自動(dòng)化與信息化

自動(dòng)化與信息化第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日第一節(jié)柔性制造技術(shù)

一、柔性的概念

柔性的概念可以表述為兩個(gè)方面：一是指系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，可采用系統(tǒng)所能滿足新產(chǎn)品要求的程度來衡量；二是指系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，可采用在有干擾(如各種機(jī)器故障)的情況下，系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比來衡量。

“柔性”是相對(duì)于“剛性”而言的，制造自動(dòng)化系統(tǒng)的柔性主要包括以下幾個(gè)方面：（1）機(jī)器柔性當(dāng)要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時(shí)，機(jī)器隨產(chǎn)品變化而加工不同零件的難易程度。第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日

（2）工藝柔性該柔性包括兩方面內(nèi)容：其一是當(dāng)工藝流程不變時(shí)自身適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化的能力；其二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變相應(yīng)工藝的難易程度。 （3）產(chǎn)品柔性產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力，以及在產(chǎn)品的更新過程中，對(duì)原有產(chǎn)品可用特性的繼承能力和兼容能力。 （4）維護(hù)柔性采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的能力。第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日

（5）能力柔性當(dāng)生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的能力。對(duì)于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要。 （6）擴(kuò)展柔性根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的需求，可以很容易地調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過增加或減少模塊，構(gòu)成一個(gè)更大或合適系統(tǒng)的能力。

柔性制造技術(shù)是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的相關(guān)技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認(rèn)為凡是側(cè)重于柔性，適應(yīng)于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為：柔性制造單元（FMC）、柔性裝配單元（FAC）、柔性制造線（FML）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等。其中，F(xiàn)MS是最常用的、也是最具代表性的柔性制造自動(dòng)化系統(tǒng)。第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、柔性制造單元（FMC）

1.FMC的結(jié)構(gòu)

FMC是在制造單元的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、又具有柔性制造系統(tǒng)的部分特點(diǎn)的一種制造單元。它具有獨(dú)立自動(dòng)加工的功能，部分還具有自動(dòng)傳送和監(jiān)控管理的功能，可實(shí)現(xiàn)某些零件的多品種、小批量的加工。由于投資比FMS小，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，因此它是一種常見的加工系統(tǒng)。

FMC可以作為FMS中的基本單元，若干個(gè)FMC可以發(fā)展組成FMS。FMC的構(gòu)成有在加工中心配上托盤交換系統(tǒng)和在數(shù)控機(jī)床上配工業(yè)機(jī)器人二個(gè)大類。對(duì)于前者，F(xiàn)MC主要以托盤交換系統(tǒng)為特征，一般具有5個(gè)以上的托盤，組成環(huán)形回轉(zhuǎn)式托盤庫。對(duì)于另一種在數(shù)控機(jī)床配工業(yè)機(jī)器人的FMC，其最一般的形式由二臺(tái)數(shù)控車床配上機(jī)器人，加上工件傳輸系統(tǒng)組成。第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日2.FMC的效益采用FMC比采用若干單臺(tái)的數(shù)控機(jī)床或加工中心，具有更顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）增加柔性，降低庫存與單臺(tái)加工中心相比，F(xiàn)MC可以實(shí)現(xiàn)多品種配套加工。（2）可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)成本（3）便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)三、柔性制造線（FML）

