計算機(jī)集成制造技術(shù)

1、計算機(jī)集成制造技術(shù) 6、柔性制造系統(tǒng)（、柔性制造系統(tǒng)（Flexable Manufacturing systemFMS） 7、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing SystemCIMS） 8、智能制造系統(tǒng)（、智能制造系統(tǒng)（Intelligent Manufacturing SystemIMS） 9、全能制造系統(tǒng)（、全能制造系統(tǒng)（Holoson Manufacturing SystemHMS）2 信息技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展推動了信息技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展推動了制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷變革，促進(jìn)了生產(chǎn)過制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷變革，

2、促進(jìn)了生產(chǎn)過程自動化水平進(jìn)一步提高。程自動化水平進(jìn)一步提高。 企業(yè)自動化也由企業(yè)自動化也由“點(diǎn)點(diǎn)”（即單機(jī)自動化）到（即單機(jī)自動化）到“線線”（即由多種自動化設(shè)備組成的生產(chǎn)線），（即由多種自動化設(shè)備組成的生產(chǎn)線），再由再由“線線”發(fā)展到發(fā)展到“面面”（通過引入柔性制造（通過引入柔性制造系統(tǒng)，力圖實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)備組成的生產(chǎn)線），進(jìn)系統(tǒng)，力圖實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)備組成的生產(chǎn)線），進(jìn)而由而由“面面”向向“立體立體”（指企業(yè)全部生產(chǎn)系統(tǒng)（指企業(yè)全部生產(chǎn)系統(tǒng)和企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)綜合自動化）的方向發(fā)展，和企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)綜合自動化）的方向發(fā)展，以期實(shí)現(xiàn)企業(yè)全部業(yè)務(wù)的一元化、集成化和高以期實(shí)現(xiàn)企業(yè)全部業(yè)務(wù)的一元化、集成化和

3、高效化。效化。3 計算機(jī)集成制造（計算機(jī)集成制造（CIMomputer Integrated Manufacturing）技術(shù)正是）技術(shù)正是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)這一愿望的技術(shù)途徑。制造業(yè)實(shí)現(xiàn)這一愿望的技術(shù)途徑。 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMSC Computer Integrated Manufacturing System）是當(dāng)代生產(chǎn)自動化領(lǐng)域的前）是當(dāng)代生產(chǎn)自動化領(lǐng)域的前沿學(xué)科，也是集多種高新技術(shù)為一沿學(xué)科，也是集多種高新技術(shù)為一體的現(xiàn)代化制造技術(shù)體的現(xiàn)代化制造技術(shù) 4CIMS的提出的提出 20世紀(jì)世紀(jì)60年代以來，為解決制造業(yè)所面臨的一系列難年代以來，為解決制造業(yè)所面臨的一系列難

4、題，許多新技術(shù)被應(yīng)用到制造業(yè)中。這些新技術(shù)主要題，許多新技術(shù)被應(yīng)用到制造業(yè)中。這些新技術(shù)主要有：數(shù)控（有：數(shù)控（NC）、分布式數(shù)控（）、分布式數(shù)控（DNC）、計算機(jī)數(shù)）、計算機(jī)數(shù)控（控（CNC）、物料需求計劃（）、物料需求計劃（MRP）、制造資源）、制造資源規(guī)劃（規(guī)劃（MRP-II）、計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔）、計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造（助制造（CAD/CAM）、計算機(jī)輔助工程（）、計算機(jī)輔助工程（CAE）、）、計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（CAPP）和機(jī)械制造中的成）和機(jī)械制造中的成組技術(shù)（組技術(shù)（GT）以及機(jī)器人（）以及機(jī)器人（Robot）等。）等。 5 但是這些新技術(shù)并沒

5、有帶來人們但是這些新技術(shù)并沒有帶來人們曾經(jīng)預(yù)測的巨大效益，主要原因曾經(jīng)預(yù)測的巨大效益，主要原因在于它們只是離散地分布在制造在于它們只是離散地分布在制造業(yè)的各個子系統(tǒng)中，只能使系統(tǒng)業(yè)的各個子系統(tǒng)中，只能使系統(tǒng)的局部達(dá)到自動化和最優(yōu)化，而的局部達(dá)到自動化和最優(yōu)化，而未能使整個生產(chǎn)過程長期在最優(yōu)未能使整個生產(chǎn)過程長期在最優(yōu)化狀態(tài)下運(yùn)行。為了解決這個問化狀態(tài)下運(yùn)行。為了解決這個問題，人們逐步提出了計算機(jī)集成題，人們逐步提出了計算機(jī)集成制造（制造（CIM）這一新思想。）這一新思想。6自動化孤島自動化孤島7 8910C I M 是 美 國 喬 賽 夫是 美 國 喬 賽 夫 哈 林 頓 博 士 （哈 林 頓

6、 博 士 （ J o s e p h . Harrington）1973年針對企業(yè)所面臨的激烈的市年針對企業(yè)所面臨的激烈的市場競爭形勢，根據(jù)計算機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)場競爭形勢，根據(jù)計算機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，預(yù)見其必然的發(fā)展趨勢，提出的組織企用情況，預(yù)見其必然的發(fā)展趨勢，提出的組織企業(yè)生產(chǎn)的一種哲理。哈林頓博士提出的業(yè)生產(chǎn)的一種哲理。哈林頓博士提出的CIM概念概念的基本論點(diǎn)為：的基本論點(diǎn)為： 1）企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即從市場分析、產(chǎn)品）企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即從市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理到售后服務(wù)的全部生設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理到售后服務(wù)的全部生產(chǎn)活動，是一個不可分割的整體，

7、要緊密連接、產(chǎn)活動，是一個不可分割的整體，要緊密連接、統(tǒng)一考慮。統(tǒng)一考慮。 2）整個生產(chǎn)過程實(shí)質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)采集、傳遞和）整個生產(chǎn)過程實(shí)質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)采集、傳遞和加工處理的過程。最終形成的產(chǎn)品，可以看作數(shù)據(jù)加工處理的過程。最終形成的產(chǎn)品，可以看作數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。的物質(zhì)表現(xiàn)。11 從這兩個觀點(diǎn)可以看，從這兩個觀點(diǎn)可以看，CIM是一種新的制造思是一種新的制造思想和技術(shù)形態(tài)，是信息技術(shù)與制造過程相結(jié)合想和技術(shù)形態(tài)，是信息技術(shù)與制造過程相結(jié)合的自動化技術(shù)與科學(xué)，是未來工廠的模式。的自動化技術(shù)與科學(xué)，是未來工廠的模式。 這兩個觀點(diǎn)至今仍是這兩個觀點(diǎn)至今仍是CIM的核心部分，其的核心部分，其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是信息

8、（數(shù)據(jù)）的集成。但是，實(shí)質(zhì)內(nèi)容是信息（數(shù)據(jù)）的集成。但是，由于當(dāng)時的技術(shù)限制，還不足以把企業(yè)內(nèi)由于當(dāng)時的技術(shù)限制，還不足以把企業(yè)內(nèi)部的全部生產(chǎn)經(jīng)營活動連接起來，因而哈部的全部生產(chǎn)經(jīng)營活動連接起來，因而哈林頓博士的看法并沒有立即引起人們的廣林頓博士的看法并沒有立即引起人們的廣泛注意。直到泛注意。直到20世紀(jì)世紀(jì)80年代，這一概念才年代，這一概念才被普遍接受。被普遍接受。12CIMS的定義的定義 CIM是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的一種哲理，是是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的一種哲理，是一種指導(dǎo)思想，一種指導(dǎo)思想，CIMS是這種哲理的實(shí)是這種哲理的實(shí)現(xiàn)現(xiàn) 在在CIMSCIMS的研究和實(shí)施中必須強(qiáng)調(diào)的研究和實(shí)施中必須強(qiáng)調(diào)“信

