工程碩士-計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)CIMS試卷及答案

1、成績(jī)?cè)u(píng)閱人中國(guó)礦業(yè)大學(xué)工程碩士研究生課程試卷學(xué)號(hào)姓名工程領(lǐng)域課程名稱計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)任課教師中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究生培養(yǎng)管理科印制計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)試卷題號(hào)一二三成績(jī)得分一、概念題（ 30 分）（1）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）總目標(biāo)是什么？（2）約瑟夫 . 哈林頓博士 1974 年提出兩個(gè)基本觀點(diǎn)是什么？（3）CIMS 基本要素及要素之間關(guān)系是什么？（4）CIMS功能分系統(tǒng)和支撐分系統(tǒng)之間關(guān)系是什么？（5）敘述面向 CIM系統(tǒng)功能構(gòu)成和控制結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)。二、簡(jiǎn)述題（ 20 分）（ 1）敘述 CIMS 發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)；（ 2）流程行業(yè) CIMS 的體系結(jié)構(gòu)。三、論述題（任選一題）（50 分，字

2、數(shù) 10002000）（ 1）結(jié)合所學(xué)專業(yè)，敘述 CIMS 技術(shù)的作用；（ 2）選擇某一行業(yè)，敘述如何應(yīng)用 CIMS 技術(shù)；（ 3）選擇某一工廠，敘述如何應(yīng)用 CIMS 技術(shù)；（ 4）結(jié)合本單位實(shí)際，闡述如何應(yīng)用 CIMS 技術(shù)；一、概念題（ 30 分）（ 1）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）總目標(biāo)是什么？答： CIMS 是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的主要分支技術(shù)之一。產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 6個(gè)部分有機(jī)地集成起來的。實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體優(yōu)化，使企業(yè)產(chǎn)品全生命周期各階段活動(dòng)中有關(guān)的人 / 組織、經(jīng)營(yíng)管理和技術(shù)三要素及其信息流、 物流和價(jià)

3、值流三流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行，以達(dá)到產(chǎn)品（ p）上市快（ t ）、高質(zhì)（ q）、低耗（ c）、服務(wù)好（ s） 、環(huán)境清潔（ e），進(jìn)而提高企業(yè)的柔性、健壯性、敏捷性，使企業(yè)贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。（ 2）約瑟夫 . 哈林頓博士 1974 年提出兩個(gè)基本觀點(diǎn)是什么？答： 1) 企業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，即從市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營(yíng)管理到售后服務(wù)的全部生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體，要緊密連接，統(tǒng)一考慮。2) 整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)的采集、傳遞和加工處理的過程。最終形成的產(chǎn)品可以看作數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。（ 3）CIMS基本要素及要素之間關(guān)系是什么？答： CIMS的基本要素是，人 / 機(jī)構(gòu)、經(jīng)營(yíng)和技術(shù)這三個(gè)

4、要素。使用技術(shù)以支持經(jīng)營(yíng)；使用技術(shù)以支持人員工作；設(shè)置機(jī)構(gòu) / 人員來協(xié)調(diào)工作以支持經(jīng)營(yíng)活動(dòng)；統(tǒng)一管理并實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)、人員、技術(shù)的集成優(yōu)化運(yùn)行。（4）CIMS功能分系統(tǒng)和支撐分系統(tǒng)之間關(guān)系是什么？答： CIMS的組成是為實(shí)現(xiàn)其功能需求服務(wù)的，它是由 6個(gè)分系統(tǒng)組織起來的，即管理信息系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。其中前 4個(gè)是功能分系統(tǒng)， 由它們來執(zhí)行 CIMS的功能，后2個(gè)是計(jì)算機(jī)支撐分系統(tǒng)，它為 CIMS提供了必要的支撐環(huán)境。功能分系統(tǒng)和支撐分系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系市場(chǎng)信息技術(shù)信息售后服務(wù)信息管功能分系統(tǒng)質(zhì)理量信工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化分系統(tǒng)

5、保息證分分系制造自動(dòng)化分系統(tǒng)系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)分系統(tǒng)支撐分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)系統(tǒng)（ 5）敘述面向 CIM系統(tǒng)功能構(gòu)成和控制結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)答：面向 CIM系統(tǒng)功能構(gòu)成這類（面向功能）結(jié)構(gòu)的典型代表是美國(guó)制造工程師學(xué)會(huì)（ SME）的輪式結(jié)構(gòu)。 80年代 SME輪式曾被廣泛用于表示CIM系統(tǒng)的構(gòu)成。它將 CIM系統(tǒng)功能分解為 “核”和里、中、外三層。核為集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，里層為公用數(shù)據(jù)，信息資源和通信，中層橫向分為制造規(guī)劃和管理、產(chǎn)品 / 工藝過程和工廠自動(dòng)化，外層則為市場(chǎng)研究、戰(zhàn)略規(guī)劃、財(cái)務(wù)和生產(chǎn)管理、人力資源等分系統(tǒng)。80年代制造輪圖主要表現(xiàn)了設(shè)計(jì)和制造功能，沒有考慮到實(shí)施自動(dòng)化的簡(jiǎn)化和企業(yè)與顧客、供應(yīng)

