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计算机集成制造-1

 计算机集成制造系统(一)

教学目标:

1.掌握CIMS的基本哲理和概念。

2.CIMS的技术组成。

教学重点:

CIMS的哲理及技术组成.

计算机集成制造系统

一.           CIMS的概念

1.市场需求的多样化

随着生产力的发展,物质财富越来越丰富,人们对商品的要求越来越高,对商品多样性的需求更加突出,这就使大批量的生产方式逐渐变得不适应于市场竞争。就是说,要求产品种类越来越多,一个型号产品的生命周期则越来越短,还要求企业有善于处理批量大小不同的订单的能力。这就是所谓用户化大量生产(mass-customerization production),就是要求用大量生产(mass production)的成本来生产出满足大批用户不同个体化要求的产品。为了适应这种新的形势,世界各国都在致力于对未来制造业战略和运行模式的研究。

2.技术发展的要求

从技术发展的进程中,也对企业运行提出了新的问题。特别是在计算机技术的快速发展及其在工业上越来越普遍的应用以后,人们逐渐感到,整个生产过程、以至整个企业运行的各个方面,应用着各种各样的单项技术,每种单项工作都可以引入很先进的新技术,但是面对着急速变化的市场需求,如果不将各单项技术关联起来形成一个整体,提高企业的应变能力,那么单项技术的先进性就不可能发挥其应有的效果,这就导致了所谓“集成”概念的产生。

3.哈林顿的观点

1973年美国约瑟夫·哈林顿博士(Dr.Joseph Harrington)提出了计算机集成制造(computerintegrated manufacturingCIM)的概念,当时他提出了2个基本观点:(1)企业生产的各个环节,包括市场分析、产品设计、加工制造、经营管理及售后服务的全部经营活动,是一个不可分割的整体,要紧密连接,统一考虑。(2)整个经营过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程,其最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。这一概念直到80年代才被人们广泛接受并付诸实施。

4SIM的概念

为了正确理解CIMS的组成及发展,应先弄清CIM这个概念。CIM是一种概念、一种哲理。它指出了制造业应用计算技术的更高阶段。即在制造企业中将从市场分析、经营决策、产品设计,经过制造过程各环节,最后到销售和售后服务,包括原材料、生产和库存管理、财务资源管理等全部运营活动,在一种全局集成规划指导下,在更充分发挥人的集体智慧和合作精神的氛围中,关联起来集合成一个整体,逐步实现全企业的计算机化。目的是实现企业内更短的设计生产周期,改善企业经营管理,适应市场的迅速变化,获得更大经济效益。

5CIMS的概念

CIMS就是在CIM思想指导下,逐步实现企业全过程计算机化的综合人机系统。不论其计算技术应用的广度和深度处于什么阶段,只要全局规划是明确的,确实按照CIM思想指导着企业的体制改革和技术改革,就可称为CIMS。全面应用于各个环节的CIMS可以说是未来工厂的模式,但在发展过程中,则可以把它本身看作是一种进程,而不必局限于某种固定格局的层次模式。

6.人、技术和经营的集成思想

要强调的是,这个人机系统的集成,不仅是技术上信息和物流的集成,或者说硬件、软件的集成,更重要的是人的集成,是人、技术和经营三大方面的集成,而且系统成效的大小,更多地要取决于人的集成的情况。

二.CIMS的体系结构和组成

   从技术组成的角度,可把CIMS理解为四个应用分系统和两个支撑分系统,如图所示。四个应用分系统是:管理信息系统(MIS)、工程设计系统(CAD/CAPP/CAM)、质量保证系统(QAS)和制造自动化系统(MAS);两个支撑分系统是:数据库和通讯网络。














CIMS系统的技术组成图

   1)管理信息系统

一个工业企业的管理信息,就是指整个生产经营过程中产、供、销、人、财、物的有关信息。一般可以把管理信息系统(management information systemMIS)分解为经营管理(BM)、物料管理(MM)、生产管理(PM)、人力资源管理(LM)和财务管理(FM)等几个子系统。它涉及企业中整个物流和信息流。所谓产品制造过程中的物流,就是指原材料、外购件、半成品、零件、组件、部件,从加工、检验、装配、试验、存储、运输直到产品出厂的全过程。而信息流则是反映物流的状态,追踪和控制流的运动的。图纸、计划表、工票、账本、单据和统计表等都是信息的载体。

另外,信息流中的信息还可分成两类;1)起计划调节作用的控制信息,超前于物流;2)反映物流状态的反馈信息,滞后于物流。缩短信息流与物流之间的时差,是管理信息系统功能的重要指标。

管理信息系统的基本功能有三个方面:

