CIMs 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

CIMs計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)摘要：論述了制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程,CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)產(chǎn)生的背景、概念、構(gòu)成、國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況、效果及其發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)發(fā)展CIMS的若干建議.關(guān)鍵調(diào):計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMs);關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)；CIMS現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略；若干建議TrendsfortheDevelopmentofCIMS(Computer

IntegratedManufiacturingSystem)Abstract:Thisarticledealswiththedeve1opingprocessofmanufacturingtechniquesthebackground,concept,andconstitutionoftheintegratedmanufacturingsystemofcomputers(CIMS).Italsodescribesitsgeneraldevelopmentsituationathomeandabroad,itsbeneficialresults,strategyfordevelopment,andsuggestsseveralapproachestodeveloptheCIMSinourcountry.Keywords:CIMS(computerintegratedmanufaoturingsystem)；keytech；nologyanddifficulties；presentsituationanddevelopmentstrategyofCIMS；severalsuggestions引言人類(lèi)的文明進(jìn)步與制造技術(shù)的發(fā)展是分不開(kāi)的,據(jù)統(tǒng)計(jì),世界發(fā)達(dá)國(guó)家60%的社會(huì)財(cái)富和45%的國(guó)民收入,都是由制造業(yè)創(chuàng)造的.世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng),主要是制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng).在各國(guó)企業(yè)生產(chǎn)力的構(gòu)成中,制造技術(shù)的作用一般占55%-65%.制造技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱.回顧制造技術(shù)的發(fā)展,從素汽機(jī)出現(xiàn)到今天,主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:用機(jī)器代替手工,從作坊形成工廠,從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式；制造的柔性化、集成化和智能化.現(xiàn)代制造技術(shù)沿著4個(gè)方向發(fā)展:傳統(tǒng)制技術(shù)的革新、拓展,精密工程；非傳統(tǒng)加工方法；制造系統(tǒng)的柔性化、集成化、智能化,本世紀(jì)末,機(jī)械產(chǎn)品將向大型化、高參數(shù)和高可靠性發(fā)展,技術(shù)密集度及附加值將有大幅度提高.產(chǎn)品更新?lián)Q代加快,用戶(hù)的各種需求不斷增加.質(zhì)量、價(jià)格、交貨期這市場(chǎng)3要素的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈.在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,制造企業(yè)為了增強(qiáng)自身的應(yīng)變能力,必須建立柔性化集成化、智能化的生產(chǎn)模式.1974年美國(guó)人約瑟夫?哈林頓(Joseph?Harrington)博士在《ComputerIntegl:aedMaanufacturing?一書(shū)中，根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用及其發(fā)展造勢(shì),首先提出了計(jì)算機(jī)集成制造的概念，即CIM概念.其基本觀點(diǎn)有兩個(gè):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)的全部活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體，需緊密聯(lián)接、統(tǒng)一考慮，②整個(gè)制造生產(chǎn)過(guò)程,實(shí)際上是一個(gè)數(shù)據(jù)的采集、傳通和加工處理的過(guò)程.最終形成的產(chǎn)品，可以看作是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn);這兩個(gè)基本觀點(diǎn)，仍然是當(dāng)今發(fā)展CIMS的核心內(nèi)容.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的產(chǎn)生與當(dāng)代科技的發(fā)展和市場(chǎng)的需求是分不開(kāi)的.