第二章 CIMS组成与体系(5.CAPP)
第二章 CAPP系统概述-wu
检索式CAPP系统
检索式CAPP系统是基于成组技术或基于特征的CAPP系统 基本原理：按照零件编码或 图号将企业现行各类工艺文 件存入计算机数据库 设计时根据零件编码 或图号，在工艺文件库中 检索类似零件的工艺文件， 由工艺人员采用人机交互 方式修改、编辑
检索式CAPP系统实际上是一个工艺文件数据库的管理系 统，功能较弱、自动决策能力差 开发难度小，操作方 便，实用性强，与企业现有设计工作方式相一致，得到很 14 多企业的认可，具有很高的推广价值
系统应同时具有基于 典型工艺或实例的检索式 设计功能，基于实例的派 生式设计功能与基于知识 的创成式设计等功能满足 不同用户
系统不但能生成面向 普通机床的工艺文件，还 应能生成面向数控加工环 境的工艺文件，输出各种 格式的工艺文件
6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成
21
6、CAPP发展现状(4)
17
存放企业加工设备、 工装工具等制造资源 的相关信息
存放产品制造工艺规 则、工艺标准、工艺 数据手册、工艺信息 处理的相关算法和工 具… 存放零件族典型零件的 工序卡、工步卡、工艺 流程图、加工参数…， 供系统参考使用
5、CAPP的结构组成及基本技术(2)
CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关
4）工艺数据库与知识库的建造
5）探索有效的工艺决策方法和系统结构
6）工序尺寸的自动确定和工序图自动生成
20
6、CAPP发展现状(3)
CAPP应用环境千差万别
1）CAPP系统零件信息的描述与输入 2）CAPP系统的通用性 3）系统的柔性 4）工艺数据库与知识库的建造 5）探索有效的工艺决策方法和系统结构
7. CAPP发展趋势
8. 使用CAPP系统的社会经济效益
CIMS简介
（3）制造自动化或柔性制造分系统 （4）质量保证分系统 2.两个支撑分系统 （1）计算机网络分系统 （2) 数据库分系统
CIMS的集成
机器人等 数控机床（CN） 柔性制造系统（FMS） 计算机辅助制造系统（CAM）
计算机辅助工艺设计系统（CAPP） 计算机辅助设计系统（CAD） 制造资源计划系统（MRPII） 管理信息系统（MIS）
基于CIMS的自动化工厂示例
基于CIMS的工厂自动化活动
4)顾客订货服务
该活动是经过工厂快速高效地处理某项订货。该活动包括：订货单核对， 特殊定货与实施工程(工程设计、原料清单、加工流程、生产计划)的确认 商品库存量查询，制造进程安排，交货期确定、订货变动信息处理等等。
5)工程设计
工程设计是指对要投入市场的产品进行构思、设计和测试，其内容包括： 产品定义、工作原理设计、详细设计及制图。工程部门要处理原材料清单、 工艺过程设计、所用机床设备说明。有关产品制造的文件包括：工程图纸、 材料清单、工艺规程、工艺设备、零件加工程序、机器负荷计划、生产线 平衡表及质量控制计划等等。
CIMS应用工程典型案例
江苏淮阴卷烟厂CIMS工程
淮阴卷烟厂 CIMS 工程共 分为五个分系统：生产与经 营分系统、产品开发分系统、计算机辅助质量管理分系统、 制造自动化分系统和综合信息管理分系统。
1.生产与经营分系统以 ERP 思想为指导，以 MRPII 为核心，围绕该卷烟厂从市场预测、计划制定、资金管理、 采购供应、车间作业调度、 库存控制的生产经营主线， 将全过程按功能分为五个子系统：生产子系统、采购子系
我国CIMS的现状及前景展望
我国从1986年开始实施“高技术研究和发展 计划(即863计划)”，CIMS是其中的一个主题。 863/CIMS的任务是促进我国CIMS的发展和应用。
CIMS的体系结构
CIMS的体系结构
作为一个系统，CIMS由若干个相互联系的部分（分系统）组成，通常CIMS可划分为5个分系统（图1）：
图1 CIMS结构
1）工程技术信息分系统（EIS或TIS）包括计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工程分析（CAE），计算机辅助工艺过程设计（CAPP），计算机辅助工装设计（CA TD），数控程序编制（NCP）等。
2）管理信息分系统（MIS）包括经营管理（BM），生产管理（PM），物料管理（MM），人事管理（LM），财务管理（FM）等。
