計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(計算機(jī)系統(tǒng)集成)

第九章計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS

9.1CIMS概述9.2信息集成9.3CIMS體系結(jié)構(gòu)9.4CIMS總體設(shè)計9.5CIMS的應(yīng)用實例19.1CIMS概述一.CIMS概念英文ComputerIntegratedManufacturingSystems縮寫，中文譯為計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。CIMS代表信息時代制造企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營和管理模式。它將制造業(yè)中的人、機(jī)構(gòu)、管理、經(jīng)營和技術(shù)有機(jī)地集成起來，圍繞企業(yè)生產(chǎn)、銷售、決策等過程中的各個環(huán)節(jié)，廣泛采用先進(jìn)的信息技術(shù)，實現(xiàn)資源的最佳組合和利用，從而大幅度提高工作效率，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)的市場競爭力。二.CIMS組成由于制造業(yè)千差萬別，各有千秋，因此不可能有通用標(biāo)準(zhǔn)模式。CIMS本身內(nèi)涵要求其系統(tǒng)與企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和組織模式相結(jié)合。CIMS建設(shè)既有共性又有個性，企業(yè)的性質(zhì)不同、規(guī)模不同、所處的地理文化環(huán)境不同、應(yīng)用也不相同，決定企業(yè)在CIMS建設(shè)中考慮問題的角度不盡相同，因此CIMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式也不同。評價CIMS的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)在于系統(tǒng)是否體現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營和管理特色。

2管理信息系統(tǒng)MIS-制造業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)技術(shù)信息系統(tǒng)TIS-計算機(jī)輔助設(shè)計CAD，計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計CAPP，計算機(jī)輔助制造CAM等。制造自動化系統(tǒng)MAS-生產(chǎn)控制，物流控制，產(chǎn)品制造，質(zhì)量控制，車間管理等。支撐系統(tǒng)-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)NS，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBS等。3CAD子系統(tǒng)作用:進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計、工程分析與優(yōu)化和產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計。主要功能:三維幾何造型--使用計算機(jī)描述設(shè)計對象，解決三維幾何模型設(shè)計問題.有限元分析--對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，有助于設(shè)計人員研究產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能.優(yōu)化設(shè)計--對產(chǎn)品的設(shè)計方案和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量.分析與仿真—通過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和仿真，檢查，實驗產(chǎn)品的性能。4

CAPP子系統(tǒng)主要功能:完成產(chǎn)品零件的加工過程設(shè)計、工藝流程與工序設(shè)計，生產(chǎn)過程工序圖和工藝文件，向MIS、MAS等提供工藝信息。CAM子系統(tǒng)主要功能:根據(jù)CAD的產(chǎn)品設(shè)計信息和CAPP的工藝信息完成產(chǎn)品零部件的數(shù)據(jù)加工編程和刀具軌跡模擬，提供數(shù)據(jù)加工指令和加工時間等信息，并可提供仿真功能。

CAD／CAPP／CAM集成形成一個從產(chǎn)品設(shè)計到制造的完整自動化系統(tǒng)，以工程數(shù)據(jù)庫（公用）為核心，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造全過程的信息交流和共享，從而提高勞動生產(chǎn)率、降低成本。

