《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》第五章 - 5.5智能制造計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)

智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用高等職業(yè)教育“十三五”規(guī)劃教材

第五章

智能制造柔性系統(tǒng)第一節(jié)智能制造柔性系統(tǒng)概述第二節(jié)智能制造柔性硬件系統(tǒng)第三節(jié)智能制造柔性運(yùn)行控制系統(tǒng)第四節(jié)智能制造柔性系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例第五節(jié)智能制造計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)智能制造計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)5第五節(jié)圖片第五章

智能制造柔性系統(tǒng)

20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著電子信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展以及各種先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)步，制造系統(tǒng)中許多以自動(dòng)化為特征的單元技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。如CAD、CAPP、CAM、工業(yè)機(jī)器人、FMS等單元技術(shù)的應(yīng)用，為企業(yè)帶來(lái)顯著效益。

然而，人們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果局部發(fā)展這些自動(dòng)化單元技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象。“自動(dòng)化孤島”具有較大封閉性，相互之間難以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞與共享，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行的整體效率，甚至造成資源浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的產(chǎn)生CIMS的產(chǎn)生

4第五章

智能制造柔性系統(tǒng)“自動(dòng)化孤島”5例：離散制造業(yè)CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)MRPIIOAMISDSS銷售系統(tǒng)DatabaseNetwork未經(jīng)集成化處理的計(jì)算機(jī)應(yīng)用,形成了多個(gè)“自動(dòng)化孤島”Internet6第五章

智能制造柔性系統(tǒng)

自動(dòng)化單元如果能夠?qū)崿F(xiàn)信息集成，則各種生產(chǎn)要素之間的配置會(huì)得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮，各種資源浪費(fèi)可以減少，從而獲得更好的整體效益。這正是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)。

將“自動(dòng)化孤島”集成在一起7

CIMS國(guó)外發(fā)展簡(jiǎn)況美國(guó)——不僅企業(yè)重視，國(guó)家也極為重視，認(rèn)為CIM是奪回失去市場(chǎng)、取得競(jìng)爭(zhēng)成功的關(guān)鍵技術(shù)，并將不可逆轉(zhuǎn)地成為21世紀(jì)占主導(dǎo)地位的新的生產(chǎn)方式。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBA）所屬AMRF（自動(dòng)化研究實(shí)驗(yàn)基地）建立了世界上第一個(gè)CIMS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)歐共體——1984年開(kāi)始實(shí)施ESPRIT（歐洲信息技術(shù)研究戰(zhàn)略計(jì)劃），在130個(gè)合作項(xiàng)目中，關(guān)于CIM項(xiàng)目占28項(xiàng)日本——CNC、DNC、FMS已處于世界領(lǐng)先地位，1985年通產(chǎn)省主持開(kāi)發(fā)“筑波綜合實(shí)驗(yàn)工廠”，相當(dāng)于CIMS實(shí)驗(yàn)基地。新加坡、以色列、韓國(guó)、巴西、南非等——也在積極跟蹤和發(fā)展CIM技術(shù)CIMS國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r第五章

智能制造柔性系統(tǒng)CIMS國(guó)內(nèi)發(fā)展簡(jiǎn)況863/CIMS主題確立：研究?jī)?nèi)容包括應(yīng)用基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、目標(biāo)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、應(yīng)用示范工程四個(gè)層次；

1994年清華大學(xué)CIMS工程中心獲美國(guó)SME“大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)”；

1995年北京第一機(jī)床廠CIMS工程獲SME“工業(yè)領(lǐng)先獎(jiǎng)”十五863/CIMS主題內(nèi)涵更新（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem,CIMS）十五863/CIMS主題研究專題：行業(yè)/區(qū)域現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)專題

數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造專題；

過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)專題；

企業(yè)管理與電子商務(wù)系統(tǒng)專題；

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)平臺(tái)專題。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)概念計(jì)算機(jī)集成制造CIM美國(guó)Harrington博士關(guān)于CIM兩個(gè)觀點(diǎn):