FML是介于單一或小品種大批量傳統(tǒng)自動(dòng)線與中小批量多品種柔性制造線之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、CNC機(jī)床；亦可采用專用機(jī)床或NC機(jī)床，對(duì)物料搬運(yùn)系統(tǒng)柔性的要求低于FMS，但生產(chǎn)率更高。它以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生產(chǎn)過程中的分散型控制系統(tǒng)(DCS)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動(dòng)化。第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日（1）加工模塊加工模塊的開發(fā)是構(gòu)建柔性制造線的重要內(nèi)容。加工模塊是一種通用部件，是專為柔性制造線使用而設(shè)計(jì)的。主軸的無級(jí)調(diào)速是所有加工模塊的必備條件。（2）刀具的準(zhǔn)備和供應(yīng)在FML中，當(dāng)生產(chǎn)批量很小、刀具壽命較短和工件品種更換頻繁時(shí)，可考慮采用自動(dòng)換刀，此時(shí)刀庫可設(shè)在加工模塊上或設(shè)立中央刀庫來提供各種刀具。（3）工件輸送及輸送節(jié)拍FML的物料輸送具有定向性，而FMS的物料輸送則無一定方向和次序。工件輸送可分為直接輸送和隨行夾具輸送兩種方式。（4）對(duì)控制系統(tǒng)的要求雖然FML的控制裝置與FMS所使用的相同，由于FML的工件輸送是定向的，因而對(duì)控制裝置的功能要求較少，這樣可大大簡(jiǎn)化了控制軟件的復(fù)雜性。第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日四、柔性制造系統(tǒng)（FMS）

FMS是一種高效率、高精度、高柔性的加工系統(tǒng)。FMS更為直觀的定義是：“柔性制造系統(tǒng)至少是由兩臺(tái)機(jī)床、一套物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)（從裝載到卸載具有高度自動(dòng)化）和一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所組成的制造系統(tǒng)。它通過簡(jiǎn)單改變軟件的方法便能制造出多種零件中的任何一種零件”。

FMS主要由加工系統(tǒng)（數(shù)控加工設(shè)備，一般是加工中心）、物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)（工件和刀具運(yùn)輸和存儲(chǔ)）以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（中央計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)）組成。

第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日

1.加工系統(tǒng) 加工系統(tǒng)通常由若干臺(tái)CNC機(jī)床或CNC板材加工設(shè)備組成。待加工的工件類別將決定FMS所采用的設(shè)備形式。 按加工工件類別來劃分，加工系統(tǒng)的主要類型包括： （1）以加工箱體類零件為主的FMS，這類FMS配備有數(shù)控加工 中心； （2）以加工回轉(zhuǎn)體類零件為主的FMS，這類FMS配備有CNC車 削中心和CNC車床或CNC磨床； （3）適于混合零件加工的FMS，即能夠加工箱體類零件和回 轉(zhuǎn)體類零件的FMS，它們既配備有CNC加工中心，又配 備有CNC車削中心或CNC車床； （4）用于專門零件加工的FMS，如加工齒輪等零件的FMS，它 除配備有CNC車床外還需配備CNC齒輪加工車床。第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日

2.物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng) 在FMS中，需要經(jīng)常將工件裝夾在托板（有的稱隨行夾具）上進(jìn)行輸送和搬運(yùn)。通過物料輸送系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)工件在機(jī)床之間、加工單元之間、自動(dòng)倉庫與機(jī)床或加工單元之間以及托板存放站與機(jī)床之間的輸送和搬運(yùn)。有時(shí)還負(fù)責(zé)刀具和夾具運(yùn)輸。

FMS物料系統(tǒng)主要完成兩種不同的工作：工件的輸送和工件的存儲(chǔ)。工件輸送包括兩部分：一是系統(tǒng)與外界的工件交換；二是零件、工具和配套件等在系統(tǒng)內(nèi)部的搬運(yùn)。在一般情況下，前者需要人工干預(yù)，即工件送入系統(tǒng)和裝夾工件都是人工操作，而后者可以在計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一管理和控制下自動(dòng)完成。工件輸送系統(tǒng)所用的運(yùn)輸工具為運(yùn)輸小車、輥式運(yùn)送帶、傳輸帶和搬運(yùn)機(jī)器人等。第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過主控計(jì)算機(jī)或分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要控制功能?？刂葡到y(tǒng)通常采用3層分布式體系結(jié)構(gòu)。第一層為設(shè)備層，主要是對(duì)機(jī)床和工件裝卸機(jī)器人的控制，包括對(duì)各種加工作業(yè)的控制和監(jiān)測(cè)；第二層是工作站層，它包括對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的管理、零件流動(dòng)的控制、零件程序的分配以及對(duì)第一層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集；第三層為單元層，主要編制日程進(jìn)度計(jì)劃，把生產(chǎn)所需的信息如加工零件信息、刀夾具信息等送到第二層系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)。FMS中的單元層控制系統(tǒng)，即單元控制器是FMS控制系統(tǒng)的核心，也是實(shí)現(xiàn)FMS柔性的主要組成部分。第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日