9、息信息流流”和和“系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成”這兩個最基本觀點(diǎn)。這兩個最基本觀點(diǎn)。 CIMS定義為：定義為：CIMS是基于是基于CIM哲理哲理構(gòu)成的優(yōu)化運(yùn)動的企業(yè)制造系統(tǒng)構(gòu)成的優(yōu)化運(yùn)動的企業(yè)制造系統(tǒng) 13 日本能源協(xié)會在日本能源協(xié)會在1991年提出年提出CIM的定義的定義是：是：“CIM是以信息作為媒介，用計算是以信息作為媒介，用計算機(jī)把企業(yè)活動中業(yè)務(wù)領(lǐng)域及其職能集成機(jī)把企業(yè)活動中業(yè)務(wù)領(lǐng)域及其職能集成起來，追求整體效率的新型生產(chǎn)系統(tǒng)。起來，追求整體效率的新型生產(chǎn)系統(tǒng)?！?IBM公司公司1990年提出年提出CIM的定義是：的定義是：“應(yīng)用信息技術(shù)提高組織的生產(chǎn)率和響應(yīng)用信息技術(shù)提高組織的生產(chǎn)率和響應(yīng)能力。

10、應(yīng)能力。” 日本大孤工業(yè)大學(xué)栗山仙之助教授認(rèn)為：日本大孤工業(yè)大學(xué)栗山仙之助教授認(rèn)為：CIM中中“C”有計算機(jī)、控制和通信的有計算機(jī)、控制和通信的含義，含義，“I”具有集成的含義，而具有集成的含義，而“M”包含有制造、市場和管理內(nèi)涵包含有制造、市場和管理內(nèi)涵 14 歐共體歐共體CIMOSA課題委員會也課題委員會也提出了被認(rèn)為是最權(quán)威最科學(xué)的提出了被認(rèn)為是最權(quán)威最科學(xué)的定義：定義：“CIM是信息技術(shù)和生產(chǎn)是信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)和綜合應(yīng)用，旨在提高制造技術(shù)和綜合應(yīng)用，旨在提高制造型企業(yè)的生產(chǎn)率和響應(yīng)能力，由型企業(yè)的生產(chǎn)率和響應(yīng)能力，由此，企業(yè)的所有功能、信息、管此，企業(yè)的所有功能、信息、管理方面都是一

11、個集成起來的整體理方面都是一個集成起來的整體的各個部分的各個部分 ”15 CIMS是現(xiàn)代制造企業(yè)的一種生產(chǎn)、經(jīng)營和管是現(xiàn)代制造企業(yè)的一種生產(chǎn)、經(jīng)營和管理模式。理模式。 它以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用信息技術(shù)它以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用信息技術(shù)（包括計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、通信（包括計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、通信和現(xiàn)代管和現(xiàn)代管理技術(shù)理技術(shù))將制造企業(yè)的經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品將制造企業(yè)的經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、銷售及服務(wù)等全部生產(chǎn)活動集設(shè)計、加工制造、銷售及服務(wù)等全部生產(chǎn)活動集成起來，將各種局部自動化系統(tǒng)集成起來，將各成起來，將各種局部自動化系統(tǒng)集成起來，將各種資源集成起來

12、，將人、機(jī)系統(tǒng)集成起來，實(shí)現(xiàn)種資源集成起來，將人、機(jī)系統(tǒng)集成起來，實(shí)現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，達(dá)到實(shí)現(xiàn)企業(yè)全局優(yōu)化、整個企業(yè)的信息集成，達(dá)到實(shí)現(xiàn)企業(yè)全局優(yōu)化、提高企業(yè)綜合效益和提高市場競爭能力的目的。提高企業(yè)綜合效益和提高市場競爭能力的目的。 16 在在CIMS中主要包含四個要素及兩個特征。中主要包含四個要素及兩個特征。 四個要素如下：四個要素如下： 1）CIMS適用于各種中、小批量的離散生產(chǎn)過程型適用于各種中、小批量的離散生產(chǎn)過程型制造廠。制造廠。 2）CIMS應(yīng)將制造工廠的生產(chǎn)經(jīng)營活動都納入到應(yīng)將制造工廠的生產(chǎn)經(jīng)營活動都納入到多模式、多層次、人機(jī)交互的自動化系統(tǒng)之中。多模式、多層次、人機(jī)交互的

13、自動化系統(tǒng)之中。 3）CIMS由多個自動化子系統(tǒng)有機(jī)綜合而成。由多個自動化子系統(tǒng)有機(jī)綜合而成。 4）CIMS的目的是提高經(jīng)濟(jì)效益、提高柔性、追求的目的是提高經(jīng)濟(jì)效益、提高柔性、追求總體動態(tài)優(yōu)化?？傮w動態(tài)優(yōu)化。CIMS的基本特點(diǎn)的基本特點(diǎn)17 兩個特征為：兩個特征為： 1）在功能上，）在功能上，CIMS包含了一個工廠的包含了一個工廠的全部生產(chǎn)經(jīng)營活動，即從市場預(yù)測、產(chǎn)全部生產(chǎn)經(jīng)營活動，即從市場預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、質(zhì)量管理到售后服品設(shè)計、加工制造、質(zhì)量管理到售后服務(wù)的全部活動。務(wù)的全部活動。CIMS比傳統(tǒng)的工廠自動比傳統(tǒng)的工廠自動化范圍大得多，是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)。化范圍大得多，是一個復(fù)雜的大

14、系統(tǒng)。 2）CIMS涉及的自動化不是工廠各個環(huán)涉及的自動化不是工廠各個環(huán)節(jié)的自動化、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的簡單相加，節(jié)的自動化、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的簡單相加，而是有機(jī)的集成。這里的集成，不僅是而是有機(jī)的集成。這里的集成，不僅是物料、設(shè)備的集成，主要體現(xiàn)的是以信物料、設(shè)備的集成，主要體現(xiàn)的是以信息集成為本質(zhì)的技術(shù)集成息集成為本質(zhì)的技術(shù)集成。18CIMS中的集成及集成關(guān)系中的集成及集成關(guān)系 CIMS中的集成中的集成 :（1）人員集成）人員集成 管理者、設(shè)計者、制造者、保障者（負(fù)責(zé)管理者、設(shè)計者、制造者、保障者（負(fù)責(zé)質(zhì)量、銷售、采購、服務(wù)等的人員）以及用戶應(yīng)集成為一質(zhì)量、銷售、采購、服務(wù)等的人員）以及用戶應(yīng)集成為

15、一個協(xié)調(diào)整體。個協(xié)調(diào)整體。（2）信息集成）信息集成 產(chǎn)品生產(chǎn)周期中和類信息的獲取、表達(dá)、產(chǎn)品生產(chǎn)周期中和類信息的獲取、表達(dá)、處理和操作工具集成為一體，組成統(tǒng)一的管理控制系統(tǒng)。處理和操作工具集成為一體，組成統(tǒng)一的管理控制系統(tǒng)。特別是產(chǎn)品信息模型（特別是產(chǎn)品信息模型（PIM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）在）在系統(tǒng)中應(yīng)進(jìn)行一體化的處理。系統(tǒng)中應(yīng)進(jìn)行一體化的處理。（3）功能集成）功能集成 產(chǎn)品生命周期中，企業(yè)各部門功能集成，產(chǎn)品生命周期中，企業(yè)各部門功能集成，以及產(chǎn)品開發(fā)與外部協(xié)作企業(yè)間功能的集成。以及產(chǎn)品開發(fā)與外部協(xié)作企業(yè)間功能的集成。（4）技術(shù)集成）技術(shù)集成 產(chǎn)品開發(fā)全過程中，涉及的

