计算机集成制造技术
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生产计划 工艺规划 刀具清单 刀位文件
MRPⅡ
CAM
CAPP系统由两种类型：变异型系统和生成型系统。 其中中衍生型系统的应用的更为广泛。 变异型：以成组技术为基础，以已经生产过的其他相 似零件的工艺规程为基础来形成新零件的工艺规程。
零件簇矩阵 文件 典型工艺 切削数据 文件 变异规则 应用程序
零件GT编 码及辅助 信息输入
5.1成组技术的历史背景
工业革命以来，制造业开始寻找优化生产的方法。大 批量制造和零件互换性是19世纪优化制造最重要的进步。 大多数制造仍然是以一到两三千件的小批量进行。从历 史来看，对小批量生产的优化远不及对流水线作业的优化。 阻碍小批量生产优化的根本问题：解决方案都必须应用 到一般的生产流程和原理上，而不是一个特定的产品。 当制造进入自动化和计算机化时代后，像调度软件、排 序软件和规划系统的发展能对大批量和小批量生产进行改 善。但小批量制造的优化问题仍然没有得到很好解决 。 二战以后，生产更趋向于小批量生产。小批量生产的优 化开始受到关注，并得到了一些改进。一个主要的进步就 是正在发展的成组技术。
MAP为CIM环境下运行有以下 好处： （1）更好的车间通信 （2）减少设备安装时的风险 （3）降低成本 （4）减少安装时间 （5）更简单的保养和扩展 除了这些好处，MAP还使工 厂能进行不同层面系统间的通信。 生产型企业把他们的职能分为六 个不同的层次 。
这六个层次从低到高依次是： • 机器级 传感器、电机速度控制器和限位开关 • 工作站级 • 单元级 • 车间级 • 工厂级 • 企业级
4.3原始图形的交换说明（IGES）
原始图形互换规范是为了促进不同供应商制造的CAD 系统间的通信。IGES的核心技术是安排两个进行通信的 CAD系统间的翻译器。 系统A把要送到系统B的数据传递给翻译器，在翻译器 中数据被转变成IGES格式。然后它再把IGES格式转换成 CAD系统B所能理解的格式。
8.总结
CIM从系统工程的整体优化观点从发，利用信息技术 和制造技术及两者的结合，对生产过程涉及的各个分散的 自动化系统进行了有机的集成，适合于多品种、中小批量 生产的制造系统，能够提高生产的灵活性和整体效率。
IGES的一个关键弱点是它不能处理三维实体模型、 电路设计以及非图形数据管理。 美国标准与技术协会正在发展一个叫做产品数据互 换标准（PDES）的新标准。
5.成组技术与CIM
成组技术（Group Technology，GT），是CIM核心 的一个概念，是CIM广义结构中一个关键的组成部分，它 为CIM的实现的重要基础。 成组技术是将企业生产的多种产品、部件和零件，按 照特定的分类准则（分类系统）分类归组，并在分类的基 础上完成产品的各个环节，从而实现产品设计、制造工艺 和生产管理的合理化。 成组技术包括根据设计特性进行零件分组和根据加工 所用工艺进行分组，或者是两者结合。同一零件组的零件 可以用相似的工艺在一个柔性制造单元中进行生产，使批 量生产更加经济。
现代版本的MRPⅡ特别适合于CIM所代表的集成方法。 通过这种方法，可以成为高效的库存管理和控制工具。 MRPⅡ相关的重要概念 ： （1）独立需求和相关需求 （2）提前时间 （3）共用项 实现MRPⅡ有以下优势： （1）减少库存 （2）快速回应需求变化 （3）降低成本 （4）提高机器利用率 （5）对主计划的变化做出快速反应
4.CIM的相关标准
要实现制造系统的计算机集成就面临着不同子系统和 设备之间的通信的兼容性问题。兼容性是CIM发展的面临 一个障碍。为了克服兼容性问题，人们提了出来一些标准。 特别是其中的前三个产生了积极的影响： 自造自动化协议（MAP） 技术与办公协议（TOP） 原始图形的交换说明（IGES） 产品数据交换说明（STEP）
5.3零件分类编码
