计算机集成制造系统(CIMS)技术

设施1 …… 设施n
罐区1 …… 罐区n
Database on time
Database
Network
国家CIMS工程的实施情况
1.实施过程(三个阶段) • 1989-1992年, 典型应用工厂的选点、可行性
论证、初步设计和详细设计阶段； • 1993-1995年,典型应用企业实施的突破阶段:
optimization rationalize Linking CAD, CAM, MRP
CAD, CAM, CAPP, CAQ, MRP
enterprise software reorganization USA, Europe
CIMS一般结构
计算机集成制造系统主要由设计与工艺 模块、制造模块、管理信息模块和存储运输 模块构成 。
经营理念的发展与C、Q、T等
二、CIMS产生的背景
• CIMS：CIMS在20世纪80年代中期
才开始重视并大规模实施
二、CIMS产生的背景
• 产生的背景大背景: • 20世纪70年代的美国产业政策中过分夸大了第三产业
的作用，而将制造业，特别是传统产业，贬低为“夕 阳工业”.
• ---导致:美国制造业优势的急剧衰退，并在20世纪80
信息集成其主要内容有
• 早期信息集成的实现方法主要通过局域网和数据 库来实现。
• 近期采用企业网、外联网、产品数据管理（PDM）、
集成平台和框架技术来实施。
• 值得指出，基于面向对象技术、软构件技术 和WEB技术的集成框架已成为系统信息集成的
重要支撑工具。
第二阶段：过程集成
• 就是对过程进行重构。 • 目标是尽量实现并行工程.
CIM的概念
• CIM目标：实现产品
的
• --高质量 • ---低成本 • ---交货期短， • 提高企业对市场变化
的应变能力和综合竞 争能力。
I know the goal.
CIMS的概念
• CIMS是在CIM哲理指导下建立的人机系统 • 以达到降低成本C（Cost）、提高质量
Q(Quality)、缩短交货周期T（Time）等目 的，从而提高企 业的创新设计能力和市场竞 争力。
有自律、分布、智能、敏捷等特点的新一代制造系 统。
6、绿色化
• 包括绿色制造、环境意识的设计与制造、生态工
厂、清洁化生产等
• 它是全球可持续发展战略在制造业中的体现，是摆
在现代制造业面前的一个崭新课题。
第二节CIMS的基本组成、体系结构及其关键技术
• 一、CIMS的基本组成 • CIMS是一个大型的
1、管理信息系统
• 管理信息系统通常是
以制造资源计划 （Manufacturing Resource Planning， MRPⅡ）为核心.
2、工程设计系统
CAD 、CAPP 、CAM三大部分。
3、制造自动化系统
• 制造自动化系统: • 是CIMS的信息流和物料流的结合点 • 是CIMS最终产生经济效益的聚集地 • 通常由CNC机床、加工中心、FMC（Flexible
立企业动态联盟（即所谓虚拟企业， Virtual Enterprise）。
第三阶段：企业集成
• 从组织层面上说，敏捷制造提倡“扁平式”企业，提
倡企业动态联盟。
第三阶段：企业集成
• 产品型企业应该是“两头大、中间小”，即强大的新
产品设计、开发能力和强大的市场开拓能 力。
• “中间小”指加工制造的设备能力可以小。 • 多数零部件可以靠协作解决，这样企业可以在全球采
• 信息集成 • 过程集成 • 企业集成
集
成
企业集成:VM
化
过程集成:CE
程
度
信息基础:CIMS
组织与人员集成
过去
现在
未来
第一阶段：信息集成
• 解决的根本问题是:解决设计、管理和加工制造中大
量存在的自动化孤岛问题
• 使信息正确、高效的共享和交换。
• 信息集成是改善企业时间（T）、质量（Q）、成
本（C）、服务（S）所必需的。
计算机集成制造系统（CIMS）
各模块的主要功能：
设计与工 艺模块
CAD、CAE、CAPP、CAM等
制造模块
DNC、CNC、车间生产计划、作业调度、 刀具管理、质量检测与控制、装配、自动 化仓库、FMC/FMS等
管理信息 模块
市场预测、物料需求计划、生产计算、成 本核算及销售等
存储运输 模块
存储运输模块的主要功能有仓库管理、自动搬 运等。
年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗.