1)信息处理,包括信息收集、传输、加工、查询等。

2)事务管理,指经营计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理及质量管理等。

3)辅助决策,分析归纳现有信息,利用各种有关的数学方法,提供辅助决策信息。

(2)工程设计系统

设计阶段是对产品成本影响最大的部分,也是对产品质量起着最重要影响的部分。计算机技术也比较早就应用于这一阶段。但早期的计算机辅助设计,主要只是计算机辅助绘图,现在则应用范围越来越广。通常人们就称之为CAD/CAPP/CAM的集成,有时还要加上工程分析(即狭义的CAE)。这样,问题就绝不只是一个应用CAD软件,而是涉及到很多方面的一个复杂系统。

3)质量保证系统

  产品质量是赢得市场竞争的一个极其重要的因素。质量的概念,则已从以前只要技术上满足原设计的尺寸、性能指标进展到必须强调“顾客满意”为准则。

  作为CIMS的一部分的质量保证系统,就是要在系统集成的整体安排下面,更有效地实现全面质量管理。这个子系统,除了要具有直接实施检测的功能外,它的重要任务是采集、存储和处理企业的质量数据,并以此为基础进行质量分析、评价、控制、规划和决策。质量数据存在于产品生命周期的全过程中,从市场调研、设计、原材料供应、制造、产品销售、直到售后服务等,这些信息的采集、分析和反馈,便形成一系列各种类型的闭环控制,从而保证产品的最终质量能满足客户的要求。

  (4)制造自动化系统

  制造自动化系统就是指企业中的底层物流与生产过程。真正自动化程度的高底,完全取决于实际状况和实际需要。

  各行各业的企业,底层生产过程千差万别。机械制造行业底层有各种金属切削机床,近代比较先进的设备即各种数控机床,直到柔性制造系统(FMS);汽车制造和家用电器的大规模生产,则会突出装配的流水线;化工生产流程中的仪表控制,优化了整个连续生产过程;服装生产中则有各种型式的自动裁剪机和成衣处理的流水线……。每个行业都有其高效率的自动化设备和技术。

  (5)数据库系统

  一个CIM企业需要采集、传递处理的数据,不仅数量巨大,而且有结构化、半结构化和非结构化的数据需要分别处理。按数据模型的不同,数据库可以分为三类:网状型、层次型和关系型。近年来,面向对象(O-O)技术也引入了数据库。一个企业如果由于历史原因或某种特殊需要,而存在或采用了异构的数据库,那么还要增加不少异构数据库之间的接口问题。

  为了处理好数据的存取,每个数据库系统都有一个数据库管理系统(DBMS)。它采用一种数据模型,提供一种数据描述语言(data description language DDL)。

   (6)计算机通讯网络

   计算机网络是用通信线路将分散在不同地点、并具有独立功能的多个计算机系统互相连接,按照网络协议进行数据通信,并实现共享资源(如网络中的硬件、软件、数据等)的计算机以及线路与设备的集合。具体的硬件组成部分包括:数据处理的主机、通讯处理机、集中器、多路复用器、调制解调器、终端、通信线路、异步通信适配器、网络适配器、以及网桥和网间连接器(又称网关、信关)等。再和各种功能的网络软件相结合,就能实现不同条件下的通信以支持系统集成。

网络的种类很多。按通信距离分类,有局域网(local area network LAN)和广域网(wide area network ,WAN)之分。前者用于一个企业或一个单位内部,直径在几公里到几十公里的范围内,后者则指地理上更大跨度的网络。按拓扑结构分类,可以分为点对点传输结构和广播式传输结构两大类。

网络要通信,要交换信息,就必须有共同语言和通信的规则,才能正确地发送或收取所需的信息给所需的人员。这种进行交流的规则的集合称为协议。为了成功地进行通信,国际标准化组织(ISO)提出了一个开放系统互连(OSI)模型,如所示。该模型共分七层,由下向上分别为:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。下面四层称为底层协底,主要解决各种情况下数据传输的可靠性和完整性问题。上面三层称为高层协议。主要为应用所需的专门服务。

 在CIM实施中,应用得最多的协议是TCP/IP和MAP/TOP。


小结:

CIMS就是在CIM思想指导下,逐步实现企业全过程计算机化的综合人机系统。不论其计算技术应用的广度和深度处于什么阶段,只要全局规划是明确的,确实按照CIM思想指导着企业的体制改革和技术改革,就可称为CIMS

从技术组成的角度,可把CIMS理解为四个应用分系统和两个支撑分系统,它们是:管理信息系统(MIS)、工程设计系统(CAD/CAPP/CAM)、质量保证系统(QAS)和制造自动化系统(MAS);两个支撑分系统是:数据库和通讯网络。

思考题:

1.CIMS的基本思想是什么?

2.CIMS的技术组成有哪几部分?