3）制造自动化分系统（MAS）包括各种自动化设备和系统，如计算机数控（CNC），加工中心（MC），柔性制造单元（FMC），柔性制造系统（FMS），工业机器人（Robot），自动装配（AA）等。
4）质量信息分系统（QIS）包括计算机辅助检验（CAI），计算机辅助测试（CA T），计算机辅助质量控制（CAQC），三坐标测量机（CMM）等。
5）计算机网络与数据库分系统（Network & DB）是一个支持系统，用于将上述几个分系统联系起来，以实现各分系统信息的集成。
为了物理地实现CIMS的功能结构，通常采用开放、分布和递阶控制的技术方案。
所谓”开放”，系指采用标准化的应用软件环境。
所谓”分布”系指CIMS的各分系统（以及分系统内的子系统）均有独立的数据处理能力，一个分系统（子系统）失效，不影响其它分系统（子系统）工作；”分布”还指网络系统内各节点和资源的可操作性。
递阶控制结构又称计算机多级控制结构。
由于CIMS是一个复杂的大系统，需要将其分成几个层次进行控制。
通常可将CIMS分为五个层次，分别是工厂级、车间级、单元级、工作站级和设备级。
第二讲--2 工程设计集成分系统
了描述各个组成面素的信息的面表。即曲面是由哪些基
本曲线构成。
三． 曲面生成方法
1.对于一般常用的曲面，可以采用几种简化曲面生成
的方法。
1)线性拉伸面(平移表面) 这是一种将某曲线，沿固 定方向拉伸，而产生的曲面的方法。
2）直纹面
给定两条相似的NURBS曲线或其它曲线，
它们具有相等的次数，和相等的节点个数，将两条曲
线上的对应的节点用直线连接，就形成了直纹曲面。
3）旋转面
将指定的曲线，绕旋转轴，旋转一个
角度，所生成的曲面就是旋转曲面。
4）扫描面
扫描面构造方法很多，其中应用最多、最
有效的方法是沿导向曲线（也有称它为控制线）扫描
而形成曲面，它适用于创建有相同构形规律的表面。
5）边界曲面
在4条连接直线或多义线间建立一个三维表面
2 工程设计集成分系统
CIMS工程设计集成分系统(CIMS／EDIS) 是指用计算机辅助产品设计、制造准备及 产品性能测试等产品开发各过程的系统。 随着计算机应用日益广泛，在EDIS中也相 继出现了多个计算机辅助子系统，包括计 算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规程 制定(CAPP)和计算机辅助加工制造及监控 (CAM)。
（5）软件设计技术 如窗口界面设计、 软件工具、软件工程规范等。 近十多年来，由于先进制造技术 的快速发展，带动了先进设计技术的同 步发展，使传统CAD技术有了很大的扩 展，将这些扩展的CAD技术总称为“现 代CAD技术”。
值得指出的是：不应该将CAD与计算机绘图、 计算机图形学混淆起来。 计算机绘图的内涵；计算机绘图是使用 图形软件和硬件进行绘图及有关标注的一种 方法和技术，以摆脱繁重的手工绘图为其主 要目标。 计算机图形学（computer graphics，CG） 的内涵：计算机图形学是研究通过计算机将 数据转换为图形，并在专用设备上显示的原 理、方法和技术的科学. CG的研究内容有以下四个方面：
计算机集成制造系统(CIMS)
硬件配置的核心是：服务器和交换机 服务器：小型机、大型机、微机
网络的覆盖范围根据企业大小有局域网、广域网。
支撑系统
INTERNET 防火墙
CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理，它借助计 算机硬软件，综合运用现代化管理技术、制造技术、信息技 术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有 关人、技术和经营管理三要素及其信息流、物流有机集成并 优化运行，以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢 得竞争。
CIMS：按照CIM哲理和技术具体实现的便是计算 机集成制造系统（Computer Intergrated Manufaturing System CIMS)
现代集成制造
我国863专家对CIM的定义：
“CIM是一种组织、管理与运行企业的理念与哲 理，它综合了现代管理技术、制造技术、信息技术 、自动化技术、系统工程技术，并将它们有机的结 合起来，运用计算机技术，通过信息集成、过程集 成、企业间集成及资源优化，实现企业的经营过程 以及产品整个生命周期全过程中三要素（人、技术 、经营管理）和信息流、物流、价值流的均衡运作, 提高企业TQCSE（上市快、质量好、成本低、售后 服务好、环境清洁）特性，增强企业对市场的应变 能力。”