• ---美国才开始重视并决心用其信息技术的优势夺回制
造业的霸主地位。于是美国及其他各国纷纷制订并执 行发展计划。
• ---CIMS的理念、技术也随之有了很大的发展。
CIMS的发展轨迹
• 系统集成优化是CIMS技术与应用的核心技术，
因此我们认为，可将CIMS技术的发展从系统集 成优化发展的角度来划分为三个阶段：
CIMS为现代制造企业追求在激烈变化中、动 态市场条件下，具有快速灵活响应的竞争优 势提供所要求的战略性系统技术。
CIMS发展可以实现整个机械制造厂的全盘自 动化，是自动化制造技术的发展方向。
自动化工厂与CIMS比较
Factory automation CIM
philosophy target example
element
target focus human origin
automation unmanned factory FMC, FMS
processing, material flow, measurement, inspection, assembly,
factory hardware replacing human Japan
Manufacturing Cell，柔性制造单元）或FMS等 组成。
• 制造自动化系统的目标可归纳为： • ①实现多品种、小批量产品制造的柔性自动化； • ②实现优质、低成本、短周期及高效率生产，提高企业的市
场竞争能力；
• ③为作业人员创造舒适而安全的劳动环境。
二、CIMS的体系结构
• 所谓CIMS的体系结构，就是一组代表整个CIMS
各个方面的多视图多层次的模型的集合。
二、CIMS的体系结构
• 欧共体ESPRIT计划中的AMICE专题所提出的
CIMS- OSA体系结构具有一定的代表性。
• 我国学者在提出了如图下所示的“阶梯形多视图多
领域CIMS体系结构” （stair-like CIMS architecture，简称SLA）。该多层次多视图的体 系结构，是比较适合我国实情的。
的新哲理
CIM的概念
• 手段：它借助计算机软硬件，综合应用
• (1)现代管理技术; • (2)制造技术; • (3)信息技术; • (4)自动化技术; • (5)系统技术，
• 将企业生产全部过程 中有关
• ----人 • ----技术 • ----经营管理
• 三要素及其信息流与物质流有机地集成并
优化运行，
CIMS硬件结构示例
CIMS结构示例
CIMS局部：数控车间自动化集成管理系统
CIMS示例 CIMS局部：数控车间集成系统
CIMS示例 CIMS局部：国产数控机床车间示范工程
第一节 概述 一、CIM的概念
• 计算机集成制造（CIM）的概念是1974年首先由美国
约瑟夫·哈林顿（Joseph Harrington）博士在 《Computer Integrated Manufacturing》一书中 提出的
购价格最便宜、质量最好的零部件。
• ---这是企业优化经营的体现。因此企业间的集成是企
业优化的新台阶。
为什么要企业集成？----传统企业的问题
• 传统企业的问题: • 传统企业的弊端恰恰是“两头小、中间大”，即薄
弱的产品开发及市场开拓，这是计划经济的必然产 物。
为什么要企业集成？----传统企业的问题
• 1、集成化 • 2、数字化／虚拟化 • 3、网络化 • 4、柔性化 • 5、智能化 • 6、绿色化
Which direction?