除了上述三個(gè)主要組成部分之外，F(xiàn)MS還包括冷卻系統(tǒng)、刀具監(jiān)視和管理系統(tǒng)、切屑排除系統(tǒng)以及零件的自動(dòng)清洗和自動(dòng)測(cè)量設(shè)備等附屬系統(tǒng)。 采用FMS，從毛坯進(jìn)入車間到加工成成品零件的全部生產(chǎn)過程中，由于各個(gè)環(huán)節(jié)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，以及按生產(chǎn)需要由計(jì)算機(jī)編排最佳零件加工進(jìn)度計(jì)劃產(chǎn)生最佳物流和信息流，使FMS具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)和效益：（1）減少直接生產(chǎn)工人，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率（2）有很強(qiáng)的柔性制造能力（3）充分提高機(jī)床的利用率（4）提高產(chǎn)品質(zhì)量第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日

（5）減少在制品數(shù)量和庫存容量，提高對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)能力 （6）減少設(shè)備成本與占地面積 （7）FMS可以逐步地實(shí)施計(jì)劃 （8）加強(qiáng)了管理控制功能，便于構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) （CIMS）第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，70年代國(guó)外提出了“計(jì)算機(jī)集成制造”模式，按該模式構(gòu)成的制造系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，企圖利用計(jì)算機(jī)軟硬件將企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、管理、計(jì)劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、銷售及服務(wù)等全部生產(chǎn)活動(dòng)集成起來，將各種資源集成起來，將人、機(jī)系統(tǒng)集成起來，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成和功能集成。第二節(jié)集成制造技術(shù)第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、制造系統(tǒng)的構(gòu)成 根據(jù)研究問題的角度不同，機(jī)械制造系統(tǒng)應(yīng)具備以下的特性： （1）制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面制造系統(tǒng)是制造過程所涉及的硬件（包括人員、設(shè)備、物料流、各種輔助裝置等）及相關(guān)軟件（包括制造理論、制造技術(shù)和制造信息等）組成的一個(gè)統(tǒng)一整體。 （2）制造系統(tǒng)的功能方面制造系統(tǒng)是一個(gè)將制造資源（原材料、能源、勞動(dòng)力等）轉(zhuǎn)變?yōu)槌善坊虬氤善返妮斎胼敵鱿到y(tǒng)。第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日

（3）制造系統(tǒng)的過程方面制造系統(tǒng)是制造生產(chǎn)的運(yùn)行過程，包括市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝編制、制造實(shí)施、檢驗(yàn)出廠、產(chǎn)品銷售等多個(gè)環(huán)節(jié)的制造全過程。機(jī)械制造系統(tǒng)含有三種流：（1）物料流機(jī)械加工系統(tǒng)輸入的是原材料或坯料（有時(shí)也包括半成品）以及相應(yīng)的刀具、量具、夾具、潤(rùn)滑油、切削液和其它輔助物料等，經(jīng)過輸送、裝夾、加工檢驗(yàn)等過程，最后輸出半成品或產(chǎn)品（一般還伴隨著切屑的輸出）。整個(gè)加工過程（包括加工準(zhǔn)備階段）是物料輸入和輸出的動(dòng)態(tài)過程，這種物料在機(jī)械加工系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)被稱為物料流。第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日

（2）信息流在機(jī)械加工系統(tǒng)中，必須集成各個(gè)方面的信息，以保證機(jī)械加工過程的正常進(jìn)行。這些信息主要包括加工任務(wù)、加工工序、加工方法、刀具狀態(tài)、工件要求、質(zhì)量指標(biāo)、切削參數(shù)等等。這些信息又可分為靜態(tài)信息（如工件尺寸要求、公差大小等）和動(dòng)態(tài)信息（如刀具磨損程度、機(jī)床故障狀態(tài)等），所有這些信息構(gòu)成了機(jī)械加工過程的信息系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)不斷地與機(jī)械加工過程的各種狀態(tài)進(jìn)行信息交換，從而有效地控制機(jī)械加工過程，以保證機(jī)械加工的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這種信息在機(jī)械加工系統(tǒng)中的作用過程稱為信息流。第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日

