现代制造系统技术发展趋势
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关键机构:美国里海大学 关键机构 美国里海大学 关键人物:约瑟夫 哈林顿(Joseph Harrington)博士 约瑟夫•哈林顿 关键人物 约瑟夫 哈林顿 博士 关键概念:CIM
企业生产的各个环节是一个不可分割的整体，从市场分析、 企业生产的各个环节是一个不可分割的整体，从市场分析、 产品设计、加工制造、 产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产过程 要统一考虑。”“整个制造过程实质上是一个数据采集 整个制造过程实质上是一个数据采集、 要统一考虑。”“整个制造过程实质上是一个数据采集、传 递和加工处理的过程， 递和加工处理的过程，最终形成的产品可看作是数据的物质 表现。 表现。
CIMS：复杂系统！如何认识？任何规划？如何设计？ 如何建设？ 整个CIMS各个方面的多视图多层次的模型的集合 逐步推导、逐步具体化和逐步生成
图4.3 ICM-OSA建模层次和过程
北京科技大学物流工程
PERA -CIMS体系结构
北京科技大学物流工程
计算机集成制造技术体系框架
CAD CAE GT DFM 产品数据 管理 TQM 产品设计 条码, EDI MRPII/ERP JIT/ 看板 DSS/ES/ AI …… 系统管理 CAD/CAM CAPP
北京科技大学物流工程
计算机集成制造CIM概念
Computer Integrated Manufacture
CIM是一种组织、管理和运行企业的理念 是一种组织、 是一种组织
将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、 系统工程技术等有机地结合，借助计算机，使企业产品全生 命周期，即市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、生 产、支持（包括质量、销售、采购、发送、服务）及产品最 后报废、环境处理等各阶段活动中有关的人/组织、经营管理 和技术三要素及其信息流、物流和价值流（以产品T(Time)、 Q(Quality)、C(Cost)、S(Serve)、E(Environment)等价值指标所体 现的企业业务过程流，如成本流等）有机集成，并优化运行， 以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而 提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。
（2）质量监控和检测
利用计算机自动控制设备，进行实时、动态的质量监控 选择恰当抽样检查方法
（3）质量分析与评价
产品质量分析 工序能力分析 质量成本分析
（4）质量信息管理: 质量信息包括：质量法规信息；从产 品实际使用过程、制造过程和辅助过程收集的有关工作质 量和产品质量方面的信息；国内外同行业的产品质量信息 以及质量发展的新技术、新水平和新动向。
经营决策子系统 销售管理子系统 财务管理子系统 采购管理子系统
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企业现代管理ERP
通过企业内外部管理的数字化，实现制造资源的最 优化配置
ERP
SCM PDM 制造 ERP ERP SCM CRM WCS 用户
Baidu Nhomakorabea
ERP
CRM
PDM 供应商
WCS 工程
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知识创新自动化系统
（1）计算机辅助设计（CAD) （2）计算机辅助工艺规程编制（CAPP） （3）数控程序编制（NCP）
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产品创新设计
知识创新体系数字化：缩短新产品开发周期，提高 企业的产品创新能力 。
装配过程仿真
数字预装配 结构分析
装配过程仿真
管路设计
CAM
强度分析
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制造自动化系统
图2-1 CIMS工程开发过程 北京科技大学物流工程
可行性论证
任务
了解企业的战略目标及 内外现实环境，确定 CIMS的总体目标和主要 功能，拟定初步的总体 方案和实施的技术路线， 从技术，经济和社会条 件等方面论证总体方案 的可行性，制定投资规 划和初步开发计划，编 写可行性论证报告。
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计算机集成制造CIM概念
Computer Integrated Manufacture
概念
以中心数据库为核心，将计算机辅助设计 以中心数据库为核心，将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅 、 助制造(CAM)、计算机辅助测试 助制造 、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助工程分析 、 (CAE)、计算机辅助工艺规划 、计算机辅助工艺规划(CAPP)、物资流通管理 、物资流通管理(MRP)、 、 管理信息系统(MIS)、决策支持系统 管理信息系统 、决策支持系统(DSS)、电子设计自动化 、 (EDA)等有机地集成在一个统一的框架下，对产品的设计、 等有机地集成在一个统一的框架下， 等有机地集成在一个统一的框架下 对产品的设计、 制造、测试、企业管理和经营等方面实施一体化管理， 制造、测试、企业管理和经营等方面实施一体化管理，从而 深入到企业经营的每一个层次中。迅速发展的网络技术、 深入到企业经营的每一个层次中。迅速发展的网络技术、数 据交换技术和数据管理系统将使计算机集成制造信息畅通， 据交换技术和数据管理系统将使计算机集成制造信息畅通， 使产品的各个环节实现资源和信息集成，使企业向高效率、 使产品的各个环节实现资源和信息集成，使企业向高效率、 高精度、高质量方向发展， 高精度、高质量方向发展，从而提高企业参与竞争的能力和 整体水平。 整体水平。
