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1、系统集成指南 企业生产特点分析与CIMS分类问题 东北大学控制仿真中心徐心和教授 一、引言 CIMS计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System),10年前还是一个鲜为人知的英语词组缩写。10年来,在国家863计划的推动下,CIMS已经唤起越来越多的专家学者和工程技术人员的参与,引起越来越多的企业的关注,一批试点企业已经取得可喜的成果和显著的经济效益,一个CIMS推广开发的热潮正在各行各业悄然兴起。准确地讲,1974年约瑟夫哈林顿博士提出的CIM(计算机集成制造)是企业组织生产的先进哲理(philosophy)。他的基本观点是: (1)
2、企业的多个生产环节是不可分割的,需要统一考虑。 (2) 整个制造过程实质上是信息采集、传递和加工处理的过程。 按照CIM哲理构成的企业生产与管理的自动化系统可称之谓CIMS。显然,由于生产企业的不同,CIMS不会具有统一的模式。 值得注意的是,目前出版的有关CIMS的图书资料几乎都属于同一种模式,即CIMS由以下五大分系统组成: (1) 以MRP-为核心的管理信息系统; (2) 产品设计与制造工程设计自动化系统(CAD/CAPP/CAM); (3) 制造自动化或柔性制造系统(FMS); (4) 质量保证系统; (5) 计算机网络与数据库系统。 显然,这种CIMS模式比较适合于离散型的机械制造型
3、企业。 CIMS模式的这种局限性有其历史原因和现实原因,从其被提出到实现这10多年时间里,CIMS主要集中在机械制造行业,而我国863计划的示范工厂也是集中在机制行业。这种局限性还有其行业上的原因,那就是机械制造行业比其它行业在信息集成方面要面临更多的困难,即除了有面向管理的数据流外,还有面向几何的数据流。几何图形的表示、存储、转换、控制和检测等过程在设计、制造和管理之间造成了巨大的信息鸿沟,成为信息集成的难点。CIMS的中心议题是集成,其道理也在于此。 如今,CIMS已经走向各个行业,有人将企业粗略分为离散型、流程型和混合型。显然,其相应的CIMS也将是不同的模式与类别。 二、CIMS分类的
4、本质要素 面对各种各样的企业和形形色色的CIMS方案,目前还缺少一种科学简明的分类方法。有人采用离散型、连续型(流程型)、混合型CIMS的分类方法,但除了使人认识到企业生产的区别外,很难感觉到CIMS的内涵差别。 CIMS分类的本质要素应是实现系统功能集成的技术难点所在,是影响CIMS发挥整体效益的技术关键所在。 前面谈到,CIM是一种哲理。CIMS是在这一哲理指导下,通过物理集成、信息集成和功能集成,将企业的各种生产与经营活动集成起来的一个高度自动化的整体。目的是将质量好、成本低的产品适时地推向市场,从而获得显著的经济效益。 所谓物理集成,是要求各种自动化设备的合理配置与到位。信息集成则要求
5、通过计算机网络与数据库实现信息传递与共享,让各种信息在各种控制、信息管理与决策中发挥其应有的作用。功能集成则是要将企业主要的生产经营活动通过计算机协调实现。显然功能集成是目的,而物理与信息集成是实现功能集成的基础。 一般说来,如果企业具有一定的财力,实现物理集成与信息集成是不困难的,因为世界上各大计算机公司都在开发新产品和抢占各种市场。即使对于某些自动化孤岛难以实现数据交换,那么,这种技术上的障碍也决非是企业本身可以逾越的。 企业面临的最大困难是功能集成的实现,也就是如何设计与开发适合本企业特点的应用系统。即使是世界著名的计算机公司也无法提供普遍适用的应用系统(而不是应用平台),如果可以购得这
6、样的应用系统(主要是软件系统),厂商的开价也将是难以接受的。 三、企业特点与CIMS分类 笔者从实现企业功能集成的难点与关键技术的角度,以很粗的线条勾划出三类企业的特点,并提出三种类型的CIMS。 1.离散型企业与CAD/CAM型CIMS 所谓离散型生产企业主要是指一大类机械加工企业。它们的基本生产特征是机器(机床)对工件外形的加工,再将不同的工件组装成具有某种功能的产品。由于机器和工件都是分立的,故称之为离散型生产方式。如汽车制造、飞机制造、电子企业和服装企业等。为了提高企业产品在市场上的竞争能力,人们早就注意到实现企业生产经营中各个环节的自动化与计算机化。如加工过程采用数控机床(NC)和柔
