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第12章 CIMS简介 计算机集成制造系统（CIMSComputer Integrated Manufacturing System）是当代生产自动化领域的前沿学科，也是集多种高新技术为一体的现代化制造技术CIMS的发展现状 一.国外CIMS发展简况 空前激烈的市场竞争的主要特点是： (1) 产品的生产周期越来越短 (2) 产品的品种增多，批量减少 (3) 产品质量、价格和交货斯已成为增强企业竞争力的3个决定因素 1美、欧、日CIMS开发应用的进展及战略 在美国国家科学基金会的支持下，投资上千万美元的普度（Purdue）大学、杨百翰（Brigham Young）大学和俄亥俄（Ohio）州立大学分别建立了“计算机集成和制造自动化中心（CIDMAC）”、“CIM研究中心和研究多种CIM技术的杰出研究中心”，有效地推动了CIM技术的发展与应用 CIM的概念和主要单元技术如NC、CAD、制造资源规划（MRP-II）、FMS等都来源于美国，并且美国在这些领域的研究上仍保持着总体优势西欧发展CIM的战略有两个层次：第一层次是西欧多国群体的共同合作战略；第二层次是各国国内的CIM战略 尤里卡即欧洲研究协调组织，主要开发的项目有： (1) 大型生产过程管理系统： (2) 柔性自动化工厂： 自20世纪80年代中期以来，日本逐渐加强了CIM的应用开发，很快吸收了美国提出的CIM思想，并在生产实践中合理而有效地加以应用，根据具体情况发展适用于日本企业的CIMS. 1983年5月，日本美浓加茂（Minokamo）工厂建立了CIM-FMS-21系统，这是一个实现了物流和信息流自动化的车间，它包括5套FMS。

1989年末建成的具有先进的CIMS的筑波电加工机床装配工厂，此工厂可看做是FANUC公司的CIMS试验工厂，为发展CIM产品提供实际考核环境2CIMS的发展趋势 纵观国外CIMS研究和应用工程的开发，大致经历了3个发展阶段： (1) 以信息集成为特征的阶段（20世纪7080年代） 这一阶段企业发展的需求是产品生产的自动化，随着电子信息技术的发展，相应的各种单元技术，如CAD、CAM、工业机器人、FMS、MRP-II得到了广泛的应用 (2) 以过程集成为特征的阶段（进入20世纪80年代后） 市场竞争的焦点集中到以更新更快的手段开发并上市新产品，以争取更多的用户其制造需求是使产品设计和相关过程并行进行 (3) 以企业集成为特征的阶段（20世纪80年代末到90年代初） CIMS进入了一个着重求实，讲究解决实际问题、提高竞争力的迅速发展阶段，在其内涵与概念上都有了新的内容二.我国CIMS的发展状况 我国从80年代后期引入CIMS技术并在清华大学、西安交通大学等高校成立了CIMS研究中心 1994年，清华大学国家CIMS工程研究中心获得了美国SME（制造工程师学会）的CIMS“大学领先奖”，这标志着我国CIMS的研究水平进入了国际先进行例。

1995年，北京第一机床厂荣获SME的CIMS“世界工业领先奖”，这标志着我国一些试点企业的CIMS应用达到了国际先进水平 我国863/CIMS研究已形成了一个健全的组织和一支研究队伍，实现了我国CIMS研究和开发的基本框架，建立了研究环境和工程环境，包括国家CIMS实验工程研究中心和七个单元技术开放实验室12.1 CIMS的提出 20世纪80年代中期以来，以CIMS为标志的综合生产自动化日趋成为制造工业的热点，其主要原因是： (1) CIMS具有提高生产率、缩短生产周期、减少废品、适应市场竞争的需要等一系列优点 (2) 一些大公司由于采用CIMS取得了显著的经济效益，展示了这一技术的潜在优势 (3) CIMS是一种管理企业和组织生产的新哲理，也是在新的生产组织原理和概念下形成的一种新生产模式12.2 CIM和CIMS的基本概念 12.2.1 CIMS的由来 计算机集成制造（CIMComputer Integrated Manufacturing）技术是美国乔赛夫哈林顿博士（Joseph. Harrington）1973年提出的组织企业生产的一种哲理哈林顿博士提出的CIM概念的基本论点为： (1) 企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动，是一个不可分割的整体，要紧密连接、统一考虑。

