计算机集成制造系统发展

计算机集成制造系统发展
摘要: 计算机集成制造系统(CIMS)作为一种先进的集成制造系统,不仅可以提高企业对多变的市场需求的响应速度,而且可以有效地提高企业的创新能力和竞争能力。

因此,中国企业应大力推广和应用计算机集成制造系统。

关键词: 计算机集成制造系统;竞争能力;创新能力
计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，简称CIMS)，是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。

它借助于计算机的硬件、软件技术，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。

对企业的生产作业、管理、计划、调度、经营、销售等整个生产过程中的信息进行统一处理，并对分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统的功能进行有机地集成，并优化运行，从而缩短产品开发周期、提高质量、降低成本。

它是工厂自动化的发展方向，未来制造业工厂的模式，是当代生产自动化领域的前沿学科，也是集中多种高新技术为一体的现代化制造技术。

一、CIMS 的诞生及其工作原理
随着全球经济的逐步形成，市场竞争十分激烈,产品更新加快、生命周期不断缩短，市场环境从过去的相对稳定的卖方市场变成了动态的多变的买方市场，产品的质量、价格和交货期已成为企业竞争成败的关键。

市场环境的变化，使得企业的组织形式实现了从手工作坊到中小企业再到跨国公司的转变；企业的生产手段从传统的手工操作为主到机械化、半自动化再到自动化的飞跃；企业的生产方式从单机生产到生产流水线再到自动化的推进。

自上世纪50年代第一台数控机床诞生到70 年代初期, 信息技术在制造业已得到广泛应用。

但由于企业各部门使用的信息产品来自不同的计算机公司, 而这些公司采用的是不同的标准和不同的通信协议, 使得企业的设备之间无法实现信息交换, 不同的软件之间无法实施信息的传输, 不同的数据库之间无法实现数据的共享, 形成了一个个“自动化孤岛”, 阻碍了企业对信息技术的充分利用。

1974年，美国约瑟夫·哈林顿博士提出CMI(计算机制造)的概念，直到1981年才被广泛接受。

这主要是市场多变和用户要求越来越高所引起的，体现在：（1）产品生命周期短；（2）产品的型号和规格日益增多，呈现出多品种小批量；（3）质量、价格、交货期
竞争越来越激烈；（4）科技成果转化为商品的周期缩短。

面对新形势，制造业必须寻求一种技术与管理高度相结合的新的生产方式。

CIMS正是这样一种生产方式。

任何一项科学技术的产生和发展都是由市场所决定的，它们相互作用、相互促进。

采用CIMS的企业由于产品从接受定单开始,到设计、制造、销售等全过程, 都由计算机系统进行统一管理，因而具有这样的特点 : 既能够发挥自动化的高效率、高质量, 又具有充分的灵活性, 非常适合于开发和制造技术含量高、结构复杂的产品, 从而满足现代生产多品种、中小批量的需要。

据调查, 采用CIMS可以使产品质量提高200%-500%，生产率提高40%-70%，设备利用率提高200%-500% ,生产周期缩短30%-60%，工程设计费用减少15%-30%，人力费用减少5%-20%。

具体来说，CIMS主要由计算机辅助设计与制造技术(CAD/CAM) 、柔性制造系统(FMS)、管理信息系统(MIS)三部分构成，即它是自动化单元技术的发展和在更高水平上的集成；从大系统的观点看, 是把部门内部以至部门之间孤立的、局部的自动化岛，在新的管理模式下，通过计算机网络和数据库系统，有机地集成起来，构成一个完整的系统，以达到企业的最高效益目标。

那么，CIMS是怎样工作的呢？在一个全面采用 CIMS的汽车工厂里，如果你想要一种功能特殊、颜色独特的汽车，只需将制作草图输入进行辅助设计的计算机，计算机系统就会自动生成工艺流程的数控程序，并把这些信息通过网络传输到各个生产车间，车间的计算机则会根据所接到的信息指挥自动搬运车从仓库运来用于制造零件的毛坯，安装在柔性生产线上，让一台台不同类型和功能的数控设备在机器人的协助下，依照程序进行加工，大约只需原来生产订制车时间的
1/5~1/10，你的汽车便会驶下生产线。

二、国内外CIMS的应用和发展
1.工业发达国家开发实施情况
美国从80年代开始CIMS的实践与应用，已经建立了一批研究基地，形成了以大学、研究所为核心的研究队伍, 实现了一批不同行业、不同规模CIMS工厂。

美国认为CIM是21世纪信息战略的重要部分,拨巨款建立CIM工程试验室,并与企业合作，开发CIMS设备。

象美国通用汽车公司在“前轮驱动轴部件”工厂实
现CIMS；美国GE公司在汽轮发电机小件车间，在洗碟机装配线等都建立了不同规模水平的CIMS还有英格索尔铣床公司等都建立了CMIS车间或分厂。

欧共体国家也普遍将CIMS用于企业的经营管理中，CIMS的应用使这些国家的制造业出现了新的气象：生产能力提高、交货期缩短、人员减少、效率提高、效益增加。

一些小工厂，虽然工艺装备落后，但由于采用了先进的管理和设计手段，照样能在激烈的市场竞争中求得生存与发展。

欧洲共同体成员国把工业自动化领域的CIM纳入高技术合作发展计划(即尤里卡计划)，并在通信与接口、机器人系统、先进生产控制系统、实时加工控制方法和工具、车间层的管理与控制等方面，取得许多成果。