计算机集成制造系统 (CIMS)
2021年8月5日星期四
课程基本信息
第一章 CIMS概论 第二章 CIMS体系结构及系统分析方法 第三章 质量控制 第四章 CIMS环境下的生产经营管理系统 第五章 CIMS信息集成支撑环境 第六章 CAD/CAM集成技术 第七章 CIMS环境下制造自动化信息集成技术
CIMS
CIMS
1
一、CIMS的基本概念与其发展概况
㈠、CIM和CIMS的概念
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。
25
三、 CIMS的应用实例
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。
三个阶段
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
27
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%
CIMS的结构体系分析
CIMS的结构体系分析摘要: CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary的缩写，直译就是计算机/现代集成制造系统。
CIMS是通过计算机和自动化技术把企业的销售、开发设计、生产动作和过程控制等全过程综合在一起的计算机集成制造系统。
通常由管理信息系统、计算机辅助技术设计、制造自动化和计算机辅助先是控制四个基本系统，以及数据管理和网络管理等辅助分系统共同构成。
关健词：CIMS；结构；系统；信息化中图分类号F830.49The Analysis of CIMS’s Structural SystemQianXiaoFeng 08131119Absrtact:CIMS is the abbreviation of Computer Integrated Manufacturing Systems or contemporary.Literal translation is the computer / Contemporary Integrated Manufacturing System.CIMS means computer integrated manufacturing system.CIMS comprehensive utilizations computer and automatic techmology,add up sales,research and development,productions,and course control.It includes manage ment information system,computer assisting rechnology infornmation system,manufact automatic computer assisting qualiry control system and some assisting system.Key words:CIMS ;Structure;System;Information一、序言计算机集成制造系统（Computer intergrated Manufacturing Sysrem,简称CIMS）是1973年美国哈林顿（Dr Joseph Harrington）博士首先提出并在20世纪80年代得到发展与成熟的一种制造业先进管理模式。
CIMS组成
2.1.1 CIMS的组成 工程设计分系统
CAD，CAE，CAPP，CAM，GT CAD/CAE：概念设计，工程与结构设计，详细设计 计算机绘图，造型，优化，动态分析与仿真，BOM 快速原型，VM... CAPP: 管理文件，规程文件，质控文件，其他... CAM: 刀具路径规划，刀位文件生成，
11
2.2 CIMS在我国的发展 2.2.1 发展历程 2.2.2 应用示范 2.2.3 九五成果 2.2.4 十五任务
2.2.5十一五任务
2013年10月9日 33 2013年10月9日 34
2.2.5 “十一五”任务
