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1、1,第三章 计算机集成制造系统技术,一、学习要求1、了解：CIMS的产生背景；2、掌握：CIMS的基本概念与组成。,二、学习要点1、CIM与CIMS的区别与联系；2、CIMS产生的背景与发展概况；3、CIMS的基本组成；4、CIMS应用实例。,2,20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。如CAD、CAPP、CAM、工业机器人、FMS等单元技术的应用，为企业带来显著效益。然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化单元技术，会产生“自动化孤岛”现象。“自动化孤岛”具有较大封闭性，相互之间难以实现信息的传
2、递与共享，从而降低系统运行的整体效率，甚至造成资源浪费。,第一节 CIMS的基本概念与其发展概况,一、CIM和CIMS的概念,3,“自动化孤岛”,4,例：离散制造业,CAD,CAPP,CAM,CAE,ROBOT,FMS,FAS,自动化立体仓库,MRPII,OA,MIS,DSS,销售系统,Database,Network,未经集成化处理的计算机应用,形成了多个“自动化孤岛”,Internet,5,自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。,将“自动
3、化孤岛”集成在一起,6,计算机集成制造CIM美国Harrington博士关于CIM两个观点:企业各个生产环节是一个不可分隔的整体(集成)；企业生产制造过程实质上是对信息的采集、传递和加工处理的过程（信息）。CIM定义：是一种组织、管理、企业生产的新哲理，它借助计算机软硬件，综合应用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物质流有机地集成并优化运行，以实现产品的高质量、低成本、短交货期，提高企业对市场变化的应变能力和综合竞争能力。CIM：是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。,7,CIMS三要素关系：经营管理与技术:
4、技术支持企业达到预期的经营目标；人与技术:技术支持各类人员互相配合、协调一致工作；人与经营管理:人员素质提高支持企业的经营管理；,CIMS三要素集成,计算机集成制造系统CIMSCIMS:基于CIM哲理的一种工程集成系统，是一种新型制造模式。CIMS核心:是将企业内的人和组织、经营管理和技术三要素之间的集成，以保证企业内的工作流、物质流和信息流畅通无阻。,8,补充：集成的概念与方式,集成方式：通过专用格式数据文件的集成；（转换接口程序）通过标准数据文件的集成；（典型的标准格式IGES和STEP）基于统一产品数据模型和数据库的集成；基于产品数据管理PDM的系统集成。,9,1、20世纪70年代以来，
5、制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用，但这些新技术没有带来人们曾经预测的效益。原因是：“自动化孤岛”现象2、制造业的巨大变革：全球竞争加剧；产品结构和生产过程随着先进生产技术的出现而急剧改变；传统的管理、制造模式受到社会和市场的挑战,二、CIMS产生的背景,10,3、CIM理念产生于20世纪70年代，但基于CIM理念的 CIMS在20世纪80年代中期才开始重视并大规模实施，其原因是20世纪70年代的美国产业政策中过分夸大了第三产业的作用，而将制造业，特别是传统产业，贬低为“夕阳工业”，这导致美国制造业优势的急剧衰退，并在20世纪80年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗，此时，美