零件分类编码是一种对零件的设计或制造特征进行认定、 分级和编号的方法。目前已经开发出了多种分类编码系统， 但都没有成为标准。
分类编码系统
设计属性组
制造属性组
联合属性组
尺寸 公差 形状 表面处理 材料
生产工艺 操作顺序 生产时间 所用机床 固定装置 批量大小
两者优点 的结合
5.4成组技术的应用
机床数据 夹具数据 刀具 数据 切削数据
零件 信息 输入 模块
零件加 工顺序 生成模 块
机床 选择 模块
夹具 选择 模块
刀具 选择 模块
切削参 数选择 模块
工艺生 成及输 出模块
决策逻辑程序 了 了
7.CIM和制造资源规划（MRPⅡ）
材料需求规划(MRP)是与CIM有直接关系的一个重要概 念，用来计算为了制造特定数量的某产品必须获得的原材 料的数量的一个过程。 材料需求计划是运用材料清单、生产计划表和库存记 录来生成工件所需的原材料和组件的一个综合而又详细的 计划表。
• • • •
4.1自造自动化协议（MAP）
MAP是为了促进不同供应商生产的自动化制造 系统间的兼容性而提出的通信协议。它能够让不同 的机器之间实现相互通信。最初它是由大众汽车公 司为了提高生产率和外国汽车公司竞争而提出来的。 MAP总的目标是实现制造中自动化孤岛的完全 集成。当MAP得到充分发展和应用，用户就能够从 系统的一台计算机进入到制造系统内的任何一台计 算机。
3.CIM的构成和优点
计算机和自动化协会（CASA）和制造工程师协会 （SME）提出了CIM轮作为一种综合而简洁地说明CIM概念 的方式。CASA/SME提出的CIM轮包括以下几个不同的部分： 制造管理/人力资源管理 销售 战略规划 产品和过程的设计与规划 制造规划与控制 工程自动化
CIM的优点： 提高产品质量 缩短产品周期 降低直接劳动力成本 减少库存 提高整体生产率 提高设计质量
CAPP工作原理：CAD/CAM中的数学模型以电子方式传 到CAPP系统→计算机匹配零件特性和车间可用的机器→ CAPP系统打印出工艺规划的工艺流程图和加工路线图。 下图所示是CAPP系统与CIM其他子系统的信息流。
CAD
可制造性评价 检验规程 设计数据 工艺规划 资源清单
CFra Baidu bibliotekQ
可检验性 评价
CAPP系统
2.CIM发展历史
计算机集成制造这一术语是由1974年Joseph Harrington 写的关于通过计算机的使用把自动化孤岛联系起来的一本 书的书名发展而来的。虽然CIM经过许多年的发展才成为一 个概念，但集成制造却不是真的第一次出现。事实上当制 造业实际上开始的时候就伴随着集成。制造业的发展经过 了四个截然不同的阶段： 人工制造 机械化 自动化 集成化
每一个工作单元经过专门配置来生产给定的零件簇， 这样可以就可以减少工件安装的次数、材料处理量、生产 周期的时间长度和生产中的库存量。
零件划分簇所用的标准是设计相似性和制造相似性， 但具体分簇需要经验丰富专业制造人员来进行。具体的 分簇方法有三种： （1）视觉查看：（零件、照片、图纸）简单，精度低。 根据设计属性分类时简单。 （2）查看工艺路线：需要工艺流图；比方法1精确。 （3）零件分类编码：最难，最费时；最精密，应用最广 泛。
计算机集成制造技术
主要内容
1.CIM的概念 2.CIM发展历史 3.CIM的构成和优势 4.CIM的相关标准 5.CIM和成组技术 6.计算机辅助工艺规划（CAPP） 7.CIM和制造资源规划（MRPⅡ） 8.总结
1.CIM的概念
CIM( Computer Integrated Manufacturing）是在信 息技术自动化技术与制造结合的基础上，通过计算机技术 把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有 机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整 体效益的集成化和智能化制造系统。 CIM涵盖CNC,CAD/CAM, robotics ,JIT(just-in-time delivery)等技术，包括产品设计、生产、销售和售后服 务等所有过程。具体包括：确定产品需求、产品设计、获 取原材料、产品生产加工、产品的销售和售后服务等。
