现代集成制造系统总体设计技术
CIMS的概念
CIMS的理念CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或contemprorary的缩写，直译就是计算机/现代集成制造系统。
计算机集成制造----CIM的概念最早是由美国学者哈林顿博士提出的，其基本出发点是：1）企业的各种生产经营活动是不可分割的，要统一考虑；2）整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。
CIMSd 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。
因此，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CI M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（NC，CNC）、机器人等。
湖南科技大学机械制造及其自动化专业硕士研究生培养方
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湖南科技大学机械制造及其自动化专业硕士研究生培养方案 湖南科技大学机械制造及其自动化专业硕士研究生培养方案 机械制造及其自动化 一、专业简介 机械制造及其自动化学科是研究机械制造与装备技术、机械制造工程与生产系统技术，特别是设 备自动化技术、生产自动化技术和管理自动化技术的综合学科。
机械制造业是国民经济的支柱产业之 一，机械制造及其自动化学科的研究与发展对国民经济的发展和人民生活水平的提高有着密切的关 系。
现代科学技术的发展，包括微电子技术、计算机应用技术、机电一体化技术、材料技术、现代设 计与制造技术、系统工程与生产管理技术等，使该学科已成为多种技术相互渗透与集成的综合学科。
二、培养目标 培养德、智、体全面发展，在机械制造业及相关学科领域从事科学研究、教学和管理的具有高政 治素养与业务素质的高级人才。
在机械制造及其自动化学科中掌握坚实的基础理论、系统的专门知识 和必要的实践技能。
对机械设计、制造技术及装备、控制技术与生产管理等技术的发展现状和趋势有 较好的了解；掌握机械制造学科科研与开发的方法和技术，具有一定的科学研究和理论分析能力；能 结合与本学科有关的实际问题进行有创新的研究，掌握一门外国语，具备一定的听、说、读、写能力， 能熟练地运用外语阅读本专业外文书刊并撰写论文摘要。
可在高等院校、 科研院所和企业中从事教学、 科学研究、技术开发和经营管理等工作。
三、研究方向 本专业按以下研究方向培养硕士研究生： １． 制造业信息化 本研究方向研究将信息技术、自动化技术、现代管理技术等与制造技术相结合，改善制造企业的 经营、管理、产品开发和生产等各个环节，提高生产效率、产品质量和企业的创新能力，降低消耗， 带动产品设计方法和工具的创新、 企业管理模式的创新、 制造技术的创新以及企业间协作关系的创新， 从而实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数控化以及咨询服 务的网络化，全面提升制造业的竞争力。
现代集成制造系统(CIMS)简介
当今世界已进入信息时代，并迈向知识经济时代。
以信息技术为主导的高技术为制造业的发展提供了极大的支持，并推进着制造业的变革与发展，现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing Systems，简称CIMS）技术的应用及其产业化是其中最重要的组成部分。
CIMS—现代集成制造系统，是基于CIM理念的集成优化的制造系统。
将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。
通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成。
以加强企业新产品开发的时间（T）、质量（Q）、成本（C）、服务（S）、环境（E），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。
一、CIMS的总体结构CIMS建设的目标是在统一的数据库和网络支持下，建立生产经营管理分系统和工程技术（CAD/CAM/CAPP/PDM）分系统，实现企业信息的全面集成。
为实现这个总体目标，CIMS 由两个功能分系统和两个支撑分系统组成。
两个功能分系统为生产经营管理分系统和工程技术分系统；两个支撑分系统为计算机网络和数据库分系统。
整个系统将以关系型数据库为核心，并由各应用系统通过INTERNET/INTRANET/EXTRANET访问数据库，这样就使得几个服务器上的数据在逻辑上成为一个整体，以保证整个系统的数据共享和数据的唯一性。
CIMS的总体结构如图1.2-1所示。
图1 CIMS的总体结构二、CIMS的技术构成工程技术分系统：可简称为TIS分系统，即技术信息系统。
通常包括CAD、CAPP、CAM 和PDM等部分。
CAD（计算机辅助设计）包括产品的结构设计、变形设计及模块化产品设计。
可以实现计算机绘图、产品数字建模及真实图形显示、动态分析与仿真、生成材料清单（BOM）。