7、性加工中心(FMC),工件的运送采用自动导引小车(AGV),还有产品设计与编程(CAD/CAPP/CAM)、材料资源规划(MRP)、企业的生产管理与经营决策(MIS/DSS)也都可用计算机实现。为了提高整个系统的运行效率,取得显著的经济效益,通过计算机网络与数据库将以上这些功能集成起来,便形成了典型的计算机集成制造系统(CIMS),这也是多年来人们取得统一认识的CIMS模式。 由于机械加工企业是以产品的功能、外型与成本为主要竞争内容,面对多品种小批量的买方市场和越来越挑剔的顾客,产品的设计与制造成为生产的关键与核心。是否具有强大的适于本企业生产、研究与改型的CAD/CAM软、硬件,便成为企业能
8、否适时推出新颖实用商品的关键。许多企业在产品结构调整中陷于困境,很大程度上也是受制于拿不出适销对路、开拓市场的产品。 鉴于此,可以将这类传统的CIMS称之为CAD/CAM型CIMS,以便与其它类型的CIMS相区别。 2.流程型企业与过程数模型CIMS 所谓流程型生产企业是指被加工对象不间断地通过生产设备,如化工厂、炼油厂、水泥厂、发电厂等,这里基本的生产特征是通过一系列的加工装置使原材料进行规定的化学反应或物理变化,最终得到满意的产品。由于生产过程是24小时连续不断的,人们也称此类生产为过程型或连续型。 不难看出,许多流程型企业都是重要的能源和原材料工业,产品品种稳定,生产量大。它们的产品常常
9、不是以新取胜,而是以质和价取胜。因此,企业的自动化目标是如何有效地监测和控制生产过程,使生产过程处于最佳状态,节省原材料,降低能耗与其它消耗,提高产品的收得率与优质品率,提高设备的寿命等。由于全线设备的启动过程复杂,因此,除大中修外,很少中断生产过程。对于原材料等外部条件的随机变化,系统应有良好的抗干扰能力和性能鲁棒性。 流程型系统的控制管理已经有了大量成功的典型,普遍采用的是集散控制系统(DCS),由34级(测量执行级、回路控制级、单元控制级及过程控制级)实现全过程的自动控制。显然,此系统正常而高质量的运行要借助于完好的过程模型,其中多数为数学模型,有时也可以是图模型、网络模型或非结构化模型
10、。一般说来,只要有了良好的过程数模型,便可以实现系统的优化控制。 鉴于此,可以将此类CIMS称之为过程数模型CIMS。显然,产品的设计(CAD)在这里并不主要。企业为了获取更好的经济效益,根据市场价格的变化及时调整产品结构是完全必要的。为此,建立企业的最优产品结构模型也应是功能集成的重要内容。有人也将这类CIMS称之为CIPS(Computer Integrated Processing System)。 3.混合型企业与计划调度型CIMS 所谓混合型企业是指其生产活动中既有流程型特征,又有离散型特征,如钢铁企业等。在这里,高炉炼铁或转(电)炉炼钢、连续铸造、热带连轧或冷带连轧等每道工序本身都
11、可以看作是一个连续生产过程,但在各个工序间的衔接是靠分离的铁(钢)水罐、铸坯、铸锭、钢卷等实现的。作为企业的宏观运行不仅存在物流平衡和资源(设备等)平衡问题,而且由于是高温作业,还存在温度平衡和时间平衡(列车时刻表)问题。因此,这类企业实现CIMS时,不仅要解决好每道工序的自动化问题,而且要解决好各工序间的所有平衡问题。 钢铁生产的产品一般是规范化的。根据用户的订货规格,只需从已有的工艺档案中找出其加工工艺方案即可,一般不需要CAD系统。如果各工序自动化系统稳定可靠,产品质量可以保证,那在系统功能集成中遇到的最大难题便是如何面向多品种小批量的大量订货合同而组织生产。这里包括按钢种、规格和交货期
12、的聚类组批;轧制计划、连铸计划与炼钢计划的各种平衡;如何将几个不同的工序视为一个整体,实现一体化管理,做到前后工序计划同步化,物流运行准时化;充分运用高温坯的潜热,取消或减少再加热过程,降低能耗,减少烧损,缩短生产周期,增加企业效益和市场竞争力。 由此可见,工序的过程控制是系统功能集成的基础与前提。而系统功能集成的技术难点与关键是如何取代或基本取代人的计划与调度功能,这一点已经引起世界各国钢铁行业的关注。鉴于此,可以称此类CIMS为计划调度型CIMS。 应该承认混合型企业也是各种各样的,集成的难点与关键也会不尽相同。因此,也不好一概而论混合型企业的CIMS都应归属为计划调度型CIMS。 四、大
