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1、1,第九章计算机集成制造系统CIMS,9.1 CIMS概述 9.2 信息集成 9.3 CIMS体系结构 9.4 CIMS总体设计 9.5 CIMS的应用实例,2,9.1 CIMS概述,一.CIMS概念英文Computer Integrated Manufacturing Systems缩写，中文译为计算机集成制造系统。CIMS代表信息时代制造企业的生产、经营和管理模式。它将制造业中的人、机构、管理、经营和技术有机地集成起来，围绕企业生产、销售、决策等过程中的各个环节，广泛采用先进的信息技术，实现资源的最佳组合和利用，从而大幅度提高工作效率，降低成本，提高经济效益和企业的市场竞争力。二.CIMS
2、组成由于制造业千差万别，各有千秋，因此不可能有通用标准模式。CIMS本身内涵要求其系统与企业的生产、经营、管理和组织模式相结合。CIMS建设既有共性又有个性，企业的性质不同、规模不同、所处的地理文化环境不同、应用也不相同，决定企业在CIMS建设中考虑问题的角度不尽相同，因此CIMS的系统结构模式也不同。评价CIMS的优劣标准在于系统是否体现企业生产、经营和管理特色。,3,管理信息系统MIS-制造业资源规划系统技术信息系统TIS-计算机辅助设计CAD，计算机辅助工艺过程设计CAPP，计算机辅助制造CAM等。制造自动化系统MAS-生产控制，物流控制，产品制造，质量控制，车间管理等。支撑系统-网络系
3、统NS，数据库系统DBS等。,4,CAD子系统作用:进行产品方案设计、工程分析与优化和产品详细设计。主要功能:三维几何造型-使用计算机描述设计对象，解决三维几何模型设计问题.有限元分析-对产品结构进行计算分析，有助于设计人员研究产品结构和性能.优化设计-对产品的设计方案和参数进行优化，以缩短产品设计周期，提高产品质量.分析与仿真通过对产品结构进行分析和仿真，检查，实验产品的性能。,5,CAPP子系统主要功能:完成产品零件的加工过程设计、工艺流程与工序设计，生产过程工序图和工艺文件，向MIS、MAS等提供工艺信息。CAM子系统主要功能:根据CAD的产品设计信息和CAPP的工艺信息完成产品零部件的
4、数据加工编程和刀具轨迹模拟，提供数据加工指令和加工时间等信息，并可提供仿真功能。CADCAPPCAM集成形成一个从产品设计到制造的完整自动化系统，以工程数据库（公用）为核心，实现产品设计制造全过程的信息交流和共享，从而提高劳动生产率、降低成本。CIMS关键问题实现人、管理、经营和技术的有机地集成，必须依靠信息集成，因为信息是粘合剂，信息是企业最重要的资源。信息集成需要使用网络技术和数据库技术。,6,9.2 信息集成,一.信息集成1.概念对CIMS系统中各种类型的数据进行统一处理，避免数据冗余，为用户提供统一、友好而透明的界面，从而有效地实现信息交流和信息共享。所谓透明是不同子系统的用户在调用非
5、本地数据时就像在本地调用一样。2.信息集成重要性是CIMS建设首要问题之一，由于CIMS中存在大量异构子系统，其数据类型和格式等差别很大，故不同系统的用户很难调用其他子系统的数据，更谈不上信息交流与共享。信息集成不简单，涉及到不同的软件平台、不同的应用软件、不同的应用模式以及不同的数据类型和格式。例如同一实体可能在不同的子系统中使用不同的名称、不同的数据结构和格式，有的子系统使用WWW，有的子系统使用文件系统，有的使用数据库系统，而同一实体又可能使用不同的媒体来表示，例如图形、图像、视频、语音和数据等。,7,二.信息模型-独立于具体数据库系统抽象数据模型1.定义：信息模型可理解为反映企业信息系