企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)是一個(gè)不可分隔的整體(集成)；企業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程實(shí)質(zhì)上是對(duì)信息的采集、傳遞和加工處理的過(guò)程（信息）。ISO關(guān)于CIM定義：是將企業(yè)所有的人員、功能、信息和組織等諸方面集成為一個(gè)整體的生產(chǎn)方式。CIM：是一種思想、模式、哲理，強(qiáng)調(diào)企業(yè)信息集成。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)CIMS三要素關(guān)系：經(jīng)營(yíng)管理與技術(shù):技術(shù)支持企業(yè)達(dá)到預(yù)期的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)；人與技術(shù):技術(shù)支持各類人員互相配合、協(xié)調(diào)一致工作；人與經(jīng)營(yíng)管理:人員素質(zhì)提高支持企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理；CIMS三要素集成

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMSCIMS:基于CIM哲理的一種工程集成系統(tǒng)。CIMS核心:是將企業(yè)內(nèi)的人/組織、經(jīng)營(yíng)管理和技術(shù)三要素之間的集成，以保證企業(yè)內(nèi)的工作流程、物質(zhì)流和信息流暢通無(wú)阻。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的組成四個(gè)功能分系統(tǒng)，兩個(gè)支撐分系統(tǒng)組成

第五章

智能制造柔性系統(tǒng)1、經(jīng)營(yíng)管理信息分系統(tǒng)（MIS)

信息處理包括信息的收集、傳輸、加工和查詢；事務(wù)管理包括計(jì)劃管理、物料管理、生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理、人力資源管理等；輔助決策根據(jù)現(xiàn)有信息，利用數(shù)學(xué)分析手段預(yù)測(cè)未來(lái)，提供企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理決策。核心工具：制造資源計(jì)劃MRPII，將企業(yè)內(nèi)各個(gè)管理環(huán)節(jié)進(jìn)行集成，縮短生產(chǎn)周期、減少庫(kù)存、降低成本、提高企業(yè)市場(chǎng)應(yīng)變能力。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)2、工程設(shè)計(jì)信息分系統(tǒng)(EDIS)（CAD/CAPP/CAM）

CAD計(jì)算機(jī)繪圖、有限元分析、產(chǎn)品造型、圖像分析處理、優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析與仿真、物料清單（BOM）生成等；

CAPP毛坯設(shè)計(jì)、工藝方法選擇、工序設(shè)計(jì)、工藝路線制定、工時(shí)定額計(jì)算等；

CAM刀具路徑確定、刀位文件生成、刀具軌跡仿真、NC代碼的生成等作業(yè)。

第五章

智能制造柔性系統(tǒng)3、制造自動(dòng)化分系統(tǒng)(MAS)MAS地位:位于企業(yè)底層，是企業(yè)信息流和物料流的結(jié)合點(diǎn)，是最終產(chǎn)生效益聚集地。MAS組成:機(jī)械加工系統(tǒng)-CNC、MC、FMC、FMS加工設(shè)備；物流系統(tǒng)—對(duì)工件和工具存儲(chǔ)、搬運(yùn)、裝卸等操作；控制系統(tǒng)-實(shí)現(xiàn)對(duì)加工設(shè)備和物流系統(tǒng)的控制；MAS目標(biāo):實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)柔性自動(dòng)化；實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低成本、短周期、高效率生產(chǎn)；創(chuàng)造舒適安全勞動(dòng)環(huán)境。

第五章

智能制造柔性系統(tǒng)4、質(zhì)量保證信息分系統(tǒng)（QIS)

質(zhì)量計(jì)劃--建立質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定檢測(cè)計(jì)劃、檢測(cè)規(guī)程和規(guī)范；質(zhì)量檢測(cè)管理--包括進(jìn)出廠材料檢測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)管理，設(shè)計(jì)質(zhì)量指標(biāo)管理，生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)管理；質(zhì)量分析評(píng)價(jià)--對(duì)各類質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)各種影響因素，查明主要原因。質(zhì)量信息綜合與控制--報(bào)表生成，質(zhì)量綜合查詢，采取各種質(zhì)量控制措施。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)5、數(shù)據(jù)庫(kù)管理分系統(tǒng)對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)用，滿足各分系統(tǒng)信息的交換和共享。數(shù)據(jù)的分布：采用分布式異型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)體系，完成全局?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)用和分布式事務(wù)處理。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)類型：工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形數(shù)據(jù)和非圖形數(shù)據(jù)處理。