第3次科技革命出現(xiàn)的機(jī)器，不僅是人類(lèi)手臂的科學(xué)延長(zhǎng)，而且是人類(lèi)智慧的科學(xué)延伸.計(jì)算機(jī)是CIMS的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)支柱，1945年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)同世以來(lái)，在制造業(yè)中，就產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造和經(jīng)營(yíng)管理3大主要活動(dòng)領(lǐng)域而言，其単項(xiàng)獨(dú)立應(yīng)用已達(dá)到很高的水平?在產(chǎn)品制造方面，1954年研制出第一臺(tái)數(shù)搜機(jī)床，為CAM奠定了基礎(chǔ),為柔性自動(dòng)化提供了條件.1967年建成了第一套柔性制造系統(tǒng)(FMs),解決了柔性和生產(chǎn)率相互矛盾的致命缺陷，提供了工業(yè)生產(chǎn)能夠全面現(xiàn)代化的條件?在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方面，50年代中后期誕生了CAD，近年來(lái)開(kāi)發(fā)了通用集成化的現(xiàn)代CAD，并向CIMS系統(tǒng)集成化迅速發(fā)展?在企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方面，1954年使計(jì)算機(jī)進(jìn)入管理業(yè)務(wù)，現(xiàn)在的水平是，從信息流的管理上升到物料流的管理，產(chǎn)生了一個(gè)新的飛躍?其代表是MRPI,MRPI1,,MRPm.上述各項(xiàng)技術(shù)，目前基本上還主要是單獨(dú)地使用于各個(gè)局部環(huán)節(jié)?在科技的發(fā)展和市場(chǎng)需求變化的共同推動(dòng)下，許多專(zhuān)家和學(xué)者，經(jīng)分析研究認(rèn)為，把前述各項(xiàng)技術(shù)加以有機(jī)的集成，綜合地應(yīng)用起來(lái)，可以獲得整體的最佳效益?這就產(chǎn)生了一種嶄新的、標(biāo)志著新的一次制造技術(shù)變革里程碑的組織和管理生產(chǎn)的哲理、思想和方法，即計(jì)算機(jī)集成制造(CIM),具體的體現(xiàn)是(CIMS)?1CIMs計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的構(gòu)成現(xiàn)代制造企業(yè)究竟是什么樣子？1988年美國(guó)制造工程師學(xué)會(huì)(SME)提出了數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的CIMS模型，如圖1所示.1993年該學(xué)會(huì)又提出了一個(gè)現(xiàn)代制造業(yè)的模型一'新型制造企業(yè)進(jìn)步之輪”,如圖2所示.圖2是以願(yuàn)客為核心的模型,共分為6層:①第l層是驅(qū)動(dòng)輪子的軸心一顧客（市場(chǎng)）：即企業(yè)任何活動(dòng)的最終目的，應(yīng)該是為用戶(hù)服務(wù);②第2層是企業(yè)組織中的人員和辭體的工作方法:突出企業(yè)的成敗關(guān)鍵不是技術(shù),而是人和組織，③第3層是信息（知識(shí)）共享系統(tǒng):現(xiàn)代制造企業(yè),要建立一個(gè)以微機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、有可參與性、操作方便、使用,可靠的信息和知識(shí)的共享系統(tǒng).從而提高企業(yè)的生產(chǎn)和工作效率i④第4層是企業(yè)的活動(dòng)層:劃分為3大部門(mén)（可成為“虛擬企業(yè)”）和15個(gè)功能區(qū)，⑤第5層是企業(yè)管理層，其任務(wù)是合理配置資源，承擔(dān)經(jīng)營(yíng)責(zé)任,是很薄的但卓有成效的一層;@第6層是企業(yè)的外部環(huán)境:把企業(yè)置身于市場(chǎng)環(huán)境中去作出發(fā)展決策.不同的制造企業(yè)有不同cIMS模式?典型的CIMS應(yīng)該是有4個(gè)基本功能子系統(tǒng)，兩個(gè)支撐環(huán)境子系統(tǒng)和制轄自動(dòng)化環(huán)境?①基本功能子系統(tǒng)有以下4個(gè)子系統(tǒng):工程設(shè)計(jì)子系統(tǒng)（CAD子系統(tǒng)）；制造自動(dòng)化萬(wàn)方數(shù)據(jù)子系統(tǒng)（CAM子系統(tǒng)）；管理信息子系統(tǒng)（MIs系統(tǒng)）；質(zhì)量保證子系統(tǒng)（CAQ系統(tǒng)）：②支撐環(huán)境:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊子系統(tǒng)（NET系統(tǒng)）；數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng);③5層遞階控制模型;美國(guó)于1986年建立的“自動(dòng)化制造研究實(shí)驗(yàn)基地”（AMRF）首次提出的五層遞階控制模型，如圖3可示.它采用分級(jí)控制，由五級(jí)組成即工廠級(jí)、車(chē)問(wèn)級(jí)、單元級(jí)、工作站級(jí)和設(shè)備級(jí).每一級(jí)又可進(jìn)一步分解成子級(jí)或模塊，并由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，還可擴(kuò)展成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，如圖4所示.