13、型企业的CIMS分类问题 大型企业常常是综合性企业。总厂下面设有若干分厂,分厂中又有许多车间。随着功能的分工,一般都有不同类型的生产工艺,也必然遇到不同的技术难点与关键。这时,如果把一个总的CIMS分解成几个局部的CIMS,那就可能在上层的计划调度型CIMS中含有下层的过程数模型或CAD/CAM型CIMS。随着企业的千变万化,CIMS的属性也会错综复杂。 总之,多种多样的CIMS虽然有着相同的哲理,却在内容与核心上存在着相当大的差异。承认和深刻认识这些差异,给出科学的分类方法,对于我国的CIMS推广工作将具有十分重要的意义。 SDAICIMS工程数据交换的关键技术 华北计算技术研究所娄勤俭马应
14、章 一、SDAI的技术背景 SDAI(Standard Data Access Interface)是基于STEP(Standard for the Exchange ofProduct Model Data)的产品数据交换规范(Product Data Exchange Using STEP,PDES)标准(ISO 10303 Product Data Representation and Exchange)系列的一个重要的技术组成部分。PDES规定了产品从设计到制造完成的全过程中,能够表示并提供通信交换的数据形式, 这种形式完整地表示产品数据,并适合中性的文件交换,且能达到产品数据共享及持
15、久存档保存的目的。这样,产品数据一方面能在企业间或企业生产的各部分活动之间交换,以提高产品数据资源的应用效率;同时,另一方面,由于其描述的独立性和完整性,使该数据独立于应用它的软件系统,并能广泛支持涉及产品数据应用的各个方面。 这里,产品数据是适合于人或自动化作业进行识别、通信和处理的关于一个或一组产品的事实、概念及要求的形式化描述。在CIMS领域中,通常把基于计算机辅助的产品生命周期的某些工程过程,如CAD、CAPP、CAE、CAQ、CAM等(可统称为CAX),所产生和应用的数据称工程数据。工程数据实际上是产品数据的一个子集。工程数据的交换是CAX数据应用中要解决的中心环节,这种数据交换不仅
16、发生在不同的CAX之间,而且也发生在同一CAX的不同设计版本或不同产品型号之间,甚至在产品的装配与零部件之间等。因此,工程数据交换在CIMS中占有特别重要的地位,是CIMS数据集成、实现数据交换共享的一个关键性的技术组成部分。 STEP支持CIMS工程数据的描述,提供了Express数据描述语言,并为实现数据交换操作提供了SDAI实施方法,使得所描述和管理的工程数据能在不同的工程环境中通过数据交换达到共享和应用数据资源的目的。目前,Express语言已较普遍地被装配在一些计算机系统上,SDAI在国内CIMS领域中的研究和开发工作已展开,它的应用对实现工程数据库将很有意义。 二、数据描述语言Ex
17、press PDES提供了在产品设计、制造和使用的整个生命周期内,用于完全描述产品数据,并能保证其一致性而无二义性的统一的方法和工具,即Express语言。这是一种具有面向对象特征,可对产品数据描述的语言,它能容易地被人和计算机系统理解和识别,是一种便于定义系统数据资源和支持开发应用的语言。Express语言有很强的表达能力,适用于CAX系统中所需要的各种工程数据的描述,含有丰富的数据类型及语言元素。Express语言是实施产品数据交换的基础。 Express是基于模式的语言。模式是Express语言为一致性的实现方法所提供的一种作用域,它是相关实体类型与用户定义类型的集合。模式不仅能定义其中
18、的实体及实体之间的?叵?而且还能定义对实体及其属性所施加的约束和操作。同时,模式还可以包括函数、过程、全局规则或常数说明等其它一些语言成分。模式可以通过接口实现一个模式对另一模式的一些成份的使用或引用。使用是对模式中说明的实体所定义的数据类型而言,引用则是对?胶凸嬖蛑獾钠渌蠩xpress说明的项的引用。 实体类型是Express语言的重要数据类型,它以ENTITY语句定义且赋予标识符,并可通过此标识符对其引用。实体类型表示了一类具有共同特征的对象,共同特征是通过属性和约束来表示的。实体类型也可以被嵌套使用,即可以作为上层实体类型的一个属性。 Express提供了表示实体属性的各种简单、聚合和命