CIMS關(guān)鍵問題實現(xiàn)人、管理、經(jīng)營和技術(shù)的有機(jī)地集成，必須依靠信息集成，因為信息是粘合劑，信息是企業(yè)最重要的資源。信息集成需要使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)。59.2信息集成一.信息集成1.概念對CIMS系統(tǒng)中各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，避免數(shù)據(jù)冗余，為用戶提供統(tǒng)一、友好而透明的界面，從而有效地實現(xiàn)信息交流和信息共享。所謂透明是不同子系統(tǒng)的用戶在調(diào)用非本地數(shù)據(jù)時就像在本地調(diào)用一樣。2.信息集成重要性是CIMS建設(shè)首要問題之一，由于CIMS中存在大量異構(gòu)子系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)類型和格式等差別很大，故不同系統(tǒng)的用戶很難調(diào)用其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，更談不上信息交流與共享。信息集成不簡單，涉及到不同的軟件平臺、不同的應(yīng)用軟件、不同的應(yīng)用模式以及不同的數(shù)據(jù)類型和格式。例如同一實體可能在不同的子系統(tǒng)中使用不同的名稱、不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式，有的子系統(tǒng)使用WWW，有的子系統(tǒng)使用文件系統(tǒng)，有的使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而同一實體又可能使用不同的媒體來表示，例如圖形、圖像、視頻、語音和數(shù)據(jù)等。6二.信息模型--獨(dú)立于具體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)抽象數(shù)據(jù)模型1.定義：信息模型可理解為反映企業(yè)信息系統(tǒng)基本狀況的模型，側(cè)重于從概念和邏輯上對企業(yè)的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流特性進(jìn)行規(guī)劃，以適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營和管理特色。2.作用：在用戶需求和數(shù)據(jù)模型之間增加一個信息模型，作為用戶和數(shù)據(jù)處理專業(yè)人員之間緩沖機(jī)制。使用數(shù)據(jù)的最終用戶注重其數(shù)據(jù)的含義、目的和用途，從事數(shù)據(jù)處理的專業(yè)人員比較關(guān)心數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和處理方法，兩者之間存在明顯的差異和脫節(jié)。例如專業(yè)人員對數(shù)據(jù)的組織、分析和處理結(jié)果并不一定能被用戶接受，同時由于用戶需求經(jīng)常變化而導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和處理程序變更，加重數(shù)據(jù)處理人員的工作難度，甚至影響信息交流和信息共享。3.優(yōu)點(diǎn)：信息模型不關(guān)心數(shù)據(jù)庫如何實現(xiàn)，這樣用戶可集中于實際應(yīng)用，如果用戶需求改變，則數(shù)據(jù)處理人員只需對信息模型作適當(dāng)調(diào)整。7三.信息模型建立方法1.信息工程法：強(qiáng)調(diào)企業(yè)數(shù)據(jù)的總體規(guī)劃，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)類型相對穩(wěn)定，數(shù)據(jù)處理過程可變。其構(gòu)件主要包括：企業(yè)模型，實體關(guān)系分析（E-R圖），主題數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用軟件生成，處理過程設(shè)計，數(shù)據(jù)應(yīng)用分析，數(shù)據(jù)分布分析，數(shù)據(jù)庫設(shè)計，數(shù)據(jù)處理生成，系統(tǒng)原型設(shè)計，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計等。2.IDEFlx（描述信息模型）方法（美空軍于1981年推出，中國863/CIMS辦公室推薦使用）建模過程如下：定義實體--定義實體間的聯(lián)系--定義鍵--定義屬性84.術(shù)語的介紹企業(yè)模型--是信息模型的基礎(chǔ)，反映企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)經(jīng)營活動，由職能區(qū)域，業(yè)務(wù)過程和業(yè)務(wù)活動三層結(jié)構(gòu)組成。實體--代表具有相同屬性或特征的事物抽象集合。鍵--唯一標(biāo)識一個實體的屬性集合主題數(shù)據(jù)庫/全局?jǐn)?shù)據(jù)庫--是一種集成化的數(shù)據(jù)庫環(huán)境，特別強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)集成化和共享，獨(dú)立于具體的應(yīng)用項目，但能為眾多應(yīng)用項目所共用。職能區(qū)域--指企業(yè)業(yè)務(wù)活動的領(lǐng)域。99.3CIMS體系結(jié)構(gòu)一.CIMS體系結(jié)構(gòu)平面圖由美國制造業(yè)工程師計算機(jī)自動化協(xié)會發(fā)布；1993年發(fā)布的第3版共分6個層次。層次說明顧客滿足顧客的需求是企業(yè)的最高原則員工和組織機(jī)構(gòu)高度重視企業(yè)員工與組織機(jī)構(gòu)的集成知識共享是企業(yè)CIMS系統(tǒng)的重要目標(biāo)之一經(jīng)營活動顧客支持，產(chǎn)品工藝，產(chǎn)品制造資源和責(zé)任資源--人力、物力、信息、技術(shù)、用戶、品牌等責(zé)任--企業(yè)理念、規(guī)章制度、企業(yè)文化、外部環(huán)境等基礎(chǔ)設(shè)施水、電、氣、暖設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，生產(chǎn)制造設(shè)備、廠房、交通運(yùn)輸練基礎(chǔ)設(shè)施10二.CIMS體系結(jié)構(gòu)主體圖CIMS體系結(jié)構(gòu)平面圖從一個側(cè)面展示CIMS各個子系統(tǒng)圍繞顧客需求這一主線的集成關(guān)系，但無法表示企業(yè)縱向管理層次關(guān)系。CIMS體系結(jié)構(gòu)主體圖展示企業(yè)縱向管理層次關(guān)系。總裁層CIMS體系結(jié)構(gòu)立體圖總經(jīng)理層功能管理部門層實際操作部門層操作員工與設(shè)備層戰(zhàn)略規(guī)劃概念計劃邏輯計劃實施計劃實施過程11三.CIMS組成輪圖