16、多學(xué)科知識產(chǎn)品開發(fā)全過程中，涉及的多學(xué)科知識以及各種技術(shù)、方法的集成，并形成集成的知識庫和方以及各種技術(shù)、方法的集成，并形成集成的知識庫和方法庫，以利于法庫，以利于CIMS的實(shí)施。的實(shí)施。19 CIMS技術(shù)的集成關(guān)系技術(shù)的集成關(guān)系 CIMS的關(guān)鍵是集成（的關(guān)鍵是集成（Integration），英國扶），英國扶夫堡大學(xué)夫堡大學(xué)Weston教授對集成有一個很簡潔的教授對集成有一個很簡潔的定義：集成是指針基于信息技術(shù)的資源及應(yīng)定義：集成是指針基于信息技術(shù)的資源及應(yīng)用（計算機(jī)硬用（計算機(jī)硬/軟件、接口及機(jī)器）集聚成一軟件、接口及機(jī)器）集聚成一個協(xié)同工作的整體。集成包含功能交互個協(xié)同工作的整體。集成包含

17、功能交互（FI）、信息共享（）、信息共享（IS）及數(shù)據(jù)通信（）及數(shù)據(jù)通信（DC），），如圖所示，也就是說在一個集成系統(tǒng)的各子如圖所示，也就是說在一個集成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)之間，需要對信息共享、信息交互以及系統(tǒng)之間，需要對信息共享、信息交互以及信息通信進(jìn)行管理與控制。信息通信進(jìn)行管理與控制。20 圖圖 1集成的概念集成的概念21 全局集成和局部集成全局集成和局部集成 CIMS的集成，如果按集成所覆蓋企業(yè)業(yè)的集成，如果按集成所覆蓋企業(yè)業(yè)務(wù)的程度分，可分為全局集成和局部集務(wù)的程度分，可分為全局集成和局部集成。成。 全局集成是指信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)在整全局集成是指信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)在整個企業(yè)業(yè)務(wù)范圍內(nèi)綜合應(yīng)

18、用的集成；個企業(yè)業(yè)務(wù)范圍內(nèi)綜合應(yīng)用的集成； 局部集成是指一個分系統(tǒng)或企業(yè)一個部局部集成是指一個分系統(tǒng)或企業(yè)一個部門內(nèi)的集成。門內(nèi)的集成。 全局集成進(jìn)一步細(xì)化可分為：工作流程全局集成進(jìn)一步細(xì)化可分為：工作流程集成、物流集成和信息（流）集成。信集成、物流集成和信息（流）集成。信息集成是企業(yè)集成的集中反映，是息集成是企業(yè)集成的集中反映，是CIMS集成的基礎(chǔ)。集成的基礎(chǔ)。22 圖圖2 CIMS的三個集成層次的三個集成層次23 從企業(yè)模型、從企業(yè)模型、CIMS模型和網(wǎng)絡(luò)開放系統(tǒng)互連（模型和網(wǎng)絡(luò)開放系統(tǒng)互連（OSI）模型出發(fā)，模型出發(fā)，CIMS信息集成包括三個層次：物理集信息集成包括三個層次：物理集成、應(yīng)

19、用集成和經(jīng)營集成，如圖成、應(yīng)用集成和經(jīng)營集成，如圖2所示。所示。 物理集成是一切信息集成工作的基礎(chǔ)。物理集成是一切信息集成工作的基礎(chǔ)。 應(yīng)用集成又稱應(yīng)用軟件集成，它可提供某些機(jī)應(yīng)用集成又稱應(yīng)用軟件集成，它可提供某些機(jī)制，能使過程之間共享公共數(shù)據(jù)和公共資源。制，能使過程之間共享公共數(shù)據(jù)和公共資源。為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件集成，各種應(yīng)用軟件必須是為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件集成，各種應(yīng)用軟件必須是可互相連接和多植的。可互相連接和多植的。 經(jīng)營集成又稱業(yè)務(wù)集成，它可支持穩(wěn)定的決策過經(jīng)營集成又稱業(yè)務(wù)集成，它可支持穩(wěn)定的決策過程。它是在應(yīng)用集成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各種經(jīng)營（業(yè)程。它是在應(yīng)用集成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各種經(jīng)營（業(yè)務(wù)）功能的完整

20、集成。務(wù)）功能的完整集成。24 縱向集成和橫向集成縱向集成和橫向集成 CIMS的集成，如果按企業(yè)組織的層次劃分，則的集成，如果按企業(yè)組織的層次劃分，則可分為縱向集成和橫向集成，如圖可分為縱向集成和橫向集成，如圖3所示。所示。 縱向集成又稱為垂直集成，是指日常運(yùn)用系縱向集成又稱為垂直集成，是指日常運(yùn)用系統(tǒng)、計劃、檢查直至最高領(lǐng)導(dǎo)層在業(yè)務(wù)、組統(tǒng)、計劃、檢查直至最高領(lǐng)導(dǎo)層在業(yè)務(wù)、組織和信息方面的集成?？椇托畔⒎矫娴募?。 橫向集成又稱水平集成，它是指各日常運(yùn)用橫向集成又稱水平集成，它是指各日常運(yùn)用系統(tǒng)的集成。系統(tǒng)的集成。 在在CIM中經(jīng)常被人們提及的并行工程及準(zhǔn)時化生中經(jīng)常被人們提及的并行工程及準(zhǔn)時

21、化生產(chǎn)（產(chǎn)（JIT）就是兩種最為典型的水平集成，而制）就是兩種最為典型的水平集成，而制造資源規(guī)劃（造資源規(guī)劃（MRP-II）則是一種垂直集成。）則是一種垂直集成。25 圖圖3 橫向集成和縱向集成橫向集成和縱向集成26 CIMS旨在通過計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將企業(yè)的技旨在通過計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將企業(yè)的技術(shù)（研究開發(fā)）、經(jīng)營、銷售等全部職能有機(jī)術(shù)（研究開發(fā)）、經(jīng)營、銷售等全部職能有機(jī)地集成起來，實(shí)現(xiàn)企業(yè)各項活動的高效、協(xié)調(diào)地集成起來，實(shí)現(xiàn)企業(yè)各項活動的高效、協(xié)調(diào)和企業(yè)的總體優(yōu)勢，以適應(yīng)人們對產(chǎn)品多樣化、和企業(yè)的總體優(yōu)勢，以適應(yīng)人們對產(chǎn)品多樣化、個性化、高級化的需求。個性化、高級化的需求。 如圖如圖4所示，

22、為所示，為CIMS技術(shù)集成關(guān)系圖。集成和技術(shù)集成關(guān)系圖。集成和連接不一樣，它不是簡單地把兩個或多個單元連接不一樣，它不是簡單地把兩個或多個單元連在一起，而是將原來沒有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密連在一起，而是將原來沒有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密的單元組成為有一定功能的、緊密聯(lián)系的新系的單元組成為有一定功能的、緊密聯(lián)系的新系統(tǒng)。兩種或多種功能的集成包含著兩種或多種統(tǒng)。兩種或多種功能的集成包含著兩種或多種功能之間的相互作用。集成是屬于系統(tǒng)工程中功能之間的相互作用。集成是屬于系統(tǒng)工程中的系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)優(yōu)化范圍。的系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)優(yōu)化范圍。27 圖圖1.14 CIMS技術(shù)集成關(guān)系圖技術(shù)集成關(guān)系圖28CIMS的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)

23、構(gòu) 一個制造企業(yè)從功能看，可以簡單地分一個制造企業(yè)從功能看，可以簡單地分為為設(shè)計、制造、經(jīng)營管理設(shè)計、制造、經(jīng)營管理三個主要方面。三個主要方面。由于產(chǎn)品質(zhì)量對一個制造企業(yè)的競爭和由于產(chǎn)品質(zhì)量對一個制造企業(yè)的競爭和生存越來越重要，因此，常常也把生存越來越重要，因此，常常也把質(zhì)量質(zhì)量保證系統(tǒng)保證系統(tǒng)作為企業(yè)功能的主要方面之一。作為企業(yè)功能的主要方面之一。為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)功能的集成，還需要有一為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)功能的集成，還需要有一個支撐環(huán)境，包括個支撐環(huán)境，包括網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫（DB）和集成方法和集成方法系統(tǒng)技術(shù)。其系統(tǒng)技術(shù)。其CIMS的功能的功能構(gòu)成如圖構(gòu)成如圖5 5所示。所示。 29 圖圖5 C