19、名的数据类型。应用这些数据类型及语言提供的函数、过程、规则、常数等语言元素,通过相关的语句,可以完整地描述在CAX工程系统中所需要的数据。这些数据可以组织成相应的数据库或数据文件,系统中各CAX之间的数据可交换共享,由SDAI来实现。 三、SDAI结构设施 SDAI规定了实现数据交换标准的实施方法,是对使用Express语言所定义的数据进行交换操作的接口,它定义了对交换数据进行操作的一个操作集。接口所涉及的一些设施及体系结构可用简化的图形表示,如图1所示。图中描述了应用数据、词典、会话数据、应用程序及SDAI操作之间的关系。 存储仓(Repository)是一个很重要的数据存储设施,它是能在内
20、存中实现的单个或多个数据库、单个文件或文件集合,也可以是以任何其它方法实现的数据存储设施。存储仓中存储和管理着词典及应用数据,SDAI的所有数据的交换处理完全是在它的支持下进行的。它是数据库技术在新的应用环境中的一个新概念,其形成的内存数据管理系统在未来CIMS数据集成的应用中将发挥重要的作用。 SDAI的数据访问操作过程是在其会话状态下进行的。系统进入会话状态之后,须打开存储仓,然后才能启动事务。事务提供读写和只读两种访问方式。事务访问的对象是模式实例,它是系统中实体实例的逻辑集合。实体实例按照特征分成若干个SDAI模型,每个模型与一个存储仓相联系。如SDAI模型可包含一个具体产品描述数据的
21、某个分组。SDAI存储结构如图2所示。 图2 SDAI存储结构 事务由一系列操作组成,操作的效果可作为一个单位被保存或者被反做。在事务开始后,其读写方式允许应用访问和改变SDAI模型中的实例,而只读方式只允许应用访问,却不允许改变它们。 四、SDAI支持的数据模式 SDAI所操作的数据都是用Express语言所描述的一系列模式定义的。模式包括词典模式、会话模式、集居(Population)模式、抽象数据类型模式和数据类型模式。这些模式共同构成了SDAI实现数据交换的程序设计环境。 词典模式定义了数据词典,它存储着由SDAI所操作的实例的模式信息,包括类型定义、实体定义和数据定义的有关信息。 会
22、话模式提供对SDAI会话管理的结构。它定义会话、访问方式及会话事件。基于会话模式的SDAI模型中的实体实例描述了一个SDAI会话的当前状态。SDAI会话模式中所申明的项应该都集居于用接口规范引用的SDAI词典中。SDAI会话模式的内容有类型定义(访问类?秃褪迪掷嘈?及实体定义,实体定义包括SDAI会话、实现、SDAI存储仓、存储仓内容、事务、SDAI事件、事件及错误事件。 集居模式提供管理和创建Express实体实例的结构。该模式定义了SDAI模型和模式实例。通过SDAI会话模式接口,当该模式中所有的项集居于SDAI词典模式时,都被分解进入SDAI会话模式中。SDAI集成模式只有实体定义,包括
23、模式实例、SDAI模型、模型内容、实体范围及作用域等。 抽象数据类型模式提供通过SDAI操作的数据的一般描述。该描述连同SDAI操作一起定义了数据的习性。SDAI抽象数据类型模式不需要SDAI服务实现,而它的存在本身支?侄許DAI操作的描述和其中存在实例的SDAI环境的定义,具体实现是通过引用SDAI模型的实体定义。该模式假定软件系统提供整数、实数、字符、二进制位以及其它逻辑数据类型的表示。类型定义包括对基本数据、字串值、二进制值、整数值、实数值、数值值、布尔值及逻辑值等的定义。实体定义包括对迭代算符、实体实例、应用实例、SDAI实例、词典实例、会话实例、属性值、选择值、枚举值、聚合实例、无序
24、集合、集实例、数袋实例、列表实例和数组实例等的定义。 数据类型模式描述通过SDAI操作可管理的实体数据类型之间的继承关系。这些关系用于对该模式实体数据类型的操纵实例中可用的操作分类。对于作为SDAI操作的参数或返回值使用的实体实例类型,这种分类也要求其所有SDAI实现的具体习性。 SDAI的语言联编应该为这些实体提供数据类型,相当于语言实现了在该模式中定义的继承关系。在语言联编中,代表具体应用实例的类型应该是SDAI中每个应用实体的祖先;代表实体词典实例的类型应该是词典模式中每个实体的祖先;代表实体会话实例的类型应该是会话模式中每个实体的祖先。 SDAI数据类型模式唯一的目的是定义允许语言联编