(2) 整个生产过程实质上是一个数据采集、传递和加工处理的过程最终形成的产品，可以看作数据的物质表现 直到20世纪80年代，这一概念才被普遍接受12.2.2 CIM与CIMS的意义 CIM是组织现代化生产的一种哲理，是一种指导思想，CIMS是这种哲理的实现 日本能源协会在1991年提出CIM的定义是：“CIM是以信息作为媒介，用计算机把企业活动中业务领域及其职能集成起来，追求整体效率的新型生产系统 IBM公司1990年提出CIM的定义是：“应用信息技术提高组织的生产率和响应能力 欧共体CIMOSA课题委员会也提出了被认为是最权威最科学的定义：“CIM是信息技术和生产技术d的综合应用，旨在提高制造型企业的生产率和响应能力，由此，企业的所有功能、信息、管理方面都是一个集成起来的整体的各个部分综合已提出的各种有关的定义和理解，CIMS是现代制造企业的一种生产、经营和管理模式 对CIMS的理解可进一步阐述如下： (1) CIMS是一种组织、管理与企业运行生产的现代制造系统 (2) CIMS强调企业生产的各个环节、进而实现全局优化 (3)实施CIMS要更加重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用。

(4)现代企业中尤其要重视信息的管理、运行以及信息流与物流间的集成 (5) CIMS是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术12.2.3 CIMS基本特点 在CIMS中主要包含四个要素及两个特征 四个要素如下： (1) CIMS适用于各种中、小批量的离散生产过程型制造厂 (2)CIMS应将制造工厂的生产经营活动都纳入到多模式、多层次、人机交互的自动化系统之中 (3) CIMS由多个自动化子系统有机综合而成 (4) CIMS的目的是提高经济效益、提高柔性、追求总体动态优化 两个特征为： (1) 在功能上，CIMS包含了一个工厂的全部生产经营活动 (2)CIMS涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化、计算机及网络的简单相加，而是有机的集成12.3 CIMS中的集成及集成关系 12.3.1 CIMS中的集成 CIMS涉及到自动化的许多单项技术，而更为重要的是将这些技术综合集成，其集成特性主要包括： (1) 人员集成 管理者、设计者、制造者、保障者以及用户应集成为一个协调整体 (2) 信息集成 产品生产周期中各类信息的获取、表达、处理和操作工具集成为一体，组成统一的管理控制系统。

(3) 功能集成 产品生命周期中，企业各部门功能集成，以及产品开发与外部协作企业间功能的集成 (4) 技术集成 产品开发全过程中，涉及的多学科知识以及各种技术、方法的集成12.3.2 CIMS技术的集成关系 集成的定义：集成是指基于信息技术的资源及应用集聚成一个协同工作的整体集成包含功能交互（FI）、信息共享（IS）及数据通信（DC），如图12.1所示，也就是说在一个集成系统的各子系统之间，需要对信息共享、信息交互以及信息通信进行管理与控制 图12.1 集成的概念,1全局集成和局部集成 全局集成是指信息技术的生产技术在整个企业业务范围内综合应用的集成； 局部集成是指一个分系统或企业一个部门内的集成 全局集成进一步细化可分为：工作流程集成、物流集成和信息（流）集成 CIMS信息集成包括三个层次：物理集成、应用集成和经营集成 物理集成是一切信息集成工作的基础 应用集成又称应用软件集成，它可提供某些机制，能使过程之间共享公共数据和公共资源 经营集成又称业务集成，它可支持稳定的决策过程2纵向集成和横向集成 CIMS的集成，如果按企业组织的层次划分，则可分为纵向集成和横向集成 纵向集成又称为垂直集成，是指日常运用系统、计划、检查直至最高领导层在业务、组织和信息方面的集成。