24、IMS的功能構(gòu)成的功能構(gòu)成30 圖圖6為為CIMS功能體系的邏輯模型功能體系的邏輯模型 功能體系結(jié)構(gòu)模型采用遞階控制是與自功能體系結(jié)構(gòu)模型采用遞階控制是與自動化加工密切相關(guān)的，自動化遞階控制動化加工密切相關(guān)的，自動化遞階控制的原則是當(dāng)?shù)脑瓌t是當(dāng)上一層向下一層下達(dá)工作控上一層向下一層下達(dá)工作控制指令制指令時，上層需要檢查執(zhí)行該指令的時，上層需要檢查執(zhí)行該指令的全部資源是否準(zhǔn)備就緒全部資源是否準(zhǔn)備就緒 （這些資源包括（這些資源包括工裝、加工對象、機(jī)床、刀具量具、工裝、加工對象、機(jī)床、刀具量具、NC指令程序、測量程序、加工工藝等），指令程序、測量程序、加工工藝等），只有在全部資源到位時工作指令才能從

25、只有在全部資源到位時工作指令才能從上層遞階到下層，從而使物流和信息流上層遞階到下層，從而使物流和信息流能夠同時達(dá)到下一層時實(shí)現(xiàn)自動化加工。能夠同時達(dá)到下一層時實(shí)現(xiàn)自動化加工。31 圖圖6 CIMS功能系統(tǒng)模型功能系統(tǒng)模型 32 CIMS體系分系統(tǒng)體系分系統(tǒng) 根據(jù)根據(jù)CIMS的功能構(gòu)成，的功能構(gòu)成，CIMS是由是由4個功能分系統(tǒng)個功能分系統(tǒng)和兩個支撐分系統(tǒng)組成。和兩個支撐分系統(tǒng)組成。 CIMS通常是由管理信息系統(tǒng)（通常是由管理信息系統(tǒng)（MIS）、產(chǎn)品設(shè)計與）、產(chǎn)品設(shè)計與工程設(shè)計自動化系統(tǒng)（又稱工程設(shè)計集成系統(tǒng)，工程設(shè)計自動化系統(tǒng)（又稱工程設(shè)計集成系統(tǒng)，EDIS）、制造自動化（柔性自動化）系統(tǒng)（）

26、、制造自動化（柔性自動化）系統(tǒng)（MAS）、）、計算機(jī)輔助質(zhì)量保證系統(tǒng)（計算機(jī)輔助質(zhì)量保證系統(tǒng)（CAQ）以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（NETS）和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（）和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（DBS）等）等6個部分有個部分有機(jī)地集成起來的。機(jī)地集成起來的。 然而，這并不意味著任何一個工廠企業(yè)在實(shí)施然而，這并不意味著任何一個工廠企業(yè)在實(shí)施CIMS時都必須同時實(shí)現(xiàn)這時都必須同時實(shí)現(xiàn)這6個分系統(tǒng)。個分系統(tǒng)。 33 圖圖7CIMS的的6個分系統(tǒng)個分系統(tǒng)34管理信息系統(tǒng)（CIMS/MISManagement Information System) CIMS/MIS的基本結(jié)構(gòu)如圖的基本結(jié)構(gòu)如圖8所示。所示。 以上模塊是

27、以生產(chǎn)計劃與控制作為主線以上模塊是以生產(chǎn)計劃與控制作為主線來進(jìn)行說明的。實(shí)際上，財務(wù)管理和成來進(jìn)行說明的。實(shí)際上，財務(wù)管理和成本管理亦是本管理亦是MIS分系統(tǒng)的重要組成部分。分系統(tǒng)的重要組成部分。 目標(biāo)是通過信息集成，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周目標(biāo)是通過信息集成，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低流通資金占用，提高企業(yè)應(yīng)變期，降低流通資金占用，提高企業(yè)應(yīng)變能力能力 35 圖圖8CIMS/MIS基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)36工程設(shè)計集成分系統(tǒng)工程設(shè)計集成分系統(tǒng)（CIMS/EDIS） 該分系統(tǒng)的目標(biāo)是使產(chǎn)品開發(fā)活動能夠高效、優(yōu)質(zhì)、該分系統(tǒng)的目標(biāo)是使產(chǎn)品開發(fā)活動能夠高效、優(yōu)質(zhì)、自動地進(jìn)行。如圖自動地進(jìn)行。如圖9 9所示，工程設(shè)計集成

28、分系統(tǒng)是所示，工程設(shè)計集成分系統(tǒng)是CIMS中的一個核心分系統(tǒng)，它包括中的一個核心分系統(tǒng)，它包括CAD（計算機(jī)（計算機(jī)輔助設(shè)計）、輔助設(shè)計）、CAPP（計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）、（計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）、CAM（計算機(jī)輔助制造）和（計算機(jī)輔助制造）和NCP（數(shù)控程序編（數(shù)控程序編制）等子系統(tǒng)制）等子系統(tǒng). 用以支承產(chǎn)品的設(shè)計和工藝準(zhǔn)備等功能，處理有關(guān)產(chǎn)用以支承產(chǎn)品的設(shè)計和工藝準(zhǔn)備等功能，處理有關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的信息。品結(jié)構(gòu)方面的信息。37 圖圖9 CIMS中的工程設(shè)計分系統(tǒng)中的工程設(shè)計分系統(tǒng) CADCAPPCAMNCPP工裝CAD工程設(shè)計集成分系統(tǒng)（DEDIS）38 圖圖10 EDIS與與CIMS其它分

29、系統(tǒng)的接口信息其它分系統(tǒng)的接口信息EDISMISMASCAQ新產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)書新產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)書技術(shù)指標(biāo)、時間要求、修改說明技術(shù)指標(biāo)、時間要求、修改說明任務(wù)審核信息任務(wù)審核信息能力需求說明、批量建議和能力需求說明、批量建議和計劃任務(wù)進(jìn)度信息、估計成本任務(wù)進(jìn)度信息、估計成本技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)開發(fā)數(shù)據(jù)方法、任務(wù)狀態(tài)數(shù)據(jù)開發(fā)數(shù)據(jù)方法、任務(wù)狀態(tài)數(shù)據(jù)工裝、設(shè)備要求、能力數(shù)據(jù)工裝、設(shè)備要求、能力數(shù)據(jù)工藝定額工藝定額故障信息統(tǒng)計故障信息統(tǒng)計設(shè)備信息設(shè)備信息生產(chǎn)過程統(tǒng)計信息生產(chǎn)過程統(tǒng)計信息零件圖、工藝文件零件圖、工藝文件NC程序程序DNC故障診斷結(jié)果故障診斷結(jié)果設(shè)備故障診斷結(jié)果設(shè)備故障診斷結(jié)果零件設(shè)計工藝要求零件設(shè)

30、計工藝要求加工工藝線路加工工藝線路刀具、夾具、量具信息刀具、夾具、量具信息零件公差零件公差設(shè)計質(zhì)量評審信息設(shè)計質(zhì)量評審信息質(zhì)量處理分析單質(zhì)量處理分析單工藝能力分析及工藝工藝能力分析及工藝改進(jìn)措施改進(jìn)措施39制造自動化分系統(tǒng)（CIMS/MAS） 該分系統(tǒng)的目標(biāo)是使產(chǎn)品制造活動最優(yōu)化。在該分系統(tǒng)的目標(biāo)是使產(chǎn)品制造活動最優(yōu)化。在CIMS的遞階控制結(jié)構(gòu)中，的遞階控制結(jié)構(gòu)中，MAS處于車間層以下處于車間層以下的底的底3層（單元層、工作站層和設(shè)備層），它是層（單元層、工作站層和設(shè)備層），它是構(gòu)成柔性制造自動化控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)制造環(huán)境與構(gòu)成柔性制造自動化控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)制造環(huán)境與其它系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)，也是制造自動

