計算機集成制造

1、背景：制造業(yè)在制造業(yè)在2121世紀(jì)進入全球競爭時代。未來的市場趨勢要求產(chǎn)品有世紀(jì)進入全球競爭時代。未來的市場趨勢要求產(chǎn)品有更強的更強的功能功能、更短的生產(chǎn)周期更短的生產(chǎn)周期、更好的質(zhì)量更好的質(zhì)量、更低的成本更低的成本和和更好更好的服務(wù)的服務(wù)。因此，一方面制造業(yè)要加快技術(shù)創(chuàng)新的步伐，不斷提高產(chǎn)。因此，一方面制造業(yè)要加快技術(shù)創(chuàng)新的步伐，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，盡快地開發(fā)新產(chǎn)品并縮短新產(chǎn)品的研制開發(fā)周期；另一方面，品質(zhì)量，盡快地開發(fā)新產(chǎn)品并縮短新產(chǎn)品的研制開發(fā)周期；另一方面，生產(chǎn)組織和人的因素在制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中將會起著至關(guān)重要的作生產(chǎn)組織和人的因素在制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中將會起著至關(guān)重要的作用。用。 自

2、從自從2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以來，世界各國相繼提出了許多新的加工概念年代以來，世界各國相繼提出了許多新的加工概念和新的生產(chǎn)模式，如和新的生產(chǎn)模式，如計算機集成制造計算機集成制造（Computer Integrated Computer Integrated Manufacturing Manufacturing ，CIMCIM）、）、并行工程并行工程（Concurrent EngineeringConcurrent Engineering，CECE）、）、精益生產(chǎn)精益生產(chǎn)（Lean ProductionLean Production，LPLP）、）、敏捷制造敏捷制造（Agile Manu

3、facturingAgile Manufacturing，AMAM）和）和智能制造系統(tǒng)智能制造系統(tǒng)（Intelligent Manufacturing SystemIntelligent Manufacturing System，IMSIMS）等。其）等。其中有些已得到廣泛的應(yīng)用，并且使制造業(yè)展現(xiàn)出前所未有的新的發(fā)展中有些已得到廣泛的應(yīng)用，并且使制造業(yè)展現(xiàn)出前所未有的新的發(fā)展局面。局面。結(jié)合圖片了解一下計算機集成制造的情景廈門金龍旅行車有限公司的生產(chǎn)車間 成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司 CIM和CIMS的概念 CIM是1974年首先由美國約瑟夫約瑟夫哈林頓哈林頓（Joseph Harring

4、ton）博士在Computer Integrated Manufacturing一書中提出，基本觀點為：1.企業(yè)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)是一個不可分隔的整體，需要統(tǒng)一考慮；2.整個生產(chǎn)制造過程實質(zhì)上是對信息的采集、傳遞和加工處理的過程，最終形成的產(chǎn)品可看作是信息的物質(zhì)表現(xiàn)。 CIM的定義是一種組織、管理、企業(yè)生產(chǎn)的新哲理組織、管理、企業(yè)生產(chǎn)的新哲理，它借助計算機軟硬件，綜合應(yīng)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)人、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息流與物質(zhì)流有機的集成并優(yōu)化運行，以實現(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)高質(zhì)量、低成本、上市快量、低成本、上市快，提高企業(yè)對市場變化的應(yīng)變能力

5、和綜合競爭能力。 CIM的主要技術(shù)特征 集成化集成化 信息集成信息集成-過程集成過程集成-企業(yè)集成企業(yè)集成 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 局域網(wǎng)局域網(wǎng)-廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)-internet/intranet 數(shù)字化數(shù)字化 零件的數(shù)字化模型零件的數(shù)字化模型-部件部件 -產(chǎn)品的全數(shù)字化的模型產(chǎn)品的全數(shù)字化的模型 虛擬化虛擬化 2D，3D仿真仿真-基于仿真的基于仿真的VM -基于基于VR的的VM 智能化智能化 專家系統(tǒng)等分布式人工智能專家系統(tǒng)等分布式人工智能DAICIMS的含義： CIMS是在CIM哲理指導(dǎo)下建立的人機系統(tǒng)，是一種新型制造模式。 核心：集成，不僅是綜合集成企業(yè)內(nèi)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的有關(guān)技術(shù)，更重要的將企業(yè)內(nèi)的人、