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CIMS关键技术
产品数据管理PDM 数控技术 机器人技术 自动化物流系统
AS/RS AGV
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产品数据管理
产品数据、PDM概念 产品数据交换标准
STEP IGES DWG STL
PDM关键技术
数据仓库、数据挖掘 EDI
PDM系统结构
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CIMS总体规划
包括DNC、CNC、FMC、FMS、虚拟制造（VM）及快 速成形制造（RPM）技术等。
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CIMS的相关的技术
(5)经营管理与决策系统技术
包括MIS、OA、MRPⅡ、CAQ、供应链、BPR及ERP等 技术。
(6)生产过程控制技术
过程检测、先进控制、故障诊断和面向生产目标的建 模、优化集成控制技术等。
CIM
工艺计划 单元制造
制造
……
NC/CNC/ DNC
FMS
机器人
AGV, ASRS
自动检测
……
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计算机集成制造系统概念
CIMS是一种基于CIM理念构成的计算机化、信 息化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统。
计算机集成制造系统(CIMS)网络由各个方面的子网络 组成，每一子网络都有一整套保证制造过程实现的设 备仪器和与之相应的服务系统，此外，还包括操作系 统、数据库、通信、用户界面服务、采集和报告系统 等辅助子系统。CIMS提供的服务包括工厂管理、工厂 计划、工厂调度、规范管理、模型试验和工厂模拟、 机器和加工过程的控制等方面，从而形成了具有对生 产变化或新环境作出快速响应能力的网络，适应当代 市场竞争的需要。
补充：现代制造系统技术发展 趋势
Advanced Manufacturing System
1
基本要求与知识点：
基本概念：
CIM;CIMS
内容提要：
1 2 3 4 5
3．1 CIMS的基本概念 ． 的基本概念 3．2 CIMS的体系结构 的体系结构 ．
3．1 CIMS的基本概念
3．1．1 CIMS的产生背景及意义 ． ． 的产生背景及意义
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3．1 CIMS的基本概念
CIMS基本概念
组织概念:
①CIMS是一种组织、管理与运行企业生产的现代制造系统，其宗旨是使企业的产品质 量好、成本低、上市快和服务好，从而提高企业的市场竞争力；
全局概念:
②CIMS强调企业生产的各个环节，即市场分析、经营决策、管理、产品设计、工艺规 划、加工制造、销售、售后服务等全部活动过程，是一个不可分割的有机整体，要从系 统的观点进行协调，进而实现全局优化；
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3.1概述
学习方法
制造系统总体结构 单元级制造系统 车间级制造系统 工厂级制造系统 跨企业与全球制造系统
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CIMS的产生与发展
产生：电子计算机技术的产生、发展以及计算机在生产和管 理领域越来越广泛的应用孕育着一个新的高技术的产生，从 局部自动化走向全面自动化；即由原来局限于产品制造过程 的自动化扩展到脑力劳动领域的产品设计和经营管理自动化。 产生的技术基础及关键技术
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CIMS的相关的技术
(2)支撑技术
包括网络、数据库、集成平台/框架、计算机辅助软 件工程、产品数据管理（PDM）、计算机支持协同工 作及人/机接口等技术。
(3)设计自动化技术
包括CAD、CAPP、CAM、CAE、DFX（面向下游工作 的设计）及虚拟样机（VP）等。
(4)加工生产自动化技术
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3．1 CIMS的基本概念
3．1．2 CIMS技术内涵的发展 ． ． 技术内涵的发展
1．信息集成 ．
(1)企业建模、系统设计方法、软件工具和规范 企业建模、系统设计方法、 企业建模 (2)异构环境下的信息集成
2．过程集成:并行工程 的应用 3．企业集成
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3．2 CIMS的体系结构
先进的管理科学和方法——MRP、MRPⅡ、LP、OPT、 TQC 生产过程的自动化——NC、FMS、CAD、CAPP、传感 技术、自动化仓库、自动化物料传输 信息技术——计算机工程、信息处理技术、通信技术、计 算机数据库技术、网络系统
发展: 将整个生产过程的有关单元技术、自动化孤岛有机的 集成起来，有效地利用信息资源，实现系统的优化，即将 CIM的各项技术综合应用所形成的一个实现具体目标的生产 系统。
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计算机集成制造CIM概念
Computer Integrated Manufacture
提出：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"(phil osophy)。他 的基本观点是:
(1) 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。
人的作用:
③企业生产的要素包括人、技术及经营管理。实施CIMS更应重视发挥人在现代化企业 生产中的主导作用；
信息集成:
④企业生产活动中包括信息流(采集、传递和加工处理)、物料流、能量流三大部分。现 代企业中尤其应重视信息的管理运行及信息流与物料流间的集成；
现代技术:
⑤CIM是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门 综合性技术，它综合并发展了企业生产各环节有关的计算机应用技术，即计算机辅助经 营管理与决策技术(MRPII、ERP等)、计算机辅助设计与制造技术 (CAD／CAPP／CAM)、 计算机辅助制造过程与控制技术(CNC、DNC、FMC、FMS等)、自动化物流储运技术(工 业机器人、自动导向小车、立体仓库等)、信息集成技术(网络、数据库、标准化等)、计 算机仿真和实验技术、计算机辅助质量管理与控制技术等。
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计算机集成制造系统框架
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CIMS的相关的技术
(1)总体技术
系统总体模式包括柔性制造、集成制造、敏捷制造、 智能制造及绿色制造等模式； 系统集成方法论包括信息集成、过程集成、企业间集 成及知识集成等方法论； 系统集成技术包括设计、生产、管理及后勤等子系统 间的集成技术，企业三要素及三流的集成技术等； 标准化技术包括产品信息标准、过程信息标准、数据 交换与格式标准、图形标准及零件库标准等技术； 企业建模和仿真技术包括企业功能、信息、工作流、 资源及组织模型等的建立、确认及其仿真技术； CIMS系统开发与实施技术。
（1）数控加工（NC） （2）计算机数控系统（CNC） （3）计算机群控系统（DNC） （4）柔性制造系统（FMS）
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数字化装备
通过加工装备的数字化、自动化和精密化，提高产 品的加工精度和生产效率。
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4 计算机辅助质量管理自动化系统
（1）制定质量规划
质量目标 质量指标计划 检测规程和计划
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计算机集成制造系统框架案例
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CIMS系统构成
制造自动化系统 知识创新自动化系统 管理自动化系统 质量监控自动化系统
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管理自动化系统（MIS）
（1）生产计划与控制子系统（PPC）
生产计划功能 主生产进度计划与MRP 生产活动控制（PAC）
（2）其他有关的企业管理子系统 2
企业生产的各个环节是一个不可分割的整体，从市场分析、 企业生产的各个环节是一个不可分割的整体，从市场分析、 产品设计、加工制造、 产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产过程 要统一考虑。”“整个制造过程实质上是一个数据采集 整个制造过程实质上是一个数据采集、 要统一考虑。”“整个制造过程实质上是一个数据采集、传 递和加工处理的过程， 递和加工处理的过程，最终形成的产品可看作是数据的物质 表现。 表现。
CIMS：复杂系统！如何认识？任何规划？如何设计？ 如何建设？ 整个CIMS各个方面的多视图多层次的模型的集合 逐步推导、逐步具体化和逐步生成
图4.3 ICM-OSA建模层次和过程
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PERA -CIMS体系结构
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计算机集成制造技术体系框架
CAD CAE GT DFM 产品数据 管理 TQM 产品设计 条码, EDI MRPII/ERP JIT/ 看板 DSS/ES/ AI …… 系统管理 CAD/CAM CAPP
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计算机集成制造CIM概念
Computer Integrated Manufacture
CIM是一种组织、管理和运行企业的理念 是一种组织、 是一种组织
将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、 系统工程技术等有机地结合，借助计算机，使企业产品全生 命周期，即市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、生 产、支持（包括质量、销售、采购、发送、服务）及产品最 后报废、环境处理等各阶段活动中有关的人/组织、经营管理 和技术三要素及其信息流、物流和价值流（以产品T(Time)、 Q(Quality)、C(Cost)、S(Serve)、E(Environment)等价值指标所体 现的企业业务过程流，如成本流等）有机集成，并优化运行， 以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而 提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。
（2）质量监控和检测
利用计算机自动控制设备，进行实时、动态的质量监控 选择恰当抽样检查方法