6、商間的交互作用的重要性。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和CIM系統(tǒng)研究的深入， 1993年SME推出了CIM系統(tǒng)功能構(gòu)成的新輪圖。該輪圖由六層組成，分別為顧客；人、技術(shù)和組織；共享的知識(shí)和系統(tǒng)；過程；資源和職責(zé)；制造基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。90年代輪圖將顧客作為輪圖的核心，充分表明了CIM的中心任務(wù)是贏得用戶、贏得競(jìng)爭(zhēng)。面向控制功能的 CIM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CIMS是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)， 通常采用分層遞階控制體系結(jié)構(gòu)。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST) 提出的五層遞階控制結(jié)構(gòu)， 這種形式與企業(yè)的組織機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)秩序相吻合，比較直觀也易于操作?？刂平Y(jié)構(gòu)圖如下：二、簡(jiǎn)述題（ 20 分）（ 1）敘述 CIMS 發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)；答： CI

7、MS 發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)共有數(shù) 10 萬個(gè)制造企業(yè)， CIMS 產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)潛力很大。目前，我國(guó) CIMS 技術(shù)在研究、應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷開拓。在研究領(lǐng)域建立了更廣泛的研究環(huán)境和工程環(huán)境， 包括國(guó)家 CIMS 實(shí)驗(yàn)工程研究中心和 7 個(gè)單元技術(shù)開放實(shí)驗(yàn)室 (集成化產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室、集成化工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室、 柔性制造工程實(shí)驗(yàn)室、 集成化管理與決策信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、集成化質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室、 CIMS 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、 CIMS 系統(tǒng)理論實(shí)驗(yàn)室 )。當(dāng)前， CIMS 的進(jìn)一步試點(diǎn)推廣應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到機(jī)械、電子、航空、航天、輕工、紡織、冶金、石油化工等諸多領(lǐng)域，正得到各行各業(yè)越來越多的關(guān)注和投入

8、。從設(shè)計(jì)、管理、加工生產(chǎn)等 “技術(shù)孤島 ”發(fā)展為集成的 CIMS 技術(shù)體系：1）總體技術(shù)系統(tǒng)總體模式：包括柔性制造、并行工程、敏捷制造、精良生產(chǎn)、智能制造、綠色制造等模式；系統(tǒng)集成方法論：包括信息集成、過程集成、企業(yè)間集成及知識(shí)集成等方法論；系統(tǒng)集成技術(shù)：包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理等子系統(tǒng)間的集成技術(shù)，企業(yè)三要素及三流的集成技術(shù)等；標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)：包括產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)、過程信息標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)交換與格式標(biāo)準(zhǔn)，圖形標(biāo)準(zhǔn)及零件庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)企業(yè)建模和仿真技術(shù)：包括企業(yè)功能、信息、工作流、資源及組織模型等建立、確認(rèn)及其仿真技術(shù)；CIMS 系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施技術(shù)：企業(yè)診斷、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組織實(shí)施、質(zhì)量保證及效益評(píng)價(jià)等技術(shù)

9、。2）支撐平臺(tái)技術(shù)：包括網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、集成平臺(tái)、計(jì)算機(jī)輔助軟件工程、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ PDM）、計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作（ CSCW）及人 /機(jī)接口等技術(shù)。3）設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)：包括CAD ，CAPP，CAM ，CAE，基于仿真的設(shè)計(jì)（ SBD），面向下游工作的設(shè)計(jì)（DFX ）及虛擬樣機(jī)（ VP）等。4）加工生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)：包括DNC，CNC，F(xiàn)MC ，F(xiàn)MS，虛擬加工及快速成形制造（ RPM）技術(shù)等。5）經(jīng)營(yíng)管理與決策系統(tǒng)技術(shù)： 包括 MIS ，OA ，制造資源規(guī)劃（MRPII ），準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)（JIT），CAQ，業(yè)務(wù)流程重組（BPR）,企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）,動(dòng)態(tài)企業(yè)建模（ DEM ），供應(yīng)鏈及電子商務(wù)

