計算機集成制造系統(tǒng)技術(shù)2

計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）技術(shù)

自動化工工廠:經(jīng)自動化化“通通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)”連接接工廠的的各個子子系統(tǒng)，，可構(gòu)成成一個有有機聯(lián)系系的整體體，即自自動化工工廠。CIM::計算機集集成制造造，它反反映了制制造系統(tǒng)統(tǒng)新的發(fā)發(fā)展方向向。CIMS:計算機集集成制造造系統(tǒng)，，則是CIM思想技術(shù)術(shù)上的具具體實現(xiàn)現(xiàn).幾個相關(guān)關(guān)的概念念計算機集集成制造造系統(tǒng)（（CIMS）CIMS為現(xiàn)代制制造企業(yè)業(yè)追求在在激烈變變化中、、動態(tài)市市場條件件下，具具有快速速靈活響響應(yīng)的競競爭優(yōu)勢勢提供所所要求的的戰(zhàn)略性性系統(tǒng)技技術(shù)。CIMS發(fā)展可以以實現(xiàn)整整個機械械制造廠廠的全盤盤自動化化，是自自動化制制造技術(shù)術(shù)的發(fā)展展方向。。FactoryautomationCIMphilosophyautomationoptimizationtargetunmannedfactoryrationalizeexampleFMC,FMSLinkingCAD,CAM,MRPelementprocessing,materialflow,measurement,inspection,assembly,CAD,CAM,CAPP,CAQ,MRPtargetfactoryenterprisefocushardwaresoftwarehumanreplacinghumanreorganizationoriginJapanUSA,Europe自動化工工廠與CIMS比較計算機集集成制造造系統(tǒng)主主要由設(shè)設(shè)計與工工藝模塊塊、制造造模塊、、管理信信息模塊塊和存儲儲運輸模模塊構(gòu)成成。CIMS一般結(jié)構(gòu)構(gòu)存儲運輸輸模塊的的主要功功能有倉倉庫管理理、自動動搬運等等。各模塊的的主要功功能：計算機集集成制造造系統(tǒng)（（CIMS）設(shè)計與工工藝模塊塊制造模塊塊管理信息息模塊存儲運輸輸模塊CAD、CAE、CAPP、CAM等DNC、CNC、車間生生產(chǎn)計劃劃、作業(yè)業(yè)調(diào)度、、刀具管管理、質(zhì)質(zhì)量檢測測與控制制、裝配配、自動動化倉庫庫、FMC//FMS等市場預(yù)測測、物料料需求計計劃、生生產(chǎn)計算算、成本本核算及及銷售等等CIMS硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)示例CIMS局部：數(shù)數(shù)控車間間自動化化集成管管理系統(tǒng)統(tǒng)CIMS結(jié)構(gòu)示例例CIMS局部：數(shù)控車間間集成系系統(tǒng)CIMS示例CIMS局部：國產(chǎn)數(shù)控控機床車車間示范范工程CIMS示例華南農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)工工程學(xué)院院劉劉天天湖第一節(jié)概概述一、CIM的概念計算機集集成制造造（CIM）的概念念是1974年首先由由美國約約瑟夫·哈林頓（（JosephHarrington）博士在在《ComputerIntegratedManufacturing》一書中提提出的第一節(jié)概概述一、CIM概念約瑟夫·哈林頓基基本觀點點為：一是企業(yè)業(yè)的各個個生產(chǎn)環(huán)環(huán)節(jié)是一個不可可分隔的的整體，，需要統(tǒng)統(tǒng)一考慮慮；二是整個個生產(chǎn)制制造過程程實質(zhì)上是是對信信息的采采集、傳傳遞和加加工處理理的過程程，最終形形成的產(chǎn)產(chǎn)品可看看作是信信息的物物質(zhì)表現(xiàn)現(xiàn)。