6、国才开始重视并决心用其信息技术的优势夺回制造业的霸主地位。于是美国及其他各国纷纷制订并执行发展计划。自此，CIMS的理念、技术也随之有了很大的发展。,11,三、CIMS产生的发展概况,信息集成（80年代）,过程集成（90年代初）,企业集成（面向21世纪）,12,1、信息集成：针对在设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，解决其信息的正确、高效的共享和交换；通过信息集成将各自动化单项技术集成起来，解决T、Q、C、S。2、过程集成：对产品设计过程进行重构；传统的产品开发模式采用串行产品开发流程；反复、开发周期长以并行工程为代表,串行模式Serial Mode,设计,修改意见反馈,设计 概念模型
7、 快速制模 生产模具 投入批产 市场销售,在产品生命周期不同阶段工程更改的费用将以指数增加,$10,$100,$1,000,$10,000,$100,000,$?,产品设计决定企业兴衰,并行模式(Concurrent Mode),设计,修改意见反馈,3、企业集成：传统企业：“小而全”、“大而全”；“两头小，中间大”现代企业：必须面对全球经济、全球制造的新形势，充分利用全球的制造资源（包括智力资源），更快、更好、更省地响应市场 针对某一特定产品，建立企业动态联盟（即所谓虚拟企业，Virtual Enterprise），提倡“扁平式”企业两头大：即强大的新产品设计、开发能力和强大的市场开拓能力 中
8、间小：指加工制造的设备能力可以小，多数零部件可以靠协作解决 以虚拟制造、敏捷制造为代表产品不再适应市场，动态联盟解散,17,四个功能分系统，两个支撑分系统组成,第二节 CIMS的基本组成、体系结构及其关键技术,18,1、管理信息分系统（MIS)MIS是CIMS的神经中枢 信息处理 包括信息的收集、传输、加工和查询；事务管理 包括计划管理、物料管理、生产管理、财务 管理、人力资源管理等；辅助决策 根据现有信息，利用数学分析手段预测未来，提供企业经营管理决策。核心工具：制造资源计划MRPII，将企业内各个管理环节进行集成，缩短生产周期、减少库存、降低成本、提高企业市场应变能力。,19,2、工程设计
9、信息分系统(EDIS)（CAD/CAPP/CAM）CAD 计算机绘图、有限元分析、产品造型、图像分析处理、优化设计、动态分析与仿真、物料清单（BOM）生成等；CAPP 毛坯设计、工艺方法选择、工序设计、工艺路线制定、工时定额计算等；CAM 刀具路径确定、刀位文件生成、刀具轨迹仿真、NC代码的生成等作业。,20,CAPP系统的分类 检索式：事先把零件的工艺规程按零件图号或成组编码储存在计算机中编制新零件的工艺规程时，检索调出编辑修改检索不到时，另行编制并储存在计算机中 派生式：（例如美国国际计算机辅助制造公司开发的CAM-I系统）按零件结构和工艺的相似性，将零件分为若干零件加工族对每一族零件制定
10、优化加工方案编制新零件的工艺规程时，根据输入信息编制零件的成组代码，根据代码识别它所属的零件加工族，调出该族的典型工艺，自动搜索零件的型面和尺寸参数，确定需要的工序和工步。,21,综合零件,实际零件,【例】,22,查 找零件组,输入表头信息,工艺规程格式,工艺路线检索/编辑,标准工序检索/编辑,CAM-I 推出的派生式 CAPP 系统框图,23,b）使用阶段,派生式 CAPP 系统工作的两个阶段,24,派生式CAPP的特点：程序简单，易于实现。目前多用于回转体类零件CAPP系统。需人工参与决策，自动化程度不高。具有浓厚的企业色彩，局限性较大。,25,创成式CAPP系统（Generative C
11、APP System）,要求较高，目前还处于实验研究阶段。,26,3、制造自动化分系统(MAS)MAS地位:位于企业底层，是企业信息流和物料流的结合点，是最终产生效益聚集地。MAS组成:机械加工系统-CNC、MC、FMC、FMS加工设备；物流系统对工件和工具存储、搬运、装卸等操作；控制系统-实现对加工设备和物流系统的控制；MAS目标:实现多品种、小批量生产柔性自动化；实现优质、低成本、短周期、高效率生产；创造舒适安全劳动环境。,27,4、质量保证信息分系统（QIS)质量计划-建立质量技术标准，制定检测计划、检测规程和规范；质量检测管理-包括进出厂材料检测、产品质量检测管理，设计质量指标管理，生
