計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS技術(shù)

計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）技術(shù)

自動化工廠:經(jīng)自動化“通信網(wǎng)絡(luò)”連接工廠的各個子系統(tǒng)，可構(gòu)成一個有機(jī)聯(lián)系的整體，即自動化工廠。

CIM:計算機(jī)集成制造，它反映了制造系統(tǒng)新的發(fā)展方向。

CIMS:計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，則是CIM思想技術(shù)上的具體實現(xiàn).

幾個相關(guān)的概念計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）CIMS為現(xiàn)代制造企業(yè)追求在激烈變化中、動態(tài)市場條件下，具有快速靈活響應(yīng)的競爭優(yōu)勢提供所要求的戰(zhàn)略性系統(tǒng)技術(shù)。

CIMS發(fā)展可以實現(xiàn)整個機(jī)械制造廠的全盤自動化，是自動化制造技術(shù)的發(fā)展方向。FactoryautomationCIMphilosophyautomationoptimizationtargetunmannedfactoryrationalizeexampleFMC,FMSLinkingCAD,CAM,MRPelementprocessing,materialflow,measurement,inspection,assembly,CAD,CAM,CAPP,CAQ,MRPtargetfactoryenterprisefocushardwaresoftwarehumanreplacinghumanreorganizationoriginJapanUSA,Europe自動化工廠與CIMS比較

計算機(jī)集成制造系統(tǒng)主要由設(shè)計與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存儲運輸模塊構(gòu)成

。CIMS一般結(jié)構(gòu)