6、统基本状况的模型，侧重于从概念和逻辑上对企业的数据和数据流特性进行规划，以适应企业的生产、经营和管理特色。2.作用：在用户需求和数据模型之间增加一个信息模型，作为用户和数据处理专业人员之间缓冲机制。使用数据的最终用户注重其数据的含义、目的和用途，从事数据处理的专业人员比较关心数据的结构和处理方法，两者之间存在明显的差异和脱节。例如专业人员对数据的组织、分析和处理结果并不一定能被用户接受，同时由于用户需求经常变化而导致数据结构和处理程序变更，加重数据处理人员的工作难度，甚至影响信息交流和信息共享。3.优点：信息模型不关心数据库如何实现，这样用户可集中于实际应用，如果用户需求改变，则数据处理人员只
7、需对信息模型作适当调整。,8,三.信息模型建立方法1.信息工程法：强调企业数据的总体规划，强调数据存放在数据处理中心，数据类型相对稳定，数据处理过程可变。其构件主要包括：企业模型，实体关系分析（E-R图），主题数据库，应用软件生成，处理过程设计，数据应用分析，数据分布分析，数据库设计，数据处理生成，系统原型设计，结构化程序设计等。2.IDEFlx（描述信息模型）方法（美空军于1981年推出，中国863/CIMS办公室推荐使用）建模过程如下：定义实体-定义实体间的联系-定义键-定义属性,9,4.术语的介绍企业模型-是信息模型的基础，反映企业的组织结构和业务经营活动，由职能区域，业务过程和业务活动
8、三层结构组成。实体-代表具有相同属性或特征的事物抽象集合。键-唯一标识一个实体的属性集合主题数据库/全局数据库-是一种集成化的数据库环境，特别强调数据集成化和共享，独立于具体的应用项目，但能为众多应用项目所共用。职能区域-指企业业务活动的领域。,10,9.3 CIMS体系结构,一.CIMS体系结构平面图由美国制造业工程师计算机自动化协会发布；1993年发布的第3版共分6个层次。,11,二.CIMS体系结构主体图CIMS体系结构平面图从一个侧面展示CIMS各个子系统围绕顾客需求这一主线的集成关系，但无法表示企业纵向管理层次关系。CIMS体系结构主体图展示企业纵向管理层次关系。,总裁层,CIMS体
9、系结构立体图,总经理层,功能管理部门层,实际操作部门层,操作员工与设备层,战略规划,概念计划,逻辑计划,实施计划,实施过程,三.CIMS组成轮图,制造自动化分系统,工程设计自动化分系统（CAD/CAPP/CAM),管理信息及决策分系统（MIS&DSS),质量保证分系统（QAS),计算机通信网络和数据库分系统,市场信息,原材料,技术信息,销售服务信息,CIMOSA 结构构成图,CIMOSA 结构构成图,四.CIMOSA 结构构成图,14,9.4 CIMS总体设计,一.CMIS建设步骤：需求分析（调研阶段）-可行性研究（总体设计阶段）-初步设计-详细设计-系统实施（实施阶段）-系统运行维护（运行阶
10、段）1.需求分析定义：指通过分析企业的经营战略目标和经营管理情况，确定企业建设CIMS的必要性、目标、功能、性能、总体框架、条件和主要工作等。需求分析主要内容：企业的组织结构和资源；企业的人员素质及组成结构；企业的经营战略和经营目标；企业的开发、生产、销售、库存和管理；企业现有信息系统的现状和存在的问题；建设CIMS的必要性和要实现的目标；CIMS系统的信息业务特点及要求等。,15,需求的调查方法：资料收集法-收集企业已有的资料，主要包括组织结构、经营战略与目标、开发、生产、销售、管理、经济效益、资源等原始资料。实地调查法-深入到企业各个部门实地考察和了解情况，得到第一手材料，询问一线员工的信
11、息需求。专家座谈法-邀请与建设和使用CIMS有关的人士座谈，了解他们对建设CIMS的意见和要求，明确目前信息系统存在的问题，听取成功实施CIMS的有关专家的意见和建议。问卷调查法-将所要问的问题设计成问卷，请有关人士填写，问卷主题应突出。,16,2.可行性研究主要内容项目环境-外部环境，内容环境。项目必要性-信息时代的要求，制造业的发展趋势，制造业面临的机遇与挑战等。企业现状与问题-现状包括：业务、经营、管理、开发、生产、销售、经济效益，发展战略等，问题包括：实现经营发展目标还存在哪些问题等。企业需求-对需求调查进行分析，得到企业对CIMS的需求情况，CIMS有助于企业解决哪些问题。建设目标和
