4第四章 计算机集成制造系统(CIMS)

第四章计算机集成制造系统（CIMS）4.1CIMS产生原因•计算机集成制造系统•CIMS--ComputerIntegratedManufacturingSystem•CIPS--ComputerIntegratedProcessSystem•是计算机应用技术在工业生产领域的主要分支技术之一，•是当代生产自动化领域的前沿学科，•是集多种高技术为一体的现代化制造技术。CIMS产生的背景主要基于以下几点：•现状：市场竞争，生产经营难度大•原因：不适应市场经济的要求经营机制不活债务和社会负担过重技术创新能力不强生产粗放，非集约、精细管理落后，传统管理（报表、电话、经验）•问题：如何提高企业竞争能力，使企业获得最大经济效益•出路：战略性改造建立现代化企业制度技术进步科学管理（充分利用信息，科学决策，网络）•解决：方法之一——CIMS，流程工业发展的必由之路4.2CIMS的基本概念1974年，美国JosephHarrington博士首次提出CIMS。80年代中期以来，以CIMS为标志的综合生产自动化日渐成为制造工业的热点。美国制造工程师学会的计算机和自动化系统首先使用了计算机集成制造系统（CIMS）这个术语。•目标：整体最大效益（出发点）•特性：全局性、集成性、复杂性•特点：信息化、网络化、集成化、智能化•CIMS的两个基本观念（1）整体观念企业生产经营的各个环节，包括市场分析、产品设计、加工、经营管理及售后服务等全部生产经营活动，是不可分的整体，要紧密连接，统一考虑（2）信息观念企业整个经营生产过程实质上是一个数据（信息）的加工处理和传递的过程。企业形成的最终产品可以看作是信息的物质的表现。物质流：原料——产品信息流：物性、数量——不同产品、数量、质量资金流：价值——增值（过程）•CIMS的特征1.在功能上，CIMS包含了一个工厂的全部生产经营活动，即从市场预测、产品设计、加工制造、质量管理到售后服务的全部活动。2.CIMS涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化或计算机及其网络（即“自动比孤岛”）的简单相加，而是有机的集成。3.CIM是企业进行组织、管理生产过程的一种哲理、思想和方法，而CIMS则是这种思想的具体体现，理解CIM的关键是基于信息的集成。•CIMS的构成从功能角度看，CIMS包含了一个制造工厂的设计、制造及经营管理三方面的功能。要使这三者集成起来，还需要有一个支撑环境，即分布式数据库和计算机网络，以及指导集成运行的系统技术。CIMS一般可以划分为如下四个功能子系统和两个支撑子系统：工程设计自动化子系统、管理信息子系统、制造自动化子系统、质量保证子系统以及计算机网络子系统和数据库子系统。CIMS的组成框图（1）四个功能子系统•管理信息子系统，以MRPII为核心，包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、人力资源的管理信息功能。•产品设计与制造工程自动化子系统，通过计算机来辅助产品设计、制造准备以及产品测试，即CAD/CAPP/CAM阶段。•制造自动化或柔性制造子系统，是CIMS信息流和物料流的结合点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地，由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分布式控制计算机等设备及相应的支持软件组成。根据产品工程技术信息、车间层加工指令，完成对零件毛坯的作业调度及制造。•质量保证子系统，包括质量决策、质量检测、产品数据的采集、质量评价、生产加工过程中的质量控制与跟踪功能。系统保证从产品设计、产品制造、产品检测到售后服务全过程的质量。（2）两个辅助子系统•计算机网络子系统，即企业内部的局域网，支持CIMS各子系统的开放型网络通信系统。采用标准协议可以实现异机互联、异构局域网和多种网络的互联。系统满足不同子系统对网络服务提出的不同需求，支持资源共享、分布处理、分布数据库和适时控制。•数据库子系统，支持CIMS各子系统的数据共享和信息集成，覆盖了企业全部数据信息，在逻辑上是统一的，在物理上是分布式的数据管理系统。4.3CIMS的功能模块CIMS的功能模块图•CAD在CIMS中，进行工程设计时需要调用各种不同的数据库中的数据，譬知工厂管理中的某些数据；加工后，坐标测量机对零件检测的数据。而且各种CADI作变中图形或数据应该构成一个联合设计环境。CAD进一步发展还可能包括产品设计的专家系统及仿真技术。•CAE包括对零件的机械应力、热应力进行有限元分析以及考虑到产品本身成本因素的优化设计等功能。•CAPP对机械产品及加工零件需要合理地选择工艺参数，将产品设计信息转换成加工指令，以便制造零件或产品。这意味着工艺过程设计直接与工件图纸和材料清单相联系。利用集成制造系统中的计算机和公用数据库，这种联系是可能的。•CAM按照零件的形状及CAPP生成的NC代码，并考虑刀具补偿等因素进行后处理。控制器任务是利用几何图形和制造工艺数据，产生并运行有效的控制程序。•FMS柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）是CIMS的加工制造子系统。•CAPM计算机辅助生产管理，管理方面的年、月或周生产计划制定，物料需求计划（MRP）制定、生产能力（资源）的平衡以及财务、仓库等各种管理功能相结合。此外，还包括经营方面的市场预测，制定长期发展战略计划等功能。4.4国内外CIMS的发展现状•国外1984年，欧共体提出“信息技术研究发展战略计划(ESPRIT）”，对CIM提出形成一种环境，采用开放式系统互联标准，实现系统集成；1986年，提出把CIMS观念拓宽到CIPS，倡导在石化、能源等连续生产过程实施CIPS计划；1993年，初具规模，实验室走向工厂，在中小型企业实施成功。•国内“863计划”把CIMS列为自动化领域的主题之一；90年代初，建成研究环境，包括CIMS实验过程中心，七个开放实验室；“七五”、“八五”计划先后安排了近200个研究课题；1993年，建成第一套CIMS实验工程（CIMS-ERC）；目前，投资很大，是发展趋势。4.5CIMS的实施CIMS系统是企业经营过程、人的作用发挥和新技术的应用三方面集成的产物。因此，CIMS的实施要点也要从这几方面来考虑：•首先要改造原有的经营模式、体制和组织，以适应市场竞争的需要。因为CIMS是多技术支持条件下的一种新的经营模式。•其次，在企业经营模式、体制和组织的改造过程中，对于人的因素要给予充分的重视，并妥善处理，因为其中涉及到了人的知识水平、技能和观念。•最后，CIMS的实施是一个复杂的系统工程，整个的实施过程必须有正确的方法论指导和规范化的实施步骤，以减少盲目性和不必要的疏漏。4.5CIMS的效益一个制造型企业采用CIMS，概括地讲是提高了企业整体效率。具体而言，体现在以下方面：•在工程设计自动化方面，可提高产品的研制和生产能力，便于开发高技术含量和结构复杂的产品，保证产品设计质量，缩短产品设计与工艺设计的周期，从而加速产品的更新换代速度，满足顾客需求，以便占领市场。•在制造自动化或柔性制造方面，加强了产品制造的质量和柔性，提高了设备利用率，缩短了产品制造周期，增强了生产能力，加强了产品供货能力。•在经营管理方面，使企业的经营决策和生产管理趋于科学化。使企业在市场竞争中，能够快速、准确地报价，赢得时间；在实际生产中，解决“瓶颈”问题，减少在制品；同时，降低库存资金的占用。