Chkflu山已電養(yǎng)口吋，】廠韭L1：^UE-U9-?■?暮仝貯両世Chkflu山已電養(yǎng)口吋，】廠韭L1：^UE-U9-?■?暮仝貯両世遅瘞口二4<6A黑和匸中心s-fcs.到20世紀(jì)80年代末，人們重新認(rèn)識(shí)CIMS,擺脫了“全自動(dòng)化'’的束縛，并不斷賦于并行工程、精益工程、敏捷制造等很多新概念，發(fā)展成新一代的CIMS.其特點(diǎn)是不過(guò)分強(qiáng)調(diào)物流自動(dòng)化，而強(qiáng)調(diào)以“人”為中心人、技術(shù)、管理3者有機(jī)集成，更加突出“管理?35書(shū)與JIBE斜罕.丁澤匸亡事之拄.玄苑割昂痊K■刃主坯CIMS的模型好像一噓大廈，它有7個(gè)部分，①?zèng)Q策層:處于屋頂；②售部門(mén)；③人事管理系統(tǒng);④財(cái)會(huì)和成本、工資核算系統(tǒng);⑤制造資源管理；⑥產(chǎn)品制造過(guò)程的信息流：虛線框部分.a.信息源，35書(shū)與JIBE斜罕.丁澤匸亡事之拄.玄苑割昂痊K■刃主坯從學(xué)科看,，cIMs是系統(tǒng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與制造技術(shù)，互相滲透、互相交叉而產(chǎn)生的集成方法和技術(shù)?把這種技術(shù)又用到制造環(huán)境中去?反過(guò)來(lái)，在制造環(huán)境中應(yīng)用的過(guò)程,又促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展?它們的關(guān)系如圖5所示.2CIMS的主要關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)cIMs的核心在于集成，能否取得效益也在于集成，遇到的困難更在于集成.CIMS是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程.實(shí)施起來(lái),工作量大,周期長(zhǎng),所需投資大,而且存在一些關(guān)鍵的技術(shù)和很大的難度?有以下6個(gè):①信息集成?表現(xiàn):a?用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)不同廠家和不同時(shí)期生產(chǎn)設(shè)備間的信息集成、實(shí)現(xiàn)其接口是非常困難的；b.使軟件、硬件之間具有兼容性、開(kāi)放性、設(shè)備及其接口技術(shù)，要標(biāo)準(zhǔn)化這是實(shí)現(xiàn)信息集成最重要的技術(shù)，但難度較大?②數(shù)據(jù)模型、異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng).表現(xiàn)在用一個(gè)全局的數(shù)學(xué)模型，來(lái)統(tǒng)一描寫(xiě)企業(yè)所需的各種數(shù)據(jù)，有一定的困難?③異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通訊問(wèn)題:主要表現(xiàn)在聯(lián)網(wǎng)是個(gè)非常困難的問(wèn)題?④系統(tǒng)集成技術(shù)和方法:使cIMs整個(gè)系統(tǒng)，在一個(gè)満意的狀態(tài)下運(yùn)行?⑤開(kāi)發(fā)集成化的CAPP系統(tǒng):在cIMs環(huán)境下，，cAPP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，存在以下兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題.a.CAPP的集成化；b.CAPP的智能化?⑥必萬(wàn)方數(shù)據(jù)須實(shí)現(xiàn)人的集成：主要強(qiáng)調(diào)以人為中心，人、技術(shù)、管理3者的有機(jī)集成，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性．3CIMS的現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略當(dāng)今世界，新技術(shù)的發(fā)展水平，已成為衡量一個(gè)國(guó)家的實(shí)力和地位的重要標(biāo)志.美國(guó)政府把CIMS列為影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈和地位的22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一.政府、企業(yè)、大學(xué)、研究部門(mén)都積極支持并參與CIMS工程.美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局，用5年時(shí)間，花了1400萬(wàn)美元，建成了自動(dòng)化制造研究實(shí)驗(yàn)基地(AMRF).