工作中。。目前，，從事CIM研究開發(fā)發(fā)的大學學主要有有東京大大學、東東京都立立大學等等，這些些大學的的著名專專家都在在各自相相關協(xié)會會中從事事技術指指導工作作84

日本的CIM系系統(tǒng)集成成商有計計算機公公司如富富士通、、NEC、日立立、YHP等，，也有大大型企業(yè)業(yè)的系統(tǒng)統(tǒng)工程部部門如新新日鐵、、NKK（日本本鋼管））、東芝芝公司、、三菱電電機等。日本制造造企業(yè)是是CIM的市場場主體，，各大企企業(yè)基本本上都已已開始CIMS的開發(fā)發(fā)與應用用，而且且有相當多的的企業(yè)已已比較成成功地開開發(fā)和應應用了CIM技技術。如：日本本精工公公司、村村田機械械公司、、橫河HP公司司、沖電電氣公司司、富士士電機公公司、法法納克公公司、山山崎鐵工工所、豐豐田工機機、川崎崎制鐵等等。85

山崎鐵工工所（YamazakiMazak）研制的CIMS系統(tǒng)86

法納克（（FANUC））筑波工工廠的CIMS87

縱觀國外外CIMS研究和應應用工程程的開發(fā)發(fā)，大致致經歷了了3個發(fā)展階階段：以信息集集成為特特征的階階段（20世紀70～80年代）這一階段段企業(yè)發(fā)發(fā)展的需需求是產產品生產的自自動化，，隨著電電子信息息技術的的發(fā)展，，相應的的各種單單元技術術，如CAD、CAM、工業(yè)機機器人、、FMS、MRP--II得到了廣廣泛的應應用。這些單元元技術的的集成，，使企業(yè)業(yè)各種生生產要素素之間的的配置得得到優(yōu)化化，制造造資源能能夠充分分利用，，給企業(yè)業(yè)帶來了了明顯的的經濟效效益。