計算機集成制造系統(tǒng)概論

計算機集成制造系統(tǒng)概論

AnIntroductiontoCIMS：

ComputerIntegratedManufacturing

System(1)

徐曉飛教授

哈爾濱工業(yè)大學(xué)

計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

CIMS課程特點

CIM是一個多學(xué)科交叉的技術(shù)領(lǐng)域，是制造業(yè)信息化的重要

方面；也是當前高技術(shù)領(lǐng)域中引人注目的一個新領(lǐng)域。

-本課程講授特點如下：

?以CIMS方向介紹、知識傳播、動態(tài)了解為目的；

?以大講座形式授課，不詳細講原理；

?課程內(nèi)容偏計算機應(yīng)用內(nèi)容，重點介紹CIMS中的信息技術(shù)（盡

管如此，仍有許多外學(xué)科的東西和內(nèi)容）。

■本課程追求的效果：

使同學(xué)們比較全面（但不詳細）地了解CIMS的概貌（包括基本概

念、基本內(nèi)容、基本方法和發(fā)展動態(tài)）；弄清計算機在制造業(yè)中的

主要應(yīng)用領(lǐng)域和基本方法；指明在CIM方向的研究方法和途徑，

為有志于這方面研究和有機會從事CIMS工作的同學(xué)打下基礎(chǔ)。

哈工大徐曉飛

計算機集成制造系統(tǒng)概論

第一章CIMS概述

.第二章計算機輔助設(shè)計CAD

■第三章計算機輔助制造CAM

■第四章計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計CAPP

■第五章計算機輔助質(zhì)量保證CAQ

■第六章現(xiàn)代企業(yè)管理信息系統(tǒng)

第七章CIMS中的計算機網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫

哈工大徐曉飛

計算機集成制造系統(tǒng)概論

及ims參考書

UlrichRemBold等著，田雨華等譯，《計算機集成制造技術(shù)和

系統(tǒng)》，兵器工業(yè)出版社，1991

ArthurL.Fostonetal.,FundamentalsofComputerIntegrated

Manufacturing.PreticeHall.Inc.1991

徐曉飛等主編，《計算機集成制造系統(tǒng)CIMS知識新解》，兵器

工業(yè)出版社，2000.2

白英彩主編，《CIMS教程》，學(xué)院出版社，1993

熊光楞等，《計算機集成制造系統(tǒng)的組成與實施》，清華大學(xué)

出版社，1996年

祁國寧等，《計算機集成制造系統(tǒng)方法論》，上海科學(xué)技術(shù)出

版社，1996年

劉文劍，《計算機集成制造系統(tǒng)》，哈工大出版社，1994

徐曉飛，《現(xiàn)代企業(yè)資源計劃與管理》，經(jīng)濟出版社，

哈工大徐1曉99飛9上19乙

計算機集成制造系統(tǒng)概論

第一章概述

及imsCIMS

1.1從企業(yè)信息化談CIMS

1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.3CIM技術(shù)發(fā)展過程、現(xiàn)狀及趨勢

1.4企業(yè)自動化與信息化的發(fā)展階段

1.5基于CIMS的自動化工廠示例

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.1從企業(yè)信息化談ClMS

信息時代與知識經(jīng)濟的特點

信息->生產(chǎn)力要素

信息和知識已從非獨立的生產(chǎn)力因素轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩⒁蛩?

從潛在生產(chǎn)力轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實生產(chǎn)力。

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展促進了世界統(tǒng)一市場的形成，市場將

以新產(chǎn)品競爭為焦點

商品形態(tài)：物質(zhì)、勞務(wù)、技術(shù)、知識

國家經(jīng)濟振興離不開國民經(jīng)濟信息化，企業(yè)信息化是國民

經(jīng)濟信息化的基礎(chǔ)。

哈工大徐曉飛國民經(jīng)濟信息化=產(chǎn)業(yè)信息化+信息產(chǎn)業(yè)化

第一章CIMS4^述

及ims1.1從企業(yè)信息化談ClMS

信息時代的制造業(yè)發(fā)展形態(tài)

制造業(yè)正在走向全球化，制造業(yè)信息化已成為

全球化的發(fā)展趨勢；

知識經(jīng)濟是以基于知識與獨占性技術(shù)的產(chǎn)品為

主要基礎(chǔ)的經(jīng)濟形態(tài)，基于知識和高技術(shù)的新

產(chǎn)品競爭成為市場競爭焦點；

企業(yè)間競爭與合作共存；

與顧客的交流成為制造的一環(huán)；

產(chǎn)品制造呈現(xiàn)為個性化與多樣化；

企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化與動態(tài)聯(lián)盟形成，敏捷制造成為制