可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）、微机控制器和视觉系统 微机控制器、ＰＬＣ、小型计算机控制器和视觉系统 小型计算机 小型计算机和大型计算机 大型计算机
4.2技术与办公协议（TOP）
技术与办公协议是用来促进与办公环境集成的一个标准。 MAP用来促进制造部分的集成，TOP用来促进商业和办公 部分的集成。 TOP不仅要使在CIM轮图中商业部分下的自动化孤岛在 其内部进行交互和交流，还要与CIM轮图制造部分所包含的 其他孤岛间进行交互和通信。技术与办公协议也是以七层模 型为基础的。 技术与办公协议的发展经过了三个阶段。第一个阶段的 标准包括文件传递和一定程度上的文件管理。第二阶段的标 准覆盖文件存取、信息处理和更多的文件管理功能。最后一 个阶段标准包括文件修正、文件互换、目录服务、制图和数 据资料。
5.2零件族
设计或生产工艺上相似的一组零件被称为一个零件 簇。具有相同的设计特征的一簇称为设计零件簇。具有 相同的制造特征零件簇被称为制造零件簇。 下图是一个来自同一设计零件簇的两个零件。它们 具有完全相同的形状和尺寸，但在加工工艺上却不相同。
下图是同一制造簇的两个零件。虽然它们的设计特征不 同（即不同的尺寸和形状），但是它们的生产工艺确是相 似的。
生产什么？
主生产计划 MPS
需要什么？ 物料清单 BOM 生产 ① 每项加工件的建议计划 ② 开始生产和完工日期 ③ 生产量 物料需求计划 MRP 有什么？ 库存信息
采购 ① 每项采购件的建议计划 ② 订货日期和到货日期 ③ 采购量
MRP的基本原理
当制造技术从自动化发展到集成化时，MRP发展成为 MRPⅡ（Manufacturing Resources Planning）。这个概 念范围更广，不再仅仅是确定材料的需求，还包括了还将 与之相关的能力需求、车间生产作业计划、采购和财务功 能。 主生产计划 库存信息 物料需求计划 平衡 能力需求计划 BOM
产品设计、 生产和交付所 需要的全部信 息都是现成的 集中在手工业 者的大脑。 人工制造实际 上就是集成制 造。 工人和机器 只执行特定任 务，提出了质 量控制。 优点：零件具 有互换性、不 同的精度等级 和均匀性。 缺点：缺乏集 成，导致浪费。 产品性能 和人的工作 能力得到提 高。 自动化孤岛 限制自动化 提高生产率 的潜力。 现代集成的 工具是计算机。 现代制造环 境下加工过程 仍然是专业化 和自动化的。
成组技术是一种使能技术。它使设计、制造和其他描 述性数据可以用一语言进行采集和交流。它在CIM环境中 的应用包括以下几个方面： （1）设计检索 （2）工艺规划 （3）数字控制 （4）制造资源规划 （5）机床选择 （6）车间布局
6.计算机辅助工艺设计（CAPP）
一个工艺过程设计师有五个工件要经过六台机器加工， 可能的安排将达到一个无法处理的数目。然而有了CIM， 计算机就把它变成了一个容易完成的任务。计算机在工艺 规程中的应用被称为计算机辅助工艺设计（ CAPP ）。 CAPP系统是一个收集和存储了关于某一特定制造环 境所有已知信息以及许多制造和工程的一般原则的计算机 专家系统。它可以根据这些信息确定生产一给定零件的最 佳计划。这个计划将说明生产该零件要用的机器、操作的 顺序、所用的机床、机床最优速度和进给的设定和生产该 零件需要的其他数据。CAPP的核心概念是CAD和成组技 术。
检索 零件簇
检索典型 工艺
自动 变异
加工参数 处理计算
工艺表 流程表
格式化 输出
工艺规程
交互编译
创成型：每次都是重新开始。这些系统有一个包含大量各 种各样的制造规格、标准、逻辑和可用的机床设备的加工 能力。零件的说明和规格被输入到CAPP系统，这个系统就 形成了生产该产品的最优工艺规程。