25、的各种实体数据类型之间的继承关系,并在对SDAI操作的行为规范中使用这些关系。 该继承关系在用于任何应用模式的SDAI词典模式的集居中不应该出现,也不应出现在SDAI词典模式或SDAI会话模式中。 SDAI数据类型模式有实体定义,其中定义了实体实例、应用实例、SDAI实例、词典实例、会话实例。 五、SDAI操作 SDAI操作应该是在语言联编中定义的。这里介绍在语言联编中SDAI操作的一些最基本的功能。 一个特定的SDAI操作能以某种联编映射成一个或多个函数,这些函数可以有一个或多个隐式传递的输入、输出或错误参数。 在SDAI操作中,实体实例的操作可以应用在SDAI中定义的任一实体数据类型的所有
26、实例或对SDAI可用的应用模式的所有实例,而应用实例操作只能应用在SDAI可用的应用模式中定义的实体数据类型的所有实例。当一个操作需要访问在当前会话中未打开的SDAI模型中的一个实体实例时,对该SDAI模型的只读访问应该自动启动,且如果需要的话,包含SDAI模型的存储仓也应自动打开。当一个操作因不成功而终止时,输入参数的值应该不变,而对输出参数的影响依赖于实现,这样,当出现错误时,应用会忽略输出参数。 SDAI的操作只能在确定的不同状态中进行。其中有会话状态、存储仓状态、读写事务状态、只读事务状态、只读SDAI模型状态和读写SDAI模型状态。状态之间会由于某些操作而引起状态过渡,即从一个状态变
27、到另一个状态。 SDAI操作分为以下若干类: 环境操作包括打开会话,初始化SDAI服务,记录会话事件。 会话操作包括启动和停止SDAI会话的事件记录,打开存储仓,启动事务的只读或读写访问及交付或夭折,结束事务访问、交付和夭折,SDAI查询,关闭会话等。 模式实例操作包唇蜕境绞道?增加和取消SDAI模型,确认全局规则和唯一性规则,确认实例引用域等。 存储仓操作包括创建SDAI模型,关闭存储仓。 SDAI模型操作包括删除或重命名SDAI模型,启动和结束只读访问,升级SDAI模型为读写访问,启动和结束读写方式,取得实体定义,创建实体实例,保存变化和反做等操作。 作用域操作包括增加、取得和测试作用域,
28、把应用实例添入、移出输入列表或作用域,删除作用域,复制同一或不同的SDAI模型中的作用域,确认作用域引用的限制等。 类型操作包括取得复杂实体,确定子类型、SDAI子类型以及是否可互操作等。 实体实例操作包括取得和测试属性,寻找包含实体实例的SDAI模型,取得实例类型,测试确定实例、类型种类、SDAI的类型种类等。 应用实例操作在同一个或向其它的SDAI模型复制及删除应用实例,设置属性,创建聚合实例,确认检验规则、显式属性、反相属性、显式属性引用、聚合大小、聚合的唯一性、数组不稀疏、实数精度及串和二进制位的长度等。 实体实例聚合操作包括取得成员的计数,测试是否是聚合成员,创建和删除迭代算符,取得
29、当前的成员,对迭代算符定位在开头或下一个等操作。 应用实例聚合操作包括通过迭代算符创建嵌套的聚合实例,设置和移去当前的聚合成员等。 应用实例无序的集合操作包括对集合增加值,创建嵌套的聚合实例。 实体实例有序的集合操作按索引取得集合元素,对迭代算符在集合中的定位进行操作。 应用实体有序的集合操作包括按索引设置集合元素,按索引创建嵌套的聚合实例。 实体实例数组操作包括按索引测试值和迭代算符测试值。 应用实例数组操作按索引和用迭代算符的不设置值操作。 应用实例列表操作用迭代算符在引用的列表成员之前或之后插入新成员,以及在列表的头和尾增加成员。 SDAI操作约有17类近百个操作,它能满足实现数据交换的
30、全部操作要求。 三、企业应用系统的体系结构 1.CIM和CIMS CIM一词最早在1979年由美国Joseph Harrington博士提出的。直到80年代初,这一术语才被人们广泛接受。美国制造工程师学会的计算机和自动化系统(CASA/SME)首先使用了计算机集成制造系统(CIMS)这个术语。但目前对于CIM和CIMS尚没有一个确切的且被普遍接受的定义。比较流行的一种说法为:CIM是指使工厂集成生产自动化。在这样的工厂中,每个生产过程都在计算机控制下完成,并且每个过程之间仅有数字化信息相互联系。CIMS是一个闭合回路的反馈系统,它的主要输入是产品需求概念,主要输出是完全装配的、检测合格的、可以