存儲運輸模塊的主要功能有倉庫管理、自動搬運等。

各模塊的主要功能：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）設(shè)計與工藝模塊制造模塊管理信息模塊存儲運輸模塊CAD、CAE、CAPP、CAM等DNC、CNC、車間生產(chǎn)計劃、作業(yè)調(diào)度、刀具管理、質(zhì)量檢測與控制、裝配、自動化倉庫、FMC/FMS等市場預(yù)測、物料需求計劃、生產(chǎn)計算、成本核算及銷售等CIMS硬件結(jié)構(gòu)示例CIMS局部：數(shù)控車間自動化集成管理系統(tǒng)CIMS結(jié)構(gòu)示例CIMS局部：數(shù)控車間集成系統(tǒng)CIMS示例CIMS局部：國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床車間示范工程CIMS示例第一節(jié)節(jié)概概述一一、、CIM的概念念計算機(jī)機(jī)集成成制造造（CIM）的概概念是是1974年首先先由美美國約約瑟夫夫·哈林頓頓（JosephHarrington）博士士在《ComputerIntegratedManufacturing》》一書中中提出出的第一節(jié)節(jié)概概述一一、、CIM概念約瑟夫夫·哈林頓頓基本本觀點點為：：一是企企業(yè)的的各個個生產(chǎn)產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)是一個不不可分分隔的的整體體，需需要統(tǒng)統(tǒng)一考考慮；；二是整整個生生產(chǎn)制制造過過程實質(zhì)上上是對對信信息的的采集集、傳傳遞和和加工工處理理的過過程，最終終形成成的產(chǎn)產(chǎn)品可可看作作是信信息的的物質(zhì)質(zhì)表現(xiàn)現(xiàn)。定義：：CIM是一種種組織織、管管理、、企業(yè)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)的新新哲理理CIM的概念念手段：：它借借助計計算機(jī)機(jī)軟硬硬件，，綜合合應(yīng)用用(1)現(xiàn)代代管管理理技技術(shù)術(shù);(2)制造造技技術(shù)術(shù);(3)信息息技技術(shù)術(shù);(4)自動動化化技技術(shù)術(shù);(5)系統(tǒng)統(tǒng)技技術(shù)術(shù)，，將企企業(yè)業(yè)生生產(chǎn)產(chǎn)全全部部過過程程中中有有關(guān)關(guān)----人----技術(shù)術(shù)----經(jīng)營營管管理理三要要素素及及其其信信息息流流與與物物質(zhì)質(zhì)流流有有機(jī)機(jī)地地集集成成并并優(yōu)優(yōu)化化運運行行，，CIM的概概念念CIM目標(biāo)標(biāo)：：實現(xiàn)現(xiàn)產(chǎn)產(chǎn)品品的的--高質(zhì)量---低成本---交貨期短，提高企業(yè)對市市場變化的應(yīng)應(yīng)變能力和綜綜合競爭能能力。CIM的概念I(lǐng)knowthegoal.CIMS的概念CIMS是在CIM哲理指導(dǎo)下建建立的人機(jī)系系統(tǒng)以達(dá)到降低成成本C（Cost）、提高質(zhì)量量Q(Quality)、縮短交貨周周期T（Time）等目的，從從而提高企業(yè)業(yè)的創(chuàng)新設(shè)設(shè)計能力和市市場競爭力。。經(jīng)營理念的發(fā)發(fā)展與C、Q、T等二、CIMS產(chǎn)生的背景CIMS：CIMS在20世紀(jì)80年代中期才開開始重視并大大規(guī)模實施二、CIMS產(chǎn)生的背景產(chǎn)生的背景大大背景:20世紀(jì)70年代的美國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)政策中過過分夸大了第第三產(chǎn)業(yè)的作作用，而將制制造業(yè)，特別別是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)業(yè)，貶低為“夕陽工業(yè)”.---導(dǎo)致:美國制造業(yè)優(yōu)優(yōu)勢的急劇衰衰退，并在20世紀(jì)80年代初開始的的世界性的石石油危機(jī)中暴暴露無遺.---美國才開始重重視并決心用用其信息技術(shù)術(shù)的優(yōu)勢奪回回制造業(yè)的霸霸主地位。于于是美國及其其他各國紛紛紛制訂并執(zhí)行行發(fā)展計劃。。---CIMS的理念、技術(shù)術(shù)也隨之有了了很大的發(fā)展展。CIMS的發(fā)展軌跡系統(tǒng)集成優(yōu)化化是CIMS技術(shù)與應(yīng)用的的核心技術(shù)，，因此我們認(rèn)認(rèn)為，可將CIMS技術(shù)的發(fā)展從從系統(tǒng)集成優(yōu)優(yōu)化發(fā)展的角角度來劃分為三個階階段：信息集成過程集成企業(yè)集成第一階段：：信息集成成解決的根本本問題是:解決設(shè)計、、管理和加加工制造中中大量存在在的自動化孤島島問題使信息正確確、高效的的共享和交交換。信息集成是改善企業(yè)業(yè)時間（T）、質(zhì)量（（Q）、成本（（C）、服務(wù)（（S）所必需的的。信息集成其其主要內(nèi)容容有早期信息集集成的實現(xiàn)現(xiàn)方法主要要通過局域網(wǎng)和數(shù)數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)。近期采用企企業(yè)網(wǎng)、外外聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管管理（PDM）、集成平平臺和框架架技術(shù)來實實施。