31、化系統(tǒng)重點(diǎn)其它系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)，也是制造自動化系統(tǒng)重點(diǎn)研究的課題。研究的課題。 它包括各種不同自動化程度的制造系統(tǒng)，如它包括各種不同自動化程度的制造系統(tǒng)，如NC機(jī)床、柔性制造單元（機(jī)床、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）以及其他制造單元，用以實(shí)現(xiàn)信息流）以及其他制造單元，用以實(shí)現(xiàn)信息流對物流的控制并完成物流的轉(zhuǎn)換，是對物流的控制并完成物流的轉(zhuǎn)換，是CIMS信息信息流和物流結(jié)合部，也是流和物流結(jié)合部，也是CIMS最終產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益最終產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的聚集地的聚集地 40CNCDNCFMCFMSFALAGVAS自動化制造分系統(tǒng)（自動化制造分系統(tǒng)（AMS）圖圖11自動化制造分系

32、統(tǒng)（自動化制造分系統(tǒng)（AMS）41計算機(jī)輔助質(zhì)量保證分系統(tǒng)計算機(jī)輔助質(zhì)量保證分系統(tǒng)（CIMS/CAQ) 系統(tǒng)的目標(biāo)是保證從產(chǎn)品設(shè)計、制造、系統(tǒng)的目標(biāo)是保證從產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢驗(yàn)到售后服務(wù)整個過程的質(zhì)量。檢驗(yàn)到售后服務(wù)整個過程的質(zhì)量。CIMS/CAQ的組織結(jié)構(gòu)分規(guī)劃層、管的組織結(jié)構(gòu)分規(guī)劃層、管理層和執(zhí)行層三層，如圖理層和執(zhí)行層三層，如圖12所示。所示。 其中規(guī)劃層為根其中規(guī)劃層為根據(jù)有關(guān)方針與法規(guī)制據(jù)有關(guān)方針與法規(guī)制定的企業(yè)規(guī)劃、計劃、工作制度以及定的企業(yè)規(guī)劃、計劃、工作制度以及有關(guān)的質(zhì)量技術(shù)規(guī)程，包括檢測計劃、有關(guān)的質(zhì)量技術(shù)規(guī)程，包括檢測計劃、規(guī)章制度等規(guī)章制度等. . 42 圖圖12 CAQ

33、分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量規(guī)劃與決策質(zhì)量規(guī)劃與決策質(zhì)量評價分析質(zhì)量評價分析控制與信息管理控制與信息管理質(zhì)量信息采集與質(zhì)量信息采集與現(xiàn)場分析（分廠現(xiàn)場分析（分廠、車間計算機(jī)、車間計算機(jī)）質(zhì)量信息采集與質(zhì)量信息采集與現(xiàn)場分系現(xiàn)場分系（自動采集系統(tǒng)（自動采集系統(tǒng)）規(guī)劃層規(guī)劃層管理層管理層執(zhí)行層執(zhí)行層43 CIMS支持的支持的CAQ分系統(tǒng)將貫穿分系統(tǒng)將貫穿質(zhì)量管理的全過程，覆蓋全企業(yè)質(zhì)量管理的全過程，覆蓋全企業(yè)各主要處、室、分廠，并逐步實(shí)各主要處、室、分廠，并逐步實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)與MIS、MAS和和EDIS分系統(tǒng)分系統(tǒng)的集成。的集成。CAQ與與CIMS中其它分中其它分系統(tǒng)之間的聯(lián)系如圖系統(tǒng)之間的聯(lián)系如圖13所示

34、。所示。44 45數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)（數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)（CIMS/DBS) 系統(tǒng)的目標(biāo)是管理整個系統(tǒng)的目標(biāo)是管理整個CIMS的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和共享。數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)和的集成和共享。數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)是分系統(tǒng)是CIMS環(huán)境中的兩個重要支撐系統(tǒng)，也環(huán)境中的兩個重要支撐系統(tǒng)，也是是CIMS信息集成的關(guān)鍵。信息集成的關(guān)鍵。 CIMS環(huán)境下的環(huán)境下的4個功能分系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)都要在個功能分系統(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)中進(jìn)行存貯，并通過一個結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進(jìn)行存貯，并通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的系統(tǒng)互通能力，將物理上分布計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的系統(tǒng)互通能力，將物理

35、上分布的不同功能分系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，達(dá)到信息的不同功能分系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，達(dá)到信息交換和共享的目的。交換和共享的目的。 DBS既是既是CIMS信息流的載體，又對信息進(jìn)行信息流的載體，又對信息進(jìn)行控制和管理，并為控制和管理，并為CIMS提供集成的手段提供集成的手段46全局共享數(shù)據(jù)軟件全局共享數(shù)據(jù)軟件全局DB集成接口服務(wù)軟件CAD共享數(shù)據(jù)PMS共享數(shù)據(jù)CAQ共享數(shù)據(jù)BMS共享數(shù)據(jù)AMS共享數(shù)據(jù)CADAMSBMSCAQPMS用戶用戶用戶用戶用戶圖14數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)47網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)（CIMS/NETS） 系統(tǒng)的目標(biāo)是傳遞系統(tǒng)的目標(biāo)是傳遞CIMS各個分系統(tǒng)之間各個分系統(tǒng)之間和內(nèi)部的信息

36、，實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)和內(nèi)部的信息，實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)通信功能。通信功能。 CIMS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)施網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)施CIMS應(yīng)用工程的應(yīng)用工程的重要支撐技術(shù)之一，而一個開放的適合重要支撐技術(shù)之一，而一個開放的適合于企業(yè)活動的異構(gòu)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是于企業(yè)活動的異構(gòu)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是CIMS集集成的基礎(chǔ)。只有通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，成的基礎(chǔ)。只有通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，才能完成動態(tài)控制和管理的各功能分系才能完成動態(tài)控制和管理的各功能分系統(tǒng)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息傳輸和交流，使互統(tǒng)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息傳輸和交流，使互聯(lián)系統(tǒng)共享工程資源、數(shù)據(jù)庫和存貯空聯(lián)系統(tǒng)共享工程資源、數(shù)據(jù)庫和存貯空間。間。48圖圖15CIMS層次結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流層次結(jié)

37、構(gòu)及數(shù)據(jù)流49 CIMS的底層設(shè)備與控制器連接有的底層設(shè)備與控制器連接有兩種方式，即現(xiàn)場總線和點(diǎn)一點(diǎn)通兩種方式，即現(xiàn)場總線和點(diǎn)一點(diǎn)通信方式。在信方式。在CIMS環(huán)境下，由于各環(huán)境下，由于各部門通信要求有很大差別，因此，部門通信要求有很大差別，因此，采用單一類型的網(wǎng)絡(luò)是不現(xiàn)實(shí)的，采用單一類型的網(wǎng)絡(luò)是不現(xiàn)實(shí)的，必須根據(jù)不同要求，選擇不同網(wǎng)必須根據(jù)不同要求，選擇不同網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到優(yōu)化組合。如圖絡(luò)，以達(dá)到優(yōu)化組合。如圖16所所示為一個示為一個CIMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實(shí)例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實(shí)例 50 圖圖16 CIMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)例 51 圖圖17CIMS17CIMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)例52面向功能和控制

38、和的面向功能和控制和的CIMS體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)工程原理，一方面對根據(jù)系統(tǒng)工程原理，一方面對CIMS進(jìn)行正進(jìn)行正確、合理、精簡而又充分的分解，不應(yīng)有冗確、合理、精簡而又充分的分解，不應(yīng)有冗余的分系統(tǒng)和子系統(tǒng)，其功能的冗余要盡可余的分系統(tǒng)和子系統(tǒng)，其功能的冗余要盡可能少。能少。另一方面，要求有合理的另一方面，要求有合理的“垂直垂直”分解與集分解與集成，即確定合理的遞階控制層數(shù)。在保證有成，即確定合理的遞階控制層數(shù)。在保證有效控制的前提下，盡量減少遞階效控制的前提下，盡量減少遞階控制的層數(shù)控制的層數(shù)53 圖圖1818所示為美國制造工程學(xué)會所示為美國制造工程學(xué)會（A ASME）提出的輪式結(jié)構(gòu)。