6、經(jīng)營管理和技術(shù)這被稱之為CIMS三要素的有效集成，以保證企業(yè)內(nèi)的工作流、物質(zhì)流和信息流暢通無阻。經(jīng)營技術(shù)人/機構(gòu)四類集成問題： 由于三要素之間的相互作用、相互制約，從而構(gòu)成了企業(yè)內(nèi)部的4類集成：（1）經(jīng)營管理與技術(shù)的集成，即利用計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、制造技術(shù)及信息技術(shù)等各種工程技術(shù)，支持企業(yè)達到最大的工作效率；（2）人/機構(gòu)與技術(shù)的集成，即利用各種工程技術(shù)支持企業(yè)中各類人員的工作，使之相互配合，協(xié)調(diào)一致，發(fā)揮最大的工作效率；（3）人/機構(gòu)與技術(shù)的集成，即通過人員素質(zhì)的提高和組織機構(gòu)的改進來支持企業(yè)的經(jīng)營和管理；（4）CIMS三要素的綜合集成，使企業(yè)達到整體優(yōu)化。 CIMS由六個分系統(tǒng)組成，分

7、別是功能分系統(tǒng)、經(jīng)營管理信息分系統(tǒng)、工程設(shè)計自動化分系統(tǒng)、制造自動化分系統(tǒng)、質(zhì)量保證分系統(tǒng)和支撐分系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)）。CIMS的基本組成結(jié)構(gòu)如下圖經(jīng)營管理信息分系統(tǒng)工程設(shè)計自動化分系統(tǒng)制造自動化分系統(tǒng)質(zhì)量保證分系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)售后服務(wù)信息市場信息技術(shù)信息功能分系統(tǒng)功能分系統(tǒng)支撐分系統(tǒng)支撐分系統(tǒng)1.經(jīng)營管理信息分系統(tǒng)經(jīng)營管理信息分系統(tǒng) 管理信息系統(tǒng)是CIMS的神經(jīng)中樞，指揮與控制著其它各個部分有條不紊地工作。管理信息系統(tǒng)通常是以制造資源計劃（Manufacturing Resource Planning，MRP）為核心，包括預(yù)測、經(jīng)營決策、各級生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技

8、術(shù)準(zhǔn)備、銷售、供應(yīng)、財務(wù)、成本、設(shè)備、工具、人力資源等各項管理信息功能。2.工程設(shè)計自動化分系統(tǒng) 工程設(shè)計系統(tǒng)實質(zhì)上是指在產(chǎn)品開發(fā)過程中引用計算機技術(shù)，使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效、更優(yōu)質(zhì)、更自動地進行。 產(chǎn)品開發(fā)活動包含產(chǎn)品的概念設(shè)計、工概念設(shè)計、工程與結(jié)構(gòu)分析、詳細設(shè)計、工藝設(shè)計以及數(shù)程與結(jié)構(gòu)分析、詳細設(shè)計、工藝設(shè)計以及數(shù)控編程控編程等設(shè)計和制造準(zhǔn)備階段的一系列工作，即通常所說的 CAD、CAPP、CAM三大部分。 3.制造自動化分系統(tǒng) 制造自動化系統(tǒng)是CIMS的信息流和物料流的結(jié)合點，是CIMS最終產(chǎn)生經(jīng)濟效益的聚集地，通常由CNC機床、加工中心、FMC或FMS等組成。其主要組成部分有：（1）加

9、工單元由具有自動換刀裝置（ATC）、自動更換托盤裝置（APC）的加工中心或CNC機床組成；（2）工件運送子系統(tǒng)有自動引導(dǎo)小車（AGV）、裝卸站、緩沖存儲站和自動化倉庫等；（3）刀具運送子系統(tǒng)有刀具預(yù)調(diào)站、中央刀庫、換刀裝置、刀具識別系統(tǒng)等；（4）計算機控制管理子系統(tǒng)通過主控計算機或分級計算機系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)對制造系統(tǒng)的控制和管理。制造自動化系統(tǒng)的目標(biāo)制造自動化系統(tǒng)的目標(biāo) 實現(xiàn)多品種、小批量產(chǎn)品制造的柔性自動化； 實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低成本、短周期及高效率生產(chǎn)，提高企業(yè)的市場競爭能力； 為作業(yè)人員創(chuàng)造舒適而安全的勞動環(huán)境。 *CIMS不等于全盤自動化，其關(guān)鍵是信息集成，制造系統(tǒng)并不要求去追求完全自動化。C