值得得指指出出，，基基于于面向向?qū)ο笙蠹技夹g(shù)術(shù)、、軟軟構(gòu)構(gòu)件件技技術(shù)術(shù)和和WEB技術(shù)術(shù)的的集集成成框框架架已成成為為系系統(tǒng)統(tǒng)信信息息集集成成的的重重要要支支撐撐工工具具。。第二二階階段段：：過過程程集集成成就是是對對過過程程進(jìn)進(jìn)行行重重構(gòu)構(gòu)。。目標(biāo)標(biāo)是是盡盡量量實實現(xiàn)現(xiàn)并并行行工工程程.第三三階階段段：：企企業(yè)業(yè)集集成成企業(yè)業(yè)集集成成的的思思路路:企業(yè)業(yè)提提高高自自身身的的市市場場競競爭爭力力，，不不能能走走““小小而而全全””、、““大大而而全全””的的封建建莊莊園園經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)的道道路路，，而必必須須面面對對全全球球經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)、、全全球球制制造造的的新新形形勢勢，，充充分分利利用用全全球球的的制制造造資資源源（（包包括括智智力力資資源源）），，更更快快、、更更好好、、更更省省地地響響應(yīng)應(yīng)市市場場，，這也也是是敏捷捷制制造造的由由來來。。第三三階階段段：：企敏捷捷制制造造的的組組織織形形式第三階段：企企業(yè)集成從組織層面上上說，敏捷制制造提倡“扁平式”企業(yè)，提倡企企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟盟。第三階段：企企業(yè)集成產(chǎn)品型企業(yè)應(yīng)應(yīng)該是“兩頭大、中中間小”，即強(qiáng)大的新新產(chǎn)品設(shè)計、、開發(fā)能力和和強(qiáng)大的市場場開拓能力力?！爸虚g間小””指加加工制制造的的設(shè)備備能力力可以以小。。多數(shù)零零部件件可以以靠協(xié)協(xié)作解解決，，這樣樣企業(yè)業(yè)可以以在全全球采采購價價格最最便宜宜、質(zhì)質(zhì)量最最好的的零部部件。。---這是企業(yè)優(yōu)優(yōu)化經(jīng)營的的體現(xiàn)。因因此企業(yè)間間的集成是是企業(yè)優(yōu)化化的新臺階階。為什么要企企業(yè)集成？？----傳統(tǒng)企業(yè)的的問題傳統(tǒng)企業(yè)的的問題:傳統(tǒng)企業(yè)的的弊端恰恰恰是“兩頭頭小、中間間大”，即即薄弱的產(chǎn)產(chǎn)品開發(fā)及及市場開拓拓，這是計計劃經(jīng)濟(jì)的的必然產(chǎn)物物。為什么要企企業(yè)集成？？----傳統(tǒng)企業(yè)的的問題傳統(tǒng)企業(yè)的的問題:傳統(tǒng)的理念念：企業(yè)的的技術(shù)改造造總是放在在更新和加加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)設(shè)備上。Whatfirst?為什么要要企業(yè)集集成？----傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的問題題傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的問題題:導(dǎo)致的后果：：這類企業(yè)，，一旦產(chǎn)品不不適合市場，，又無能力去去很快適應(yīng)市市場，購置的的設(shè)備就變成成了企業(yè)的大大包袱，企業(yè)業(yè)會很快陷入入困境。因此，克服傳傳統(tǒng)的技術(shù)改改造觀念是很很重要的，有有現(xiàn)實意義的的。3、企業(yè)集成企業(yè)間集成的的關(guān)鍵技術(shù)包包括：--信息集成技術(shù)術(shù)--并行工程的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)--虛擬制造--支持敏捷工程程的使能技術(shù)術(shù)系統(tǒng)--基于網(wǎng)絡(luò)（如如Internet／Intranet／Extranet）的的敏敏捷捷制制造造--以及及資資源源優(yōu)優(yōu)化化（（如如ERP、供供應(yīng)應(yīng)鏈鏈、、電電子子商商務(wù)務(wù)））。。四、、CIMS發(fā)展展趨趨勢勢1、集集成成化化2、數(shù)數(shù)字字化化／／虛虛擬擬化化3、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化4、柔柔性性化化5、智智能能化化6、綠綠色色化化Whichdirection?四、、CIMS發(fā)展展趨趨勢勢1、集集成成化化從當(dāng)當(dāng)前前企企業(yè)業(yè)內(nèi)內(nèi)部部的的信信息息集集成成和和功功能能集集成成-發(fā)展展到到過過程程集集成成（（以以并并行行工工程程為為代代表表））………并正正在在步步入入實實現(xiàn)現(xiàn)企企業(yè)業(yè)間間集集成成的的階階段段（（以以敏敏捷捷制制造造為為代代表表））。。2、數(shù)數(shù)字字化化／／虛虛擬擬化化現(xiàn)在在提提得得比比較較多多的的是是:數(shù)字字化化裝裝備備在數(shù)數(shù)字字化化基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上，，虛虛擬擬化化技技術(shù)術(shù)正正在在迅迅速速發(fā)發(fā)展展，，主主要要包包括括:---虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實實應(yīng)應(yīng)用用---虛擬擬產(chǎn)產(chǎn)品品開開發(fā)發(fā)---虛擬擬制制造造數(shù)字字化化:管理理數(shù)數(shù)字字化化設(shè)計計數(shù)數(shù)字字化化生產(chǎn)產(chǎn)過過程程數(shù)數(shù)字字化化制造造裝裝備備數(shù)數(shù)字字化化企業(yè)業(yè)數(shù)數(shù)字字化化虛擬擬化化:3、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化從基基于于局局域域網(wǎng)網(wǎng)發(fā)發(fā)展展到到基基于于Intranet/Extranet／Internet的分分布布式式網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)制制造造，，以以支支持持全全球球制制造造策策略略的的實實現(xiàn)現(xiàn)。。