10、等技術(shù)。6）流程制造業(yè) CIMS 中生產(chǎn)過程控制技術(shù)包括過程檢測(cè)、先進(jìn)控制、故障診斷和面向生產(chǎn)目標(biāo)的建模、優(yōu)化集成控制技術(shù)等。CIMS 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1）集成化 - 從當(dāng)前的企業(yè)內(nèi)部的信息集成和功能集成，發(fā)展到過程集成 (以并行工程為代表 )、并步入實(shí)現(xiàn)企業(yè)間集成的階段(以敏捷制造、精良生產(chǎn)為代表)。2）數(shù)字化 /虛擬化 - 從產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)開始,發(fā)展到產(chǎn)品全生命周期中各類活動(dòng)、設(shè)備及實(shí)體的數(shù)字化。在數(shù)字化基礎(chǔ)上，虛擬化技術(shù)正在迅速發(fā)展， 主要包括虛擬現(xiàn)實(shí) (VR) 應(yīng)用、虛擬產(chǎn)品開發(fā) (VPD)和虛擬制造 (VM)。3）網(wǎng)絡(luò)化 -從基于局域網(wǎng)發(fā)展到基于Intranet/Internet的分

11、布網(wǎng)絡(luò)制造 ,以支持全球制造策略的實(shí)現(xiàn)。4）柔性化 -正積極研究發(fā)展企業(yè)間動(dòng)態(tài)聯(lián)盟技術(shù)，敏捷設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)，柔性可重組機(jī)器技術(shù)等，以實(shí)現(xiàn)敏捷制造。5）智能化 - 智能化是制造系統(tǒng)在柔性化和集成化基礎(chǔ)上進(jìn)一步的發(fā)展與延伸，引入各類人工智能和智能控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)具有自律、分布、智能、仿生、敏捷、分形等特點(diǎn)的新一代制造系統(tǒng)。6）綠色化 -包括綠色制造、環(huán)境意識(shí)的設(shè)計(jì)與制造、生態(tài)工廠、清潔化生產(chǎn)等； 它是全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)，它是擺在現(xiàn)代制造業(yè)面前的一個(gè)嶄新課題。值得指出，1994年清華大學(xué)獲得美國(guó) SME的CIMS" 大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng) " ，1999年華中理工大學(xué)又獲本年度的

12、"大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng) " （一般每年在世界只評(píng)一名） ，表明我國(guó)已經(jīng)處于這一領(lǐng)域的國(guó)際先進(jìn)水平。（ 2）流程行業(yè) CIMS 的體系結(jié)構(gòu)。答 ： 流 程 行 業(yè) CIMS 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 從 Purdue 模 型 發(fā) 展 為ERP/MES/PCS結(jié)構(gòu)ERP經(jīng)營(yíng)決策(Enterprise Resource Planning)企業(yè)管理MES(Manufacturing Execution生產(chǎn)調(diào)度System)過程優(yōu)化PCS(Process Control System)過程控制Purdue 模型ERP/MES/PCS 結(jié)構(gòu)Purdue模型1）將生產(chǎn)過程和管理過程明顯分開2）忽視了生產(chǎn)

13、過程中的物耗、能耗及設(shè)備在線控制與管理3）層次多4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜5）實(shí)現(xiàn) CIMS 成本高6）不便形成平臺(tái)技術(shù)ERP/MES/PCS 三層結(jié)構(gòu)1）層次少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明2）解決了流程工業(yè) CIMS 中原本難以處理的具有生產(chǎn)與管理雙重性質(zhì)的信息問題3）實(shí)現(xiàn)了對(duì)于生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制與管理4）便于信息流、物流、資金流的集成PCS一般包括基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化兩方面。1）利用基礎(chǔ)自動(dòng)化裝置和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備等執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、在線分析處理、實(shí)時(shí)傳遞；2）利用過程自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用先進(jìn)的控制技術(shù)如：魯棒約束多變量預(yù)測(cè)控制技術(shù)、多變量APC技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)和經(jīng)

14、濟(jì)指標(biāo)的軟測(cè)量技術(shù)等對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定，魯棒辨識(shí)技術(shù)、智能集成建模技術(shù)、 多變量模型校正技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行智能建模，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制。MES 一般包括：1）資源分配，管理資源包括機(jī)器設(shè)備、工具、原材料、其它設(shè)備和其它實(shí)體例如生產(chǎn)時(shí)需要的文件等2）質(zhì)量管理3）物流管理4）設(shè)備維修管理5）生產(chǎn)調(diào)度，根據(jù)產(chǎn)品的不同優(yōu)先權(quán)、品質(zhì)、特征等特點(diǎn)6）生產(chǎn)成本控制7）生產(chǎn)過程管理PCS一般包括：1）決策支持，提供基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的，企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的智能決策支持。2）財(cái)務(wù)管理，包含資產(chǎn)管理和成本管理。3）庫(kù)存管理，實(shí)現(xiàn)原材料、中間產(chǎn)品及最終產(chǎn)品的管理和實(shí)時(shí)信息統(tǒng)計(jì)。4）人事管理，實(shí)現(xiàn)人力資源的管理。5）生產(chǎn)

