计算机集成制造系统(CIMS)

计算机集成制造系统（CIMS）
计算机集成制造（CIM）是随着计算机技术在制造领域中广泛应用而产生的一种生产模式。

CIM是一种概念、一种哲理，而计算机集成制造系统（CIMS）是指在CIM思想指导下，逐步实现的企业全过程计算机化的综合系统。

CIM和CIMS在国内外都经历了一定的发展过程，在实践过程中，随着技术的进步，人们的认识也在不断地深化。

1．CIM概念的发展
（1）CIM的初始概念
50年代出现了数字计算机及与其相关的新技术，并将之初步应用于制造业，导致数控机床的产生，接着陆续出现各种计算机辅助技术，如CAD、CAM等。

60年代早期随着制造业系统方法、概念的萌生，人们进而认识到计算机不仅可以使整个系统的每个生产环节实现颇具柔性的自动化，而且还具有把制造过程（产品设计、生产计划与控制、生产过程等等）的每一步集成为一个系统的潜力，以及对整个系统的运行加以优化。

这样，在60年代后期，制造业的系统方法概念上升为计算机集成制造（CIM）概念。

1969年，CIM系统的初始概念以模型来描述，如图1所示。

图1 计算机集成制造系统的初始概念（1969年）
（2）以人和管理为核心的CIM概念的发展
从70年代直至90年代初期，工业发达国家付出极大努力，将制造业的系统
观点和CIM系统的概念和技术加以发展，并付诸实践，以期获得CIM的潜在效益。

然而，世界上只有少数几个公司在实施中取得示范性的潜在效益，大多数公司几乎失败了。

人们逐渐认识到，制造企业缺乏足够的合格工程师，人们进一步发现，CIMS技术对于忽视人力资源要素造成的影响特别敏感。

ISO标准（TC184／SC5／WG1，1992年）提出：CIM是把人及其经营知识和能力与信息技术、制造技术综合应用，以提高制造企业的生产率和灵活性。

由此，将一个企业所有的人员、功能、信息和组织方面集成为一个整体。

显然，ISO 标准关于CIM的定义，将人及其能力与技术并重。

在90年代，人们基于这一新的认识，产生了制造系统运作的新观点，即培养并使用制造业的人的能力，进而开发的提供制造技术，以这样的方法来支持那些人的能力。

这意味着放弃传统的做法，即先开发的提供制造技术，然后利用人的能力来支持技术。

这也意味着CIM概念从以技术为中心转向以管理为中心。

人力资源要素在制造企业实施CIMS技术的成败起着关键作用，这一认识导致人们对初始的CIM系统概念的再思考，需要将主要在一个公司内进行技术运作的CIM系统概念，扩展到作为集成制造企业的公司，不仅进行技术的运作，也进行管理运作，特别强调面向人力资源的管理运作。

扩展的CIM系统概念由CASA／SME公布的“制造企业轮图”（见图2）来描述。

该图共分六层，中心第一层为顾客；第二层为人、小组和组织，这表明企业全部活动围绕顾客的需要来进行，而完成这一目标的关键要素是人、小组和组织，这体现了现代企业管理思想的重大变化。

图2 制造企业轮图第三版（CASA／SME，1993）
2．CIMS的实施效果
如上节所述，在70年代和80年代早期，工业发达国家付出极大努力实践CIM 的概念和技术，但世界上只有少数几个公司在实施中取得示范性的潜在效益，表现在以下几个方面：
1）降低成本；
2）提高生产力；
3）提高柔性（灵捷性）；
4）提高产品可制造性；
5）提高产品质量；
6）减少生产准备时间；
7）增加员工满足感；
8）增加用户满意度。

然而，在世界范围，多数公司几乎都不很成功，并没有获得像少数公司获得的那样大的经济效益。

为跟踪国外这一先进技术，我国在1987年开始实施“863高技术计划”的CIMS主题，这一时期国外正强调CIMS的核心是“集成系统体系结构”，我国在实施中不可避免受其影响，经过10年多的努力实施，有成绩、有教训。

取得的主要成绩可概括如下：
1）以少量的科技投入，鼓励院校科技人员与企业结合，在企业中推广高技术（CIMS及有关单元技术），使企业具有了应用高技术、提高综合竞争能力的意识。

2）通过CIMS计划的实施，推动了企业应用信息技术，提高了生产率和经营管理水平。

3）为探索在我国条件下发展高技术及其产业化的道路，提供了可借鉴的经验和教训。

4）通过CIMS计划的实施，有的企业取得了明显的经济效益。

5）在高校、企业培养了大批掌握CIMS技术及相关技术的人才。

6）开发建立了若干具有自主版权、且已初步形成商品的软件产品。

7）建立了CIMS工程技术研究中心、一批实验网点和培训中心，为CIMS 技术的研究、试验、人员培训打下了基础。

8）设在清华大学的CIMS工程中心，获得美国SME1994年度“大学领先奖”；北京第一机床厂作为实施CIMS试点单位，获得美国SME1995年度“工业领先奖”，为国家赢得了荣誉。