CAPP（计算机辅助工艺计划）通过计算机进行工艺路线制定、工序设计、加工方法选择、工时定额计算，包括工装、夹具设计、刀具和切削用量选择等，且能生成必要的工艺卡和工艺文件。
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。
第一章 CIMS概述
生产组织模式的转变
小而全——大而全——全球协作化生产 传统制造模式（橄榄型） 现代制造模式（哑铃型）
CIMS三要素
CIMS三要素
三要素之间的关系
利用计算机、自动化技术、 制造技术及信息技术等来达 到预期的经营目标
市场被迅速分割，产品的生命周期缩短 市场全球化，竞争国际化 客户要求多样化 计算机技术和网络技术的迅速发展
CIMS产生的背景和基础
CIMS产生的背景和基础
20世纪末制造业的重大变化
市场全球化，竞争空前加剧 微电子为基础的信息技术高速发展 竞争要求制造业：
加快新产品开发和上市时间 提高质量 降低成本 完善售前/售后服务 有益于环境
CAM子系统
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的中枢，指挥和控制各部门有条不紊 地工作。
经营管理分系统
制造自动化分系统
制造自动化系统是在计算机的控制与调度下， 按照NC代码将一个毛坯加工成合格的零件， 在装配成部件以至产品，并将制造现场信息 实时地反馈到相应部门。
生成：
车间作业计划，进行优化调度与控制，生成工件、 刀具、夹具需求计划，进行系统状态监控和故障 诊断处理，完成数据采集及评估等。
现代集成制造系统总体设计技术
2.工程设计分系统
设计要点
(1)深入分析企业特点，明确需求和目标
1）行业的影响 2）企业的产品设计能力及对外合作方式的影响 3）企业自身条件的影响 4）市场竞争环境的影响
(2)努力提高产品的自主开发能力 (3)加强产品开发的过程管理和产品数据管理 (4)提高产品的“三化”水平（通用化、标准化和系列 化）水平 (5)吸收并行工程思想，改进设计过程
现代集成制造系统总体设计技术
例子：某机床厂CIMS工程 设计分系统选型设计
1）硬件：以高中档工作站为主，辅以微机硬件环境，它应能 运行性能优越，价格合理的CAD/CAM一体化软件，能运行多种 数据库，便于开发面向对象的工程数据管理软件，便于建立 工程设计计算机局域网，便于与CIMS主机进行通信；
2）CAD/CAM-体化软件：1）应能满足参数化、特征化的3维造 型要求；2）通过3D实体造型生成2D零件图，作到信息的双向 关联；3）具有一体化的有限元分析软件，或提供与标准有限 元软件的前后处理接口，并作到双向尺寸关联；4）提供2—5 轴数控加工及检测编程能力；5）提供便于使用的通用或专用 程序开发语言，提供使各种用户易于掌握和使用的用户界面 ；6）提供关系数据库，便于开发工程数据库和实现产品的工 程管理，提供点队和矢量汉字库，便于图形和元件的汉字输 出；7）支持产品自上而下的设计方，便于生成装配图，于涉 检测及零件明细表；8）便于工艺特征的生成与抽取，为CAPP 的开发提供文体条件，满足机床设计的特殊要求，如箱体类 零件的展开图生成。此外还考虑了软件所需的内存空间，软 件的价格等等。
2．分系统的总体设计是保证CIMS系统集成的 需要
CIMS的关键是集成，CIMS的集成包括分系统间的集 成分系统内部的集成，而分系统间的集成往往表现 为一个分系统内的子系统与另一个分系统的子系统 间的集成，不对分系统进行深入的分析和设计就难 以保证这些集成。
计算机集成制造系统CIMS(计算机系统集成)
2.可行性研究主要内容 项目环境--外部环境，内容环境。 项目必要性--信息时代的要求，制造业的发展趋势，制造业面临 的机遇与挑战等。 企业现状与问题--现状包括：业务、经营、管理、开发、生产、 销售、经济效益，发展战略等，问题包括：实现经营发展目标 还存在哪些问题等。 企业需求--对需求调查进行分析，得到企业对CIMS的需求情况， CIMS有助于企业解决哪些问题。 建设目标和条件--建设CIMS的具体目标，已具备哪些条件，还 要创造哪些条件。 初步总体方案--CIMS功能与信息业务，子系统划分，系统性能 指标，系统技术方案与技术路线，技术可行性等。 实施计划--CIMS建设分哪几个阶段，先做什么，后做什么，人 力、财力、物力如何保证等。 投资分析—包括设计费用，设备费用，施工费用，培训费用，维 护费用，管理费用等 16 经济评价—指经济效益分析等
4
• CAPP子系统主要功能:
完成产品零件的加工过程设计、工艺流程与工序设计，生产过 程工序图和工艺文件，向MIS、MAS等提供工艺信息。 • CAM子系统主要功能: 根据CAD的产品设计信息和CAPP的工艺信息完成产品零部件 的数据加工编程和刀具轨迹模拟，提供数据加工指令和加工 时间等信息，并可提供仿真功能。 • CAD／CAPP／CAM集成 形成一个从产品设计到制造的完整自动化系统，以工程数据库 （公用）为核心，实现产品设计制造全过程的信息交流和共 享，从而提高劳动生产率、降低成本。 • CIMS关键问题 实现人、管理、经营和技术的有机地集成，必须依靠信息集成， 因为信息是粘合剂，信息是企业最重要的资源。信息集成需 要使用网络技术和数据库技术。