15、計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)客戶訂單完成情況、生產(chǎn)信息的分析和生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)成本計(jì)劃和物流計(jì)劃的制定。6）供銷管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)供銷活動(dòng)的管理，子商務(wù)和客戶關(guān)系管理。三、論述題（任選一題）（50 分，字?jǐn)?shù) 10002000）（ 1）結(jié)合所學(xué)專業(yè)，敘述 CIMS 技術(shù)的作用；（ 2）選擇某一行業(yè)，敘述如何應(yīng)用 CIMS 技術(shù)；（ 3）選擇某一工廠，敘述如何應(yīng)用 CIMS 技術(shù)；（ 4）結(jié)合本單位實(shí)際，闡述如何應(yīng)用 CIMS 技術(shù)；電力企業(yè) CIMS技術(shù)的實(shí)施與傳統(tǒng)的機(jī)械、電子等離散型制造業(yè)的CIMS 不同，電力行為生產(chǎn)和管理有其顯著特點(diǎn)，它的生產(chǎn)過程中不僅有信息流、資金流、物質(zhì)流，還有電力流，屬于連續(xù)型流程工業(yè)。流程

16、工業(yè)是指通過混合、分離、分型或化學(xué)反應(yīng)使原材料增值的行業(yè)，器生產(chǎn)過程一般是連續(xù)的，需要嚴(yán)格的過程控制和安全措施，具有工藝過程相對(duì)固定、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品規(guī)格少、批量大等特點(diǎn)。流程 CIMS 是CIM 思想哎流程工業(yè)中的應(yīng)用和體現(xiàn)，即在獲取生產(chǎn)流程相對(duì)固定、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品規(guī)格少、批量大等特點(diǎn)。CIMS 在其中的拓展應(yīng)用稱為 CIPS（計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)） 。在電力行業(yè)中的應(yīng)用的 CIPS與離散的 CIMS 的主要區(qū)別為：（ 1）流程 CIMS 要求在線實(shí)時(shí)采集、處理大量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；（ 2）電力行業(yè)的首要任務(wù)是安全可靠，必須實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，使其成為 CIPS集成系統(tǒng)不可缺少的一部分；（ 3

17、）流程 CIMS 的生產(chǎn)計(jì)劃可以從生產(chǎn)過程的任何環(huán)節(jié)開始， 作業(yè)計(jì)劃中沒有可供調(diào)節(jié)的時(shí)間。電力企業(yè)實(shí)施 CIMS目的是為建立企業(yè)的敏捷供應(yīng)鏈提供必要的信息支持，能夠?qū)ζ髽I(yè)內(nèi)部的人流、財(cái)流、物流進(jìn)行有效的管理，以提高企業(yè)信息的數(shù)字化共享及信息流動(dòng)速度， 實(shí)現(xiàn)管理控制的快速響應(yīng),確保生產(chǎn)安全和服務(wù)質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)和管理的客觀情況 ,建立其管理系統(tǒng)功能模型如下圖。圖管理系統(tǒng)功能模型圖具體功能定義為： a1 生產(chǎn)管理系統(tǒng) :物資供應(yīng) ,生產(chǎn)計(jì)劃 ,成本核算，設(shè)備計(jì)劃、檢修、維護(hù)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) ;b1 人事信息系統(tǒng) :人力計(jì)劃，招聘、管理、酬勞子系統(tǒng)； c1 經(jīng)營(yíng)決策系統(tǒng)：用戶

18、、財(cái)務(wù)管理，負(fù)荷預(yù)測(cè)，原材料、設(shè)備采購(gòu)，輔助決策。根據(jù)電力企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)行特點(diǎn)，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境可以采用如下方案。a1 數(shù)據(jù)庫(kù)采用多層次體系結(jié)構(gòu)的客戶機(jī) / 服務(wù)器分布式系統(tǒng)。在過去的客戶 / 服務(wù)器 (C/ S) 模式下，事務(wù)處理分布在客戶端或服務(wù)器端 ,當(dāng)事務(wù)處理過分復(fù)雜時(shí)，會(huì)造成客戶端“肥”大，或服務(wù)器端的響應(yīng)速度減慢甚至崩潰。 隨著信息處理業(yè)務(wù)量的加大， 這種矛盾逐漸突出。針對(duì)目前 C/ S 模式 2 層結(jié)構(gòu)存在的問題，采用多層結(jié)構(gòu)模式:將簡(jiǎn)單的事務(wù)或少部分?jǐn)?shù)據(jù)存放在客戶端，將事務(wù)處理分布在一層或幾層的多個(gè)應(yīng)用服務(wù)器 ; 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及其維護(hù)與數(shù)據(jù)服務(wù)器相連。這樣 ,客戶端的事務(wù)處理及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量減少，眾多的