造技術(shù)主流；

信息與知識網(wǎng)絡(luò)使企業(yè)由繁到簡進行轉(zhuǎn)型，企

哈工大徐曉飛業(yè)必須快速/敏捷地適應(yīng)市場的變化。

第一章CIMS4^述

及ims1.1從企業(yè)信息化談ClMS

信息時代企業(yè)面臨的壓力

更加激烈的競爭：全球化、新技術(shù)

■批量市場的分化：需求個性化、多樣化

企業(yè)間的業(yè)務(wù)關(guān)系：外包、企業(yè)聯(lián)盟、電子商務(wù)

發(fā)展的客戶期望：解決方案、參與、速度

增加的社會壓力：環(huán)保、政治、文化、法律

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.1從企業(yè)信息化談ClMS

什么是企業(yè)信息化

企業(yè)信息化——在企業(yè)的業(yè)務(wù)過程的各個環(huán)節(jié)應(yīng)用

現(xiàn)代信息技術(shù)，加快企業(yè)業(yè)務(wù)活動的信息傳遞、加

工和處理的速度，使這些信息得到可靠的保存和有

效的利用，及時地為企業(yè)的業(yè)務(wù)活動提供技術(shù)支持

和決策依據(jù)，增強企業(yè)的綜合競爭力。

.目標：利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、扶持新興產(chǎn)業(yè)。

綜合運用信息技術(shù)、制造技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代

管理技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)，改善企業(yè)產(chǎn)品的T、Q、C、

S、E;提高企業(yè)敏捷性、柔性、健壯性；提高企業(yè)

的總體競爭能力。

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.1從企業(yè)信息化談ClMS

企業(yè)信息化的發(fā)展階段現(xiàn)代膘臚系統(tǒng)

CIMS

全局集成和優(yōu)化

哈工大徐曉飛

計算機集成制造系統(tǒng)概論

第一章概述

及imsCIMS

1.1從企業(yè)信息化談CIMS

1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.3CIM技術(shù)發(fā)展過程、現(xiàn)狀及趨勢

1.4企業(yè)自動化與信息化的發(fā)展階段

1.5基于CIMS的自動化工廠示例

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.2.1CIM概念

CIM：ComputerIntegratedManufacturing

CIM一詞是由美國的JosephHarrington博士于1973年著書

《ComputerIntegratedManufacturing^從而提出的。

CIM的基本觀點：

?系統(tǒng)（集成化）觀點：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)營銷售到售后服務(wù)的全部生產(chǎn)活

動是一個不可分割的整體，要緊密連接，統(tǒng)一考慮。

?信息化觀點：整個生產(chǎn)過程實質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)的采集、傳

遞和加工處理的過程。最終形成的產(chǎn)品可以看作是數(shù)據(jù)的

物質(zhì)表現(xiàn)。

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.2.1CIM概念

CIMS是將信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和制造技術(shù)

相結(jié)合，并應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品全生命周期（從市場需

求分析到最終報廢處理）的各個階段；通過信息集

成、過程優(yōu)化及資源優(yōu)化，實現(xiàn)物流、信息流、價

值流的集成和優(yōu)化運行，達到人（組織、管理）、

經(jīng)營和技術(shù)三要素的集成，以加強企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)

T（時間）、Q（質(zhì)量）、C（成本）、S（服務(wù)）、

E（環(huán)境），從而提高企業(yè)的市場應(yīng)變能力和競爭

能力。

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.2.1CIM概念

■CIM技術(shù)：它是將計算機在制造生產(chǎn)企業(yè)中各方

面、各層次和各環(huán)節(jié)的應(yīng)用技術(shù)集成而形成的一

個技術(shù)范疇。

集成

信息技術(shù)/管理技術(shù)+制造自動化技術(shù)nCIM技術(shù)

CIM哲理：按照CIM目標，對企業(yè)的各部門/各環(huán)

節(jié)的制造自動化單項技術(shù)/分立子系統(tǒng)進行系統(tǒng)