39、）提出的輪式結(jié)構(gòu)。 其其“核核”為集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；內(nèi)為集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；內(nèi)層為支撐分系統(tǒng)，包括共享數(shù)據(jù)、層為支撐分系統(tǒng)，包括共享數(shù)據(jù)、信息資源管理與通信；中層可信息資源管理與通信；中層可“水水平平”分解為工程設(shè)計（產(chǎn)品分解為工程設(shè)計（產(chǎn)品/過過程）、制造計劃與控制以及工廠程）、制造計劃與控制以及工廠自動化自動化3個分系統(tǒng)；外層則有市個分系統(tǒng)；外層則有市場、戰(zhàn)略規(guī)劃、財務(wù)及制造管理場、戰(zhàn)略規(guī)劃、財務(wù)及制造管理和人力資源管理等分系統(tǒng)。和人力資源管理等分系統(tǒng)。 54 圖圖18ASME 提出的提出的面向功能構(gòu)成的面向功能構(gòu)成的CIMS體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 55CIMS體系結(jié)構(gòu)56 一個系統(tǒng)為滿足該系統(tǒng)的

40、目的和要求所具有的形一個系統(tǒng)為滿足該系統(tǒng)的目的和要求所具有的形狀、特征和狀態(tài)的結(jié)構(gòu)化布置。狀、特征和狀態(tài)的結(jié)構(gòu)化布置。 1. 輪圖的核心是顧客輪圖的核心是顧客 2. 圍繞顧客的是企業(yè)中圍繞顧客的是企業(yè)中 的人員和群體工作方法的人員和群體工作方法 3. 是信息（知識）共享系統(tǒng)是信息（知識）共享系統(tǒng) 4. 企業(yè)的活動層企業(yè)的活動層 5.企業(yè)管理層企業(yè)管理層 6. 企業(yè)的外部環(huán)境企業(yè)的外部環(huán)境57 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：CIMS系統(tǒng)分解成幾個分系統(tǒng)，減少系統(tǒng)分解成幾個分系統(tǒng)，減少全局控制和開發(fā)的難度。全局控制和開發(fā)的難度。 這類體系結(jié)構(gòu)提出較早，較成熟。已廣泛應(yīng)這類體系結(jié)構(gòu)提出較早，較成熟。已廣泛應(yīng)用。用。

41、輪式結(jié)構(gòu)以共享數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)把各單元技術(shù)連輪式結(jié)構(gòu)以共享數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)把各單元技術(shù)連接成一個整體，系統(tǒng)各組成部分及其關(guān)系清楚。接成一個整體，系統(tǒng)各組成部分及其關(guān)系清楚。但忽略人的因素。但忽略人的因素。 九十年代后期該結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)強(qiáng)調(diào)以用戶為核九十年代后期該結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)強(qiáng)調(diào)以用戶為核心，重視人、技術(shù)、組織的集成和知識共享并心，重視人、技術(shù)、組織的集成和知識共享并覆蓋產(chǎn)品生命周期。覆蓋產(chǎn)品生命周期。 國內(nèi)國內(nèi)863計劃計劃CIMS主題提出的面向控制體系主題提出的面向控制體系結(jié)構(gòu)如圖結(jié)構(gòu)如圖19所示所示58CIMS全體全體設(shè)計計劃層設(shè)計計劃層單元控制層單元控制層設(shè)備層設(shè)備層工作站控制層工作站控制層作業(yè)管

42、理層作業(yè)管理層經(jīng)營計劃層經(jīng)營計劃層產(chǎn)品類產(chǎn)品類1產(chǎn)品類產(chǎn)品類N工作類工作類1工作類工作類N。單元單元N單元單元1。工作站工作站1工作站工作站N。設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備N。圖圖19我國提出的六層我國提出的六層CIM層次模型層次模型.59面向面向CIM系統(tǒng)集成平臺的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)集成平臺的體系結(jié)構(gòu) 面向面向CIM系統(tǒng)集成平臺的體系結(jié)構(gòu)是一系統(tǒng)集成平臺的體系結(jié)構(gòu)是一些計算機(jī)公司為了解決些計算機(jī)公司為了解決CIM系統(tǒng)中眾多系統(tǒng)中眾多軟件的支持和連接問題所推出的標(biāo)準(zhǔn)化軟件的支持和連接問題所推出的標(biāo)準(zhǔn)化平臺。如平臺。如Digital公司、公司、IBM公司圖公司圖20為為IBM公司的公司的CIMS體系結(jié)構(gòu)。類似于

43、體系結(jié)構(gòu)。類似于CIM-OSA（OPEN SYSTEM ARCHITECTURE）中的集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。）中的集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。CIM-OSA研究并未實(shí)用化，因此這類應(yīng)研究并未實(shí)用化，因此這類應(yīng)付市場需要的工具平臺會有支持面不寬付市場需要的工具平臺會有支持面不寬的可能性和危行性。的可能性和危行性。60應(yīng)用層材料跟蹤單元控制系統(tǒng)質(zhì)量控制其它 輸入/輸出應(yīng)用使能器（平臺）系統(tǒng)使能器（平臺)數(shù)據(jù)管理設(shè)備管理網(wǎng)絡(luò)通信生產(chǎn)監(jiān)控通用服務(wù)層通用服務(wù)層硬件硬件/軟件操作系統(tǒng)層軟件操作系統(tǒng)層生成/運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)庫圖圖20IBM公司的公司的CIMS體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)61CIMS的控制體系的控制體系 由于由于CIMS的功能和控

44、制要求十分復(fù)雜，采用常的功能和控制要求十分復(fù)雜，采用常規(guī)控制系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)。前美國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)控制系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)。前美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（現(xiàn)美局（現(xiàn)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院，國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院，NIST）建立的）建立的CIMS實(shí)實(shí)驗(yàn)研究基地驗(yàn)研究基地自動化制造研究基地（自動化制造研究基地（AMRFAutomated Manufacturing Research Facility）曾）曾提出了著名的提出了著名的CIMS五級遞階控制模型，如圖五級遞階控制模型，如圖21所所示，這五級分別是：工廠層、車間層、單元層示，這五級分別是：工廠層、車間層、單元層（FMS主控層）、工作站層和設(shè)備層。每一層雙主控層）、工

45、作站層和設(shè)備層。每一層雙可分解為多個模塊，都由數(shù)據(jù)驅(qū)動，并可擴(kuò)展成樹可分解為多個模塊，都由數(shù)據(jù)驅(qū)動，并可擴(kuò)展成樹狀結(jié)構(gòu)。狀結(jié)構(gòu)。62 圖圖21 CIMS的五級遞階控制模型的五級遞階控制模型63 工廠層控制系統(tǒng)工廠層控制系統(tǒng)履行廠部職履行廠部職能。能。 功能有：市場預(yù)測、制定生產(chǎn)計劃、功能有：市場預(yù)測、制定生產(chǎn)計劃、確定生產(chǎn)資源需求、制定資源規(guī)劃、確定生產(chǎn)資源需求、制定資源規(guī)劃、制定產(chǎn)品開發(fā)及工藝過程規(guī)劃、廠制定產(chǎn)品開發(fā)及工藝過程規(guī)劃、廠級經(jīng)營管理。級經(jīng)營管理。 可分為三個子系統(tǒng)：生產(chǎn)管理、信可分為三個子系統(tǒng)：生產(chǎn)管理、信息管理、制造工程。息管理、制造工程。64 車間層控制系統(tǒng)車間層控制系統(tǒng)根據(jù)