（3）能量流能量是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。機(jī)械加工系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)過程是機(jī)械加工過程中的各種運(yùn)動(dòng)過程。這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的所有運(yùn)動(dòng)，特別是物料的運(yùn)動(dòng)，均需要能量來維持。來自機(jī)械加工系統(tǒng)外部的能量（一般是電能），多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。一部分機(jī)械能用以維持系統(tǒng)中的各種運(yùn)動(dòng)，另一部分通過傳遞、損耗而達(dá)到機(jī)械加工的切削區(qū)域，轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x金屬的動(dòng)能和勢(shì)能。這種在機(jī)械加工過程中的能量運(yùn)動(dòng)稱為能量流。 制造系統(tǒng)中的物料流、信息流、能量流之間相互聯(lián)系，相互影響，組成了一個(gè)不可分割的有機(jī)整體。第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、集成思想

集成（Integration）的概念與系統(tǒng)的概念較相似。系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體。將這些被稱為系統(tǒng)的有機(jī)整體再次彼此之間協(xié)調(diào)，而形成一個(gè)更大的有機(jī)整體，即一個(gè)更大的系統(tǒng)。為了突出在系統(tǒng)之間也需要形成有機(jī)整體，人們就使用了“集成”的概念。 制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)集成的益處就是避免自動(dòng)化孤島的出現(xiàn)，具體來說體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

（1）減少數(shù)據(jù)冗余，實(shí)現(xiàn)信息共享 （2）便于合理的規(guī)劃和分布數(shù)據(jù) （3）便于進(jìn)行規(guī)模優(yōu)化 （4）便于實(shí)施并行工程，提高工作效率和效益第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日三、集成的基本要求與方式

1.集成的基本要求 集成的最終目的是令組成新系統(tǒng)的各子系統(tǒng)有機(jī)地和協(xié)調(diào)地工作，以發(fā)揮整體效益，達(dá)到整體優(yōu)化，這種集成也稱為系統(tǒng)集成。當(dāng)然每個(gè)分系統(tǒng)內(nèi)部的集成也是一種小范圍、小規(guī)模的集成，但它是系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)，二者相互聯(lián)系。因此，從制造企業(yè)的角度來看，要實(shí)現(xiàn)集成必須滿足以下的基本要求： （1）包括數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化小車在內(nèi)的各種加工設(shè)備以及計(jì)算機(jī)等通訊設(shè)備在內(nèi)的部分或全部的硬件資源。第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日（2）包括系統(tǒng)軟件、工具軟件及應(yīng)用軟件在內(nèi)的軟件資源。（3）在軟硬件及網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)良好的企業(yè)信息模型，做到信息共享。（4）企業(yè)各職能部門必須協(xié)調(diào)一致，使企業(yè)管理、技術(shù)和生產(chǎn)的三個(gè)主要職能緊密聯(lián)系。（5）強(qiáng)調(diào)集成過程中人的地位和作用。2.集成的方式集成的方式有硬件集成，軟件集成，數(shù)據(jù)和信息集成，管理、技術(shù)和生產(chǎn)等功能集成以及人和組織機(jī)構(gòu)的集成。第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日 其中硬件集成指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的支撐下實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)上層與工廠底層執(zhí)行設(shè)備的集成。軟件集成是指系統(tǒng)軟件(如操作系統(tǒng)等)、工具軟件及應(yīng)用軟件之間的集成，即解決軟件的異構(gòu)問題。管理、技術(shù)和生產(chǎn)等功能集成是指工廠為完成戰(zhàn)略目標(biāo)，各職能部門統(tǒng)一協(xié)調(diào)地工作，作為管理、技術(shù)和生產(chǎn)的三個(gè)主要功能相互配合。而這些環(huán)節(jié)在未集成之前是彼此分離和相互脫節(jié)的。人和組織機(jī)構(gòu)的集成是指充分提高人在企業(yè)中的地位。強(qiáng)調(diào)企業(yè)和供應(yīng)商、顧客之間的良好合作，強(qiáng)調(diào)友好的人機(jī)界面和專家系統(tǒng)的引入。人是系統(tǒng)中最為重要和活躍的因素，已成為系統(tǒng)集成重點(diǎn)考慮的因素之一。第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日 一、概述 計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）的概念是1973年首先由美國(guó)學(xué)者JosephHarrington在《ComputerIntegratedManufacturing》一書中提出了組織企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的兩個(gè)基本觀點(diǎn)：