定義：CIM是一種組組織、管管理、企企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)的新哲哲理CIM的概念手段：它它借助計計算機軟軟硬件，，綜合應(yīng)應(yīng)用(1)現(xiàn)代管理理技術(shù);(2)制造技術(shù)術(shù);(3)信息技術(shù)術(shù);(4)自動化技技術(shù);(5)系統(tǒng)技術(shù)術(shù)，將企業(yè)生生產(chǎn)全部部過程中中有關(guān)關(guān)-----人-----技術(shù)-----經(jīng)營管理理三要素及及其信息息流與物物質(zhì)流有有機地集集成并優(yōu)優(yōu)化運行行，CIM的概念CIM目標(biāo)：實現(xiàn)產(chǎn)品品的--高質(zhì)量---低成本---交貨期短短，提高企業(yè)業(yè)對市場場變化的的應(yīng)變能能力和綜綜合競爭爭能力力。CIM的概念I(lǐng)knowthegoal..CIMS的概念CIMS是在CIM哲理指導(dǎo)導(dǎo)下建立立的人機機系統(tǒng)以達到降降低成本本C（Cost）、提高高質(zhì)量Q(Quality)、縮短交交貨周期期T（Time）等目的的，從而而提高企企業(yè)的的創(chuàng)新設(shè)設(shè)計能力力和市場場競爭力力。經(jīng)營理念念的發(fā)展展與C、Q、T等二、CIMS產(chǎn)生的背背景CIMS：CIMS在20世紀80年代中期期才開始始重視并并大規(guī)模模實施二、CIMS產(chǎn)生的背背景產(chǎn)生的背背景大背背景:20世紀70年代的美美國產(chǎn)業(yè)業(yè)政策中中過分夸夸大了第第三產(chǎn)業(yè)業(yè)的作用用，而將將制造業(yè)業(yè)，特別別是傳統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，，貶低為為“夕陽工業(yè)業(yè)”.---導(dǎo)致:美國制造造業(yè)優(yōu)勢勢的急劇劇衰退，，并在20世紀80年代初開開始的世世界性的的石油危危機中暴暴露無遺遺.---美國才開開始重視視并決心心用其信信息技術(shù)術(shù)的優(yōu)勢勢奪回制制造業(yè)的的霸主地地位。于于是美國國及其他他各國紛紛紛制訂訂并執(zhí)行行發(fā)展計計劃。---CIMS的理念、、技術(shù)也也隨之有有了很大大的發(fā)展展。CIMS的發(fā)展軌軌跡系統(tǒng)集成成優(yōu)化是是CIMS技術(shù)與應(yīng)應(yīng)用的核核心技術(shù)術(shù)，因此此我們認認為，可可將CIMS技術(shù)的發(fā)發(fā)展從系系統(tǒng)集成成優(yōu)化發(fā)發(fā)展的角角度來劃分為三三個階段段：信息集成成過程集成成企業(yè)集成成第一階段段：信息息集成解決的根根本問題題是:解決設(shè)計計、管理理和加工工制造中中大量存存在的自動化孤孤島問題題使信息正正確、高高效的共共享和交交換。信息集成成是改善企企業(yè)時間間（T）、質(zhì)量量（Q）、成本本（C）、服務(wù)務(wù)（S）所必需需的。信息集成成其主要要內(nèi)容有有早期信息息集成的的實現(xiàn)方方法主要要通過局域網(wǎng)和和數(shù)據(jù)庫庫來實現(xiàn)。。近期采用用企業(yè)網(wǎng)網(wǎng)、外聯(lián)聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)據(jù)管理（（PDM）、集成成平臺和和框架技技術(shù)來實實施。值得指出出，基于于面向?qū)ο笙蠹夹g(shù)、、軟構(gòu)件件技術(shù)和和WEB技術(shù)的集集成框架架已成為系系統(tǒng)信息息集成的的重要支支撐工具具。第二階段段：過程程集成就是對過過程進行行重構(gòu)。。目標(biāo)是盡盡量實現(xiàn)現(xiàn)并行工工程.第三階段段：企業(yè)業(yè)集成企業(yè)集成成的思路路:企業(yè)提高高自身的的市場競競爭力，，不能走走“小而而全”、、“大而而全”的的封建莊園園經(jīng)濟的道路，，而必須面面對全球球經(jīng)濟、、全球制制造的新新形勢，，充分利利用全球球的制造造資源（（包括智智力資源源），更更快、更更好、更更省地響響應(yīng)市場場，這也是敏捷制造造的由來。。第三階段段：企業(yè)業(yè)集成敏捷制造造的組織織形式是是企業(yè)針針對某一一特定產(chǎn)產(chǎn)品，建建立企業(yè)業(yè)動態(tài)聯(lián)聯(lián)盟（即即所謂虛虛擬企業(yè)業(yè)，VirtualEnterprise）。第三階段段：企業(yè)業(yè)集成從組織層層面上說說，敏捷捷制造提提倡“扁平式式”企業(yè)，提提倡企業(yè)業(yè)動態(tài)聯(lián)聯(lián)盟。