3．在我国推行CIMS技术的思考
由于经济原因，在我国科技投入不足的情况下，能够把CIMS列入“863主题”，无疑对计算机与信息技术在制造业的推广应用起到了极大的推动作用，并提高了制造业的技术水平，我国实施CIMS确实取得了不小的成绩，但不可否认也存在若干值得思考的问题。

（1）确定基础与提高
如上所述，在80年代末90年代初，对我国大多数企业而言，更迫切的是打基础，1990年开始由国家科委主持的CAD推广工作适合于我国国情，是以普及为目的，并取得了很大的成绩。

执行国家科委制定的“863计划”CIMS主题的目标是为了追赶世界先进水平，是为了提高，对于我国也是完全必要的。

（2）做好CIMS的试点与推广
从CIMS概念的产生和发展可以看出，CIMS本身属于多学科、多专业知识的高度综合，也是管理科学与技术科学的高度综合，因此，实施CIMS的企业需要具有相当好的技术基础与管理基础，需要有高的经济效益。

另外，CIMS的实现需要高投入，而我国由于历史原因，绝大多数企业不具备这些条件。

因此，为跟踪国外先进技术，逐渐缩小与国外的差距，开展CIMS的研究与试点工作是必要的，但大面积的推广尚需要认真研究。

此外，从国内外有关调查研究，亦可以从不同的角度说明这一问题。

美国调查了不同规模的165家企业应用与计算机相关的制造技术的情况（见图3），从调查结果来看，应用最多的技术依次为：CAD（93．3％）MRPII（80．0％）、CAE（67．3％）、CAM（61．2％）、CNC（58．8％）；而用的较少的是那些高度自动化技术：自动引导小车（15．8％）、自动化物料搬运技术（26．7％）、群控技术（27．3％）、自动化装配技术（29．1％）、机器人技术（37．6％）。

由此看出，工业高度发达的美国也并非普遍采用CIMS所必须的制造技术。

(%)图3 美国制造企业应用CIMS单项技术的分布情况
我国情况更是如此，前五项技术在国外应用已较普遍，而我国正处于推广之中，如CAD技术和MRPII，由原国家科委主持的CAD推广工作取得了很大成绩，MRPII引入我国虽然近20年，但应用效果并不理想。

1997年机械科学研究院首次组织了对国内150家制造企业进行MRPII应用现状的调查，被调查企业的71．21％应用MRPII，应用效果不尽人意，应用成功的企业较少，为分析实施MRPII的关键成功因素，研究人员选定了13个指标，经由被调查企业评定，按指标的重要性，前五项依次为“高层领导的支持”、“明确的目标和方向”、“数
据的准确性和完整性”、“各部门的相互合作”、“人员的教育与培训”。

这些的确反映了实际情况，特别是数据与人员问题不仅制约了MRPII的有效实施，自然也制约了CIMS技术的有效实施，从被调查企业的回答尤能说明问题，调查结果表明：56．4％的企业实施初期，数据收集非常困难，56．4％的企业在系统运行中，仍不能按时获取必要的准确数据。

调查结果还表明，71．8％的企业在实施过程中，遇到的最大问题是对MRPII的基本原理缺乏了解，即企业缺乏既懂计算机又懂生产管理的复合型人才。

这些调查结果表明，我国多数企业基础较差，尤其是管理水平低，造成基础数据收集很困难，不仅使MRPII的推行难以进行，也必然使以信息集成为特征的CIMS技术难于推进。

（3）处理好局部集成与企业整体集成的关系
在实施CIMS的企业中，凡是计算机应用基础好，并根据企业实际需要，以CIM为指导思想，将CIMS的单项技术进行局部集成的企业，都得到了较好的经济效果。

忽视企业原有基础，过分强调整体集成的企业，均遇到了挫折与失败。

当然，实施CIMS失败的企业，并非完全归于技术本身，还有市场分析失误、宏观环境等多种因素所致。

（4）CIMS与CIM概念仍在发展
CIMS作为计算机及信息技术在制造业中的一种综合应用将会继续存在发展，CIM概念同样在继续发展并演变为新的概念，原来的CIM概念是限定在一个企业之内，随着虚拟企业以及网络化制造等新概念的出现，CIM的概念由一个企业扩展到跨企业甚至跨地域。

对此，学术界有不同的看法，但一个概念总应限定在一定的范围内，不可能无限制地扩展。