立足离散制造业和流程工业的基础性、前沿性理论、方 法、技术和平台的研究，同时针对“开发面向产品全生 命周期的、网络环境下的数字化、智能化创新设计方法 及技术，计算机辅助工程分析与工艺设计技术，设计、 制造和管理的集成技术”以及“高效清洁并充分利用资 源的工艺、流程和设备、基于生态工业概念的系统集成 和自动化技术”等开展研究。通过本专题的布局，将与 863计划相关重点项目和制造业信息化攻关计划形成 “探索－开发－应用”的有机集成体系，进而为“十一 五”制造业的发展提供高技术支撑。 2013年10月9日
质量保证分系统
2013年10月9日
刀具轨迹仿真， NC程序生成 2013年10月9日
12
机械动力学院CIM研究所 张洁
2
CIMS课程讲稿－－仅供硕士生学习之用
2.1.1 CIMS的组成 经营管理分系统
以MRPII为核心，从制造资源出发，考虑了企业进行 决策的战略层、中短期生产计划编制的战术层以及车间 作业计划与生产活动控制的操作层，其功能覆盖： 市场销售，物料供应，各级生产计划与控制，财务 管理，成本、库存管理等部分的活动，是以经营生产计划 、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间作业 计划、车间调度与控制为主题形成的闭环系统，是CIMS 中枢，指挥和控制各部门有条不紊地工作。
CIMS、CAD、CAPP、CAE、CAM、PDM、MRII介绍
CIMS、CAD、CAPP、CAE、CAM、PDM、MRII等CIMS：计算机/现代集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary）。
通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。
CAD：计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。
CAPP：计算机辅助工艺过程设计（computer aided process planning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。
CAE：计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。
CAM：计算机辅助制造（computer Aided Manufacturing），将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。
PDM：产品数据管理（Product Data Management），一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。
MRII：暂缺，百度查不到MRI：Magnetic Resonance Imaging磁共振成像，利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。
ERP、OA、PDM、MIS等ERP：企业资源计划（Enterprise Resource Planning），针对物资资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源管理（信息流）集成一体化的企业管理软件。
OA：办公自动化（Office Automation），现代利用电脑进行全自动的办公,目的是提高效率。
CIMS组成与体系-CAPP
依靠大量的制造工程数据 依靠专家丰富的生产实践经验和技巧
产品信息描述是建立模型的基础
2013-8-20
22
决策模型
加工方法选择 工艺路线安排 工序设计
加工设备和工具选择 工步内容和次序安排 加工余量确定 工序尺寸和公差的确定 切削用量确定 时间定额计算 加工费用计算 加工过程优化
16 8/20/2013
创成式CAPP
零件识别
回转类零件 齿轮类 外 圆 齿 轮 多 自 联 ... 定 齿 ... 义 轮 类 套类 皮带轮类 自 皮 花 ... 链 定 带 键 轮 义 轮 套 类 端盖类
1）特征识别
双 向 阶 梯 轴 单 自 向 细 齿 定 阶 长 轮 ... 义 梯 轴 轴 类 轴
结果示例
2）工艺数据库
14
8/20/2013
创成式CAPP示意图
工艺数据库
零件输入
零件识别
工艺创成
输出
工艺文件
事实库
规则库
动态数据库
15 8/20/2013
创成式CAPP的核心
核心是工艺决策逻辑和决策模型的建立
选定零件类型，建立零件描述信息模型 对该类零件进行工艺分析，从零件描述信息中直接
