计算机集成制造-2

计算机集成制造系统（二）

教学目标：

1．掌握CIMS的关键技术。

2．通过学习本章的内容，领会制造系统创新的思路。

教学重点：

CIMS的关键技术

讨论题：

在我国实施CIMS的可能性和途径。

计算机集成制造系统

三．CIMS的关键技术

   1．信息传输技术

   信息传输是工厂实现CIMS的关键和先决条件。因为解决不了通讯问题就不能将工厂内相互分离的各个部分集成为一个统一整体。因此随着CIMS发展的需要，信息传输技术发展很快，特别是工业局部网（LAN），它是利用计算机及其通讯技术，将分散的数据处理设备连接起来，完成信息传输的一种计算机网络。在工业区域网产品中发展最迅速的有MPA网、以太网。MPA网是按自动化协议（MAP）将一台或多台计算机、终端设备、数据传输设备、自动加工设备等不同硬、软件连接起来的系统集合。

  MAP是美国通用汽车公司（GM）于1980年首先提出的，其目的是要制定一个统一的标准，解决由不同厂商供应的自动化机床、工业机器人等自动化设备之间的通讯，以便将该公司已经拥有的4万多台自动化设备联成一个整体系统。这个统一的通讯标准就是MAP。MAP提出后，得到世界上许多公司的关注，尤其是一些著名的计算机公司，如IBM、DEC、HP等。在此形势下，MAP用户协会1984年9月宣告成立。目前MAP已成为世界性的制造自动通讯标准。技术和办公室协议（TOP）类似MAP，是工业企业在技术和办公室环境下进行数据通讯的详细办法。它为通过局域网络进行分布式功能处理提供了一个标准框架，其主要目的是为技术和办公室通讯建立一组统一的工业标准，从而采用多家厂商生产的计算机及其他可编程装置。TOP的功能包括；①文件、散页资料和图形交换；②打印、绘图、存档和索引服务；③文件传输；④分布式数库接口；⑤电子邮递、存贮和通讯联系。TOP和MAP网络可以互联，并可视为一个MAP/TOP网络。

MAP网在继续发展中，并将进一步研究和解决诸如语言、联网费用、规范扩充以及广域网连接等一系列问题。目前信息传输技术正向网络化、标准化，开放系统等方面发展。CIMS是自动化技术、信息技术、生产技术、网络技术、传感技术等多学科技术相互渗透而产生的集成生产系统。

由于CIMS的技术覆盖面太广，因此不可能由一个厂家成套供应。另外，现有的不同技术，如数据库、CAD、CAM、CAQ等是按某应用领域相对独立地发展起来的，这就带来不同技术设备之间的非标准化问题。而标准化及相应的接口技术对信息集成是至关重要的。因此必须解决软、硬件兼容及各种编程语言的标准、协议标准、接口标准等问题。

   2．产品数据集成模型

产品设计与制造是CIMS的核心。CAD系统在CIMS中承担着产品成型和在计算机内部构成有关产品信息，从而为后续环节如工艺规程设计、数控编程、加工检测等环节提供基础数据。由于CAD在CIMS中的重要作用，因此从集成的观点对CAD系统提出了越来越高的要求。

然而迄今为止，现有CAD系统无论从建模方法、功能范围，还是从工作方面都远远满足不了计算机集成制造系统的要求。几乎所有的CAD系统都集中在解决几何问题，如体素拼合、剖面计算、消隐及真实图绘制工作，但是，众所周知，设计过程应从方案构思开始，然后经过设计计算及图形绘制，最后再形成装配图、零件图及各种生产技术文件。现有CAD系统反向介入设计过程，其技术上的原因就是现有CAD系统大都建立在几何模型基础上，即建立在对已存在对象的几何数据和拓扑关系描述的基础上。为了实现集成化要求，CAD系统必须完整而全面的描述零件信息，除有关几何信息之外，还需包括有关工艺特征、材料、加工精度、表面粗糙度等方面的信息。因为后者对加工方法、工艺路线及刀具、切削用量等的选择具有决定性的意义。为此，需要在计算机内部把一个产品有关的所有信息进行集成，而且在结构上还能清楚的表述这些信息之间的关系。因此，产品模型可视为是与产品有关的所有数据构成的逻辑单元。

   由于产品模型中的信息是面向产品的、面向技术的、面向生产过程的，并且包含了许多与工艺过程密切相关的特征，因此相对于几何建模而言，称这样的建模技术为产品建模或特征建模。

与几何建模相比，产品建模针对的不仅是图形绘制，而是整个生产过程。图形绘制仅仅作为设计结果，以最终的表述方式出现。因此在这一模型中，除了包括对现实产品的描述信息之外，还包括大量的面向设计过程、生产过程的动态信息，借此完成设计、生产各阶段信息的转换，并使设计过程不断具体化和完善化。