制造自動化分系統(tǒng)工程設(shè)計自動化分系統(tǒng)（CAD/CAPP/CAM)管理信息及決策分系統(tǒng)（MIS&DSS)質(zhì)量保證分系統(tǒng)（QAS)計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)市場信息原材料技術(shù)信息銷售服務(wù)信息12

CIM—OSA結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖

CIM—OSA結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖四.CIM—OSA結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖139.4CIMS總體設(shè)計一.CMIS建設(shè)步驟：需求分析（調(diào)研階段）---可行性研究（總體設(shè)計階段）---初步設(shè)計---詳細(xì)設(shè)計---系統(tǒng)實施（實施階段）---系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)（運(yùn)行階段）1.需求分析定義：指通過分析企業(yè)的經(jīng)營戰(zhàn)略目標(biāo)和經(jīng)營管理情況，確定企業(yè)建設(shè)CIMS的必要性、目標(biāo)、功能、性能、總體框架、條件和主要工作等。需求分析主要內(nèi)容：企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)和資源；企業(yè)的人員素質(zhì)及組成結(jié)構(gòu)；企業(yè)的經(jīng)營戰(zhàn)略和經(jīng)營目標(biāo)；企業(yè)的開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、庫存和管理；企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題；建設(shè)CIMS的必要性和要實現(xiàn)的目標(biāo)；