31、使用的成品。 目前,大多数人认为CIMS定义中应包含下列要素: CIMS适用于各种中、小批量的离散生产过程的制定工厂; 该系统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; CIMS是多个自动化子系统的有机集成; 该系统的目的是提高经济效益、提高柔性、追求动态总体优化。 对于CIM的概念,有两种观点: 企业的各个环节,即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的生产活动是一个不可分割的、彼此紧密相关的统一整体。 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是数据的物质表现。 虽然,CIM的概念是Harrington博士根
32、据计算机技术在工业生产中的应用及其必然发展趋势而提出的,但当时并未引起人们广泛地注意。直到1981年,这一概念才作为制造工业的新一代生产方式而为人们广泛接受。毫无疑问,这一结果并不是偶然的,它是科学技术的发展和市场需求的变化共同推动的结果。 计算机集成制造系统(CIMS),简单地说,是工厂集成生产自动化的发展方向,是未来工厂的生产模式。但在CIMS的具体实现过程中,应该结合企业的具体情况和特点,因地制宜地加以实现,因此在实现CIMS的过程中,可有多种模式。由于众多实现模式不断涌现,对CIMS的确切定义也就可以从不同角度加以理解。在这里列举一二,以飨读者。 一种说法认为,CIM是连接独立的计算机
33、系统技术应用,将CIM定义为一种借助于信息系统技术实现各种技术集成的体系结构。他们认为,从本质上讲,CIM应用系统的基本点就是互连计算机系统,用以发送、接收、传输和处理信息。 也有人将CIM描述为将分布式计算、网络和公共数据库结合起来并互相地构成一个具有产品设计、安排、购买、生产、检验、装配、处理、管理和对分散的消费者或生产者货源进行市场调查等功能的和谐的整体系统。它表明,CIMS不是一件工具或一个软件,可以购买,而更像一种策略和思想,一种生产方式。正如有的专家指出的:CIM是一种新型的企业范围内的工业自动化管理过程,它好像一个特殊的程序。在其环境内可以规划、执行和集成工业自动化工程。 CIM
34、就是这样一个复杂的、令人着迷的、对工业化世界有重大意义的哲理。 CIMS系统的宗旨是使一个工业企业的整体获益,而不是企业或公司通过某项技术,或生产中某一环节和管理机制的改进而局部地得到。集成之所以有效,关键就在于视企业为一个整体,一个有机的、统一的系统,而不是各自独立的若干个单项功能的简单集合。集成在CIMS中是一个重要的概念。集成的是什么呢?一言以蔽之,集成的是信息。由于目前CIMS的概念较多,为了统一认识,我们认为CIMS必须包含下述两个特征: 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。CIMS比传统的工厂自动化范围
35、大得多,是一个复杂的大系统。 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(即自动化孤岛)的简单相加,而是有机地集成。这里的集成,不仅是物料、设备的集成,更主要的是体现以信息集成为特征的技术集成,当然也包括人的集成。 因此,我们认为CIMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,通过计算机及其软件,将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来,是适合于多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造系统。 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则是这种思想的具本体现。CIM不同于传统的机器制造过程,CIM的关键是基于信息的集
36、成。机器制造过程可以进行物理划分;而信息则像液体一样可流动、可溢出。因此,在理解CIM模块及其相互作用时,信息流及其分析是一个重要线索。 综合以上各种观点,我们认为CIMS是利用计算机网络技术,将CAD/CAM、FMS、DSS、MIS等系统集成为一个有机的整体,以实现产品的订贷、设计、制造、管理和销售过程的高度自动化和总体最优化。在CIMS中尽量减少人在制造过程中的干预,从而大大提高了生产效率和减少人为差错。 换句话说,所谓计算机集成制造系统(Computer Inte-grated Manufacturing System,CIMS)是以集成数据库(Integrated database)为