4、柔柔性性化化正積積極極研研究究發(fā)發(fā)展展企企業(yè)業(yè)間間動動態(tài)態(tài)聯(lián)聯(lián)盟盟技技術(shù)術(shù)、、敏敏捷捷設(shè)設(shè)計計生生產(chǎn)產(chǎn)技技術(shù)術(shù)、、可可重重組組技技術(shù)術(shù)等等，，以以實實現(xiàn)現(xiàn)敏敏捷捷制制造造。。5、智智能能化化智能能化化是是制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)在在柔柔性性化化和和集集成成化化基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上進(jìn)進(jìn)一一步步的的發(fā)發(fā)展展與與延延伸伸它是是：：引引入入各各類類人人工工智智能能和和智智能能控控制制技技術(shù)術(shù)，，實實現(xiàn)現(xiàn)具具有有自自律律、、分分布布、、智智能能、、敏敏捷捷等等特特點點的的新新一一代代制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)。。6、綠綠色色化化包括括綠綠色色制制造造、、環(huán)環(huán)境境意意識識的的設(shè)設(shè)計計與與制制造造、、生生態(tài)態(tài)工工廠廠、、清清潔潔化化生生產(chǎn)產(chǎn)等等它是是全球球可可持持續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)展展戰(zhàn)戰(zhàn)略略在制造造業(yè)業(yè)中的的體體現(xiàn)現(xiàn)，，是是擺擺在在現(xiàn)現(xiàn)代代制制造造業(yè)業(yè)面面前前的的一一個個嶄嶄新新課課題題。。第二二節(jié)節(jié)CIMS的基基本本組組成成、、體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及其其關(guān)關(guān)鍵鍵技技術(shù)術(shù)一、、CIMS的基基本本組組成成CIMS是一一個個大大型型的的復(fù)復(fù)雜雜系系統(tǒng)統(tǒng)，，包包括括人人、、經(jīng)經(jīng)營營、、技技術(shù)術(shù)三三要要素素，，三三要要素素之之間間的的關(guān)關(guān)系系如如所所示示。。其中中：：人---包括括組組織織機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)及及其其成成員員經(jīng)營營---包括括目目標(biāo)標(biāo)和和經(jīng)經(jīng)營營過過程程技術(shù)術(shù)---包括括信信息息技技術(shù)術(shù)和和基基礎(chǔ)礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)（（設(shè)設(shè)備備、、通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)、、運運輸輸系系統(tǒng)統(tǒng)等等使使用用的的各各種種技技術(shù)術(shù)））。。在三要要素的的相交交部分分需解解決決四類類集成成問題題：①用技技術(shù)支支持經(jīng)經(jīng)營；；②用技技術(shù)支支持人人員工工作；；③人員員協(xié)調(diào)調(diào)的工工作,以支持持經(jīng)營營活動動；④統(tǒng)一一管理理并實實現(xiàn)經(jīng)經(jīng)營、、人員員、技技術(shù)的的集成成優(yōu)化化運行行。目前，，CIMS并不過過分強(qiáng)強(qiáng)調(diào)物物流自自動化化，而而是側(cè)側(cè)重于于以人人為中中心的的適度度自動動化，，即強(qiáng)強(qiáng)調(diào)人人、經(jīng)經(jīng)營、、技術(shù)術(shù)三者者的有有機(jī)集集成，，充分分發(fā)揮揮人的的作用用。從系統(tǒng)統(tǒng)的功功能角角度考考慮，，一般般認(rèn)為為CIMS可由四四個功功能分分系統(tǒng)統(tǒng)和兩兩個支支撐分分系統(tǒng)統(tǒng)組成成（如如圖所所示））：：1、管理理信息息系統(tǒng)統(tǒng)2、工程程設(shè)計計系統(tǒng)統(tǒng)3、制造造自動動化系系統(tǒng)4、質(zhì)量量保證證系統(tǒng)統(tǒng)5、--a)計算機(jī)機(jī)通訊訊網(wǎng)絡(luò)絡(luò)6、--b)數(shù)據(jù)庫庫。1、管理理信息息系統(tǒng)統(tǒng)管理信信息系系統(tǒng)通通常是是以制制造資資源計計劃（（ManufacturingResourcePlanning，MRPⅡ）為核核心.2、工程程設(shè)計計系統(tǒng)統(tǒng)CAD、CAPP、CAM三大部部分。。3、制造造自動動化系系統(tǒng)制造自自動化化系統(tǒng)統(tǒng):是CIMS的信息息流和和物料料流的的結(jié)合合點是CIMS最終產(chǎn)產(chǎn)生經(jīng)經(jīng)濟(jì)效效益的的聚集集地通常由由CNC機(jī)床、、加工工中心心、FMC（FlexibleManufacturingCell，柔性性制造造單元元）或或FMS等組成成。