实现CIMS的关键技术在于数据模型、异构分布数据管理系统及网络通读问题。这是因为这一个CIMS涉及的数据类型是多种多样的，有图形数据、结构数据（如关系数据）及非图形、非结构化数据（如NC码）。如何保证数据的一致性及相通讯问题是一个至今没有很好解决的课题。现在，人们探讨用一个全局数据模型来统一描述这些数据，这是未来CIMS的重要理论基础和技术基础。

   3．生产系统管理技术

   为综合管理企业的全部生活动，作为生产管理系统应具有三方面的功能。

   （1）建立适应生产变化的机制，完成订货选择。由于顾客需求的不断变化及生产技术的不断发展，要求不断的更换生产计划，以适应变化的市场要求。为此必须加快合同制定及工艺规程制定等的速度，并实现从订货、制造到成品出厂的集成化。

   （2）加强物料的供应管理。随着产品品种的不断增加，要求能进行周密的物料采购和供应管理。因此，对每一种零件或材料都要制定标准供货期，以便按规定日期订货、购货，从而实现有计划的零件、材料供应。

   （3）通过综合信息管理，压缩库存物资。这意味着从材料入库到成品生成的全过程中的生产进度及设备使用情况要不断汇总，并通过综合处理，确保交货日期，压缩库存物资。

总之，生产管理系统要求能准确的掌握生产信息，及时的指示生产系统需要什么物品？何时需要？需要多少？随着中小批生产规模的日益扩大，单凭直观和经验处理这些问题愈来愈困难。MRP（ManufacturingResource Planning）系统的出现，为利于计算机处理中小批量生产管理问题提供了可能性。目前机械制造生产管理中的核心问题是推广使用MRP—Ⅱ（即制造资源计划）。这是一个在规定了应生产的产品品种和数量之后，根据产品构成的零部件展开，制定生产计划和对由原材料制成成品的“物流”进行时间管理的计算机系统。它采用人机交互的方式帮助生产管理人员对企业的产、供、销、财务和成本进行统一管理。它能完成经营计划、生产计划、车间作业计划的制定及物料采购、库存、成本管理、信息处理等功能。但是MRP—Ⅱ仍然存在着不足之处，例如这一系统建立的以日计算的优先权调度与车间日益增长的自动化趋势之间存在着矛盾；另外，它设定的全部准备时间都是固定不变的，并且只考虑了需求日期，而没有全面考虑系统的得失。为了对MRP—Ⅱ系统进一步改进并引进专家系统，英国国际计算有限公司（ICL）开发了一种新的制造资源计划MRP—Ⅲ来代替MRP—Ⅱ。MRP—Ⅲ由五部分组成：MRP—Ⅱ、JIT、专家系统、并行工程和人员。

对复杂的系统如何描述、设计和控制，以便使系统在满意的状态下运行，也是一个有待研究的问题。CIMS会引起管理体制的变革，所以生产规划、调度和集成管理方面的研究是实现CIMS的关键技术之一。

   4．底层自动化技术

  NC、FMS

综上所述，目前组成CIMS的关键技术、基础技术仍在继续发展，CIMS正在通过多种方法和途径逐步实现。由于每个国家、每个企业都有自己独特的技术优势和经营方式，因而在开发应用CIMS时不能千篇一律地采用相同的实施方法和步骤。每个企业都要结合自身特点，从实际情况和原有基础出发。

四．CIMS在我国实施的工作层次

1．应用基础研究

CIMS总体集成技术、CAD/CAPP/CAM技术、质量、柔性制造、管理决策、网络数据库、系统技术

2．关键技术攻关

3．目标产品开发

4．应用示范工程

五．实施CIMS的评价

计算机集成制造(CIM)强调制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竞争的TQCS问题。

T：上市时间

Q：质量

C：成本

S：服务

   采用层次分析，模糊综合评判。

六．讨论：在我国实施CIMS的有效途径。

小结：

CIMS的关键技术有信息传输技术、产品数据集成模型、生产系统管理技术和底层自动化技术。

目前CIMS在我国实施的工作层次包括应用基础研究、关键技术攻关、目标产品开发和应用示范工程。

CIMS系统评价内容一般包括上市时间（T）、质量（Q）、成本（C）和服务（S）。

思考题：

1．CIMS的关键技术有哪几个方面？

2．CIMS评价的内容有哪些？

讨论题：

1. 在我过实施CIMS的有效途径是什么？

  2.我国经过CIMS的多年实践，当前的发展现状怎么样？

  3.任选一项CIMS的关键技术详细论述。