第三階段段：企業(yè)業(yè)集成產(chǎn)品型企企業(yè)應(yīng)該該是“兩頭大大、中間間小”，即強大大的新產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計計、開發(fā)發(fā)能力和和強大的的市場開開拓能力力?！爸虚g小小”指加加工制造造的設(shè)備備能力可可以小。。多數(shù)零部部件可以以靠協(xié)作作解決，，這樣企企業(yè)可以以在全球球采購價價格最便便宜、質(zhì)質(zhì)量最好好的零部部件。---這是企業(yè)業(yè)優(yōu)化經(jīng)經(jīng)營的體體現(xiàn)。因因此企業(yè)業(yè)間的集集成是企企業(yè)優(yōu)化化的新臺臺階。為什么要要企業(yè)集集成？-----傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的問題題傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的問題題:傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的弊端端恰恰是是“兩頭頭小、中中間大””，即薄薄弱的產(chǎn)產(chǎn)品開發(fā)發(fā)及市場場開拓，，這是計計劃經(jīng)濟濟的必然然產(chǎn)物。。為什么要要企業(yè)集集成？-----傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的問題題傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的問題題:傳統(tǒng)的理理念：企企業(yè)的技技術(shù)改造造總是放放在更新新和加強強基礎(chǔ)設(shè)設(shè)備上。。Whatfirst?為什么要要企業(yè)集集成？-----傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的問題題傳統(tǒng)企業(yè)業(yè)的問題題:導(dǎo)致的后后果：這這類企業(yè)業(yè)，一旦旦產(chǎn)品不不適合市市場，又又無能力力去很快快適應(yīng)市市場，購購置的設(shè)設(shè)備就變變成了企企業(yè)的大大包袱，，企業(yè)會會很快陷陷入困境境。因此，克克服傳統(tǒng)統(tǒng)的技術(shù)術(shù)改造觀觀念是很很重要的的，有現(xiàn)現(xiàn)實意義義的。3、企業(yè)集集成企業(yè)間集集成的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)包括：：--信息集成成技術(shù)--并行工程程的關(guān)鍵鍵技術(shù)--虛擬制造造--支持敏捷捷工程的的使能技技術(shù)系統(tǒng)統(tǒng)--基于網(wǎng)絡(luò)絡(luò)（如Internet／Intranet／Extranet）的敏捷捷制造--以及資源源優(yōu)化（（如ERP、供應(yīng)鏈鏈、電子子商務(wù)））。四、CIMS發(fā)展趨勢勢1、集成化化2、數(shù)字化化／虛擬擬化3、網(wǎng)絡(luò)化化4、柔性化化5、智能化化6、綠色化化Whichdirection??四、CIMS發(fā)展趨勢勢1、集成化化從當(dāng)前企企業(yè)內(nèi)部部的信息息集成和和功能集集成-發(fā)展到過過程集成成（以并并行工程程為代表表）……并正在步步入實現(xiàn)現(xiàn)企業(yè)間間集成的的階段（（以敏捷捷制造為為代表））。2、數(shù)字化化／虛擬擬化現(xiàn)在提得得比較多多的是:數(shù)字化裝裝備在數(shù)字化化基礎(chǔ)上上，虛擬擬化技術(shù)術(shù)正在迅迅速發(fā)展展，主要要包括:---虛擬現(xiàn)實實應(yīng)用---虛擬產(chǎn)品品開發(fā)---虛擬制造造數(shù)字化:管理數(shù)字字化設(shè)計數(shù)字字化生產(chǎn)過程程數(shù)字化化制造裝備備數(shù)字化化企業(yè)數(shù)字字化虛擬化:華南農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)工工程學(xué)院院劉劉天天湖3、網(wǎng)絡(luò)化化從基于局局域網(wǎng)發(fā)發(fā)展到基基于Intranet/Extranet／Internet的分布式式網(wǎng)絡(luò)制制造，以以支持全全球制造造策略的的實現(xiàn)。。