（3）质量分析与评价
产品质量分析 工序能力分析 质量成本分析
（4）质量信息管理: 质量信息包括：质量法规信息；从产 品实际使用过程、制造过程和辅助过程收集的有关工作质 量和产品质量方面的信息；国内外同行业的产品质量信息 以及质量发展的新技术、新水平和新动向。
经营决策子系统 销售管理子系统 财务管理子系统 采购管理子系统
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企业现代管理ERP
通过企业内外部管理的数字化，实现制造资源的最 优化配置
ERP
SCM PDM 制造 ERP ERP SCM CRM WCS 用户
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ERP
CRM
PDM 供应商
WCS 工程
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知识创新自动化系统
（1）计算机辅助设计（CAD) （2）计算机辅助工艺规程编制（CAPP） （3）数控程序编制（NCP）
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产品创新设计
知识创新体系数字化：缩短新产品开发周期，提高 企业的产品创新能力 。
装配过程仿真
数字预装配 结构分析
装配过程仿真
管路设计
CAM
强度分析
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制造自动化系统
图2-1 CIMS工程开发过程 北京科技大学物流工程
可行性论证
任务
了解企业的战略目标及 内外现实环境，确定 CIMS的总体目标和主要 功能，拟定初步的总体 方案和实施的技术路线， 从技术，经济和社会条 件等方面论证总体方案 的可行性，制定投资规 划和初步开发计划，编 写可行性论证报告。
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计算机集成制造CIM概念
Computer Integrated Manufacture
概念
以中心数据库为核心，将计算机辅助设计 以中心数据库为核心，将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅 、 助制造(CAM)、计算机辅助测试 助制造 、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助工程分析 、 (CAE)、计算机辅助工艺规划 、计算机辅助工艺规划(CAPP)、物资流通管理 、物资流通管理(MRP)、 、 管理信息系统(MIS)、决策支持系统 管理信息系统 、决策支持系统(DSS)、电子设计自动化 、 (EDA)等有机地集成在一个统一的框架下，对产品的设计、 等有机地集成在一个统一的框架下， 等有机地集成在一个统一的框架下 对产品的设计、 制造、测试、企业管理和经营等方面实施一体化管理， 制造、测试、企业管理和经营等方面实施一体化管理，从而 深入到企业经营的每一个层次中。迅速发展的网络技术、 深入到企业经营的每一个层次中。迅速发展的网络技术、数 据交换技术和数据管理系统将使计算机集成制造信息畅通， 据交换技术和数据管理系统将使计算机集成制造信息畅通， 使产品的各个环节实现资源和信息集成，使企业向高效率、 使产品的各个环节实现资源和信息集成，使企业向高效率、 高精度、高质量方向发展， 高精度、高质量方向发展，从而提高企业参与竞争的能力和 整体水平。 整体水平。
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CIMS关键技术
产品数据管理PDM 数控技术 机器人技术 自动化物流系统
AS/RS AGV
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产品数据管理
产品数据、PDM概念 产品数据交换标准
STEP IGES DWG STL
PDM关键技术
数据仓库、数据挖掘 EDI
PDM系统结构
北京科技大学物流工程
CIMS总体规划
包括DNC、CNC、FMC、FMS、虚拟制造（VM）及快 速成形制造（RPM）技术等。
北京科技大学物流工程
CIMS的相关的技术
(5)经营管理与决策系统技术
包括MIS、OA、MRPⅡ、CAQ、供应链、BPR及ERP等 技术。
(6)生产过程控制技术
过程检测、先进控制、故障诊断和面向生产目标的建 模、优化集成控制技术等。
CIM
工艺计划 单元制造
制造
……
NC/CNC/ DNC
FMS
机器人
AGV, ASRS
自动检测
……
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计算机集成制造系统概念
CIMS是一种基于CIM理念构成的计算机化、信 息化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统。
计算机集成制造系统(CIMS)网络由各个方面的子网络 组成，每一子网络都有一整套保证制造过程实现的设 备仪器和与之相应的服务系统，此外，还包括操作系 统、数据库、通信、用户界面服务、采集和报告系统 等辅助子系统。CIMS提供的服务包括工厂管理、工厂 计划、工厂调度、规范管理、模型试验和工厂模拟、 机器和加工过程的控制等方面，从而形成了具有对生 产变化或新环境作出快速响应能力的网络，适应当代 市场竞争的需要。
补充：现代制造系统技术发展 趋势
Advanced Manufacturing System
1
基本要求与知识点：
基本概念：
CIM;CIMS
内容提要：
1 2 3 4 5
3．1 CIMS的基本概念 ． 的基本概念 3．2 CIMS的体系结构 的体系结构 ．
3．1 CIMS的基本概念
3．1．1 CIMS的产生背景及意义 ． ． 的产生背景及意义