1)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體，其各個(gè)環(huán)節(jié)彼此緊密關(guān)聯(lián)；

2）就其本質(zhì)而言，整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)數(shù)據(jù)采集、傳遞和加工處理的過程，最終形成的產(chǎn)品可以視為信息的物質(zhì)表現(xiàn)。第三節(jié)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日 這一觀點(diǎn)提出后，CIM概念得到不斷的豐富和發(fā)展。雖然至今尚無一個(gè)對(duì)CIM的權(quán)威性定義，但就其集成而言可將其定義為：CIM是一種組織、管理企業(yè)生產(chǎn)的新哲理，它借助計(jì)算機(jī)軟硬件，綜合應(yīng)用現(xiàn)代化管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)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(yíng)管理三要素及其信息流和物料流有機(jī)地集成并優(yōu)化運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)、低耗、上市快、服務(wù)好，從而使企業(yè)贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日

CIMS是基于CIM思想而組成的系統(tǒng)。如果說CIM是組織現(xiàn)代化企業(yè)的一種哲理，那么CIMS則應(yīng)理解為一種工程技術(shù)系統(tǒng)，是CIM的具體實(shí)現(xiàn)。CIMS是通過計(jì)算機(jī)軟硬件，并綜合應(yīng)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將與企業(yè)全部生產(chǎn)過程中有關(guān)的人、技術(shù)和經(jīng)營(yíng)管理三要素及其信息流與物料流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的大系統(tǒng)。

CIMS的核心在于集成，包括企業(yè)各種經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的集成、企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)與環(huán)節(jié)的集成、各種生產(chǎn)技術(shù)的集成、企業(yè)部門組織間的集成和各類人員之間的集成。從集成角度，可以將CIMS分為信息集成、過程集成和企業(yè)集成三個(gè)階段。第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、CIMS的組成及其功能 從系統(tǒng)的功能角度考慮，一般認(rèn)為CIMS可由經(jīng)營(yíng)管理分系統(tǒng)、工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化分系統(tǒng)、制造自動(dòng)化分系統(tǒng)和質(zhì)量保證信息分系統(tǒng)四個(gè)功能分系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫兩個(gè)支撐分系統(tǒng)組成。1.經(jīng)營(yíng)管理分系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)管理分系統(tǒng)的核心是制造資源計(jì)劃MRPII（ManufacturingResourcesPlanning）或企業(yè)資源計(jì)劃ERP（EnterpriseResourcesPlanning），系統(tǒng)接受用戶信息和市場(chǎng)需求，從制造資源出發(fā)，考慮了企業(yè)進(jìn)行經(jīng)營(yíng)決策的戰(zhàn)略層、中短期生產(chǎn)計(jì)劃編制的戰(zhàn)術(shù)層以及車間作業(yè)計(jì)劃與生產(chǎn)活動(dòng)控制的操作層。它是CIMS的神經(jīng)中樞，指揮與控制著其它各個(gè)部分有條不紊地工作。第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日