抽取或分析出加工特征，并为这些加工特征提供可 供选择的加工方法 建立各种加工方法的加工能力及加工精度等基本工 艺知识工程数据库 归纳和建立各种工艺决策逻辑和决策模型，形成知 识库(事实库、规则库等)
Process Planning
Test & Quality Assurance Sales
Product Engineering
第二 CIMS体系结构
002
第二讲 CIMS的体系结构
1. CIMS体系结构的基本概念； 2. CIMS体系结构的组成； 3. CIMS体系结构的类型
重点讲述： • 面向企业局部功能的CIMS体系结构； • 面向企业全局功能的CISM体系结构
003
第二讲 CIMS的体系结构
021
第二讲 CIMS的体系结构
3.2.1.1 CIM-OSA的建模框架
需求定义层： 描述一个企业 目标、约束、 基本规则等， 确定企业的业 务需求及对 CIMS系统的功 能需求。
022
第二讲 CIMS的体系结构
3.2.1.1 CIM-OSA的建模框架
设计说明层： 确定需求定义 层定义的需求 在技术上应该 如何实现（实 现方式），并 根据约束条件 对企业需求进 行优化重构。
从研究历程上看可以分为两类：一类是开发较早 的，CIM-OSA体系结构。另一类是为了实现完备性， 在第一类结构基础上吸取其优点和成果而开发的新的 体系结构。如PERA结构、ARIS结构和SLA结构等。
015
第二讲 CIMS的体系结构
3.2.1 CIM-OSA的体系结构
CIM-OSA(Computer Integrated Manufacturing— Open System Architecture)，由欧共体的21家公司和大 学组成的ESPRIT-AMICE组织经过六年多时间研究的 成果。
029
第二讲 CIMS的体系结构
3.2.1.2 CIM-OSA的集成基础结构
CIM-OSA集成基础结构支持企业CIMS的Building time阶段和Run-time阶段。为CIMS系统提供了一整套 的公共服务，包括信息、功能、控制、行为、资源和 通讯服务等，对企业模型建立、企业CIMS系统的设 计、实施和运行、维护提供了有力的支持。
CIMS课程重点
CIMS课程重点简介CIMS〔Comprehensive Integrated Management System〕是综合集成管理系统的简称，它是一种集成了多个管理功能的软件系统。
CIMS 课程旨在通过系统的方式来介绍CIMS的功能和应用，帮助学习者了解和掌握CIMS系统的关键要点。
课程目标CIMS课程的主要目标是培养学生对CIMS系统的理解和应用能力。
通过本课程的学习，学生将能够： - 理解CIMS系统的根本概念和原理- 掌握CIMS系统的功能和特点 - 学习使用CIMS系统进行信息管理和业务流程管理 - 理解和应用CIMS系统在企业管理中的作用课程内容CIMS课程包含以下主要内容：1. CIMS系统概述•CIMS系统的定义和特点•CIMS系统的组成和架构•CIMS系统在企业管理中的作用和价值2. CIMS系统的功能模块•人力资源管理模块•供给链管理模块•客户关系管理模块•财务管理模块•生产管理模块•销售管理模块•仓储管理模块•物流管理模块3. CIMS系统的应用案例分析•以实际企业为例，介绍CIMS系统的应用场景和实际效果•分析CIMS系统在企业管理中的优势和缺乏4. CIMS系统的使用与操作•CIMS系统的安装和配置•CIMS系统的数据管理•CIMS系统的用户权限管理•CIMS系统的报表生成和数据分析功能5. CIMS系统的开展趋势•介绍CIMS系统的开展历程和趋势•分析CIMS系统未来的开展方向和应用前景学习建议为了更好地学习和掌握CIMS课程的重点内容，建议学生们： - 认真听课并做好笔记，及时复习课堂内容 - 积极参与课堂讨论和实践操作- 阅读相关文献和案例，加强对CIMS系统的了解 - 完成课程作业和实验，加深对CIMS系统应用的理解 - 参加相关培训和实习，提高CIMS 系统的实际操作能力总结通过本课程的学习，学生将能够深入了解CIMS系统的原理和功能模块，掌握CIMS系统的使用与操作，以及了解CIMS系统在企业管理中的作用和开展趋势。
CIMS组成与体系ERP
并不存在的物品，图纸上与加工进程都不出现，属 于〝虚拟〞的物品。其作用只是为了抵达一定的管 理目的，如组合推销、组合存储、组合发料，这样 在处置业务时，计算机查询时只需求对虚拟件操作， 就可以(kěyǐ)自动生成实际的业务单据。这种虚拟 件甚至也可以(kěyǐ)查询到它的库存量与金额，但 存货核算只针对实际的物料。虚拟件的另一作用是 作为工序中的过渡性料品