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3．1 CIMS的基本概念
CIMS基本概念
组织概念:
①CIMS是一种组织、管理与运行企业生产的现代制造系统，其宗旨是使企业的产品质 量好、成本低、上市快和服务好，从而提高企业的市场竞争力；
全局概念:
②CIMS强调企业生产的各个环节，即市场分析、经营决策、管理、产品设计、工艺规 划、加工制造、销售、售后服务等全部活动过程，是一个不可分割的有机整体，要从系 统的观点进行协调，进而实现全局优化；
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3.1概述
学习方法
制造系统总体结构 单元级制造系统 车间级制造系统 工厂级制造系统 跨企业与全球制造系统
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CIMS的产生与发展
产生：电子计算机技术的产生、发展以及计算机在生产和管 理领域越来越广泛的应用孕育着一个新的高技术的产生，从 局部自动化走向全面自动化；即由原来局限于产品制造过程 的自动化扩展到脑力劳动领域的产品设计和经营管理自动化。 产生的技术基础及关键技术
北京科技大学物流工程
CIMS的相关的技术
(2)支撑技术
包括网络、数据库、集成平台/框架、计算机辅助软 件工程、产品数据管理（PDM）、计算机支持协同工 作及人/机接口等技术。
(3)设计自动化技术
包括CAD、CAPP、CAM、CAE、DFX（面向下游工作 的设计）及虚拟样机（VP）等。
(4)加工生产自动化技术
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3．1 CIMS的基本概念
3．1．2 CIMS技术内涵的发展 ． ． 技术内涵的发展
1．信息集成 ．
(1)企业建模、系统设计方法、软件工具和规范 企业建模、系统设计方法、 企业建模 (2)异构环境下的信息集成
2．过程集成:并行工程 的应用 3．企业集成
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3．2 CIMS的体系结构
先进的管理科学和方法——MRP、MRPⅡ、LP、OPT、 TQC 生产过程的自动化——NC、FMS、CAD、CAPP、传感 技术、自动化仓库、自动化物料传输 信息技术——计算机工程、信息处理技术、通信技术、计 算机数据库技术、网络系统
发展: 将整个生产过程的有关单元技术、自动化孤岛有机的 集成起来，有效地利用信息资源，实现系统的优化，即将 CIM的各项技术综合应用所形成的一个实现具体目标的生产 系统。
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计算机集成制造CIM概念
Computer Integrated Manufacture
提出：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"(phil osophy)。他 的基本观点是:
(1) 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。
人的作用:
③企业生产的要素包括人、技术及经营管理。实施CIMS更应重视发挥人在现代化企业 生产中的主导作用；
信息集成:
④企业生产活动中包括信息流(采集、传递和加工处理)、物料流、能量流三大部分。现 代企业中尤其应重视信息的管理运行及信息流与物料流间的集成；
现代技术:
⑤CIM是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门 综合性技术，它综合并发展了企业生产各环节有关的计算机应用技术，即计算机辅助经 营管理与决策技术(MRPII、ERP等)、计算机辅助设计与制造技术 (CAD／CAPP／CAM)、 计算机辅助制造过程与控制技术(CNC、DNC、FMC、FMS等)、自动化物流储运技术(工 业机器人、自动导向小车、立体仓库等)、信息集成技术(网络、数据库、标准化等)、计 算机仿真和实验技术、计算机辅助质量管理与控制技术等。
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计算机集成制造系统框架
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CIMS的相关的技术
(1)总体技术
系统总体模式包括柔性制造、集成制造、敏捷制造、 智能制造及绿色制造等模式； 系统集成方法论包括信息集成、过程集成、企业间集 成及知识集成等方法论； 系统集成技术包括设计、生产、管理及后勤等子系统 间的集成技术，企业三要素及三流的集成技术等； 标准化技术包括产品信息标准、过程信息标准、数据 交换与格式标准、图形标准及零件库标准等技术； 企业建模和仿真技术包括企业功能、信息、工作流、 资源及组织模型等的建立、确认及其仿真技术； CIMS系统开发与实施技术。
（1）数控加工（NC） （2）计算机数控系统（CNC） （3）计算机群控系统（DNC） （4）柔性制造系统（FMS）
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数字化装备
通过加工装备的数字化、自动化和精密化，提高产 品的加工精度和生产效率。
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4 计算机辅助质量管理自动化系统
（1）制定质量规划
质量目标 质量指标计划 检测规程和计划
北京科技大学物流工程
计算机集成制造系统框架案例
北京科技大学物流工程
CIMS系统构成
制造自动化系统 知识创新自动化系统 管理自动化系统 质量监控自动化系统
北京科技大学物流工程
管理自动化系统（MIS）
（1）生产计划与控制子系统（PPC）
生产计划功能 主生产进度计划与MRP 生产活动控制（PAC）
（2）其他有关的企业管理子系统 2