2.工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化分系統(tǒng) 工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化分系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是指在產(chǎn)品開發(fā)過程中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，使產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)更高效、更優(yōu)質(zhì)、更自動(dòng)地進(jìn)行。產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)包含產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、工程與結(jié)構(gòu)分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)以及數(shù)控編程等設(shè)計(jì)和制造準(zhǔn)備階段的一系列工作。所以工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化分系統(tǒng)的核心即是通常所說的CAD、CAPP、CAM的3C一體化?；诋a(chǎn)品模型的CAD/CAPP/CAM信息集成提供了產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化，可實(shí)現(xiàn)各自數(shù)據(jù)的交換和共享。工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)是CIMS中的主要信息源。它為經(jīng)營(yíng)管理分系統(tǒng)和制造自動(dòng)化系統(tǒng)提供BOM表和工藝規(guī)程等信息。第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日

3.制造自動(dòng)化分系統(tǒng) 制造自動(dòng)化系統(tǒng)是CIMS的信息流和物料流的結(jié)合點(diǎn)，是CIMS最終產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的聚集地，通常由數(shù)控機(jī)床、加工中心、清洗機(jī)、測(cè)量機(jī)、運(yùn)輸小車、立體倉庫、多級(jí)分布式控制計(jì)算機(jī)等設(shè)備及相應(yīng)支持軟件組成。

制造自動(dòng)化系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)控制和調(diào)度下，按照NC代碼將一個(gè)毛坯加工成合格的零件再裝配成部件以至產(chǎn)品，并將制造現(xiàn)場(chǎng)的各種信息實(shí)時(shí)地或經(jīng)過相應(yīng)處理后反饋到相應(yīng)的部門，以便及時(shí)地進(jìn)行調(diào)度和控制。 制造自動(dòng)化系統(tǒng)的目的可歸納為：①實(shí)現(xiàn)多品種、小批量產(chǎn)品制造的柔性自動(dòng)化；②實(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；③為作業(yè)人員創(chuàng)造舒適而安全的勞動(dòng)環(huán)境。

第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日

4.質(zhì)量保證分系統(tǒng) 質(zhì)量保證分系統(tǒng)主要是采集、存儲(chǔ)、評(píng)價(jià)和處理存在于設(shè)計(jì)、制造過程中與質(zhì)量有關(guān)的大量數(shù)據(jù)，從而在產(chǎn)品質(zhì)量控制環(huán)的作用下有效促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)量、低成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此開發(fā)一套完整的質(zhì)量保證體系非常重要。CIMS中的質(zhì)量保證分系統(tǒng)覆蓋產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段，它包括質(zhì)量決策子系統(tǒng)、質(zhì)量檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、質(zhì)量評(píng)價(jià)子系統(tǒng)和質(zhì)量控制與跟蹤子系統(tǒng)等功能。第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日

5.數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)是一個(gè)支撐系統(tǒng)，它是CIMS信息集成的關(guān)鍵之一。組成CIMS的各個(gè)功能分系統(tǒng)的信息都要在一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)里進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)數(shù)據(jù)的集成與共享。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(hù)性。此外，CIMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往還建立一個(gè)專用的工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用來處理大量的工程數(shù)據(jù)。工程數(shù)據(jù)庫可以存儲(chǔ)多種類型的數(shù)據(jù)，如圖形數(shù)據(jù)、加工工藝規(guī)程、NC代碼等。工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)管理等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交換。第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日