物品库存信息
主生产计划 物料需求计划
产品结构信息
物料采购计划
安排加工计划
第八页，共184页。
1.2 闭环MRP
闭环MRP实践以为主消费(xiāofèi)方案与物料需求方案 〔MRP〕必需是可行的，即思索才干的约束，或许对 才干提出需求方案，在满足才干需求的前提下，才干 保证物料需求方案的执行和完成。在这种思想要求下， 企业必需对投入与产出中止控制，也就是对企业的才 干中止校检、执行和控制。
第四页，共184页。
1.1 基本(jīběn)MRP
库存订货(dìng huò)点实践
传统的库存控制(kòngzhì)方法是订货点法，要依据物料的需求状况来确定 订货点和订货批量。这类方法适宜于需求比拟动摇的物料。
但是，在实践消费中，随着市场环境发作变化，需求经常是不动摇的、不平 均的，在这种状况下运用订货点法便暴显露一些清楚的缺陷。
库存 管理
生产 管理
销售 管理
成本 管理
运输 管理
应付 管理
总账 管理
应收 管理
固定资 产管理
预算 会计
工资 管理
第十六页，共184页。
人力资 源管理
ERP实例(shílì)
SAP公202司1/11(/ɡ10ōnɡ sī)开发的 R/3系统框图
CIMS系统简介 PPT课件
• 2、整个生产过程的活动，实质上是一系列数 据处理的过程，每一过程都有数据产生、分类、 传输、分析、加工等处理，其最终生产成的产 品，可以看作是数据的物质表现。
二、CIMS的特征
1、CIMS是高科技密集型技术； 2、CIMS 是一个大型的一体化的管理系统； 3、从数据共享来看，CIMS将物流、技术
• 一、开发步骤
调
总
详
开
测
交
查
体
及 可
设 计
细
发
试
付
行
（
性
初
设
实
验
使
研
步
究
）
计
施
收
用
• 二、效益评估
• CIMS 取得效益主要在如下方面：
• 1、提高设备利用率————85% • 2、降低直接和间接劳动强度 • 3、缩短制造周期 • 4、加工中使用设备较少 • 5、生产计划可调性
CIMS结构及应用
CIMS的功能与应用CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary 的缩写，直译就是计算机/现代集成制造系统。
CIMS的定义：CIMS是通过计算机硬软件。
并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术。
将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。
企业作为一个统一的整体，必须从系统的观点、全局的观点广泛采用计算机等高新技术，加速信息的采集、传递和加工处理过程，提高工作效率和质量，从而提高企业的总体水平。
制造业的各种生产经营活动，从人的手工劳动变为采用机械的、自动化的设备，并进而采用计算机是一个大的飞跃，而从计算机单机运行到集成运行是更大的一个飞跃。
作为制造自动化技术的最新发展、工业自动化的革命性成果，CIMS代表了当今工厂综合自动化的最高水平，被誉为是未来的工厂。
图中所示为正在工作的堆垛机器人。
未来工厂中的操作工人将会由这些机器人来代替，实现工厂无人化。
从CIM的概念的提出到现在已有20余年了。
20多年来，CIM的概念已从美国等发达国家传播到发展中国家，已从典型的离散型机械制造业扩展到化工、冶金等连续或半连续制造业。
CIM概念已被越来越多的人所接受，成为指导工厂自动化的哲理，有越来越多的工厂按CIM哲理，采用计算机技术实现信息集成，建成了不同水平的计算机集成制造系统。
CIMS与计算机综合自动化制造系统是同义词，后者是CIMS在中国早期的另一种叫法，虽然通俗些，但因此无法表达集成的内涵，使用得较少。
CIMS是自动化程度不同的多个子系统的集成，如管理信息系统（MIS）、制造资源计划系统（MRPII）、计算机辅助设计系统（CAD）、计算机辅助工艺设计系统（CAPP）、计算机辅助制造系统（CAM）、柔性制造系统（FMS）,以及数控机床（N C，CNC）、机器人等。
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零件特征识别的目的是将输入零件的代 码与存在计算机中的零件组相比较，确 定零件所属的零件族，以便检索出标准 工艺。
派生式(变异式)CAPP
工艺规程编辑器