制造数据库
MRPⅡ
CAM
CAPP系统由两种类型：变异型系统和生成型系统。 其中中衍生型系统的应用的更为广泛。 变异型：以成组技术为基础，以已经生产过的其他相 似零件的工艺规程为基础来形成新零件的工艺规程。
零件簇矩阵 文件 典型工艺 切削数据 文件 变异规则 应用程序
零件GT编 码及辅助 信息输入
5.1成组技术的历史背景
工业革命以来，制造业开始寻找优化生产的方法。大 批量制造和零件互换性是19世纪优化制造最重要的进步。 大多数制造仍然是以一到两三千件的小批量进行。从历 史来看，对小批量生产的优化远不及对流水线作业的优化。 阻碍小批量生产优化的根本问题：解决方案都必须应用 到一般的生产流程和原理上，而不是一个特定的产品。 当制造进入自动化和计算机化时代后，像调度软件、排 序软件和规划系统的发展能对大批量和小批量生产进行改 善。但小批量制造的优化问题仍然没有得到很好解决 。 二战以后，生产更趋向于小批量生产。小批量生产的优 化开始受到关注，并得到了一些改进。一个主要的进步就 是正在发展的成组技术。
MAP为CIM环境下运行有以下 好处： （1）更好的车间通信 （2）减少设备安装时的风险 （3）降低成本 （4）减少安装时间 （5）更简单的保养和扩展 除了这些好处，MAP还使工 厂能进行不同层面系统间的通信。 生产型企业把他们的职能分为六 个不同的层次 。
这六个层次从低到高依次是： • 机器级 传感器、电机速度控制器和限位开关 • 工作站级 • 单元级 • 车间级 • 工厂级 • 企业级
4.3原始图形的交换说明（IGES）
原始图形互换规范是为了促进不同供应商制造的CAD 系统间的通信。IGES的核心技术是安排两个进行通信的 CAD系统间的翻译器。 系统A把要送到系统B的数据传递给翻译器，在翻译器 中数据被转变成IGES格式。然后它再把IGES格式转换成 CAD系统B所能理解的格式。
8.总结
CIM从系统工程的整体优化观点从发，利用信息技术 和制造技术及两者的结合，对生产过程涉及的各个分散的 自动化系统进行了有机的集成，适合于多品种、中小批量 生产的制造系统，能够提高生产的灵活性和整体效率。
IGES的一个关键弱点是它不能处理三维实体模型、 电路设计以及非图形数据管理。 美国标准与技术协会正在发展一个叫做产品数据互 换标准（PDES）的新标准。
5.成组技术与CIM
成组技术（Group Technology，GT），是CIM核心 的一个概念，是CIM广义结构中一个关键的组成部分，它 为CIM的实现的重要基础。 成组技术是将企业生产的多种产品、部件和零件，按 照特定的分类准则（分类系统）分类归组，并在分类的基 础上完成产品的各个环节，从而实现产品设计、制造工艺 和生产管理的合理化。 成组技术包括根据设计特性进行零件分组和根据加工 所用工艺进行分组，或者是两者结合。同一零件组的零件 可以用相似的工艺在一个柔性制造单元中进行生产，使批 量生产更加经济。
现代版本的MRPⅡ特别适合于CIM所代表的集成方法。 通过这种方法，可以成为高效的库存管理和控制工具。 MRPⅡ相关的重要概念 ： （1）独立需求和相关需求 （2）提前时间 （3）共用项 实现MRPⅡ有以下优势： （1）减少库存 （2）快速回应需求变化 （3）降低成本 （4）提高机器利用率 （5）对主计划的变化做出快速反应
4.CIM的相关标准
要实现制造系统的计算机集成就面临着不同子系统和 设备之间的通信的兼容性问题。兼容性是CIM发展的面临 一个障碍。为了克服兼容性问题，人们提了出来一些标准。 特别是其中的前三个产生了积极的影响： 自造自动化协议（MAP） 技术与办公协议（TOP） 原始图形的交换说明（IGES） 产品数据交换说明（STEP）
5.3零件分类编码
零件分类编码是一种对零件的设计或制造特征进行认定、 分级和编号的方法。目前已经开发出了多种分类编码系统， 但都没有成为标准。