6.計(jì)算機(jī)通信分系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是CIMS的又一主要支撐技術(shù)，是CIMS各個(gè)分系統(tǒng)重要的信息集成工具。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)異種機(jī)互連、異構(gòu)局部網(wǎng)絡(luò)及多種網(wǎng)絡(luò)的互連。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能將物理上分布的CIMS各個(gè)功能分系統(tǒng)的信息聯(lián)系起來，以達(dá)到共享的目的。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以分布為手段，滿足CIMS各應(yīng)用分系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)支持服務(wù)的不同需求，支持資源共享、分布處理、分層遞階和實(shí)時(shí)控制。CIMS在數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持下，可方便地實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能分系統(tǒng)之間的通信，從而有效地完成全系統(tǒng)的集成。第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日 三、CIMS面向功能構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 面向功能構(gòu)成的體系結(jié)構(gòu)。它把CIMS功能分解為“核”和內(nèi)、中、外三層。其中，“核”為集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；內(nèi)層為支撐分系統(tǒng)，包括公用數(shù)據(jù)、信息資源管理和通信；中層可水平分解為工程設(shè)計(jì)（產(chǎn)品/過程）、制造計(jì)劃與控制以及工廠自動(dòng)化3個(gè)分系統(tǒng)。外層則有市場(chǎng)、戰(zhàn)略規(guī)劃、財(cái)務(wù)及制造管理以及人力資源管理等分系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)企業(yè)CIMS工程中，可以參照這種輪式結(jié)構(gòu)的功能分解方案。當(dāng)然根據(jù)實(shí)際情況可以做一些變動(dòng)，如可以將質(zhì)量管理、檢測(cè)/測(cè)試等功能獨(dú)立出來構(gòu)成一個(gè)質(zhì)量管理與控制分系統(tǒng)。第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日 四、CIMS面向控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CIMS是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，通常采用遞階控制體系結(jié)構(gòu)。所謂遞階控制即為將一個(gè)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(jìn)行獨(dú)立控制處理，完成各自的功能。層與層之間保持信息交換，上層對(duì)下層發(fā)出命令，下層向上層回送命令執(zhí)行結(jié)果，通過信息聯(lián)系構(gòu)成完整的系統(tǒng)。這種控制模式減少了全局控制的難度以及系統(tǒng)開發(fā)的難度，已成為當(dāng)今復(fù)雜系統(tǒng)的主流控制模式。第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日工廠層 工廠層是企業(yè)最高的決策層，具有市場(chǎng)預(yù)測(cè)、制定長(zhǎng)期生產(chǎn)計(jì)劃、確定生產(chǎn)資源需求、制定資源計(jì)劃、產(chǎn)品開發(fā)以及工藝過程規(guī)劃的功能，同時(shí)還應(yīng)具有成本核算、庫存統(tǒng)計(jì)、用戶訂單處理等廠級(jí)經(jīng)營(yíng)管理的功能。工廠層的規(guī)劃周期一般從幾個(gè)月到幾年時(shí)間。第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日車間層 車間層是根據(jù)工廠層的生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)調(diào)車間作業(yè)和輔助性工作以及資源配置，包括從設(shè)計(jì)部門的CAD/CAM系統(tǒng)中接受產(chǎn)品物料清單，從CAPP系統(tǒng)接受工藝過程數(shù)據(jù)，并根據(jù)工廠層的生產(chǎn)計(jì)劃和物料需求計(jì)劃進(jìn)行車間內(nèi)各單元的作業(yè)管理和資源分配。其中作業(yè)管理包括作業(yè)訂單的制定、發(fā)放和管理，安排加工設(shè)備、刀具、夾具、機(jī)器人、物料運(yùn)輸設(shè)備的預(yù)防性維修等工作；而資源分配是負(fù)責(zé)各單元進(jìn)行各項(xiàng)具體加工時(shí)所需的工作站、存儲(chǔ)站、托盤、刀具、夾具及材料。車間層的規(guī)劃周期一般為幾周到幾個(gè)月。第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日 單元層 單元層主要負(fù)責(zé)加工零件的作業(yè)調(diào)度，包括零件在各工作站的作業(yè)順序、作業(yè)指令的發(fā)放和管理、協(xié)調(diào)工作站間的物料運(yùn)輸、進(jìn)行機(jī)床和操作者的任務(wù)分配及調(diào)整。并將實(shí)際的質(zhì)量數(shù)據(jù)與零件的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行比較，將實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)與允許的狀態(tài)條件進(jìn)行比較，以便在必要時(shí)采取措施以保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。單元層的規(guī)劃時(shí)間在幾小時(shí)到幾周。第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日工作站層工作站層的任務(wù)是負(fù)責(zé)指揮和協(xié)調(diào)車間中一個(gè)設(shè)備小組的活動(dòng)，它的規(guī)劃時(shí)間是幾分鐘到幾小時(shí)。制造系統(tǒng)中工作站可分為加工工作站、檢測(cè)工作站、刀具管理工作站、物料儲(chǔ)運(yùn)工作站等。加工工作站由機(jī)器人、機(jī)床、物料運(yùn)儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，它主要完成工件調(diào)整、零件夾緊、切削加工、加工檢測(cè)、切屑清除、卸除工件等順序的控制、協(xié)調(diào)與監(jiān)控任務(wù)。第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日 設(shè)備層 設(shè)備層包括各種設(shè)備（如機(jī)床、機(jī)器人、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、無人小車、傳送裝置及儲(chǔ)存檢索系統(tǒng)等）的控制器。設(shè)備層執(zhí)行上層的控制命令，完成加工、測(cè)量、運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)。其響應(yīng)時(shí)間從幾毫秒到幾分鐘。