5
9.2
信息集成
一.信息集成 1.概念 对CIMS系统中各种类型的数据进行统一处理，避免数据冗余， 为用户提供统一、友好而透明的界面，从而有效地实现信息 交流和信息共享。 所谓透明是不同子系统的用户在调用非本地数据时就像在本地 调用一样。 2.信息集成重要性 是CIMS建设首要问题之一，由于CIMS中存在大量异构子系统， 其数据类型和格式等差别很大，故不同系统的用户很难调用 其他子系统的数据，更谈不上信息交流与共享。 信息集成不简单，涉及到不同的软件平台、不同的应用软件、 不同的应用模式以及不同的数据类型和格式。例如同一实体 可能在不同的子系统中使用不同的名称、不同的数据结构和 格式，有的子系统使用WWW，有的子系统使用文件系统， 有的使用数据库系统，而同一实体又可能使用不同的媒体来 6 表示，例如图形、图像、视频、语音和数据等。
智能制造中的人工智能总体架构与系统设计
智能制造中的人工智能总体架构与系统设计随着科技的不断发展，人工智能在各个领域的应用越来越广泛，其中智能制造是一个重要的应用领域。
智能制造通过将人工智能技术与制造业相结合，实现生产过程的智能化和自动化，提高生产效率和产品质量。
本文将探讨智能制造中的人工智能总体架构与系统设计。
一、智能制造中的人工智能总体架构智能制造中的人工智能总体架构包括数据采集与处理、智能决策与优化、智能控制与执行三个主要模块。
1. 数据采集与处理数据采集与处理是智能制造中的基础环节，通过传感器和物联网技术，实时获取生产过程中的各种数据，如温度、压力、湿度等。
这些数据经过预处理和清洗后，可以用于后续的数据分析和决策。
2. 智能决策与优化在智能制造中，通过人工智能技术对采集到的数据进行分析和挖掘，从而实现智能决策和优化。
例如，可以利用机器学习算法对生产过程中的数据进行建模和预测，提前发现潜在的问题并采取相应的措施。
同时，还可以通过优化算法对生产过程进行优化，提高生产效率和资源利用率。
3. 智能控制与执行智能控制与执行是智能制造中的关键环节，通过将人工智能技术与自动化控制相结合，实现生产过程的智能化和自动化。
例如，可以利用机器学习算法对生产设备进行故障预测和维护，提前发现设备故障并采取相应的措施，避免生产中断和损失。
二、智能制造中的系统设计智能制造中的系统设计需要考虑到不同环节之间的协同与集成，以及系统的可扩展性和灵活性。
1. 协同与集成在智能制造中，不同环节之间的协同与集成是实现智能化生产的关键。
例如，数据采集与处理模块需要与智能决策与优化模块进行数据交互，以实现实时的数据分析和决策。
同时，智能决策与优化模块还需要与智能控制与执行模块进行数据交互，以实现智能化的控制和执行。
2. 可扩展性与灵活性智能制造系统需要具备良好的可扩展性和灵活性，以适应不同规模和需求的生产。
例如，系统设计应考虑到不同生产设备的接入和集成，以及不同生产过程的变化和调整。
CIM 和CIMS
涵义
• 哈林顿提出的CIM概念，反映了人们开始从一 个更深刻的层次来分析和认识“制造”的内涵。 • 即：制造应包括产品全生命周期的各类活动— 市场需求分析、产品概念模型设计、详细设计、 生产、支持（包括质量、销售、采购、发送、 服务）以及产品最后的报废、环境处理等 全 过程的一切活动。 • 另一方面，制造过程不仅是一个从原料加工、 装配到产品的物料转换过程，还是一个复杂的 信息转换过程，在制造中发生的相关活动都是 信息处理整体中的一部分。
CIM和CIMS的关系
CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。 CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、 智能化、集成优化的制造系统。 CIM/CIMS不是企业的目标，而是达到企业目标的手 段之一 CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技 术、自动化技术、系统工程技术等的有机结合，其包括 总体技术、支撑技术、设计自动化技术、制造自动化技 术和管理自动化技术； CIM哲理和相关技术既可用于离散型制造业，也可用 于流程和混合型制造业； CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如 CIM与LP。
CIM和CIMS的关系
典型的CIMS
CIM/CIMS基本概念
J. Harrington 博士 （1973）
Computer Integrated Manufacturing
计算机集成制造 CIM
基本思想
• 企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理； • 整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理 的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程 ，而物流又是受信息流控制的。
人们对CIM的不同认识和理解