CIMS系統(tǒng)的信息業(yè)務(wù)特點(diǎn)及要求等。14需求的調(diào)查方法：資料收集法--收集企業(yè)已有的資料，主要包括組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)營戰(zhàn)略與目標(biāo)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、管理、經(jīng)濟(jì)效益、資源等原始資料。實地調(diào)查法--深入到企業(yè)各個部門實地考察和了解情況，得到第一手材料，詢問一線員工的信息需求。專家座談法--邀請與建設(shè)和使用CIMS有關(guān)的人士座談，了解他們對建設(shè)CIMS的意見和要求，明確目前信息系統(tǒng)存在的問題，聽取成功實施CIMS的有關(guān)專家的意見和建議。問卷調(diào)查法--將所要問的問題設(shè)計成問卷，請有關(guān)人士填寫，問卷主題應(yīng)突出。152.可行性研究主要內(nèi)容項目環(huán)境--外部環(huán)境，內(nèi)容環(huán)境。項目必要性--信息時代的要求，制造業(yè)的發(fā)展趨勢，制造業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等。企業(yè)現(xiàn)狀與問題--現(xiàn)狀包括：業(yè)務(wù)、經(jīng)營、管理、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展戰(zhàn)略等，問題包括：實現(xiàn)經(jīng)營發(fā)展目標(biāo)還存在哪些問題等。企業(yè)需求--對需求調(diào)查進(jìn)行分析，得到企業(yè)對CIMS的需求情況，CIMS有助于企業(yè)解決哪些問題。建設(shè)目標(biāo)和條件--建設(shè)CIMS的具體目標(biāo)，已具備哪些條件，還要創(chuàng)造哪些條件。初步總體方案--CIMS功能與信息業(yè)務(wù)，子系統(tǒng)劃分，系統(tǒng)性能指標(biāo)，系統(tǒng)技術(shù)方案與技術(shù)路線，技術(shù)可行性等。實施計劃--CIMS建設(shè)分哪幾個階段，先做什么，后做什么，人力、財力、物力如何保證等。投資分析—包括設(shè)計費(fèi)用，設(shè)備費(fèi)用，施工費(fèi)用，培訓(xùn)費(fèi)用，維護(hù)費(fèi)用，管理費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)評價—指經(jīng)濟(jì)效益分析等163.CIMS初步設(shè)計主要內(nèi)容原信息系統(tǒng)分析--系統(tǒng)概況，系統(tǒng)組成，系統(tǒng)業(yè)務(wù)，運(yùn)行情況，存在的問題等。CIMS系統(tǒng)需求分析--系統(tǒng)功能與業(yè)務(wù)，信息要求，系統(tǒng)性能指標(biāo)，總目標(biāo)等。系統(tǒng)方案設(shè)計--系統(tǒng)框架，分系統(tǒng)設(shè)計，信息分類與編碼，接口要求，技術(shù)實現(xiàn)，信息模型，關(guān)鍵技術(shù)及其解決方案等。組織實施--CIMS組織機(jī)構(gòu)、人員安排、培訓(xùn)計劃，實施進(jìn)度計劃，投資計劃，投資預(yù)算，資金籌措計劃。編制初步設(shè)計報告--根據(jù)上面的設(shè)計，編寫初步設(shè)計報告，為詳細(xì)設(shè)計打基礎(chǔ)。17建立功能模型IDEF0方法(國家863/CIMS專家組建議使用)型。IDEF0以圖形方式表達(dá)功能模塊，采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析方法，自上而下通層分解，將一個復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行簡化，直到分解為可執(zhí)行模塊為止?；緢D形及其含義方框表示功能活動(FunctionalActivity)即模塊，以一動詞或動詞短語表示。箭頭表示該功能活動相聯(lián)系的數(shù)據(jù)(信息或?qū)ο?，左輸入箭頭表示輸入信息流，常以I表示；右邊的箭頭表示輸出信息流，常以O(shè)表示，上方控制箭頭表示該能活動所受到的約束或變換條件，即指明該功能活動為什么(Why)這樣進(jìn)行，常以C表示，下方機(jī)制箭頭表示該功能活動所要求的執(zhí)行環(huán)境或支撐條件；即指明該功能活動如何(How)進(jìn)行，可以是執(zhí)行活動的人或硬、軟設(shè)備，常以M表示。活動預(yù)制品加工輸入控制輸出執(zhí)行工單圖紙鋼材水泥預(yù)制品攪拌機(jī)模具IDEFo基本圖形與應(yīng)用實例18功能模型的實例194.數(shù)據(jù)總體規(guī)劃主要步驟：分析業(yè)務(wù)，建立企業(yè)模型--建立企業(yè)業(yè)務(wù)職能區(qū)域模型；分析企業(yè)業(yè)務(wù)過程，業(yè)務(wù)過程的識別、命名和定義；分析企業(yè)業(yè)務(wù)活動。分析實體，建立主題數(shù)據(jù)庫--確定實體，描述實體之間的聯(lián)系，繪制實體圖，根據(jù)聯(lián)系強(qiáng)弱繪制實體大組等。分析數(shù)據(jù)的分布--建立業(yè)務(wù)處理與主題數(shù)據(jù)庫對應(yīng)矩陣表；業(yè)務(wù)處理過程按所在地點(diǎn)分組；估算業(yè)務(wù)處理過程所在地與數(shù)據(jù)庫間的傳送量；確定數(shù)據(jù)分布形式和地點(diǎn)；確定事務(wù)處理量和處理方式；繪制地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矩陣；繪制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)的矩陣表。