四、CIMS发展趋势
• 1、集成化 • 从当前企业内部的信息集成和功能集成
-发展到过程集成（以并行工程为代表）
• ……并正在步入实现企业间集成的阶段（以敏捷
制造为代表）。
第三阶段：企业集成
• 企业集成的思路: • 企业提高自身的市场竞争力，不能走“小而全”、
“大而全”的封建庄园经济的道路，
• 而必须面对全球经济、全球制造的新形势，充分利
用全球的制造资源（包括智力资源），更快、更好、 更省地响应市场，
• 这也是敏捷制造的由来。
第三阶段：企业集成
• 敏捷制造的组织形式是企业针对某一特定产品，建
销售系统
DSS
Database
Network
流程制造业CIMS
DSS
MIS
OA
营销管理分系统 M&S_S
生产管理分系统 PMS
化验室分系统 LIMIS
物流工程分系统 LOES
生产调度子系统PSS 过程优化子系统 先进控制子系统 过程监控子系统
常规或数字仪表、计量系统、DCS、PLC
装置1 …… 装置n
Internet的分布式网络制造，以支持全球制造策略 的实现。
华南农业大学 工程学院 刘天湖
4、柔性化
• 正积极研究发展企业间动态联盟技术、敏捷设计生
产技术、可重组技术等，以实现敏捷制造。
5、智能化
• 智能化是制造系统在柔性化和集成化基础上进一步
的发展与延伸
• 它是：引入各类人工智能和智能控制技术，实现具
华南农业大学 工程学院 刘天湖
三、实施CIMS的关键技术
• 实施CIMS的关键技术，主要指下面两大类关键技
术：
• 1、系统集成 • 2、单元技术
离散制造业CIMS
未经集成化处理的 计算机应用,形成了多个
“自动化孤岛”
CAD
CAPP
robot
FMS
FAS
CAE MIS
CAM MRPII
OA
自动化 立体仓库
活动；
• ④统一管理并实现经营、人员、
技术的集成优化运行。
• 目前，CIMS并不过分强调物流自动化，而是侧
重于以人为中心的适度自动化，即强调人、经营、 技术三者的有机集成，充分发挥人的作用。
• 从系统的功能角度考虑，
一般认为CIMS可由四个 功能分系统和两个支撑分 系统组成（如图所示） ：
• 1、管理信息系统 • 2、工程设计系统 • 3、制造自动化系统 • 4、质量保证系统 • 5、--a)计算机通讯网络 • 6、--b)数据库。
华南农业大学 工程学院 刘天湖
第一节 概述 一、CIM概念
• 约瑟夫·哈林顿基本观点为：
• 一是企业的各个生产环节是一个不可分隔的整体，需
要统一考虑；
• 二是整个生产制造过程实质上是 对信息的采集、传递
和加工处理的过程，最终形成的产品可看作是信息的
物质表现。
CIM的概念
• 定义：
• CIM是一种组织、管理、企业生产
2、数字化／虚拟化
• 现在提得比较多的是:数字化装备 • 在数字化基础上，虚拟化技术正在迅速发展，主要
包括:
• ---虚拟现实应用 • ---虚拟产品开发 • ---虚拟制造
数字化:
管理数字化
设计数字化
企业数字化
生产过程数字化
制造装备数字化
虚拟化:
3、网络化
• 从基于局域网发展到基于Intranet/Extranet／
复杂系统，包括人、经 营、技术三要素，三要 素之间的关系如所示。
• 其中： • 人---包括组织机构及其成员 • 经营---包括目标和经营过程 • 技术---包括信息技术和基础结构（设备、通
信系统、运输系统等使用的各种技术）。
• 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
意义的。
3、企业集成
• 企业间集成的关键技术包括： • --信息集成技术 • --并行工程的关键技术 • --虚拟制造 • --支持敏捷工程的使能技术系统 • --基于网络（如Internet／Intranet／
Extranet）的敏捷制造
• --以及资源优化（如ERP、传统企业的问题:
• 传统的理念：企业的技术改造总是放在更新和加强基
础设备上。
What first?
为什么要企业集成？----传统企业的问题
• 传统企业的问题:
• 导致的后果：这类企业，一旦产品不适合市场，又无
能力去很快适应市场，购置的设备就变成了企业的大 包袱，企业会很快陷入困境。
• 因此，克服传统的技术改造观念是很重要的，有现实
计算机集成制造系统 （CIMS）技术
几个相关的概念
自动化工厂:经自动化 “通信网络”连接工厂 的各个子系统，可构成一个有机联系的整体，即自 动化工厂。
CIM:计算机集成制造，它反映了制造系统新的 发展方向。
CIMS:计算机集成制造系统，则是CIM思想技 术上的具体实现.
计算机集成制造系统（CIMS）