如西门子公司、MTV公司、马霍(MAHO)等许多公司建成不同规模的CIMS工程。

日本的制造业从80年代开始由卖方市场转向买方市场，需求多样化、高档化和交货期紧迫等严酷的现实，使日本企业迫切需要采用高技术，这样，在80年代后期，CIMS走进了日本的制造业，并被广泛接受。

日本从总体上说，制造业的CIMS开发比欧美各国更有计划，开发速度更快，如精工公司、村田机械公司、东芝公司、日本电气、富士电机公司、三菱电机公司、富士通公司等许多企业都不同程度的实施CIMS工程。

2.我国实施CIMS的概况
我国对于CIMS的研究与应用始于研究发展高新技术的“863计划”。

“863计划”于1986年在自动化领域确立了CIMS主题并成立了专家组，以清华大学为主承担国家CIM工程研究中心的建设任务。

该研究中心于 1993年3月通过了国家有关部门组织的验收，其水平与欧美的几个CIMS中心相当，达到国际先进水平。

清华大学等高校与北京第一机床厂等进行了CIMS试点，取得了显著的经济效益。

1994年，美国工程学会将一年一度的大学领先奖授予了中国国家CIMS工程研究中心；北京第一机床厂获得了1995年的“工业领先奖”。

目前，我国的CIM技术在发展，应用领域也在不断地拓宽。

CIMS 的进一步试点推广应用已扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、石油化工、冶金、通信、煤炭等行业的60多家企业。

我国863/CIMS研究已形成了一个键全的组织和一支研究队伍,实现了我国CIMS研究和开发的基本框架,建立了研究环境和工程环境，包括国家CIMS实验工程研究中心和七个单元技术开放实验室：集成化产品设计自动化实
验室、集成化工艺设计自动化实验室、柔性制造工程实验室、集成化管理与决策信息系统实验室、集成化质量控制实验室、CIMS计算机网络与数据库系统实验室、CIMS系统理论方法实验室。

在完成了一大批课题研究工作的基础上,陆续选定了一批CIMS典型应用工厂作为利用CIMS推动企业技术改造的示范点,其中包括成都飞机工业公司、沈阳鼓分机厂、济南第一机床厂、上海二纺机股份有限公司、北京第一机床厂、郑州纺织机械厂、东风汽车公司、广东华宝空调器厂、中国服装研究设计中心(集团)等。

从我国一批实施CIMS试点的企业来看，CIMS的应用促进了企业管理机制的变革，提高了企业的管理水平和人员素质，使企业的经济效益均有不同程度的提高。

经济效益的提高主要表现在:企业生产效率大幅度提高;库存和流动资金大幅度降低；企业对市场的应变能力大大增强;销售额大幅增长。

如，北京第一机床厂在实施了CIMS工程后，提高了应变能力，产品设计周期比以前缩短1/2，制造周期缩短10%-20%，生产计划编制效率比手工编制方法提高40-60倍，库存资金减少10%；成都飞机公司装配周期从12个月缩短到6个月，生产周期缩短10%，库存积压下降20%，以至麦道公司有意将美国本土的机头生产点全部转向成飞；沈阳鼓风机厂产品作业计划编制周期从30天缩短到5天，报价周期由6周缩短到2周；华宝空调器厂百元销售值占用流动资金从实施CIMS前的51.08元下降到实施后的24.81元，销售额增长94.99%，全员劳动生产率提高91.23%。

综上报述，近年来国内外发展迅猛，美国一马当先，日欧不甘示弱，我国也紧紧追赶，它将是21世纪制迫哑的主要生产方式。

需要与可能相结合，促成了CIMS的发展，在技术和经济的双重推动下，可以预见在21世纪CIMS必将成机械制造业中占主导地位的生产方式。

参考文献：
[1] 徐杜, 蒋永平, 张宪民. 柔性制造系统原理与实践[ M] . 北京: 机械工业出版社,
2001.
[2] 李言, 王淑娟. 先进制造技术与系统[ M] . 西安: 陕西科学技术出版社, 2000 .
[3] 李芳芸，等. CIMS环境下管理信息系统的分析设计与实施[ M] . 北京: 清华大学出版
社, 1995 .
[4] 严新民. 计算机集成制造系统[ M] . 西安: 西北工业大学出版社, 1999.
[5] 熊光楞，等. 计算机集成制造系统的组成与实施[ M] . 北京: 清华大学出版社, 1996 .
[6] 孙志挥. 计算机集成制造技术[ M]. 南京: 东南大学出版社，1997
[7] 无锡英，等. 计算机集成制造技术[ M]. 北京: 机械工业出版社，1996
[8] 谢斌 . 计算机集成制造（CIM）系统设计和实施方法论[ M]. 北京: 清华大学出版社，
1997
[9] 谢莎莉，等. CIMS计算机信息集成系统技术[ M]. 湖南: 湖南大学出版社,1998
[10] 白彩英. 计算机集成制造系统—CIMS概论[ M]. 北京: 清华大学出版社，1996
[11] 刘飞. 先进制造系统[ M]. 北京: 中国科学出版社,2001
[12] 宋宏. CIMS的总体设计[ M]. 北京: 机械工业出版社,1997
[13] 王隆太，等. 先进制造技术[ M]. 北京: 机械工业出版社,2003。