6、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)是CIMS信息集成工具，常用局域網(wǎng)，對(duì)地理范圍大的企業(yè)，可通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)進(jìn)行互連，使CIMS同時(shí)兼有局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的特點(diǎn)。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)第五章

智能制造柔性系統(tǒng)CIMS五層遞階控制結(jié)構(gòu)

工廠層-最高決策層，制定長(zhǎng)期生產(chǎn)計(jì)劃、確定資源需求、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、成本核算，規(guī)劃周期幾個(gè)月/幾年時(shí)間。車間層-協(xié)調(diào)車間作業(yè)和資源配置，作用周期幾周/幾個(gè)月。單元層-完成本單元作業(yè)調(diào)度，包括作業(yè)順序和指令發(fā)放、進(jìn)行任務(wù)分配調(diào)度、協(xié)調(diào)物料運(yùn)輸，規(guī)劃時(shí)間幾小時(shí)/幾周。工作站層-負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)設(shè)備小組活動(dòng)，規(guī)劃時(shí)間幾分鐘/幾小時(shí)。設(shè)備層-各種設(shè)備控制器，執(zhí)行上層控制命令，完成加工、測(cè)量、運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)，響應(yīng)時(shí)間幾毫秒/幾分鐘。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)CIMS遞階控制結(jié)構(gòu)

工廠加工車間裝配車間1#單元N#單元銑削工作站檢驗(yàn)工作站物料運(yùn)儲(chǔ)工作站機(jī)器人銑床零件存儲(chǔ)器機(jī)器人檢驗(yàn)機(jī)零件存儲(chǔ)器機(jī)器人機(jī)器人小車傳感器……….…..第五章

智能制造柔性系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

CIMS/OSA體系結(jié)構(gòu)：是沿結(jié)構(gòu)方向、建模方向和視圖方向的三維坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)CIMS/OSA結(jié)構(gòu)層次通用層包括通用組件、約束、服務(wù)和協(xié)議，以及各企業(yè)共同需求和處理方法；部分通用層按照工業(yè)類型、不同行業(yè)、企業(yè)規(guī)模等不同分類的各類典型結(jié)構(gòu)；專用層在通用層和部分通用層基礎(chǔ)上根據(jù)特定企業(yè)需求而選定和建立的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，僅適用于一個(gè)特定企業(yè)，一個(gè)企業(yè)只能通過(guò)一種專用結(jié)構(gòu)來(lái)描述。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)CIMS/OSA建模層次需求定義層按用戶準(zhǔn)則描述一個(gè)企業(yè)的需求定義模型；設(shè)計(jì)說(shuō)明層根據(jù)企業(yè)經(jīng)營(yíng)需求和系統(tǒng)能力，對(duì)用戶需求進(jìn)行重構(gòu)和優(yōu)化；實(shí)施描述層在設(shè)計(jì)說(shuō)明層基礎(chǔ)上，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及系統(tǒng)制造技術(shù)元件和信息技術(shù)元件物理元件進(jìn)行描述。

制造技術(shù)元件：包括CAD、CAM、MRP、DNC、FMC等；

信息技術(shù)元件--包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、各類系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

第五章

智能制造柔性系統(tǒng)CIMS/OSA視圖層次功能視圖--指導(dǎo)用戶確定和選用相應(yīng)的功能模塊；信息視圖--用來(lái)幫助企業(yè)用戶確定其信息需求，建立信息關(guān)系和確定數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)；資源視圖--用于幫助企業(yè)用戶確定其資源需求，建立優(yōu)化的資源結(jié)構(gòu)；組織視圖--確定CIMS內(nèi)部的多級(jí)多維職責(zé)體系，建立CIMS的多級(jí)組織結(jié)構(gòu)。第五章

智能制造柔性系統(tǒng)CIMS中的集成技術(shù)CIMS的集成是在CIMS網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)支撐下，把人/機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)和技術(shù)系統(tǒng)三者緊密結(jié)合起來(lái)，組成一個(gè)統(tǒng)一的整體，使整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)的工作流、物料流、信息流都保持通順流暢和相互有機(jī)聯(lián)系