分类编码系统
设计属性组
制造属性组
联合属性组
尺寸 公差 形状 表面处理 材料
生产工艺 操作顺序 生产时间 所用机床 固定装置 批量大小
两者优点 的结合
5.4成组技术的应用
机床数据 夹具数据 刀具 数据 切削数据
零件 信息 输入 模块
零件加 工顺序 生成模 块
机床 选择 模块
夹具 选择 模块
刀具 选择 模块
切削参 数选择 模块
工艺生 成及输 出模块
决策逻辑程序 了 了
7.CIM和制造资源规划（MRPⅡ）
材料需求规划(MRP)是与CIM有直接关系的一个重要概 念，用来计算为了制造特定数量的某产品必须获得的原材 料的数量的一个过程。 材料需求计划是运用材料清单、生产计划表和库存记 录来生成工件所需的原材料和组件的一个综合而又详细的 计划表。
• • • •
4.1自造自动化协议（MAP）
MAP是为了促进不同供应商生产的自动化制造 系统间的兼容性而提出的通信协议。它能够让不同 的机器之间实现相互通信。最初它是由大众汽车公 司为了提高生产率和外国汽车公司竞争而提出来的。 MAP总的目标是实现制造中自动化孤岛的完全 集成。当MAP得到充分发展和应用，用户就能够从 系统的一台计算机进入到制造系统内的任何一台计 算机。
3.CIM的构成和优点
计算机和自动化协会（CASA）和制造工程师协会 （SME）提出了CIM轮作为一种综合而简洁地说明CIM概念 的方式。CASA/SME提出的CIM轮包括以下几个不同的部分： 制造管理/人力资源管理 销售 战略规划 产品和过程的设计与规划 制造规划与控制 工程自动化
CIM的优点： 提高产品质量 缩短产品周期 降低直接劳动力成本 减少库存 提高整体生产率 提高设计质量
CAPP工作原理：CAD/CAM中的数学模型以电子方式传 到CAPP系统→计算机匹配零件特性和车间可用的机器→ CAPP系统打印出工艺规划的工艺流程图和加工路线图。 下图所示是CAPP系统与CIM其他子系统的信息流。
CAD
可制造性评价 检验规程 设计数据 工艺规划 资源清单
CFra Baidu bibliotekQ
可检验性 评价
CAPP系统
2.CIM发展历史
计算机集成制造这一术语是由1974年Joseph Harrington 写的关于通过计算机的使用把自动化孤岛联系起来的一本 书的书名发展而来的。虽然CIM经过许多年的发展才成为一 个概念，但集成制造却不是真的第一次出现。事实上当制 造业实际上开始的时候就伴随着集成。制造业的发展经过 了四个截然不同的阶段： 人工制造 机械化 自动化 集成化
每一个工作单元经过专门配置来生产给定的零件簇， 这样可以就可以减少工件安装的次数、材料处理量、生产 周期的时间长度和生产中的库存量。
零件划分簇所用的标准是设计相似性和制造相似性， 但具体分簇需要经验丰富专业制造人员来进行。具体的 分簇方法有三种： （1）视觉查看：（零件、照片、图纸）简单，精度低。 根据设计属性分类时简单。 （2）查看工艺路线：需要工艺流图；比方法1精确。 （3）零件分类编码：最难，最费时；最精密，应用最广 泛。
计算机集成制造技术
主要内容
1.CIM的概念 2.CIM发展历史 3.CIM的构成和优势 4.CIM的相关标准 5.CIM和成组技术 6.计算机辅助工艺规划（CAPP） 7.CIM和制造资源规划（MRPⅡ） 8.总结
1.CIM的概念
CIM( Computer Integrated Manufacturing）是在信 息技术自动化技术与制造结合的基础上，通过计算机技术 把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有 机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整 体效益的集成化和智能化制造系统。 CIM涵盖CNC,CAD/CAM, robotics ,JIT(just-in-time delivery)等技术，包括产品设计、生产、销售和售后服 务等所有过程。具体包括：确定产品需求、产品设计、获 取原材料、产品生产加工、产品的销售和售后服务等。