46、工廠層生根據(jù)工廠層生產(chǎn)計劃，協(xié)調(diào)車間的生產(chǎn)和輔助性產(chǎn)計劃，協(xié)調(diào)車間的生產(chǎn)和輔助性工作，完成這些工作的資源分配工作，完成這些工作的資源分配。 有兩個模塊有兩個模塊 1、作業(yè)模塊：按排生、作業(yè)模塊：按排生產(chǎn)計劃（如作業(yè)定單的制定、發(fā)放產(chǎn)計劃（如作業(yè)定單的制定、發(fā)放和管理；單元任務(wù)分配；設(shè)備利用和管理；單元任務(wù)分配；設(shè)備利用跟蹤；設(shè)備維修按排。）跟蹤；設(shè)備維修按排。）2、資源分、資源分配模塊：負(fù)責(zé)單元層各項目在具體配模塊：負(fù)責(zé)單元層各項目在具體加工時所需的設(shè)備和材料加工時所需的設(shè)備和材料65 單元層控制系統(tǒng)單元層控制系統(tǒng) 功能是安排零件通過工作站的分批順序；功能是安排零件通過工作站的分批順序；管理物

47、料儲運(yùn)、檢驗(yàn)及其它有關(guān)輔助性管理物料儲運(yùn)、檢驗(yàn)及其它有關(guān)輔助性工作。如任務(wù)分解、資源需求分析。工作。如任務(wù)分解、資源需求分析。 單元層也是單元層也是FMS的控制層完成生產(chǎn)計劃的控制層完成生產(chǎn)計劃實(shí)施、計劃命令逐級下達(dá)等任務(wù)實(shí)施、計劃命令逐級下達(dá)等任務(wù) 主要模塊有：排隊管理模塊、調(diào)度模塊、主要模塊有：排隊管理模塊、調(diào)度模塊、分配模塊。分配模塊。66 工作站層控制系統(tǒng)：指揮和協(xié)工作站層控制系統(tǒng)：指揮和協(xié)調(diào)車間中一個設(shè)備小組的活動。調(diào)車間中一個設(shè)備小組的活動。一個典型的工作站由一臺機(jī)器一個典型的工作站由一臺機(jī)器人、一臺機(jī)床、一個物料儲運(yùn)人、一臺機(jī)床、一個物料儲運(yùn)器、和一臺控制計算機(jī)構(gòu)成。器、和一臺控

48、制計算機(jī)構(gòu)成。 設(shè)備層：各類設(shè)備，是前沿系設(shè)備層：各類設(shè)備，是前沿系統(tǒng)。對設(shè)備采用控制是為了擴(kuò)統(tǒng)。對設(shè)備采用控制是為了擴(kuò)大設(shè)備的功能。大設(shè)備的功能。67CIMS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 1、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)理論和支持技術(shù)、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)理論和支持技術(shù) 離散事件動態(tài)系統(tǒng)理論離散事件動態(tài)系統(tǒng)理論 系統(tǒng)集成與企業(yè)優(yōu)化技術(shù)系統(tǒng)集成與企業(yè)優(yōu)化技術(shù) 系統(tǒng)仿真技術(shù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 智能技術(shù)與方法智能技術(shù)與方法68 離散事件動態(tài)系統(tǒng)是離散事件動態(tài)系統(tǒng)是80年年代發(fā)展起年年代發(fā)展起來的一門學(xué)科，它由美國哈佛大學(xué)何來的一門學(xué)科，它由美國哈佛大學(xué)何益奇等教授提出。這是一種特殊的動益奇等教授提出。這是一種特殊的動態(tài)

49、系統(tǒng)其演化過程不能用連續(xù)變量來態(tài)系統(tǒng)其演化過程不能用連續(xù)變量來描述。描述。 它以排隊網(wǎng)絡(luò)為模型。基礎(chǔ)是隨機(jī)過程它以排隊網(wǎng)絡(luò)為模型。基礎(chǔ)是隨機(jī)過程理論。理論。69 2、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中的信息技術(shù)、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中的信息技術(shù) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（PDM） 現(xiàn)代制造集成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)代制造集成網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（STEP） 產(chǎn)品全生命周期管理技術(shù)（產(chǎn)品全生命周期管理技術(shù)（PLM）70 3、計算機(jī)輔助計術(shù)、計算機(jī)輔助計術(shù) 計算機(jī)輔助設(shè)計（計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD） 計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP） 計算機(jī)輔助制造（計算機(jī)輔助制造（CAM

50、） 計算機(jī)輔助質(zhì)量管理（計算機(jī)輔助質(zhì)量管理（CAQ）71 4、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的集成平臺技現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的集成平臺技術(shù)術(shù) 軟構(gòu)件及其標(biāo)準(zhǔn)接口軟構(gòu)件及其標(biāo)準(zhǔn)接口 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)應(yīng)用集成平臺現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)應(yīng)用集成平臺72 5、制造過程控制技術(shù)、制造過程控制技術(shù) 數(shù)字控制技術(shù)（數(shù)字控制技術(shù)（NC） 柔性制造技術(shù)（柔性制造技術(shù)（FMT） 智能制造技術(shù)（智能制造技術(shù)（IMT）73 CIMS的發(fā)展現(xiàn)狀的發(fā)展現(xiàn)狀 國外國外CIMS發(fā)展簡況發(fā)展簡況 進(jìn)入進(jìn)入20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來，發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年大年代以來，發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年大工業(yè)生產(chǎn)的積累，人們的基本物質(zhì)需要得到了相工業(yè)生產(chǎn)的積累，人們的基本物質(zhì)

51、需要得到了相對滿足。為了適應(yīng)人們?nèi)找娑鄻踊男枨?，市場對滿足。為了適應(yīng)人們?nèi)找娑鄻踊男枨?，市場競爭空前激烈。其主要特點(diǎn)是：競爭空前激烈。其主要特點(diǎn)是： (1) 產(chǎn)品的生產(chǎn)周期越來越短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期越來越短 據(jù)資料記載，據(jù)資料記載，20世紀(jì)世紀(jì)60年代機(jī)電產(chǎn)品市場壽命超過十年者占年代機(jī)電產(chǎn)品市場壽命超過十年者占32%，到到20世紀(jì)世紀(jì)80年代降為年代降為15%，而產(chǎn)品市場生命周期在，而產(chǎn)品市場生命周期在5年以下者則由年以下者則由38%猛增到猛增到65%70%。74 (2) 產(chǎn)品的品種增多，批量減少產(chǎn)品的品種增多，批量減少 以日本的汽以日本的汽車行業(yè)為例，如果用發(fā)動機(jī)的輸出功率、外車行業(yè)為例，如

52、果用發(fā)動機(jī)的輸出功率、外觀顏色以及音響設(shè)備等條件來區(qū)小汽車的種觀顏色以及音響設(shè)備等條件來區(qū)小汽車的種類，就有幾千種之多。據(jù)日本類，就有幾千種之多。據(jù)日本1993年提供的年提供的資料表明，一種車型的產(chǎn)量最多是資料表明，一種車型的產(chǎn)量最多是17臺，最臺，最少是少是6臺。在美國臺。在美國90%左右的產(chǎn)品生產(chǎn)批量左右的產(chǎn)品生產(chǎn)批量小于小于50件。件。 (3) 產(chǎn)品質(zhì)量、價格和交貨期已成為增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量、價格和交貨期已成為增強(qiáng)企業(yè)競爭力的企業(yè)競爭力的3個決定因素個決定因素 市場競爭和計市場競爭和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，引起了企業(yè)對算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，引起了企業(yè)對CIM的強(qiáng)烈的強(qiáng)烈需求。許多國家都把推行需求。許多國家

53、都把推行CIM作為一項重要作為一項重要的國策來對策。的國策來對策。75美、歐、日美、歐、日CIMS開發(fā)應(yīng)用的進(jìn)展及戰(zhàn)略開發(fā)應(yīng)用的進(jìn)展及戰(zhàn)略 1991年年3月，美國國家關(guān)鍵技術(shù)委員會在向總統(tǒng)提月，美國國家關(guān)鍵技術(shù)委員會在向總統(tǒng)提交的雙年度報告中，介紹了交的雙年度報告中，介紹了22項對于美國長期安項對于美國長期安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的技術(shù)，其中，把全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的技術(shù)，其中，把CIM列列為為“制造制造”技術(shù)類中的四大關(guān)鍵技術(shù)之首，從政府技術(shù)類中的四大關(guān)鍵技術(shù)之首，從政府技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略高度明確了制造企業(yè)推行技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略高度明確了制造企業(yè)推行CIM的必要的必要性和發(fā)展方向。這也是長期以來美國發(fā)展科