37、中心,借助计算机系统和计算机网络把数据传送到各个自动化设备上,并能有效地控制和监督这些自动化设备运行,形成一个包括整个企业的设计、测试、制造、监控、生产管理、经营管理等全部活动的集成自动化系统。 如果对计算机集成制造系统用拟人法来说明的话,那么可形象地对比如下: 人_CIMS 记忆_集成数据库 大脑_计算机系统 神经_计算机网络 血液_物料流 动作_信息流 由此可见,贯穿于CIMS的信息流的载体是计算机及其网络,物料流的载体是各种自动化生产线、自动搬运工具等,集成数据库作为CIMS的知识库,整个系统的活动受计算机系统的控制。所以,CIMS是一种集成的、先进的技术的融合体。倘若没有计算机技术、网
38、络技术、通信技术、人工智能和各种制造业自动化技术的高度发展,那么CIMS只能是一纸空谈。 因此,我们总结CIMS的精髓为:不是一套产品(CNC、Robot等设备),也不是一套硬件(计算机系统、网络等),更不是一套软件(MRP-II、CAD/CAM等),而是一种思想、观念和哲理,是一种总体的、有步骤的规划。 人们已普遍认识到,CIM是企业管理现代化的一个哲理,而CIMS是具体的实现。 这里应强调指出的是,随着CIM和CIMS技术的发展,人们对它们的认识也将逐步深化,其真实的含义和概念也必将逐步清晰起来。更何况CIM的概念和CIMS技术也将随着现代生产技术的发展而发展。在这种情况下,并不妨碍人们努
39、力实现规模不同、模式互异的CIMS。重要的是,不要总是纠缠CIM的概念,而是应该努力地去实施。 2.中国软件产业潜在的危机 软件危机是西方发达国家60、70年代信息产业的教训,应用软件的开发和维护不能满足用户日益增长的需求。为解决软件危机问题,提出了软件工程方法。但是,现在人们已经意识到,传统的软件工程方法,如结构化生命周期法、战略数据规划法等,并没有根本解决软件危机。80、90年代,新的方法(如RAD法和面向对象方法)在西方流行起来。人们还意识到,软件危机是产业危机,光靠软件制造商是无法解决的。 中国的软件危机始于80年代初,当时企业各自为战,封闭开发。其特点是定点专用,低水平重复现象严重,
40、软件通用性、应变性差。企业这样搞信息系统,往往感到后劲不足,软件维护困难,既适应不了需求的变化,也跟不上技术的发展,更不可能形成产业规模。 80年代末至今,中国软件产业走上商品化、通用化、专业化和规模化的道路。会计电算化、字处理和中文化等软件产品迅速普及,制造业MRP-II、零售业物流和POS、金融电子化、电信业以及政府部门等领域的大型信息系统纷纷建立,逐渐形成了以软件供应商或行业为中心的客户群范围的资源共享。 但新的危机接踵而至:这一次是软件供应商以及一些行业各自为战,高水平重复开发,造成新的更严重的资源浪费。有人估计,中国目前财会软件供应商的增长速度已经超过了客户群的增长,这还不包括西方发
41、达国家软件供应商的入侵。买方市场的形成,对最终用户来说是好事,然而,国内主要供应商的产品功能大同小异,有相当一部分甚至近亲繁殖,服务水平也旗鼓相当,闻不到一点分工协作、共享市场的声息。因此,虽然大多数供应商眼下还拥有一个不断增长的客户群,但潜在的危机是必然的: 一方面,中国的主要供应商面临内部的挑战,随着业务规模的发展和应用规模的大型化,产品和技术积累较多,企业资源失去控制,需要进行系统集成的组织,期望先进的方法和工具来支持内部资源的全面管理。如何控制和合理利用内部的技术资源,成为目前每个供应商关心的焦点,具体表现在: 产品(软件包)无法满足用户不断变化和特殊的需求,应变能力差; 软件资源无法
42、复用,可维护性差; 产品没有结构层次,可伸缩性差; 永远的后顾之忧,技术(如平台)落后; 无法提供高水准与完善的服务; 技术的载体究竟是软件开发人员,还是公司? 软件工程管理和工程项目的组织差; 缺乏软件质量保证体系; 需要先进的软件开发方法论。 同时,企业外部环境竞争激烈。随着越来越多的新供应商加入,每个供应商可能得到的市场份额相对减少,竞争将更趋激烈,势必造成大公司吞并小公司,或者一些经营不善的供应商倒闭,而最终受害者是用户; 另一方面,面对不断增长的供应商,最终用户的选择余地实际上更小,最终导致用户实际上并不注意供应商的实力以及产品的功能和服务的水平,而只能把自己拴在一个供应商身上,用户