在上述五層的遞階控制結(jié)構(gòu)中，工廠層和車間層主要完成計(jì)劃方面的任務(wù)，確定企業(yè)生產(chǎn)什么，需要什么資源，確定企業(yè)長(zhǎng)期目標(biāo)和近期的任務(wù)；設(shè)備層是一個(gè)執(zhí)行層，執(zhí)行上層的控制命令；而企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)督管理任務(wù)則由車間層、單元層和工作站層完成，這里的車間層兼有計(jì)劃和監(jiān)督管理的雙重功能。第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日五、CIMS研究與發(fā)展展望 當(dāng)今世界各國(guó)的高新技術(shù)的發(fā)展水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力及其國(guó)際地位的主要標(biāo)志。為跟蹤國(guó)際高新技術(shù)的發(fā)展，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)在1986年3月制定了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（即“863”計(jì)劃）。在這個(gè)計(jì)劃中，明確地將計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)確定為自動(dòng)化領(lǐng)域研究主題之一。863/CIMS主題按四個(gè)層次，十個(gè)專題進(jìn)行研究和開發(fā)。

第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日四個(gè)層次為：應(yīng)用工程、產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。每個(gè)層次有不同的目標(biāo)、評(píng)價(jià)指標(biāo)和運(yùn)行方式，各層次之間相互銜接、互為支持，形成一個(gè)有機(jī)的整體。其中應(yīng)用工程是重點(diǎn)，選擇了包括飛機(jī)、機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、紡織機(jī)、汽車、家電和服裝等部分行業(yè)作為應(yīng)用示范工廠，開展典型CIMS應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。十個(gè)專題為：CIMS總體設(shè)計(jì)與實(shí)施、CIMS發(fā)展戰(zhàn)略及體系結(jié)構(gòu)、CIMS總體集成技術(shù)、集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、集成工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、集成制造自動(dòng)化系統(tǒng)、CIMS管理與決策支持系統(tǒng)、集成質(zhì)量控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及CIMS系統(tǒng)技術(shù)與方法。第四十頁，共四十六頁，2022年，8月28日 信息化是現(xiàn)代制造技術(shù)的首要特征。面對(duì)新的知識(shí)/產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)環(huán)境、競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)和迅速發(fā)展的信息技術(shù)，制造業(yè)日益信息化，形成了決策、研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、營(yíng)銷、管理技術(shù)與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相融合的信息化制造技術(shù)。制造技術(shù)的信息化帶動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展，改變了傳統(tǒng)制造自動(dòng)化的概念，使得產(chǎn)品生命周期明顯縮短、產(chǎn)品品種日益增多、產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、產(chǎn)品交貨期不斷縮短。因此，現(xiàn)代制造企業(yè)能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品上市快、質(zhì)量好、成本低、服務(wù)好，環(huán)保好（Time、Quality、Cost、Service、Environment，TQCSE）五大要素將成為贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。第四節(jié)信息化帶動(dòng)自動(dòng)化第四十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日 一、信息化概述 制造系統(tǒng)的信息化就是建立對(duì)制造系統(tǒng)中的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理的信息系統(tǒng)，將信息技術(shù)運(yùn)用于制造系統(tǒng)產(chǎn)品生命周期全過程和企業(yè)運(yùn)行管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，將制造系統(tǒng)的信息以及信息傳輸方式規(guī)范化、數(shù)字化、集成化，提高信息的綜合利用價(jià)值，從而全面提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的過程。第