54、學(xué)技術(shù)的性和發(fā)展方向。這也是長期以來美國發(fā)展科學(xué)技術(shù)的戰(zhàn)略方針，即保障國家安全和提高工業(yè)在國際上的競戰(zhàn)略方針，即保障國家安全和提高工業(yè)在國際上的競爭力的新體現(xiàn)。在此以前，美國空軍、美國陸軍、陸爭力的新體現(xiàn)。在此以前，美國空軍、美國陸軍、陸軍器材部、國防部、國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院以及國家科軍器材部、國防部、國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院以及國家科學(xué)基金會等政府部門都制訂了發(fā)展學(xué)基金會等政府部門都制訂了發(fā)展CIM的戰(zhàn)略規(guī)劃，的戰(zhàn)略規(guī)劃，并取得了重要的實(shí)施成果并取得了重要的實(shí)施成果 76 國家支持國家支持 在美國國家科學(xué)基金會的支持下，投在美國國家科學(xué)基金會的支持下，投資上千萬美元的普度（資上千萬美元的普度（Pur

55、due）大學(xué)、）大學(xué)、楊百翰（楊百翰（Brigham Young）大學(xué)和俄）大學(xué)和俄亥俄（亥俄（Ohio）州立大學(xué)分別建立了）州立大學(xué)分別建立了“計算機(jī)集成和制造自動化中心計算機(jī)集成和制造自動化中心（CIMAC）”、“CIM研究中心和研究中心和研究多種研究多種CIM技術(shù)的杰出研究中心技術(shù)的杰出研究中心”，有效地推動有效地推動 CIM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 77 CIM的概念和主要單元技術(shù)如的概念和主要單元技術(shù)如NC、CAD、制造資源規(guī)劃（、制造資源規(guī)劃（MRP-II）、）、FMS等都來源于美國，并且美國在這等都來源于美國，并且美國在這些領(lǐng)域的研究上仍保持著總體優(yōu)勢。些領(lǐng)域的研究上仍保

56、持著總體優(yōu)勢。 民間研究民間研究 另外，許多從事信息技術(shù)的廠家也是另外，許多從事信息技術(shù)的廠家也是開發(fā)和提供開發(fā)和提供CIM技術(shù)產(chǎn)品的主要力量，技術(shù)產(chǎn)品的主要力量，如著名的計算機(jī)系統(tǒng)公司如著名的計算機(jī)系統(tǒng)公司IBM、DEC、HP等都建立了自己的等都建立了自己的CIM產(chǎn)品體系結(jié)產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)，向企業(yè)提供成套的構(gòu)，向企業(yè)提供成套的CIM技術(shù)方案技術(shù)方案和計算機(jī)環(huán)境（硬件、軟件）以及實(shí)和計算機(jī)環(huán)境（硬件、軟件）以及實(shí)施咨詢業(yè)務(wù)施咨詢業(yè)務(wù) 78 制造業(yè)中的許多大公司為提高本公司制造業(yè)中的許多大公司為提高本公司的競爭力率先應(yīng)用了的競爭力率先應(yīng)用了CIM技術(shù)，例如技術(shù)，例如通用汽車公司、波音飛機(jī)公司、西屋通

57、用汽車公司、波音飛機(jī)公司、西屋公司、麥克唐納飛機(jī)制造公司等都耗公司、麥克唐納飛機(jī)制造公司等都耗費(fèi)巨資采用費(fèi)巨資采用CIM技術(shù)，因而，使工廠技術(shù)，因而，使工廠生產(chǎn)效率提高生產(chǎn)效率提高40%70%，工程費(fèi)用，工程費(fèi)用減少減少15%30%，新產(chǎn)品研制周期縮，新產(chǎn)品研制周期縮短短30%60%，設(shè)備利用率提高，設(shè)備利用率提高23倍。但美國政府對倍。但美國政府對CIM應(yīng)用的工業(yè)規(guī)應(yīng)用的工業(yè)規(guī)模缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和有力的支持措施，模缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和有力的支持措施，這是美國這是美國CIM發(fā)展戰(zhàn)略上的一個弱點(diǎn)。發(fā)展戰(zhàn)略上的一個弱點(diǎn)。79 西歐作為世界三大技術(shù)中心之一，在高技術(shù)的發(fā)展中西歐作為世界三大技術(shù)中心之一，在高技

58、術(shù)的發(fā)展中一向扮演重要角色。西歐發(fā)展一向扮演重要角色。西歐發(fā)展CIM的戰(zhàn)略有兩個層次：的戰(zhàn)略有兩個層次：第一層次是西歐多國群體的共同合作戰(zhàn)略；第二層第一層次是西歐多國群體的共同合作戰(zhàn)略；第二層次是各國國內(nèi)的次是各國國內(nèi)的CIM戰(zhàn)略戰(zhàn)略。西歐的。西歐的CIM發(fā)展戰(zhàn)略主發(fā)展戰(zhàn)略主要體現(xiàn)在尤里卡（要體現(xiàn)在尤里卡（EURECAEuropean Research Coordination Agency）計劃和歐共體（）計劃和歐共體（ESPRITEuropean Strategic Programme for Research and Development in Information Technolo

59、gies）計劃中。）計劃中。80 尤里卡即歐洲研究協(xié)調(diào)組織。該組織由西歐尤里卡即歐洲研究協(xié)調(diào)組織。該組織由西歐17國共同組成，此宗旨在實(shí)現(xiàn)西歐技術(shù)振興，國共同組成，此宗旨在實(shí)現(xiàn)西歐技術(shù)振興，此宗旨是此宗旨是1985年年4月由法國總統(tǒng)在內(nèi)閣會議上月由法國總統(tǒng)在內(nèi)閣會議上提出，同年提出，同年7月經(jīng)西歐月經(jīng)西歐17國外長及科技部長會國外長及科技部長會議討論后正式執(zhí)行的。主要開發(fā)的項目有：議討論后正式執(zhí)行的。主要開發(fā)的項目有： (1) 大型生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)：研究開發(fā)具有運(yùn)行、大型生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)：研究開發(fā)具有運(yùn)行、診斷、預(yù)測、決策、監(jiān)控功能的綜合管理系統(tǒng)。診斷、預(yù)測、決策、監(jiān)控功能的綜合管理系統(tǒng)。需開

60、發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)有：知識表述技術(shù)、專家系統(tǒng)、需開發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)有：知識表述技術(shù)、專家系統(tǒng)、人機(jī)工程等。人機(jī)工程等。 (2) 柔性自動化工廠：建立具有柔性自動化工廠：建立具有CAD/CAM系統(tǒng)系統(tǒng)的產(chǎn)品多樣化的自動化工廠，運(yùn)用計算機(jī)和機(jī)的產(chǎn)品多樣化的自動化工廠，運(yùn)用計算機(jī)和機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)和管理。器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)和管理。81 歐共體即歐洲信息技術(shù)研究和開發(fā)戰(zhàn)略計劃。歐共體即歐洲信息技術(shù)研究和開發(fā)戰(zhàn)略計劃。1982年初歐共體經(jīng)濟(jì)顧問委員會調(diào)查了歐洲經(jīng)濟(jì)未來發(fā)年初歐共體經(jīng)濟(jì)顧問委員會調(diào)查了歐洲經(jīng)濟(jì)未來發(fā)展情況，發(fā)現(xiàn)西歐在信息技術(shù)方面落后于美國和日展情況，發(fā)現(xiàn)西歐在信息技術(shù)方面落后于美國和日本