10、IMS傳輸系統(tǒng)4.質(zhì)量保證分系統(tǒng) （1）質(zhì)量計劃子系統(tǒng)質(zhì)量計劃子系統(tǒng)用來確定改進質(zhì)量目標(biāo)，建立質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，計劃可能達到的途徑和預(yù)計可能達到的改進效果，并根據(jù)生產(chǎn)計劃及質(zhì)量要求制定檢測計劃及檢測規(guī)程和規(guī)范。（2）質(zhì)量檢測子系統(tǒng)質(zhì)量檢測子系統(tǒng)采用自動或手工對零件進行檢驗，對產(chǎn)品進行試驗，采集各類質(zhì)量數(shù)據(jù)并進行校驗和預(yù)處理。（3）質(zhì)量評價子系統(tǒng)質(zhì)量評價子系統(tǒng)包括對產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量評價、外購?fù)鈪f(xié)件質(zhì)量評價、供貨商能力評價、工序控制點質(zhì)量評價、質(zhì)量成本分析及企業(yè)質(zhì)量綜合指標(biāo)分析評價。（4）質(zhì)量信息綜合管理與反饋控制子系統(tǒng)質(zhì)量信息綜合管理與反饋控制子系統(tǒng)包括質(zhì)量報表生成，質(zhì)量綜合查詢，產(chǎn)品使用過程質(zhì)量

11、綜合管理以及針對各類質(zhì)量問題所采取的各種措施及信息反饋。5. 5. 數(shù)據(jù)庫管理分系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理分系統(tǒng) 支撐分系統(tǒng)之一 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一個支撐系統(tǒng)，它是CIMS信息集成的關(guān)鍵之一。 CIMS環(huán)境下的管理信息、工程技術(shù)、制造自管理信息、工程技術(shù)、制造自動化、質(zhì)量保證動化、質(zhì)量保證四個功能系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)都要在一個結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)里進行存儲和調(diào)用，以滿足各系統(tǒng)信息的交換和共享交換和共享。 CIMS的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常是采用集中與分布相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，以保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性和易維護性。 6.CIMS6.CIMS計算機網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng) 支撐分系統(tǒng)之二 計算機網(wǎng)絡(luò)是用通信線路將分散在不同地點

12、、并具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)互相連接，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，并實現(xiàn)共享資源（如網(wǎng)絡(luò)中的硬件、軟件、數(shù)據(jù)等）的計算機以及線路與設(shè)備的集合。具體的硬件組成部分包括：數(shù)據(jù)處理的主機、通訊處理機、集中器、多路復(fù)用器、調(diào)制解調(diào)器、終端、通信線路、異步通信適配器、網(wǎng)絡(luò)適配器、以及網(wǎng)橋和網(wǎng)間連接器（又稱網(wǎng)關(guān)、信關(guān)）等。再和各種功能的網(wǎng)絡(luò)軟件相結(jié)合，就能實現(xiàn)不同條件下的通信以支持系統(tǒng)集成。 CIMS遞階控制結(jié)構(gòu) CIMS是一個復(fù)雜龐大的工程系統(tǒng)，通常采用遞階控制結(jié)構(gòu)。 遞階控制：將一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)按照其功能分解成若干層次，各層次進行獨立的控制處理，完成各自的功能；層與層之間保持信息交換，上層對下層發(fā)