12、条件-建设CIMS的具体目标，已具备哪些条件，还要创造哪些条件。初步总体方案-CIMS功能与信息业务，子系统划分，系统性能指标，系统技术方案与技术路线，技术可行性等。实施计划-CIMS建设分哪几个阶段，先做什么，后做什么，人力、财力、物力如何保证等。投资分析包括设计费用，设备费用，施工费用，培训费用，维护费用，管理费用等经济评价指经济效益分析等,17,3.CIMS初步设计主要内容原信息系统分析-系统概况，系统组成，系统业务，运行情况，存在的问题等。CIMS系统需求分析-系统功能与业务，信息要求，系统性能指标，总目标等。系统方案设计-系统框架，分系统设计，信息分类与编码，接口要求，技术实现，信息
13、模型，关键技术及其解决方案等。组织实施-CIMS组织机构、人员安排、培训计划，实施进度计划，投资计划，投资预算，资金筹措计划。编制初步设计报告-根据上面的设计，编写初步设计报告，为详细设计打基础。,18,建立功能模型IDEF0方法(国家863/CIMS专家组建议使用)型。IDEF0以图形方式表达功能模块，采用结构化系统分析方法，自上而下通层分解，将一个复杂系统进行简化，直到分解为可执行模块为止。基本图形及其含义方框表示功能活动(Functional Activity)即模块，以一动词或动词短语表示。箭头表示 该功能活动相联系的数据(信息或对象)，左 输入箭头表示输入信息流，常以I表示；右边的箭
14、头表示输出信息流，常以O表示，上方控制箭头表示该能活动所受到的约束或变换条件，即指明该功能活动为什么(Why)这样进行，常以C表示，下方机制箭头表示该功能活动所要求的执行环境或支撑 条件；即指明该功能活动如何(How)进行，可以是执行活动的人或硬、软设备，常以M表示。,活动,预制品加工,输入,控制,输出,执行,工单,图纸,钢材,水泥,预制品,搅拌机,模具,IDEFo基本图形与应用实例,功能模型的实例,20,4.数据总体规划主要步骤：分析业务，建立企业模型-建立企业业务职能区域模型；分析企业业务过程，业务过程的识别、命名和定义；分析企业业务活动。分析实体，建立主题数据库-确定实体，描述实体之间的
15、联系，绘制实体图，根据联系强弱绘制实体大组等。分析数据的分布-建立业务处理与主题数据库对应矩阵表；业务处理过程按所在地点分组；估算业务处理过程所在地与数据库间的传送量；确定数据分布形式和地点；确定事务处理量和处理方式；绘制地理数据结构矩阵；绘制应用程序与数据结构对应的矩阵表。,21,9.5 CIMS应用实例,一.CIMS网络CIMS系统的“中枢神经”，CIMS信息均通过其网络传输和交换。其特点是它由异质、异构子网组成，CIMS系统中各个子系统使用不同的设备、数据格式和接口。设计中使用的CAD系统要求传输速度快，生产车间自动控制系统对数据传输速度要求不高，两者相差很大，即使同一子系统内也是如此。
16、因此如何将这些异构，异质子系统有效地集成起来是CIMS网络集成的关键。1.CIMS主干网设计既考虑企业目前信息传输/也着眼于企业信息化未来的需求，通常选用高速网络技术：100Base-T100VG-AnyLAN100MbpsFDDIATM千兆以太网交换,22,2.CIMS网络互连-子系统间的数据通信实现透明交换（1）LAN与LAN互连使用网桥互连内部子网，企业内部各部门LAN之间的互连，以实现数据共享和信息集成。（2）CIMS与WAN互连使用路由器，使企业CIMS网络通过广域网（例如电信部门的DDN、X.25和帧中继等公用数据网）与外部网络互连，例如Internet、金融网、行业 Intran