1993年，美国SME提出CIM的新 版轮图（图3-19）。将顾客作 为制造业一切活动的核心，强 调了人、组织、协同工作及管 理生产的全面考虑。 1992年，ISO TC184/ SC5/WG1： CIM是把人、经营组织和能力与 信息技术、制造技术综合应用， 以提高制造企业生产率和灵活 性。 1991，日本能源协会：以信息 为媒介，用计算机把企业活动 中的多种业务领域及其职能集 成起来，追求整体效益的新型 生产系统。
[方案]现代制造技术
![[方案]现代制造技术](https://img.taocdn.com/s3/m/dbd3f4697ed5360cba1aa8114431b90d6c8589da.png)
制造业是以制造技术为主导技术进行产品制造的企业群体的总称，是工业的主体。
根据我国现行统计划分，工业由制造业、采掘业以及电力、燃气和水的生产供应业构成，制造业系指第二产业中除采掘业、电力和燃气及其生产供应业、建筑业以外的所有行业，包括30个大类、169个中类、482个小类。
可以说制造业是一个国家的立国之本。
制造业发展水平的高低，将直接影响到国家各产品技术水平和经济效益的提高。
没有现代化的制造业就不可能有现代化的工业、农业、国防和科学技术。
从世界各国的工业化发展历程来看，制造业的优先发展是经济腾飞的必要条件。
制造技术的不断创新则是制造业发展的技术基础和动力。
也是一个国家科学技术水平的重要标志之一，它对信息技术、新材料技术、海洋工程、生物工程、能源工程和空间技术等新学科及新技术的发展有着至关重要的作用。
制造(Manufacturing)是利用制造资源(设计方法、工艺、设备和人力等)将材料“转变”为有用的物品的过程。
制造是一个很大的概念，按制造的连续性可分为连续制造(如化工产品的制造)和离散制造(如家电产品的制造)；按行业又可分为机械制造、食品制造、化工制造、IT产品制造，等等。
当今，人们对制造的概念又加以扩充，将体系管理和服务等也纳入其中。
制造是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。
制造技术(Manufacturing Technology)是制造活动所涉及到的一系列技术的总称，是提高产品竞争力的关键，也是制造业赖以生存和发展的主体技术。
传统的制造技术仅强调工艺方法和加工设备。
现代的制造技术不仅重视工艺方法和设备，还注重设计方法、生产组织模式、制造与环境和谐统一、制造的可持续性以及制造技术与其它科学技术的交叉和融合，甚至还涉及制造技术与制造全球化、贸易自由化、军备竞争等内容。
1.2 制造业的发展历程制造业的发展历程，是一个不断提高产品的质量、不断应用最新科技成果,提高和完善制造过程的自动化水平、信息化水平、应用先进的制造理念和管理理念和不断提高劳动生产率、降低制造成本，实现制造最优化的过程。
第3章现代集成制造系统的方法体系-1
CIM-OSA的基本构成成分，通用层描述的内容广泛地适 用于各类企业。通用层主要由建模元件、约束、规则、 术语、服务和协议等各类构件组成。这些构件可以广泛 应用于各类企业集成中。 部分通用层（Partial generic）是一组适应于某一行 业的部分通用模型。部分通用模型包括了针对不同工业 类型，如汽车、航空、航天、电子等的典型结构。而针 对工业类型的部分通用模型还可按照企业的规模和类别 继续划分。 专用层(Particular)适用于一个特定的企业，在这一层 通过具体的制造单元和信息单元描述特定的CIM企业。
在这一维上，建模过程是一个从通用层、部分通用
层、到专用层的逐步抽取过程。
华北电力大学自动化系
15
CIM-OSA部分通用模型结构
华北电力大学自动化系
16
视图维
视图维由功能、信息、资源、组织四个从
不同角度描述企业的视图组成： 功能视图－描述了满足企业目标的功能结 构和控制结构。控制结构定义了企业活动 的执行顺序，即定义了企业的过程行为。 信息视图－描述了功能视图中各个对象的 信息、信息结构及其相互之间的关系。 资源视图－描述了资源、资源与功能、控 制、组织结构之间的关系。 组织视图－描述了企业的组织结构， 以及 组织结构对企业的功能对象、信息对象和 资源对象的职责关系。
华北电力大学自动化系
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CIMOSA 的功能模型实例
考虑一个简单的制造系统， 它由一个
装卸工作站（ 装、卸共用一个平台） 、一个机器人和一个机床组成。机床分 二个加工步骤完成工件的加工， 在完 成了一个工件的拆卸后进行下一个工件 的装卡。每个加工步骤的结果可以是正 常结束， 也可以是故障停止， 系统在加工出现故障的情况下停止运行 。机器人完成装卸工作站和机床之间的 工件传输。
CIMS(计算机集成制造系统)
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CIMS的产生背景
70年代后 信息技术促使全球市场的形成 T（时间）、Q（质量）、C（成本）、S（服务） — 制造业的难题 永恒的主题 促使 管理变革
技术进步 T Q C S的阻力— “自动化孤岛”
全社会进步 单元技术:不同的 单位、时期、标准、封闭系统
通信协议、软件、数据库 不能实现"五个正确":
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CIMS的基本概念与组成