13、布命令，下層向上層回送命令執(zhí)行結(jié)果，通過通信聯(lián)系成一個完整的控制系統(tǒng)。 遞階控制結(jié)構(gòu)：工廠層工廠層車間層車間層單元層單元層工作站層工作站層設(shè)備層設(shè)備層CIMS集成的集成的3個階段個階段 (1) (1) 信息集成信息集成 針對設(shè)計、管理和加工制造中大量存在的自動化孤島，實現(xiàn)信針對設(shè)計、管理和加工制造中大量存在的自動化孤島，實現(xiàn)信息正確、高效的共享和交換，是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解息正確、高效的共享和交換，是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解決的問題。信息集成的主要內(nèi)容有：決的問題。信息集成的主要內(nèi)容有：u 企業(yè)建模、系統(tǒng)設(shè)計方法、軟件工具和規(guī)范。這是系統(tǒng)總體企業(yè)建模、系統(tǒng)設(shè)計方法、軟件工具

14、和規(guī)范。這是系統(tǒng)總體設(shè)計的基礎(chǔ)，是企業(yè)信息集成的基礎(chǔ)。設(shè)計的基礎(chǔ)，是企業(yè)信息集成的基礎(chǔ)。u 異構(gòu)環(huán)境下的信息集成。異構(gòu)環(huán)境下的信息集成。 所謂異構(gòu)是指系統(tǒng)中包含了不同的所謂異構(gòu)是指系統(tǒng)中包含了不同的操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用軟件。異構(gòu)信息集成主要解決操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用軟件。異構(gòu)信息集成主要解決3個問題：不同通信協(xié)議的共存及向個問題：不同通信協(xié)議的共存及向ISO/OSI的過渡；不同數(shù)據(jù)庫的相的過渡；不同數(shù)據(jù)庫的相互訪問；不同商用應(yīng)用軟件之間的接口。互訪問；不同商用應(yīng)用軟件之間的接口。 (2) (2) 過程集成過程集成 企業(yè)為了提高產(chǎn)品的企業(yè)為了提高產(chǎn)品的F、T、Q、C、S（即

15、功能、效（即功能、效率、質(zhì)量、成本、服務(wù)），除了率、質(zhì)量、成本、服務(wù)），除了信息集成信息集成這一手段之外，這一手段之外，還可以對還可以對過程進行重構(gòu)過程進行重構(gòu)（Process Reengineering）。）。 傳統(tǒng)的串行作業(yè)設(shè)計和開發(fā)過程往往造成產(chǎn)品開發(fā)過傳統(tǒng)的串行作業(yè)設(shè)計和開發(fā)過程往往造成產(chǎn)品開發(fā)過程經(jīng)常反復(fù)，使產(chǎn)品開發(fā)周期增加、成本增加。如果將產(chǎn)程經(jīng)常反復(fù)，使產(chǎn)品開發(fā)周期增加、成本增加。如果將產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的各串行過程盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^程，品設(shè)計開發(fā)中的各串行過程盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^程，在設(shè)計時考慮到后續(xù)工作中的可制造性、可裝配性質(zhì)量，在設(shè)計時考慮到后續(xù)工作中的可制造性、可裝配性

16、質(zhì)量，把設(shè)計開發(fā)中的信息大循環(huán)變成多個小循環(huán)，可以減少反把設(shè)計開發(fā)中的信息大循環(huán)變成多個小循環(huán)，可以減少反復(fù)，縮短開發(fā)時間。復(fù)，縮短開發(fā)時間。(3) 企業(yè)集成企業(yè)集成 21世紀(jì)的制造業(yè)必須面對全球制造的新形勢，充分利世紀(jì)的制造業(yè)必須面對全球制造的新形勢，充分利用全球制造資源，以便更快、更好、更省地響應(yīng)市場需求。用全球制造資源，以便更快、更好、更省地響應(yīng)市場需求。這就是這就是敏捷制造敏捷制造的思想。敏捷制造的組織形式是企業(yè)之間針的思想。敏捷制造的組織形式是企業(yè)之間針對某一特定產(chǎn)品建立企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟（即所謂虛擬企業(yè)）。敏對某一特定產(chǎn)品建立企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟（即所謂虛擬企業(yè)）。敏捷的企業(yè)聯(lián)盟應(yīng)該是捷的企業(yè)聯(lián)