4、柔性化化正積極研研究發(fā)展展企業(yè)間間動態(tài)聯(lián)聯(lián)盟技術(shù)術(shù)、敏捷捷設(shè)計生生產(chǎn)技術(shù)術(shù)、可重重組技術(shù)術(shù)等，以以實現(xiàn)敏敏捷制造造。5、智能化化智能化是是制造系系統(tǒng)在柔柔性化和和集成化化基礎(chǔ)上上進一步步的發(fā)展展與延伸伸它是：引引入各類類人工智智能和智智能控制制技術(shù)，，實現(xiàn)具具有自律律、分布布、智能能、敏捷捷等特點點的新一一代制造造系統(tǒng)。。6、綠色化化包括綠色色制造、、環(huán)境意意識的設(shè)設(shè)計與制制造、生生態(tài)工廠廠、清潔潔化生產(chǎn)產(chǎn)等它是全球可持持續(xù)發(fā)展展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)現(xiàn)，是擺擺在現(xiàn)代代制造業(yè)業(yè)面前的的一個嶄嶄新課題題。第二節(jié)CIMS的基本組組成、體體系結(jié)構(gòu)構(gòu)及其關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)一、CIMS的基本組組成CIMS是一個大大型的復(fù)復(fù)雜系統(tǒng)統(tǒng)，包括括人、經(jīng)經(jīng)營、技技術(shù)三要要素，三三要素之之間的關(guān)關(guān)系如所所示。其中：人---包括組織織機構(gòu)及及其成員員經(jīng)營---包括目標(biāo)標(biāo)和經(jīng)營營過程技術(shù)---包括信息息技術(shù)和和基礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)（設(shè)設(shè)備、通通信系統(tǒng)統(tǒng)、運輸輸系統(tǒng)等等使用的的各種技技術(shù)）。。在三要素素的相交交部分需需解決決四類集集成問題題：①用技術(shù)術(shù)支持經(jīng)經(jīng)營；②用技術(shù)術(shù)支持人人員工作作；③人員協(xié)協(xié)調(diào)的工工作,以支持經(jīng)經(jīng)營活動動；④統(tǒng)一管管理并實實現(xiàn)經(jīng)營營、人員員、技術(shù)術(shù)的集成成優(yōu)化運運行。目前，CIMS并不過分分強調(diào)物物流自動動化，而而是側(cè)重重于以人人為中心心的適度度自動化化，即強強調(diào)人、、經(jīng)營、、技術(shù)三三者的有有機集成成，充分分發(fā)揮人人的作用用。從系統(tǒng)的的功能角角度考慮慮，一般般認為CIMS可由四個個功能分分系統(tǒng)和和兩個支支撐分系系統(tǒng)組成成（如圖圖所示））：1、管理信信息系統(tǒng)統(tǒng)2、工程設(shè)設(shè)計系統(tǒng)統(tǒng)3、制造自自動化系系統(tǒng)4、質(zhì)量保保證系統(tǒng)統(tǒng)5、--a))計算機通通訊網(wǎng)絡(luò)絡(luò)6、--b))數(shù)據(jù)庫。。1、管理信信息系統(tǒng)統(tǒng)管理信息息系統(tǒng)通通常是以以制造資資源計劃劃（ManufacturingResourcePlanning，MRPⅡⅡ）為核心心.2、工程設(shè)設(shè)計系統(tǒng)統(tǒng)CAD、CAPP、CAM三大部分分。3、制造自自動化系系統(tǒng)制造自動動化系統(tǒng)統(tǒng):是CIMS的信息流流和物料料流的結(jié)結(jié)合點是CIMS最終產(chǎn)生生經(jīng)濟效效益的聚聚集地通常由CNC機床、加加工中心心、FMC（FlexibleManufacturingCell，柔性制制造單元元）或FMS等組成。。制造自動動化系統(tǒng)統(tǒng)的目標(biāo)標(biāo)可歸納納為：①實現(xiàn)多多品種、、小批量量產(chǎn)品制制造的柔柔性自動動化；②實現(xiàn)優(yōu)優(yōu)質(zhì)、低低成本、、短周期期及高效效率生產(chǎn)產(chǎn)，提高高企業(yè)的的市場競競爭能力力；③為作業(yè)人員員創(chuàng)造舒舒適而安安全的勞勞動環(huán)境境。二、CIMS的體系結(jié)結(jié)構(gòu)所謂CIMS的體系結(jié)結(jié)構(gòu)，就就是一組組代表整整個CIMS各個方面面的多視視圖多層層次的模模型的集集合。二、CIMS的體系結(jié)結(jié)構(gòu)歐共體ESPRIT計劃中的的AMICE專題所提提出的CIMS-OSA體系結(jié)構(gòu)構(gòu)具有一一定的代代表性。。