43、所冒的风险不得而知。 由此可见,潜在危机不仅影响到广大最终用户,更影响到所有供应商的切身利益。最终用户和供应商迫切要求采用新思想、新方法、新技术,要求必要的合作和合理的产业分工,以实现更大范围内的资源共享,解决更深层次的应用需求。3.CARE的主要内容和解决的问题 软件产业的发展过程与传统制造业有一定的可比性。传统制造业是在手工业的基础上,逐渐发展成大规模自动化工业的。而这种大规模批量制造方式今天面临严峻的挑战:用户需求多样化、个性化。90年代,西方国家制造业掀起柔性制造的热潮,提出了诸如敏捷制造、精良生产等制造方式,旨在缩短产品生产周期,减小批量,降低成本和提高服务水平。 今天,针对大企业的
44、应用软件产品,如财会、MRP、CIMS等,同样面临挑战:如何满足用户不断变化的需求?用户评价一个应用系统,应变能力已成为首要的标准之一,例如,软件能否满足用户的特殊要求?能否适应未来变化?如何实现应用系统的用户化(Customization)?90年代,西方发达国家为迎接市场经济全球化的挑战,提高竞争力,在对企业提出再造工程(Re-engineering)的同时,对应用系统也提出了规模优化(Rightsizing)的要求。例如,传统的基于大型主机系统的MRP软件商,纷纷对其产品进行向下优化(Downsizing),向开放系统和Client/Server系统过渡,引入新的软件工程方法和技术,如O
45、OT、GUI等,以增强其产品的竞争力。 美国软件业鹤立鸡群,其中有一个不可忽视的因素,就是产业的分工与合作。Microsoft的策略就是鼓励许多ISV去开发其平台和标准上的应用产品,而不是自己干。 软件制造商也一直在努力提高软件生产效率和质量。传统的方法(结构化生命周期法SA/SD)已显得力不从心。引人注目的是,面向对象的方法(软件复用技术)已被软件商广泛采用。 提高应用软件应变能力的关键取决于应用的开发方法,即采用什么样的指导思想、开发工具和技术。在开发方法上,国际上可以借鉴的有SSA的AS/SET、Power-soft的Powerbuilder、Uniface的Uniface、Unify的
46、Ac-cell、Oracle的CDE和CASE以及Informix的NewEra等,这些公司花费很多资源实现以下目标: 支持多种后端DBMS及NOS。 支持多种前端界面表示(如Windows、Motif、OS/2及CUI等)。 支持多种网络协议。 有各种集成接口(CASE、版本控制、测试工具)。 自行开发一个功能强大的4GL或3GL(有的支持OOP)。 主要支持软件生命期的设计和实现阶段。 可视化编程及应用程序自动生成等。 这些方法的共同特点是,强调以数据为中心,都支持中央应用源的概念(Repository)。Repository独立于应用(Application)和数据库管理系统(DBMS)
47、,成为90年代应用软件开发的关键技术。 图3是开发方法发展示意图。TB12137000.GIF;图3 开发方法的变迁。 主要内容 CARE包括核心资源(APPs Repository)和外围环境两部分:核心资源有一个支持应用开发全过程的中心数据字典,并提供应用开发所需要的基本类库,主要由业务规则、界面表示规则及数据管理规则三部分组成;外围环境由资源管理工具、开发工具(如集成的VB、SQLAPI等)以及最终用户工具(如集成的Excel)组成。以上这两部份均允许ISV和用户自行扩展。CARE的主要目标是实现软件产业界的合理分工和协作。 APPs Repository的概念和集成电路芯片类似。各种不
48、同的芯片可以构成显示卡、打印卡、主板等,进而构成各类计算机。一块芯片由陶瓷封装起来,其内部电路是不可见的,也是使用者不关心的。芯片的使用者只关心其引脚的个数、电气参数及功能。硬件工程师将不同的芯片引脚连在一起,就可以组装一个具有一定功能的产品。软件工程师通过使用Repository也能达到这个目的。 解决问题/设计目标 提高软件生产力,降低软件开发时间和费用。 支持快速应用开发(RAD)。 保护在软件上的投资,从投入中获得最大产出。 应用集成接口。 应用使用弹性。 应用国际化。 保证应用质量及可维护性。 保证数据字典一致性。 数据I/O接口。 查询生成器、应用生成器的基础。 面向开发人员(应用供应商)和最终用户(大型用户)。 企业、