可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）、微机控制器和视觉系统 微机控制器、ＰＬＣ、小型计算机控制器和视觉系统 小型计算机 小型计算机和大型计算机 大型计算机
4.2技术与办公协议（TOP）
技术与办公协议是用来促进与办公环境集成的一个标准。 MAP用来促进制造部分的集成，TOP用来促进商业和办公 部分的集成。 TOP不仅要使在CIM轮图中商业部分下的自动化孤岛在 其内部进行交互和交流，还要与CIM轮图制造部分所包含的 其他孤岛间进行交互和通信。技术与办公协议也是以七层模 型为基础的。 技术与办公协议的发展经过了三个阶段。第一个阶段的 标准包括文件传递和一定程度上的文件管理。第二阶段的标 准覆盖文件存取、信息处理和更多的文件管理功能。最后一 个阶段标准包括文件修正、文件互换、目录服务、制图和数 据资料。
5.2零件族
设计或生产工艺上相似的一组零件被称为一个零件 簇。具有相同的设计特征的一簇称为设计零件簇。具有 相同的制造特征零件簇被称为制造零件簇。 下图是一个来自同一设计零件簇的两个零件。它们 具有完全相同的形状和尺寸，但在加工工艺上却不相同。
下图是同一制造簇的两个零件。虽然它们的设计特征不 同（即不同的尺寸和形状），但是它们的生产工艺确是相 似的。
生产什么？
主生产计划 MPS
需要什么？ 物料清单 BOM 生产 ① 每项加工件的建议计划 ② 开始生产和完工日期 ③ 生产量 物料需求计划 MRP 有什么？ 库存信息
采购 ① 每项采购件的建议计划 ② 订货日期和到货日期 ③ 采购量
MRP的基本原理
当制造技术从自动化发展到集成化时，MRP发展成为 MRPⅡ（Manufacturing Resources Planning）。这个概 念范围更广，不再仅仅是确定材料的需求，还包括了还将 与之相关的能力需求、车间生产作业计划、采购和财务功 能。 主生产计划 库存信息 物料需求计划 平衡 能力需求计划 BOM
产品设计、 生产和交付所 需要的全部信 息都是现成的 集中在手工业 者的大脑。 人工制造实际 上就是集成制 造。 工人和机器 只执行特定任 务，提出了质 量控制。 优点：零件具 有互换性、不 同的精度等级 和均匀性。 缺点：缺乏集 成，导致浪费。 产品性能 和人的工作 能力得到提 高。 自动化孤岛 限制自动化 提高生产率 的潜力。 现代集成的 工具是计算机。 现代制造环 境下加工过程 仍然是专业化 和自动化的。
成组技术是一种使能技术。它使设计、制造和其他描 述性数据可以用一语言进行采集和交流。它在CIM环境中 的应用包括以下几个方面： （1）设计检索 （2）工艺规划 （3）数字控制 （4）制造资源规划 （5）机床选择 （6）车间布局
6.计算机辅助工艺设计（CAPP）
一个工艺过程设计师有五个工件要经过六台机器加工， 可能的安排将达到一个无法处理的数目。然而有了CIM， 计算机就把它变成了一个容易完成的任务。计算机在工艺 规程中的应用被称为计算机辅助工艺设计（ CAPP ）。 CAPP系统是一个收集和存储了关于某一特定制造环 境所有已知信息以及许多制造和工程的一般原则的计算机 专家系统。它可以根据这些信息确定生产一给定零件的最 佳计划。这个计划将说明生产该零件要用的机器、操作的 顺序、所用的机床、机床最优速度和进给的设定和生产该 零件需要的其他数据。CAPP的核心概念是CAD和成组技 术。
检索 零件簇
检索典型 工艺
自动 变异
加工参数 处理计算
工艺表 流程表
格式化 输出
工艺规程
交互编译
创成型：每次都是重新开始。这些系统有一个包含大量各 种各样的制造规格、标准、逻辑和可用的机床设备的加工 能力。零件的说明和规格被输入到CAPP系统，这个系统就 形成了生产该产品的最优工艺规程。
制造数据库