華南農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)工工程學(xué)院院劉劉天天湖我國學(xué)者者在提出出了如圖圖下所示示的“階梯形多多視圖多多領(lǐng)域CIMS體系結(jié)構(gòu)構(gòu)”（stair-likeCIMSarchitecture，簡稱SLA）。該多多層次多多視圖的的體系結(jié)結(jié)構(gòu)，是是比較適適合我國國實情的的。三、實施施CIMS的關(guān)鍵技技術(shù)實施CIMS的關(guān)鍵技技術(shù)，主主要指下下面兩大大類關(guān)鍵鍵技術(shù)：：1、系統(tǒng)集集成2、單元技技術(shù)離散制造造業(yè)CIMSCADCAPPCAMCAErobotFMSFAS自動化立體倉庫庫MRPIIOAMISDSS銷售系統(tǒng)統(tǒng)DatabaseNetwork未經(jīng)集成成化處理理的計算機應(yīng)應(yīng)用,形成了多多個“自動化化孤島””Internet流程制造造業(yè)CIMS生產(chǎn)管理理分系統(tǒng)統(tǒng)PMS生產(chǎn)調(diào)度度子系統(tǒng)統(tǒng)PSS過程優(yōu)化化子系統(tǒng)統(tǒng)先進控制制子系統(tǒng)統(tǒng)過程監(jiān)控控子系統(tǒng)統(tǒng)化驗室分分系統(tǒng)LIMIS物流工程程分系統(tǒng)統(tǒng)LOESMISOA營銷管理理分系統(tǒng)統(tǒng)M&S__S常規(guī)或數(shù)數(shù)字儀表表、計量量系統(tǒng)、、DCS、PLC裝置1……裝置n設(shè)施1……設(shè)施n罐區(qū)1……罐區(qū)nDatabaseNetworkInternetDatabaseontimeDSS國家CIMS工程的實實施情況況1.實施過程程(三個階段段)1989-1992年,典型應(yīng)用用工廠的的選點、、可行性性論證、初初步設(shè)計計和詳細細設(shè)計階階段；1993-1995年,典型應(yīng)用用企業(yè)實實施的突突破階段段:北京一機機床、沈沈陽鼓風(fēng)風(fēng)機、成成飛(集團)公司1997年-2000年,實踐深度度、廣度度步入更更高、更更新的階段段，如主主題重大大項目：：哈電機機、科龍龍、金誠摩托托2.實施效果果成飛：麥麥道機頭頭生產(chǎn)周周期12個月→6個月，庫庫存下降降20%，競標(biāo)成成功獲得得1億波音757尾段訂單單。沈鼓：產(chǎn)產(chǎn)品報價價6周→2周，成本本下降79.7%，市場場占有率率達51%?？讫垺⑷A華寶：百百元銷售售資金下下降51%，人均產(chǎn)產(chǎn)值提高高70%，98年達202萬元/人·年。經(jīng)緯紡機機廠：流流動資金金下降60%。3.存在問題題怎樣處理理看病與與抓藥的的關(guān)系CIMS工程成功功實施的的關(guān)鍵因因素是前前期需求求分析與與診斷，，但目前缺缺乏一套套完整有有效的分分析診斷斷的程序序、模式式和支持持軟件工工具系統(tǒng)統(tǒng)，加上上主觀上上的不重重視，分分析診斷斷工作較較為粗糙糙膚淺。。典型的管管理技術(shù)術(shù)應(yīng)用問問題照搬照抄抄，未反反映出企企業(yè)的瓶瓶頸問題題和競爭爭特點。。重硬件，，輕軟件件；重技技術(shù)，輕輕管理；；重突擊擊成效，，輕連續(xù)續(xù)改進。。CIMS工程與企企業(yè)管理理改進、、技術(shù)改改造相脫脫節(jié)。總結(jié)：AdvantagesofCIMSReducingdevelopingtimefornewproductReducingtransportingtimeOptimalinventorycontrolReducingplanningtimeforproductionReducingleadtimeforproductionRapidresponseforcustomers’claimQualityimprovementIncreasingcompetitivepower總結(jié)：ObstaclesforCIMSCommunicationsb/tvariouscompaniesofsuppliersAutomatedfacilitiesindependentlyWeaksolutions總結(jié)：FunctionofCIMS1)Orderinformationandautomaticschedulingthroughcomputer-deali