提供对工艺文件进行编辑的功能，应能 方便地删除、添加、修改标准工艺规程。 加工工艺路线（加工方法、加工路线等） 工序内容（机床、刀具、夹具、量具、 切削参数、加工尺寸和公差） 加工时间的重新计算 加工费用的重新计算
决策模型
工艺过程设计是典型的复杂问题，设计 各阶段所涉及的决策过程的性质是多种 多样的：
工序尺寸计算、切削用量选择、时间定额
计算以及生产成本费用计算等数值计算可 以依靠数学模型。 大多数决策过程属于逻辑决策。只能依靠 建立决策模型来实现。
依靠大量的制造工程数据 依靠专家丰富的生产实践经验和技巧 产品信息描述是建立模型的基础
CAPP系统
CAM－I的CAPP系统流程图
CAPP的功能
CAPP是连接CAD和CAM的中间环节
CAD数据信息只有经过CAPP才能变成CAM的加工信息。
生产管理和车间调度需要CAPP系统的输出数据
生产和车间作业计划中工艺路线、工时定额、工作 中心（加工设备）等。
成本低
一个理想的工艺文件应保证企业以最低的成本，在 最短的时间里制造出所设计的产品。
创成式CAPP
创成式CAPP系统的流程图
创成式CAPP
创成式CAPP功能框图
创成式CAPP的实现
创成式CAPP系统 准备阶段:详细的技术方案设计和制造工 程数据、工艺决策知识两方面的准备。
零件描述信息模型 决策模型
决策方法
实现阶段:程序系统结构的设计和代码的 设计。
创成式CAPP的实现
确定工序序列：
正向设计指的是从毛坯形状开始，逐步选择合适的加工
工序，直至能加工出符合最终目标要求的形状为止。 反向设计是反向的设计过程，即从零件形状特征的最终 要求开始，反向逐步选择合适的加工工序，直至选择出 无需预加工为止。为多数创成式CAPP系统所采用。
加工方法选择应考虑的因素：工件材料、表面形 状、尺寸、公差、表面粗糙度、生产批量、生产 开销和可供使用的机床设备等。
零件描述信息模型
特征模型——特征建模，通过特征的 结构来直接进行建模。 不仅包括了几何和拓扑信息，而且包括 了制造信息。 为了保证CAD／CAPP／CAM集成系统的研 究达到工程实用性、可移植性和可集成 性，基于特征的产品模型应在国际标准 STEP上实现。
零件描述信息模型
特征技术的主要特点是能在设计中完整地表 达产品信息，并能反映产品的语义信息。
决策模型
加工方法选择 工艺路线安排 工序设计
加工设备和工具选择
工步内容和次序安排
加工余量确定 工序尺寸和公差的确定
切削用量确定
时间定额计算 加工费用计算 加工过程优化
决策模型
加工方法选择：即是加工工序序列的选择
表面特征——表面加工方法的选择——加工工序序列
CAPP的功能
CAPP系统的模块框图
CAPP系统分类
检索式 派生式（变异式） 创成式 混合式
Index Variant Generative Hybrid
检索式CAPP
检索式CAPP系统常应用于大批大量生产模式， 工件的种类很少，零件变化不大且相似程度很高。 检索式CAPP系统不需要进行零件的编码，在建 立系统时，只需要将各类零件的工艺规程输入计 算机。计算机只起存储、检索、修改的作用。 一般情况下，只需要对已建立的工艺规程进行管 理即可。 如果需要编制新零件的工艺规程，将同类零件的 工艺规程调出并进行修改即可。 这是最简单的CAPP系统
现代集成制造系统（6）
第二章：CIMS组成与体系 工程设计与制造分系统 CAPP
黄刚 huanggang@ 机械学院工业工程系 2004年9月
主要内容
1. CAD， CAE ，CAPP，CAAP 2. CAM 3. CAD/CAPP/CAM集成
4. PDM
5. CAD/CAPP/CAM/PDM - iCAPP
工艺路线制定 工时定额估计
CAPP系统
工艺规程设计的难度极大
信息处理量大，各种信息之间的关系又极
为错综复杂。 工艺规程的设计质量完全取决于工艺人员 的技术水平和经验。这样编制出来的工艺 规程一致性差，也不可能得到最佳方案。 “经验知识”保留困难
这一切原因都使得工艺设计成为机械制 造过程中的薄弱环节。
零件描述信息模型
尽管创成式CAPP系统不要求建立零件族， 但仍然要利用成组技术，以明确设计对象的 类型范围。 加工产品或零件的描述信息
管理信息(各种表头信息) 几何信息 工艺信息 设计要求
这些信息可以采用实体模型或特征模型来描 述。采用特征建模技术可以更加准确地描述 产品信息，并描述加工特征。
创成式CAPP