17、et、合作伙伴 Intranet等，以实现与外界的通信。,23,24,二.CIMS服务器1.CIMS服务器类型（按层次）1）网络服务器-为整个企业所共享，存放企业的全局数据。主要包括企业数据库服务器和企业应用服务器，其性能要求较高。2）部门服务器-主要为企业功能部门共享数据而设置的，根据需要可设置部门数据库服务器和部门应用服务器，其性能要求通常低于企业服务器。3）工作组服务器-是为某一个工作小组而设置的，其性能要求较低。2数据库服务器1）单线服务器-每次仅能处理一个连接，早期使用。2）多线服务器-可同时连接多个应用程序。目前流行的数据库管理系统都提供多线服务器功能，如Oracle 7等。3）并
18、行服务器-能使多个服务器共享一个海量磁盘，如Oracle 8等。3应用服务器Web Server-提供企业内部Intranet多媒体信息服务；E-Mail Server-提供电子邮件服务；News Server-内部新闻，内部交流等；文件服务器-共享数据文件；部门网专用服务器-用于库存、财务、销售、产品设计等,25,三.CIMS系统平台选择1选择原则1）符合实际2）兼顾眼前与长远2CIMS网络计算模式1）客户机/服务器（C/S）模式客户机处理功能通常很强，所运行的程序很复杂；C/S是一种配对的，点对点的，框架式的结构模式，客户端和服务器软件是成套配制的，开发人员既要开发客户端软件，也要开发后台
19、数据库软件；网络管理较复杂，通常购买和开发这类程序的成本较高；与大型数据库的连接紧密而快捷，安全性好。2）B/S模式客户端软件简单、统一，通过浏览器工作；使用三层体系结构，易于设计、使用和管理；它将C/S模式中的Server分解为一个Web服务器和多个数据库服务器，所有的开发和维护都在Server进行，无论Server怎样改变，客户端不用更改；伸缩性优于C/S；浏览器软件便宜，适用于不同的操作系统。,26,3.硬件平台选取1)小型机主要用于大量科学计算2)RISC工作站偏重于图形图，数据压缩和科学计算3）PC服务器-应用广泛4）选择要点小型机价格昂贵，操作复杂，开发维护困难，因此，应尽量选择工
20、作站和高档PC机充当服务器；目前流行用工作站和高档PC机组成服务器群，优点投资小，处理能力可任意扩展。5）服务器硬件的性能CPU主频应尽可能高，例如200MHZ；高速硬件及其接口，例如 SCSI卡；高速高性能同卡，例如 100MHz或1000MHz网卡；大容量高速存储器，例如 64MB RAM。,27,4软件平台的选取主要包括网络操作系统、服务器软件和数据库管理系统等。1）网络操作系统 UNIX 广泛用于大型机、小型机和RISC工作站，是多任务多优先级操作系统，最早支持 TCPIP协议，具有良好的数据安全性Windows NT-广泛用于PC服务器，是多线程操作系统，兼容性好Netware曾是应
21、用最广泛的LAN系统，支持多线程操作，其目录服务功能很强。2）服务器软件NetscapeEnterprise Server,适合于各种网络操作系统MicrosoftMicrosoft Internet Information Server，仅用于windows NT.3）数据库管理系统目前还没有一种数据库管理系统完全适合CIMS系统，在CIMS中常用的是Oracle，Sybase，Informix,SQL Server等。,28,四.接口问题-遵守开放系统标准1CIMS系统内部接口CIMS系统内部接口包括子系统间的接口和各子系统内部的接口。l）子系统间的接口例如 MIS子系统与CAD子系统CAM子系统CAPP子系统之间要互通互连。2）子系统内部的接口例如客户端与数据库之间的接口要遵守开放数据库连接ODBC标准。2 CIMS系统的外部接口CIMS系统外部接口主要是指企业CIMS与外部网络的连接，例如连接Internet，连接PSTN、X25、DDN、帧中继和某些专用网等。通常使用调制解调器或路由器来实现互连。,29,