17、盟應(yīng)該是“兩頭大、中間小兩頭大、中間小”，“兩頭大兩頭大”指強指強大的新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)能力和強大的市場開拓與競爭能力，大的新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)能力和強大的市場開拓與競爭能力，“中間小中間小”指加工制造設(shè)備的能力可以小，多數(shù)零部件可靠指加工制造設(shè)備的能力可以小，多數(shù)零部件可靠協(xié)作解決，企業(yè)可以在全球采購價格最便宜、質(zhì)量最好的零協(xié)作解決，企業(yè)可以在全球采購價格最便宜、質(zhì)量最好的零件，因此，件，因此，企業(yè)間的集成是企業(yè)優(yōu)化的新臺階企業(yè)間的集成是企業(yè)優(yōu)化的新臺階。國外成功案例 1985年，美國科學(xué)院對美國在CIMS方面處于領(lǐng)先地位的五家公司麥克唐納道格拉斯飛機公司、迪爾拖拉機公司、通用汽車公司、英格索爾銑

18、床公司和西屋公司進行調(diào)查和分析，采用CIMS可以獲得如下收益：產(chǎn)品質(zhì)量提高200%200%500%500%；生產(chǎn)率提高40%40%70%70%；設(shè)備利用率提高200%200%300%300%；生產(chǎn)周期縮短30%30%60%60%。 國內(nèi)案例： 成都飛機工業(yè)公司1989年開始開展 CIMS工程，經(jīng)過10年的發(fā)展完善，使得企業(yè)在產(chǎn)品制造能力和公司管理水平方面上了一個新臺階，從而贏得了國外航空產(chǎn)品轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的訂單，經(jīng)濟效益十分明顯。10年來，企業(yè)僅在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫方面累計投資就超過2000萬元，但是當(dāng)初的投資在今天得到了回報。企業(yè)目前很好地實現(xiàn)了信息共事和集成，并且利用開放系統(tǒng)避免建設(shè)信息孤立島，省去了

19、大量的重復(fù)性勞動。廣州白云電器設(shè)備有限公司廣州白云電器設(shè)備有限公司 白云電器白云電器CIMS由由CAD繪圖系統(tǒng)繪圖系統(tǒng) 、計算機輔助工藝、計算機輔助工藝系統(tǒng)（系統(tǒng)（CAPP)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理體系（、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理體系（PDM )、企業(yè)資源規(guī)、企業(yè)資源規(guī)劃（劃（ERP）幾個部分組成的。）幾個部分組成的。 通過實施通過實施CIMS產(chǎn)生的效益：產(chǎn)生的效益：CIMS系統(tǒng)給白云電器帶來的直觀變化就是，曾經(jīng)白云系統(tǒng)給白云電器帶來的直觀變化就是，曾經(jīng)白云電器設(shè)計人員的辦公桌頭堆滿了設(shè)計圖紙，生產(chǎn)管理人員電器設(shè)計人員的辦公桌頭堆滿了設(shè)計圖紙，生產(chǎn)管理人員也整日忙著翻表格查價格，處處可見也整日忙著翻表格查價格，處處

20、可見“案牘勞形案牘勞形”。現(xiàn)在?，F(xiàn)在實現(xiàn)無紙化辦公，一個高效的數(shù)據(jù)平臺成為了白云電器的實現(xiàn)無紙化辦公，一個高效的數(shù)據(jù)平臺成為了白云電器的心臟，數(shù)據(jù)可以自動即時更新。心臟，數(shù)據(jù)可以自動即時更新。 白云電器白云電器CIMS系統(tǒng)的效益圖系統(tǒng)的效益圖CIMS實施前實施前 CIMS實施后實施后 比例比例 圖紙查詢時間圖紙查詢時間 十幾分鐘十幾分鐘 幾秒鐘幾秒鐘 高壓開關(guān)柜設(shè)計周高壓開關(guān)柜設(shè)計周期期 15天天 6天天 縮短縮短2/3 采購計劃編制周期采購計劃編制周期 縮短縮短90% 倉庫平均庫存率倉庫平均庫存率 25% 9% 報價周期報價周期縮短縮短85% 銷售產(chǎn)值銷售產(chǎn)值2001年比年比1998年年增長增長