原因： 工艺设计具有复杂性和动态性 工艺设计方法缺乏良好的理论和坚实的科学基 础 —— 都是一些指导性原则 工艺问题难以实现规格化、公式化，需要大量 的形象思维和模棱两可的判断及决策，且很难 解释其原因 所以，工艺过程设计的这些独特性，对其进行 模型化、数学化非常困难，因而计算机来处理 就很困难，而且工作量十分庞大。
CAPP的功能
工艺规划是根据一个产品的设计信息和企业的资源， 确定产品生产加工的具体过程和加工指令。 工艺设计的具体内容：
1）翻译产品设计信息； 2）选择加工机床； 3）安排操作工序； 4）组合操作工步； 5）选择夹具以及加工基准面； 6）选择刀具、量具； 7）决定加工公差； 8）决定合适的切削用量(切削深度/进给量/速度)； 9）决定每一工序的工时定额； 10）把上述信息整理成工艺文件。
派生式(变异式)CAPP
特点：
派生式CAPP系统具有结构简单，系统 容易建立，便于维护和使用，系统性能 可靠、成熟。 系统有一个大型数据库存放大量的切削 数据。 专用性较强，不适合环境变化。
半创成式CAPP
半创成式CAPP系统是派生式和创出式CAPP原理的 综合。 这种系统是在派生式CAPP的基础上，增加若干创 成功能而形成的系统。 这种系统既有派生式可靠成熟、结构简单、便于 使用和维护的优点，又有创成式能够存贮、积累、 应用工艺专家知识的优点。 这种系统非常灵活，便于结合企业的具体情况进 行开发，是一种实用性很强，很有发展前途的 CAPP模式。
先加工基准面，后辅助面； 先准备加工和粗加工，后精加工和超精加工；
CAPP系统
CAPP技术的出现和发展使利用计算机 辅助编制工艺规程成为可能。 CAD的结果能否有效地应用于生产实践， NC机床能否充分发挥效益，CAD与 CAM能否真正实现集成，都与工艺设 计的自动化有着密切的关系。 计算机辅助工艺规程设计（CAPP， Computer Aided Process Planning） 就应运而生。
准备阶段完成基础性工作，包括大量的调查研究 和仔细的分析归纳工作。 具体步骤如下： ①选定零件类型 ( 零件描述信息模型 )； ②对该类零件进行工艺分析，从零件描述信息中 直接抽取或分析出加工特征，并为这些加工特征 提供可供选择的加工方法； ③建立各种加工方法的加工能力及加工精度等基 本工艺知识工程数据库； ④归纳和建立各种工艺决策逻辑和决策模型。
派生式(变异式)CAPP
数据库：
变异式CAPP系统中有三类文件：零件族 矩阵文件、标准工艺规程文件和工序计划 文件。
三类文件采用层次模型存储方式（三层）
每一个零件族按它的族号进行访问。 标准工艺规程与每一零件族相联系，并且用
工序代码序列表示。 在工序代码序列中每一个工序代码具有存储 在下一层的相应工序计划文件中。 各个层次文件之间采用指针方式连接。
零件描述信息模型
实体模型是一种表示几何数据的模型， 是对现实世界物体形状信息的完整、准 确表示。实体模型一般采用结构实体几 何(CSG)、边界表示模型(B-rep)两种。 实体模型仅仅是一种几何数据模型，单 纯的几何建模不能有效地描述与处理产 品设计和制造过程的大量工程信息，如 尺寸标准、公差分配、加工信息和材料 特性等 实体模型不是一个完整的产品模型。
CAPP系统
主要内容： 概述 CAPP系统的功能 CAPP系统的分类 CAPP系统的实现
CAPP系统
工艺设计：将对产品（包括零件）的设计转换
为要把原材料制造成这样的产品所需的一系列操 作及资源需求的描述。 毛坯设计 加工方法选择 工序设计
工装设计 工艺参数确定 机床、刀夹具选择、工序图生成
决策模型
工艺路线安排：即各加工工序先后次序的确定
首先是按基本表面元素排出工艺路线的框架， 然后分级、分阶段考虑几何形状、工艺方案、技
术要求，使工艺路线的大致框架能满足各方面的 要求，同时依次将各辅助工序插入主工艺路线中 适当位置。
工艺路线一般要划分成粗加工、半精加工、 精加工等不同的加工阶段 整个加工过程要符合的原则：
CAPP系统
对CAPP的研究始于60年代中期，1969年挪威发 表的第一个CAPP系统AUTOPROS，它是根据成 组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标 准工艺过程的形式形成相应零件的工艺规程。 AUTOPROS系统的出现，引起世界各国的普遍 重视。 1976年，美国的CAM-Ⅰ公司也研制出自己的 CAPP系统。这是一种可在微机上运行的结构简 单的小型程序系统，其工作原理也是基于成组技 术原理。