波音飛機(jī)公司，投資了2.35億美元，使生產(chǎn)率提高了10倍.1993年該公司的777型飛機(jī)，已實(shí)現(xiàn)了無(wú)圖紙生產(chǎn)．歐共體制定并實(shí)旋了相應(yīng)的跨國(guó)合作發(fā)展計(jì)劃即信息技術(shù)研究發(fā)展計(jì)：剛(gsPRrr，從84?93年10年內(nèi)投資47億歐元)和尤里卡計(jì)劃，其中CIM占有很大比重.目的與美國(guó)、日本抗衡.英、德、日也有各自的發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃.從CIMS提出至今，大體上分為兩個(gè)階段.20世紀(jì)70年代中期到80年代中期為第一階段.在歐美比較理想化，對(duì)技術(shù)期望值過(guò)高，求全求新，追求全盤(pán)自動(dòng)化，無(wú)人化的高水平.投資起點(diǎn)高、規(guī)模大，風(fēng)險(xiǎn)高、集中式的計(jì)算機(jī)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫(kù).大而全的系統(tǒng)和總體效果，表現(xiàn)出以技術(shù)而非效益驅(qū)動(dòng)、脫離實(shí)際，走了彎路.而日本，則講究技術(shù)應(yīng)用和實(shí)效，制造業(yè)CIMS的開(kāi)發(fā)比歐美主動(dòng)，具有實(shí)用性，有計(jì)劃開(kāi)發(fā)，速度快、效果較好.20世紀(jì)80年代末至今為第二階段.主要特點(diǎn)是：注重求實(shí)，需求牽引、效益驅(qū)動(dòng)，解決實(shí)際問(wèn)題，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力、強(qiáng)調(diào)人的因素，提出以人為核心的系統(tǒng)集成、總體規(guī)劃，從企業(yè)的“瓶頸”問(wèn)題著手，按照總體規(guī)劃原則下的局部系統(tǒng)集成開(kāi)始，分步實(shí)施，采用分布式、開(kāi)放式計(jì)算環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，從總的發(fā)展情況看，CIMS在國(guó)際上，仍屬高新前沿技術(shù)，但已初步形成規(guī)模，并逐漸完善和走向成熟，已從實(shí)驗(yàn)室走向工廠企業(yè)去實(shí)際應(yīng)用．我國(guó)從1984年開(kāi)始CIM的研究，是863計(jì)劃的主題項(xiàng)目之一.從1988—1993年3月建成清華大學(xué)CIMS工程研究中4：,（ClM—EAC）.經(jīng)5年的艱苦努力，我國(guó)的CIMS工程技術(shù)，已躋身于世界先進(jìn)行列，不僅單項(xiàng)技術(shù)，有了一定的基礎(chǔ).而且，積累了在實(shí)驗(yàn)環(huán)境和局部工程環(huán)境下，實(shí)施CIMS的經(jīng)驗(yàn).國(guó)家科委制定了863/CIMS發(fā)展計(jì)劃.明確提出2000年的戰(zhàn)略目標(biāo)是：跟蹤國(guó)際上CIMS高技術(shù)的發(fā)展，掌握CIMS關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)，在制造業(yè)中，建立能獲得綜合經(jīng)濟(jì)效益，并能帶動(dòng)全局的示范點(diǎn)．并提出了“效益驅(qū)動(dòng)、總體規(guī)劃，重點(diǎn)突破、分步實(shí)施、推廣應(yīng)用”的20字方針．分3階段進(jìn)行．以期在2000年前后形成我國(guó)的CIMS產(chǎn)業(yè).4發(fā)展我國(guó)SIMS產(chǎn)業(yè)的若干建議我國(guó)是發(fā)展中的國(guó)家，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無(wú)論資金、技術(shù)水平、人員素質(zhì)都有一定差距.我們必須根據(jù)自己的國(guó)情，積極穩(wěn)妥地發(fā)展自己的CIMS產(chǎn)業(yè)，作者認(rèn)為下面幾點(diǎn)建議是可行的．1）需要重新認(rèn)識(shí)機(jī)械制造業(yè)：①它已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械制造業(yè)，而是一個(gè)新興技術(shù)與新興工業(yè)的綜合體；②現(xiàn)代制造技術(shù)，是當(dāng)今高科技的綜合利用；③重視傳感器技術(shù)的發(fā)展；④工程技術(shù)人員，要熟練地掌握高新技術(shù)，適應(yīng)發(fā)展的需要．2）我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中，中、小企業(yè)占60％一70％，比重很大．產(chǎn)品涉及面廣，從業(yè)人數(shù)多.以多品種小批量生產(chǎn)為主.CIMS產(chǎn)業(yè)和工程，必須面向這些中小企業(yè)．有效的實(shí)施方法，必須是“總體規(guī)劃、分步