横向集成又称水平集成，它是指各日常运用系统的集成 如图12.5所示为CIMS的层次集成关系 图12.5 CIMS的层次集成关系,12.4 CIMS的体系结构 12.4.1 CIMS体系功能构成 CIMS的功能构成如图12.6所示 图12.6 CIMS的功能构成,12.4.2 CIMS体系分系统 根据CIMS的功能构成，CIMS是由4个功能分系统和两个支撑分系统组成即CIMS通常是由管理信息系统（MIS）、产品设计与工程设计自动化系统（EDIS）、制造自动化（柔性自动化）系统（MAS）、计算机辅助质量保证系统（CAQ）以及计算机网络（NETS）和数据管理系统（DBS）等6个部分有机地集成起来的 1管理信息系统(CIMS/MISManagement Information System) 目标是通过信息集成，缩短产品生产周期，降低流通资金占用，提高企业应变能力CIMS/MIS的基本结构如图12.9所示 图12.9 CIMS/MIS基本结构,2工程设计集成分系统 该分系统的目标是使产品开发活动能够高效、优质、自动地进行工程设计集成分系统是CIMS中的一个核心分系统，它包括CAD（计算机辅助设计）、CAPP（计算机辅助工艺规划）、CAM（计算机辅助制造）和NCP（数控程序编制）等子系统，用以支承产品的设计和工艺准备等功能，处理有关产品结构方面的信息。

在CIMS环境下，除自身子系统之间需要实现集成外，还要与其它分系统实现集成，通过数据交换实现信息共享如图12.12所示为EDIS与MIS、MAS和CAQ之间的接口主要信息传递关系3制造自动化分系统 该分系统的目标是使产品制造活动最优化它包括各种不同自动化程度的制造系统，如NC机床、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）以及其他制造单元，用以实现信息流对物流的控制并完成物流的转换，是CIMS信息流和物流结合部，也是CIMS最终产生经济效益的聚集地 在CIMS环境中，MAS分系统运行过程的本质是产品的物化（形成）过程，MAS中的数据是连接产品设计、生产过程控制和实际产品加工制造之间的桥梁，即CIMS中的产品设计方案和工艺规划等工程信息是通过MAS信息转换为实际产品的4计算机辅助质量保证分系统 该分系统的目标是保证从产品设计、制造、检验到售后服务整个过程的质量CIMS/CAQ的组织结构分规划层、管理层和执行层三层，如图12.14所示 CIMS支持的CAQ分系统将贯穿质量管理的全过程，覆盖全企业各主要处、室、分厂，并逐步实现与MIS、MAS和EDIS分系统的集成 图12.14 CAQ分系统结构,5数据管理分系统 该分系统的目标是管理整个CIMS的数据，实现数据的集成和共享。

DBS既是CIMS信息流的载体，又对信息进行控制和管理，并为CIMS提供集成的手段 6网络分系统（CIMS/NETSNet System） 该分系统的目标是传递CIMS各个分系统之间和内部的信息，实现的数据传递和系统通信功能通过计算机网络系统，可完成动态控制和管理的各功能分系统的互联，实现信息传输和交流，使互联系统共享工程资源、数据库和存贮空间12.4.3 面向功能和控制的体系结构 图12.20所示为美国制造工程学会（SME）提出的轮式结构其“核”为集成系统体系结构；内层为支撑分系统；中层可“水平”分解为工程设计（产品/过程）、制造计划与控制以及工厂自动化3个分系统；外层则有市场、战略规划、财务及制造管理和人力资源管理等分系统 图12.20 面向功能构成的CIMS体系结构,12.5 CIMS的控制体系 1工厂层控制系统 这是最高一级控制，履行“厂部”职能这一层按主要功能可分为三个子系统：生产管理、信息管理和制造工程 (1) 生产管理 它跟踪主要项目，制。