制造自自動化化系統(tǒng)統(tǒng)的目目標(biāo)可可歸納納為：：①實現(xiàn)現(xiàn)多品品種、、小批批量產(chǎn)產(chǎn)品制制造的的柔性性自動動化；；②實現(xiàn)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)質(zhì)、低低成本本、短短周期期及高高效率率生產(chǎn)產(chǎn)，提提高企企業(yè)的的市場場競爭爭能力力；③為作業(yè)人人員創(chuàng)創(chuàng)造舒舒適而而安全全的勞勞動環(huán)環(huán)境。。二、CIMS的體系系結(jié)構(gòu)構(gòu)所謂CIMS的體系系結(jié)構(gòu)構(gòu)，就就是一一組代代表整整個CIMS各個方方面的的多視視圖多多層次次的模模型的的集合合。二、CIMS的體系系結(jié)構(gòu)構(gòu)歐共體體ESPRIT計劃中中的AMICE專題所所提出出的CIMS-OSA體系結(jié)結(jié)構(gòu)具具有一一定的的代表表性。。我國學(xué)學(xué)者在在提出出了如如圖下下所示示的“階梯形形多視視圖多多領(lǐng)域域CIMS體系結(jié)結(jié)構(gòu)”（stair-likeCIMSarchitecture，簡稱稱SLA）。該該多層層次多多視圖圖的體體系結(jié)結(jié)構(gòu)，，是比比較適適合我我國實實情的的。三、實實施CIMS的關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)實施CIMS的關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)，主主要指指下面面兩大大類關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)：：1、系統(tǒng)統(tǒng)集成成2、單元元技術(shù)術(shù)離散制制造業(yè)業(yè)CIMSCADCAPPCAMCAErobotFMSFAS自動化化立體倉倉庫MRPIIOAMISDSS銷售系系統(tǒng)DatabaseNetwork未經(jīng)集集成化化處理理的計算機(jī)機(jī)應(yīng)用用,形成了了多個個“自動動化孤孤島””Internet流程制制造業(yè)業(yè)CIMS生產(chǎn)管管理分分系統(tǒng)統(tǒng)PMS生產(chǎn)調(diào)調(diào)度子子系統(tǒng)統(tǒng)PSS過程優(yōu)優(yōu)化子子系統(tǒng)統(tǒng)先進(jìn)控控制子子系統(tǒng)統(tǒng)過程監(jiān)監(jiān)控子子系統(tǒng)統(tǒng)化驗室室分系系統(tǒng)LIMIS物流工程程分系統(tǒng)統(tǒng)LOESMISOA營銷管理理分系統(tǒng)統(tǒng)M&S_S常規(guī)或數(shù)數(shù)字儀表表、計量量系統(tǒng)、、DCS、PLC裝置1……裝置n設(shè)施1……設(shè)施n罐區(qū)1……罐區(qū)nDatabaseNetworkInternetDatabaseontimeDSS國家CIMS工程的實施情情況1.實施過程(三個階段)1989-1992年,典型應(yīng)用工廠廠的選點、可可行性論證、初步設(shè)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)設(shè)計階段；1993-1995年,典型應(yīng)用企業(yè)業(yè)實施的突破破階段:北京一機(jī)床、、沈陽鼓風(fēng)機(jī)機(jī)、成飛(集團(tuán))公司1997年-2000年,實踐深度、廣廣度步入更高高、更新的階段，如如主題重大項項目：哈電機(jī)機(jī)、科龍、金誠摩托2.實施效果成飛：麥道機(jī)機(jī)頭生產(chǎn)周期期12個月→6個月，庫存下下降20%，競標(biāo)成功獲獲得1億波音757尾段訂單。沈鼓：產(chǎn)品報報價6周→2周，成本下降降79.7%，市場占有有率達(dá)51%?？讫?、華寶：：百元銷售資資金下降51%，人均產(chǎn)值提提高70%，98年達(dá)202萬元/人·年。經(jīng)緯紡機(jī)廠：：流動資金下下降60%。3.存在問題怎樣處理看病病與抓藥的關(guān)關(guān)系CIMS工程成功實施施的關(guān)鍵因素素是前期需求求分析與診斷斷，但目前缺乏一一套完整有效效的分析診斷斷的程序、模模式和支持軟軟件工具系統(tǒng)統(tǒng)，加上主觀觀上的不重視視，分析診斷斷工作較為粗粗糙膚淺。典型的管理技技術(shù)應(yīng)用問題題照搬照抄，未未反映出企業(yè)業(yè)的瓶頸問題題和競爭特點點。重硬件，輕軟軟件；重技術(shù)術(shù)，輕管理；；重突擊成效效，輕連續(xù)改改進(jìn)。CIMS工程與企業(yè)管管理改進(jìn)、技技術(shù)改造相脫脫節(jié)?？偨Y(jié)：AdvantagesofCIMSReducingdevelopingtimefornewproductReducingtransportingtimeOptimalinventorycontrolReducingplanningtimeforproductionReducingleadtimeforproductionRapidresponseforcustomers’claimQualityimprovementIncreasingcompetitivepower總結(jié)：ObstaclesforCIMSCommunicationsb/tvariouscompaniesofsuppliersAutomatedfacilitiesindepende