集成、協(xié)調(diào)，從而達到整體最優(yōu)的企業(yè)目標。

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.2.1CIM概念

CIMS系統(tǒng)：CIMS是用CIM技術(shù)思想形成的生產(chǎn)制

造系統(tǒng)，是CIM思想的具體表現(xiàn)。

CIMS<=>

CIM+S:計算機集成制造技術(shù)的系統(tǒng)

C+I+M+S：應(yīng)用計算機技術(shù)來集成制造過程的系統(tǒng)

C+I+MS：基于計算機技術(shù)的集成化制造系統(tǒng)

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

1.2CIM概念目標及內(nèi)容

CIMS支持下的企業(yè)信息化活動

部門

單位

計算機工具

信息傳遞方式

信息管理系統(tǒng)

企業(yè)集成模式

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.2.2CIM目標

目標：在計算機輔助下利用最小的制造與管理資

源，最優(yōu)地去完成企業(yè)特定的戰(zhàn)略目標，改善企

業(yè)產(chǎn)品的T（Time:產(chǎn)品上市時間）、Q（Quality:產(chǎn)

品質(zhì)量）、C（Cost:產(chǎn)品成本）、SGervice:產(chǎn)品

服務(wù)）、E（Environment:企業(yè)環(huán)境），提高企業(yè)經(jīng)

濟效益，增強企業(yè)市場競爭能力。

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.2.2CIM目標

⑴縮短產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)周期，快速響應(yīng)市場：以時間求效

益,以速度求競爭，占領(lǐng)市場。

(2)降低產(chǎn)品成本，減少庫存：以成本求效益，以價格求競

爭，占領(lǐng)市場。

⑶提高產(chǎn)品質(zhì)量：以質(zhì)量求效益，以質(zhì)量求競爭，贏得信

譽，占領(lǐng)市場。

(4)增加生產(chǎn)柔性，提高設(shè)備利用率：以最小資源獲最大效

益，向設(shè)備要效益。

(5)提高企業(yè)制造與管理水平，保持整體實力：保持長期效

益，未來競爭能力。

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.2CIM概念目標及內(nèi)容

123CIM技術(shù)內(nèi)容

CIMS總體技術(shù)：先進企業(yè)運行模式、CIMS體系結(jié)構(gòu)、建模分

析與優(yōu)化方法、CIMS實施方法論、標準化與規(guī)范

CIMS設(shè)計自動化技術(shù)：計算機輔助設(shè)計CAD/CAE/DFX、異地

協(xié)同設(shè)計、計算機輔助工藝設(shè)計CAPP、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM

CIMS制造自動化技術(shù)：計算機輔助制造CAM、車間自動化、

柔性制造FMS、虛擬制造VM

CIMS管理技術(shù)：管理信息系統(tǒng)MIS、領(lǐng)導(dǎo)信息系統(tǒng)EIS、決

策支持系統(tǒng)DSS、集成化質(zhì)量系統(tǒng)IQS、敏捷虛擬企業(yè)管理

■■CIMS支撐技術(shù)：計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫、集成平臺

/集成框架、計算機協(xié)同工作系統(tǒng)

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

概念目標及內(nèi)容

ims1.2CIM

技術(shù)內(nèi)容

主要管理功能構(gòu)成CIM

EIS

計

劃

CAM控

SFC制

CAQ/IQS

哈工大徐曉飛

第一章CIMS4^述

及ims1.2CIM概念目標及內(nèi)容

123CIM技術(shù)內(nèi)容

(l)CAE：計算機輔助工程(ComputerAidedEngineering)

(產(chǎn)品功能與性能：物理、材料、經(jīng)濟等的設(shè)計)

(2)CAD：計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign)

(產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件組成設(shè)計)

(3)CAPP：計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計(ComputerAidedProcessPlanning)

(4)CAM：計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing)

(5)CAQ：計算機輔助質(zhì)量保證(ComputerAidedQuality

Assurance/Control)

注:上述各成員又統(tǒng)稱為CAx技術(shù)

(6)PPC：生產(chǎn)計劃與控制(ProductionPlanning&Control)

ManufacturingPlanning&Control:MPC

哈工大(碘岱S：管理支持系統(tǒng)(ManagementSupportSystem)

第一章CIMS4^述

及ims1.2CIM概念目標及內(nèi)容

CIM系統(tǒng)構(gòu)成

市場信息技術(shù)信息

Q

信

分M設(shè)計自動化分系統(tǒng)

經(jīng)

息

系S

營售后服務(wù)信息

分

功

管

統(tǒng)

系

理

能

統(tǒng)

制造自動化分系統(tǒng)