CIMS三要素关系： • 经营管理与技术:技术支持企业达到预期的经营目标； • 人与技术:技术支持各类人员互相配合、协调一致工作； • 人与经营管理:人员素质提高支持企业的经营管理；
• 在三要素的相交部分需 解决四类集成问题： • ①用技术支持经营； • ②用技术支持人员工作； • ③人员协调的工作,以支持经营活动； • ④统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。
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35
1.面向系统局部的CIMS体系结构
1.1 面向功能构成的体系结构(SME)
组成
➢ 用户 ➢ 人、技术和组织 ➢ 共享的知识和系统 ➢ 功能与过程 ➢ 资源和职责 ➢ 制造基础结构
用户是CIMS的核心，满足 用户的需求是成功实施 CIMS的关键。
资资源源
共享知识
顾客 组织
系统 制造
责任
图 CASA/SME的“制造企业轮图”（1993）
是一种组织管理企业生产的是一种组织管理企业生产的新哲理新哲理它借它借助计算机软硬件综合应用现代管理技术制造技助计算机软硬件综合应用现代管理技术制造技术信息技术自动化技术系统技术将企业生术信息技术自动化技术系统技术将企业生产全部过程中有关产全部过程中有关人技术经营管理三要素人技术经营管理三要素及其及其信息流与物质流信息流与物质流有机地有机地集成集成并优化运行以实现产并优化运行以实现产品的高质量低成本短交货期提高企业对市场品的高质量低成本短交货期提高企业对市场
先进制造技术现代设计技术
一.现代设计技术概述
②. 现代设计技术的逻辑维： 分析--明确设计任务本质； 综合--综合各种因素，探求解决方案； 评价--对多种方案进行比较和评定，方案调整和改进； 决策--确定最佳的设计方案
先进制造技术
一.现代设计技术概述
(3) 现代设计技术的体系结构 现代设计技术由4个不同层次的技术所组成，计算机辅助设计技术CAD是现代设计技术的主体技术
先进制造技术
01
02
二.数字化设计与数字化产品开发
02
支撑技术 指现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术。现代设计方法学涉及内容很广，如并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配制、反求工程、绿色设计、模糊设计、面向对象的设计、工业造型设计等。可信性设计是广义的可靠性设计扩展，主要指可靠性与安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、健壮设计、耐环境设计等。设计试验技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。
先进制造技术
二.数字化设计与数字化产品开发
二.数字化设计与数字化产品开发
先进制造技术
二.数字化设计与数字化产品开发
(2) 数据的离散性----反求工程和快速原型技术设计 复杂产品的模仿创新是一条减少风险投入，加快产品创新的有效途径。 反求工程是利用某些测量方法（如三坐标测量、CT、核磁共振、自动断层扫描法等），在实测数据的基础上，重构产品三维数据模型的方法。 快速原型技术是20世纪末期制造领域的重大突破，它直接利用CAD的离散数据，简单、快速、准确地将人的思想转化成功能原型或零件，淡化了设计与制造的界线 。
主体技术
基础技术
支撑技术
应用技术
传统设计理论 与方法
现代集成制造系统总体设计技术
现代集成制造系统总体设计技术现代集成制造系统是指将工业制造中的各个环节和过程进行整合和优化，以提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量和增强企业竞争力的一种生产制造模式。
在一个现代集成制造系统中，涵盖了从原料采购到产品交付的整个生产过程，并通过信息技术对这些环节进行协调和管理。
现代集成制造系统的总体设计技术是指对整个生产过程进行规划和设计的技术方法和手段。
这些技术主要包括生产流程设计、设备选型与配置、信息系统设计和运营管理等方面。
在生产流程设计方面，现代集成制造系统需要通过对产品制造过程进行分析和优化，确定各个环节之间的关系和协作方式。
在这个过程中，可以采用一些先进的工艺和生产方法来提高生产效率和产品质量。
例如，引入灵活生产线，实现工人与机器的智能协作；采用模块化产品设计，实现产品系列化和个性化定制等。
设备选型与配置是现代集成制造系统设计中的重要环节。
通过合理选择和配置生产设备，可以提高生产线的灵活性和适应性。
同时，还可以通过引入先进的自动化设备和机器人技术，实现生产过程的自动化和信息化。
这些设备的选型和配置需要充分考虑生产需求、工艺要求和经济效益等因素。
信息系统设计是现代集成制造系统设计中的关键环节。
如今，信息技术已经成为现代制造业的重要支撑，可以为生产过程提供实时监控和管理，优化资源配置，提高生产效率和质量。
信息系统设计需要考虑生产数据的采集和处理，生产计划的制定和跟踪，物流和供应链管理等方面。