209.5CIMS應(yīng)用實例一.CIMS網(wǎng)絡(luò)CIMS系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，CIMS信息均通過其網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換。其特點(diǎn)是它由異質(zhì)、異構(gòu)子網(wǎng)組成，CIMS系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)使用不同的設(shè)備、數(shù)據(jù)格式和接口。設(shè)計中使用的CAD系統(tǒng)要求傳輸速度快，生產(chǎn)車間自動控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸速度要求不高，兩者相差很大，即使同一子系統(tǒng)內(nèi)也是如此。因此如何將這些異構(gòu)，異質(zhì)子系統(tǒng)有效地集成起來是CIMS網(wǎng)絡(luò)集成的關(guān)鍵。1.CIMS主干網(wǎng)設(shè)計既考慮企業(yè)目前信息傳輸/也著眼于企業(yè)信息化未來的需求，通常選用高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：100Base-T100VG-AnyLAN100MbpsFDDIATM千兆以太網(wǎng)交換212.CIMS網(wǎng)絡(luò)互連--子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)透明交換（1）LAN與LAN互連使用網(wǎng)橋互連內(nèi)部子網(wǎng)，企業(yè)內(nèi)部各部門LAN之間的互連，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息集成。（2）CIMS與WAN互連使用路由器，使企業(yè)CIMS網(wǎng)絡(luò)通過廣域網(wǎng)（例如電信部門的DDN、X.25和幀中繼等公用數(shù)據(jù)網(wǎng)）與外部網(wǎng)絡(luò)互連，例如Internet、金融網(wǎng)、行業(yè)Intranet、合作伙伴Intranet等，以實現(xiàn)與外界的通信。2223二.CIMS服務(wù)器1.CIMS服務(wù)器類型（按層次）1）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器--為整個企業(yè)所共享，存放企業(yè)的全局?jǐn)?shù)據(jù)。主要包括企業(yè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器，其性能要求較高。2）部門服務(wù)器--主要為企業(yè)功能部門共享數(shù)據(jù)而設(shè)置的，根據(jù)需要可設(shè)置部門數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和部門應(yīng)用服務(wù)器，其性能要求通常低于企業(yè)服務(wù)器。3）工作組服務(wù)器--是為某一個工作小組而設(shè)置的，其性能要求較低。2．?dāng)?shù)據(jù)庫服務(wù)器1）單線服務(wù)器--每次僅能處理一個連接，早期使用。2）多線服務(wù)器--可同時連接多個應(yīng)用程序。目前流行的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都提供多線服務(wù)器功能，如Oracle7等。3）并行服務(wù)器--能使多個服務(wù)器共享一個海量磁盤，如Oracle8等。3．應(yīng)用服務(wù)器WebServer--提供企業(yè)內(nèi)部Intranet多媒體信息服務(wù)；E-MailServer--提供電子郵件服務(wù)；NewsServer--內(nèi)部新聞，內(nèi)部交流等；文件服務(wù)器--共享數(shù)據(jù)文件；部門網(wǎng)專用服務(wù)器--用于庫存、財務(wù)、銷售、產(chǎn)品設(shè)計等24三.CIMS系統(tǒng)平臺選擇1．選擇原則1）符合實際2）兼顧眼前與長遠(yuǎn)2．CIMS網(wǎng)絡(luò)計算模式1）客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）模式客戶機(jī)處理功能通常很強(qiáng)，所運(yùn)行的程序很復(fù)雜；C/S是一種配對的，點(diǎn)對點(diǎn)的，框架式的結(jié)構(gòu)模式，客戶端和服務(wù)器軟件是成套配制的，開發(fā)人員既要開發(fā)客戶端軟件，也要開發(fā)后臺數(shù)據(jù)庫軟件；網(wǎng)絡(luò)管理較復(fù)雜，通常購買和開發(fā)這類程序的成本較高；與大型數(shù)據(jù)庫的連接緊密而快捷，安全性好。2）B/S模式客戶端軟件簡單、統(tǒng)一，通過瀏覽器工作；使用三層體系結(jié)構(gòu)，易于設(shè)計、使用和管理；它將C/S模式中的Server分解為一個Web服務(wù)器和多個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，所有的開發(fā)和維護(hù)都在Server進(jìn)行，無論Server怎樣改變，客戶端不用更改；伸縮性優(yōu)于C/S；瀏覽器軟件便宜，適用于不同的操作系統(tǒng)。253.硬件平臺選取1)小型機(jī)—主要用于大量科學(xué)計算2)RISC工作站—偏重于圖形圖，數(shù)據(jù)壓縮和科學(xué)計算3）PC服務(wù)器--應(yīng)用廣泛4）選擇要點(diǎn)小型機(jī)價格昂貴，操作復(fù)雜，開發(fā)維護(hù)困難，因此，應(yīng)盡量選擇工作站和高檔PC機(jī)充當(dāng)服務(wù)器；目前流行用工作站和高檔PC機(jī)組成服務(wù)器群，優(yōu)點(diǎn)投資小，處理能力可任意擴(kuò)展。5）服務(wù)器硬件的性能CPU主頻應(yīng)盡可能高，例如≥200MHZ；高速硬件及其接口，例如SCSI卡；