料

材

原

C

I

分M數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)

系S

支

統(tǒng)

撐計算機網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)

哈工大徐曉飛

計算機集成制造系統(tǒng)概論

第一章概述

及imsCIMS

1.1從企業(yè)信息化談CIMS

1.2CIM概念目標及內(nèi)容

1.3CIM技術(shù)發(fā)展過程、現(xiàn)狀及趨勢

1.4企業(yè)自動化與信息化的發(fā)展階段

1.5基于CIMS的自動化工廠示例

哈工大徐曉飛

第一章CIMS概^述

1.3CIM技術(shù)發(fā)展過程、現(xiàn)狀及趨勢

及ims

1.3.1CIM技術(shù)產(chǎn)生背景一一技術(shù)背景

(l)CAM：以數(shù)控技術(shù)、機器人為代表，以柔性制造自動化進入高級階段，已

實現(xiàn)局部生產(chǎn)自動化?，F(xiàn)已進入柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)和分布式數(shù)字控

制DNC、虛擬制造階段。

(2)CAD：以計算機圖形學(xué)為基礎(chǔ)，以計算機繪圖，產(chǎn)品設(shè)計為標志，已實現(xiàn)

設(shè)計局部自動化。目前已進入基于三維仿真的CAD、并行設(shè)計、DFX(Design

forX)、虛擬設(shè)計階段。

(3)CAQ：以計算機檢測與診斷為基本手段，已發(fā)展成質(zhì)量控制系統(tǒng)，目前是

QFD(QualityFunctionDeployment質(zhì)量功能酉口置)/DFQ(DesignfbrQuality全局質(zhì)

量設(shè)計)階段。

(4)計算機控制：從單臺設(shè)備控制發(fā)展到多組生產(chǎn)控制系統(tǒng)，目前是

DCS(DiscreteControlSystem集散控制系統(tǒng))、DNC、敏捷單元/車間控制。

哈工大法曉飛

第一章CIMS概^述

1.3CIM技術(shù)發(fā)展過程、現(xiàn)狀及趨勢

及ims

1.3.1CIM技術(shù)產(chǎn)生背景一一技術(shù)背景

(5)企業(yè)管理信息系統(tǒng)：各種管理信息系統(tǒng)均已陸續(xù)建立(生產(chǎn)計劃、庫存、

財務(wù)、訂貨銷售、市場預(yù)測、人事與工資等)，目前是ERP(企業(yè)資源計劃)、

綜合信息管理與決策、敏捷供應(yīng)鏈系統(tǒng)。

(6)系統(tǒng)集成支撐環(huán)境：計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)為信息集成(共享、交換)

提供了手段。目前以企業(yè)網(wǎng)(Intranet/Extranet)為主要標志。目前已出現(xiàn)了

企業(yè)集成平臺和集成框架。

⑺產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理：以企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)、圖紙、文檔管理為主要內(nèi)容，目前

已發(fā)展到PDM(ProductDataManagement)系統(tǒng)階段，實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計、制造、

生產(chǎn)管理與銷售的數(shù)據(jù)交換與信息集成。

哈工大徐曉飛

第一章CIMS概^述

1.3CIM技術(shù)發(fā)展過程、現(xiàn)狀及趨勢

及ims

1.3.1CIM技術(shù)產(chǎn)生背景一一需求背景

⑴縮短產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)周期：快速響應(yīng)市場，盡快占

領(lǐng)市場。

⑵降低成本和庫存量：以最有利的價格擊敗對手。

⑶提高產(chǎn)品質(zhì)量：贏得信譽，吸引顧客。

⑷提高生產(chǎn)“柔性”：應(yīng)付多變的市場，增加產(chǎn)品種

類。

(5)提高企業(yè)人員素質(zhì)：調(diào)動人的積極因素，使職員適

哈工大、彳?I-、I、

第一章CIMS概述

1.3CIM技術(shù)發(fā)展過程、現(xiàn)狀及趨勢

及ims

1.3.2CIM技術(shù)發(fā)展過程

時

年

期

期

代

早O

80年代90年代21世紀

高

基

提

于

市

場

降

低顧客快速

業(yè)

說

知

企

競

爭

泰

動滿意開發(fā)

新

體

的

成

本新

TQ品

焦

點

率

整

產(chǎn)

CS產(chǎn)品

自

技

術(shù)

效

敏

備

捷

型M

發(fā)

展

管

并行造

匚

制

剛

性