同时，还需要与企业内部其他系统和外部供应商、客户等进行信息的共享和交流。
运营管理是现代集成制造系统设计中的最后环节。
通过合理的运营管理，可以实现对整个生产过程的有效控制和改进。
运营管理包括人力资源管理、质量管理、生产计划与控制、物流管理、供应链管理等方面。
通过建立有效的管理体系和控制方法，可以提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量和服务水平，从而增强企业的竞争力。
在现代集成制造系统的总体设计中，还需要充分考虑环境保护和可持续发展的要求。
1-现代集成制造系统导论08
一、计算机集成制造系统和现代集成制造系统 1.3 从系统理论看现代集成制造系统CIMS
1.3.2 复杂问题求解的基本框架
4．数学等理论工具 （5）智能方法，如人工神经网络、遗传算法、多
智能体技术等 这些智能方法在解决上述应用问题时是有效的。
理论参数计算与智能方法相结合是解决不少复杂问题 的一种行之有效的办法。
1.3.2 复杂问题求解的基本框架
基本框架如下： 管理（包括生产组织模式）理念与模式； 方法论； 实现技术； 数学等理论工具；
一、计算机集成制造系统和现代集成制造系统
1.3 从系统理论看现代集成制造系统CIMS
1.3.2 复杂问题求解的基本框架
1．管理（包括生产组织模式）理念与模式 大量的先进的管理理念，如计算机集成制造；“推式”计划的生产
资源优化（敏捷制造是资源优化更快的响应市场）：网络化设计制 造的支持工具、使能技术、网络安全、供需链管理，从物流（logistics ）到电子物流（e-logistics）、电子商务以及协同产品商务CPC（ Collaborative Product Commerce）等等。
一、计算机集成制造系统和现代集成制造系统
3．实现技术 如何建立一个现代集成制造系统？ “现代”包含了当今信息技术的最新成果：数字化、网络化、虚拟
化、智能化、绿色化与集成化。 信息集成：异构环境下的信息集成，包括了协议的共存与转换；异
种数据库的数据共享；应用软件的数据交换等。 过程重组和优化（并行工程）：过程建模及优化（串行过程→并行
过程），上游过程考虑下游过程的设计工具DFX、虚拟制造装配、性能评 估技术和计算机协同工作环境等。
1.3.1 系统的复杂性 1．功能的复杂性
系统包含了产品从规划设计到最终交付用户使用的一切活动。如产品 设计开发过程、加工制造过程和经营管理过程（包括销售及服务）等。 不仅有物流，还有大量的人的活动。 2．对象的复杂性
CIMS简介
CIMS简介摘要：本文大致的介绍了CIMS相关的知识，简单的讲解了CIMS的发展现状、体系结构、集成体系等内容。
阐述了作者对CIMS的一些认识，提出了作者对CIMS发展的一些看法。
关键字：CIMS CAD/CAPP/CAM系统集成1、CIMS定义CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems的缩写，直译就是计算机/现代集成制造系统。
计算机集成制造----CIM的概念最早是由美国学者哈林顿博士提出的，其基本出发点是：1）企业的各种生产经营活动是不可分割的，要统一考虑；2）整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。
[1]CIMS 定义：CIMS是通过计算机软件,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。
[2]CIMS 概念结构如图1所示。
图1 CIMS概念结构2、CIMS发展状况我国共有数10 万个制造企业, CIMS 产业的市场潜力很大。
[3]目前,我国CIMS 技术在研究、应用领域也在不断开拓。
在研究领域建立了更广泛的研究环境和工程环境, 包括国家CIMS 实验工程研究中心和7 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 系统理论实验室)。
当前, CIMS 的进一步试点推广应用已经扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶金、石油化工等诸多领域, 正得到各行各业越来越多的关注和投入。
如北京第一机床厂早在1995年就采用了CIMS；诸暨电动工具厂也采用了CIMS，还有如长安汽车公司、甘肃兰化化纤厂、唐钢高线厂、优兰发纸业、杭州三联电子有限公司等许多制造型企业都采用了CIMS，并取得了很好的效果。
现代集成制造系统CIMS
三、CIMS与管理创新模式 2．两种管理创新模式分析
以美国为代表的西方的技术—设计型管理创新模式
美国企业科学管理的基础雄厚，泰勒的管理思想
开始就是强调以工程技术为基础来规划设计企业的资 源（包括人的行为），以计划、控制为手段来实现企 业的高效率、低成本的经营运作，实现企业目标（见 图5）。
造传统制造业，支持新兴制造业，提高企业市场竞争能力的
一种高技术。
二、中国的CIMS之路
1.现代集成制造系统 (Contemporary Integrated Manufacturing System) 2.大制造的概念
空间尺度：市场→产品开发→生产装配→市场 知识→技术→产品，更新周期缩短，如汽车等。 产品批量：多品种、小批量、顾客需求、环保