12、产质量数据管理；质量分析评价-对各类质量问题进行分析，评价各种影响因素，查明主要原因。质量信息综合与控制-报表生成，质量综合查询，采取各种质量控制措施。,28,5、数据库管理分系统 对各类数据进行存储和调用，满足各分系统信息的交换和共享。数据的分布：采用分布式异型数据库技术，通过互连网络体系，完成全局数据调用和分布式事务处理。数据库系统类型：工程数据库管理系统，实现对图形数据和非图形数据处理。6、计算机网络分系统 是CIMS信息集成工具，常用局域网，对地理范围大的企业，可通过远程网进行互连，使CIMS同时兼有局域网和广域网的特点。,29,CIMS五层递阶控制结构,30,工厂层-最高决策层，制定
13、长期生产计划、确定资源需求、产品开发、成本核算，规划周期几个月/几年时间 车间层-协调车间作业和资源配置，作用周期几周/几个月 单元层-完成本单元作业调度，包括作业顺序和指令发放、进行任务分配调度、协调物料运输，规划时间几小时/几周 工作站层-负责协调设备小组活动，规划时间几分钟/几小时 设备层-各种设备控制器，执行上层控制命令，完成加工、测量、运输等任务，响应时间几毫秒/几分钟,CIMS递阶控制结构,31,1、CIMS决非无人化工厂。在CIMS研究初期，人们曾认为全盘自动化和无人化工厂或车间是其主要特征。随着CIMS实践的深入和一些无人化工厂实施的失败，人们对无人制造自动化问题进行反思，并对
14、于人在CIMS中的重要作用进行重新认识。近年来，我国实施的CIMS早已突破无人化和高度自动化的局限，而主要强调信息集成和功能集成。,CIMS研究和应用中值得注意的几个问题,32,2、CIMS没有统一模式。CIMS的系统结构仅针对一般情况，不同的企业类型，不同的生产方式，其CIMS的系统结构亦不一样。实际应用中不应求全和统一，而应根据企业实际决定其系统结构。,3、CIMS在应用工程中应强调结合实际，总体规划，分步实施 CIMS是一个复杂的制造系统工程，工程投资大，投入人员多，开发周期长，因此，必须在总体规划的基础上，根据企业的财力和物力，分步实施，重点突破，既要保证系统的实用有效，又要保证系统的
15、集成。,CIMS国外发展简况美国不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统欧共体1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM项目占28项日本CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”，相当于CIMS实验基地。新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等也在积极跟踪和发展CIM技术,第三节 CIMS的应用实例,CIM
16、S国内发展简况三个阶段1989-1992年,典型应用工厂的选点、可行性论证、初步设计和详细设计阶段；1993-1995年,典型应用企业实施的突破阶段:北京一机床、沈阳鼓风机、成飞(集团)公司1997年-2000年,实践深度、广度步入更高、更新的阶段，如主题重大项目：哈电机、科龙、金诚摩托实施效果成都飞机工业公司：麦道机头生产周期12个月6个月，库存下降20%，竞标成功获得1亿波音757尾段订单,沈阳鼓风机厂：产品报价6周2周，成本下降79.7%，市场占有率达51%科龙、华宝：百元销售资金下降51%，人均产值提高70%，98年达202万元/人年经纬纺机厂：流动资金下降60%北京第一机床厂：CIM
17、S的意义与作用提高企业的管理效益 新产品开发周期缩短1/2-1/3；管理工作效率提高1倍；库存压缩20%；生产周期缩短20%-50改善企业的竞争地位,是进入WTO的需要促进我国CIMS技术与产业发展促进生产方式的转变:市场经济和集约化生产,CIMS存在问题 CIMS工程成功实施的关键因素是前期需求分析与诊断，但目前缺乏一套完整有效的分析诊断的程序、模式和支持软件工具系统，加上主观上的不重视，分析诊断工作较为粗糙肤浅典型的管理技术应用问题照搬照抄，未反映出企业的瓶颈问题和竞争特点。重硬件，轻软件；重技术，轻管理；重突击成效，轻连续改进。CIMS工程与企业管理改进、技术改造相脱节,CIMS发展趋势 注重研究 注重应用大型企业 中小型企业“技术推动”“需求牵动”强调技术支撑 强调人、技术、经营集成CIM应用模式越来越多CIM实施过程中不断吸收新技术、新思想、新概念,