技术--设计型模式特点
从整体上考虑企业进步发展，要求企业管
理基础程度较高。
技术--改善型模式特点
有利于企业从内部向外部的管理基础和积累的提高， 发挥员工的主动性和创造性。
成功企业的共性特点
(1)在机制创新上是先行者 主动按市场经济规律改造企业管理机制，无论在公司 机制、人事机制、分配机制等都进行了较大规模的创新。 (2)始终坚持提高企业管理基础
三、CIMS与管理创新模式
企业
设备 规划 物料 产品 设计 人员 计 划 控 制 高效率 经营 运行 低成本 企业
技术
目标
图5. 技术-设计型管理创新模式
三、CIMS与管理创新模式
以日本为代表的东方的技术—改善型管理创新模式
企业 技术 改善 设备 物料 创新 产品
准 时 化
高效率 经营 运行 低成本 企业 目标
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现代集成制造系统总体设计技术
现代集成制造系统总体设计技术
分系统总体设计的注意事项
1．深入分析企业特点和需求，从全局出发，确定 分系统的目标 2．注意分系统之间及分系统与总体的一致性 3．采用正确的设计方法和技术路线 4．把握总体，防止陷入技术细节 5．避免重复
现代集成制造系统总体设计技术
CIMS各分系统的总体设计
生产经营管理分系统 工程设计分系统 制造自动化分系统 质量保证分系统 计算机支持分系统
3）自行开发CAPP系统。
现代集成制造系统总体设计技术
3.制造自动化分系统
自动化分系统应覆盖企业的所有车间及各种与车间 功能相近的各类部门，覆盖车间内的全部生产经营 活动。由于车间之间的差别很大，具体车间的自动 化系统构成内容也有很大差别。
现代集成制造系统总体设计技术
3.制造自动化分系统
1）车间的差异
1）选择原材料或毛坯，包括形状、尺寸、重量、材料 2）选择机械加工方法和顺序，包括选择：①总体加工 方法及顺序一工艺路线；②在一给定工位上的局部加工 方法和顺序一工步。 3）选择机床。 4）辅助功能：①选择夹具；②选择刀具；③确定制造 技术要求；④选择测量仪器。 5）计算制造时间：①进给量和切削速度；②安装时间 ；③准备时间；④加工时间。 6）产生文本，输出工艺规程，包括输出：①工艺规程 标题；②工艺规程参数。
现代集成制造系统总体设计技术
2.工程设计分系统
设计要点
(1)深入分析企业特点，明确需求和目标
1）行业的影响 2）企业的产品设计能力及对外合作方式的影响 3）企业自身条件的影响 4）市场竞争环境的影响
(2)努力提高产品的自主开发能力 (3)加强产品开发的过程管理和产品数据管理 (4)提高产品的“三化”水平（通用化、标准化和系列 化）水平 (5)吸收并行工程思想，改进设计过程
与车间自动化分系统的集成 与工程设计分系统的集成 软件应有扩展的功能，可以实现更大范围的信息集成， 包括管理范围的扩展，企业间的集成。
要进行投资效益分析，确定投资规模，在可用资金的约 束下，选择性能价格比高的软件。 引进先进的管理软件的同时，也将引进先进的管理思想
现代集成制造系统总体设计技术
2.工程设计分系统
现代集成制造系统总体设计技术
1.生产经营管理分系统
在MRP-Ⅱ基础上进一步提高
一般CIMS工程中增加的主要功能模块有： 1）综合信息查询功能 它可及时提供企业经营管理综 合性信息，供厂级领导使用和参考。 2）生产动态追踪功能 它能及时提供生产过程及物料 流动的动态跟踪信息，为生产调度、生产控制服务。 3）生产优化功能，针对不同的生产过程特点，在管理 中采用优化模块可以加快生产进程、降低生产成本。 4）决策支持功能，利用集成环境提供的企业内外部信 息，建立决策支持系统，将多种可行决策提供给决策者 。 5）产品报价功能，利用信息集成，借助工程设计分系 统提供的技术报价，基于成本核算功能实现财务报价， 最后给出商务报价，可大大提高报价质量和速度。
现代集成制造系统总体设计技术
例子：某机床厂CIMS工程 设计分系统选型设计
1）硬件：以高中档工作站为主，辅以微机硬件环境，它应能 运行性能优越，价格合理的CAD/CAM一体化软件，能运行多种 数据库，便于开发面向对象的工程数据管理软件，便于建立 工程设计计算机局域网，便于与CIMS主机进行通信；
2）CAD/CAM-体化软件：1）应能满足参数化、特征化的3维造 型要求；2）通过3D实体造型生成2D零件图，作到信息的双向 关联；3）具有一体化的有限元分析软件，或提供与标准有限 元软件的前后处理接口，并作到双向尺寸关联；4）提供2—5 轴数控加工及检测编程能力；5）提供便于使用的通用或专用 程序开发语言，提供使各种用户易于掌握和使用的用户界面 ；6）提供关系数据库，便于开发工程数据库和实现产品的工 程管理，提供点队和矢量汉字库，便于图形和元件的汉字输 出；7）支持产品自上而下的设计方，便于生成装配图，于涉 检测及零件明细表；8）便于工艺特征的生成与抽取，为CAPP 的开发提供文体条件，满足机床设计的特殊要求，如箱体类 零件的展开图生成。此外还考虑了软件所需的内存空间，软 件的价格等等。
现代集成制造系统总体设计技术
1.生产经营管理分系统
改造MRP-Ⅱ软件，使其适应CIMS集成需要
现有的MRP-Ⅱ软件由于是按单独运行而开发出来的 ，当用于CIMS工程中时，需进行适当的改造：
1）车间作业管理（SFC）MRP-Ⅱ作为企业管理软件 ，如独立运行，当然要给出车间的作业计划供车间 执行。但在CIMS中，我们已有专门的分系统一车间 自动化分系统来完成车间的各项功能。因此可将 SFC功能从生产经营管理分系统中去掉。
现代集成制造系统总体设计技术
2.工程设计分系统
4)工装设计
工艺装备（刀具、夹具、量具、辅具、磨具） 设计 从本质上讲，工装设计与产品设计性质是相似 的，工装作为一种装置了可看成为一种不出厂 的产品，要经历相似的设计过程完成相似的工 作。 工装设计与工装所服务的产品、部件、零件密 切相关，有的工装可能很复杂、庞大，有的仅 是一些零件。 为了完成工装设计，建立工装CAD系统，必须 获取相关的产品信息和工艺信息，实现与产品 CAD、CAPP等的集成。
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2.工程设计分系统
选型设计
针对企业工程设计的需要，目前已有多种成熟的 CAD/CAM软件及一些CAPP软件可供企业选用。工程设计 分系统的总体设计应完成选型设计。 1）实用原则 系统选型应满足企业的实用要求，既满 足当前的要求，又能适当考虑以后的需求。 2）可集成的原则 3）开放性原则 4）充分利用企业的现有资源 为使企业已有的工程设 计资源，能充分利用，应优先选择与企业原有资源易于 集成的系统。 5）经济性原则 要考虑企业的经济实力，量力而行
2．分系统的总体设计是保证CIMS系统集成的 需要
CIMS的关键是集成，CIMS的集成包括分系统间的集 成分系统内部的集成，而分系统间的集成往往表现 为一个分系统内的子系统与另一个分系统的子系统 间的集成，不对分系统进行深入的分析和设计就难 以保证这些集成。
3．分系统设计更能计技术
2.工程设计分系统
设计阶段
新设计 修改设计 变型设计
功能 分析
√
产品定 义
√
总体设计 √
详细绘 图
√
√
√
√
√
√
现代集成制造系统总体设计技术
2.工程设计分系统
2)工艺过程设计
工艺过程设计（又称工艺过程规划或工艺计划、工艺设 计）的任务是将产品设计信息转换为工艺规程，以便制 造零件或产品，指导工件通过各个制造阶段，包括从选 择原材料开始到制造成零件、形成产品为止的全过程。 主要功能
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3.制造自动化分系统
2 ）车间功能及层次结构 车间（分厂）的功能分为下列两大类：
直接完成物料的运输、储存、加工处理以及测试检验等 生产制造活动。 在车间范围内围绕生产制造过程所进行的管理、调度和 控制活动，也包括与其它分系统进行的双向信息交换活 动。
按典型的企业5层递阶结构模型，车间占有4层的功 能（对不同性质的车间，其功能会有所不同）：
现代集成制造系统总体设计技术
分系统总体设计的一般原则
1）分系统设计必须在CIMS总体框架下，即以CIM哲 理为指导，在CIMS环境下考虑本分系统的设计问题 。 2）作为分系统，不但要从本分系统所涉及的企业 经营过程的需要出发，进行功能、信息、资源和组 织设计，解决本分系统内部的集成问题，还要考虑 与其它分系统的分工和联系，解决和其它分系统的 集成问题。 3）要认清分系统的体系结构是CIMS系统的体系结 构的一部分 。
企业根据其生产需要和企业的具体情况 设置若干个 车间，或与车间功能相近的部门。一个企业的各个车间 是不同的，不同企业的车间之间差别更大。 规模不同 职能权限不同 车间的自动化程度不同 车间的组织方式不同 车间的性质不同 在CIMS工程总体设计中一般关心车间 的下述性质：
1）生产过程的离散性，对离散性不同的车间，需采用 不同的计划调度方法。 2）过程的复杂性：离散型车间由于工件数量多，工序 数量多，因而计划调度复杂。流程性车间的车间级计划 调度相对简单，但设备（装置）级的控制功能也是很复 杂的。
现代集成制造系统总体设计技术
1.生产经营管理分系统
设计要点
1）.分系统的需求分析和目标的制定
从整体和战略的高度出发，企业领导直接参与并起 指导作用，找出影响企业竞争力的主要因素及生产 经营管理系统可以解决的问题。
现代集成制造系统总体设计技术
1.生产经营管理分系统
2）.具体需求和系统设计
根据企业生产经营特点，明确企业的生产销售环境和生 产方式，并进而提出对MRP-Ⅱ软件的具体要求，把选择 软件的工作做细： 软件必须能够正确描述企业的产品结构和工艺流程 确定自行开发与购买商品软件。 MRP-Ⅱ软件进行改造和扩充，通过二次开发使之用户化 要考虑与其它分系统集成的要求：
现代集成制造系统总体 设计技术
2020/11/23
现代集成制造系统总体设计技术
分系统总体设计在CIMS总 体设计中的作用
由于CIMS的复杂性，CIMS总体方案设计还 须深入到各分系统 。
1．分系统总体设计是CIMS总体设计的组成部 分
不对各分系统进行总体设计，不足以充分说明CIMS 系统的总体方案。
覆盖范围
企业的所有工程设计部门，覆盖产品设计的过程，包括 产品设计、零部件设计、工艺设计、数控编程以及工装 设计等。 1)产品设计