計(jì)算機(jī)輔助制造CAM

計(jì)算機(jī)輔助制造CIM摘要：由于世界市場(chǎng)動(dòng)態(tài)多變的需要，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)應(yīng)運(yùn)而生。本文闡述了CIM在國(guó)內(nèi)外得到高度重視的背景；介紹了計(jì)算機(jī)輔助制造的系統(tǒng)組成和支撐環(huán)境以及國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的狀況，提出了人在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中的核心地位。本文分析了制造系統(tǒng)的新發(fā)展，提出汲取精益生產(chǎn)、并行工程、智能制造系統(tǒng)、生物型制造系統(tǒng)、協(xié)同控制的制造系統(tǒng)、敏捷制造、業(yè)務(wù)過(guò)程重組等的有益思想，發(fā)展新一代的CIM。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)集成制造、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、集成TheAbstract:Becausetheneedsoftheworldmarketdynamicschanging.Andthecomputertechnologyledthedevelopmentofmodernscienceandtechnology.Computerintegratedmanufacturingcameintobeing.Inthispaper,CIMgivenhighpriorityinthebackgroundathomeandabroad;Introducedcomputer-aidedmanufacturingofsystemcomponentsandsupportdomesticandinternationalresearchenvironmentanddevelopmentofcomputerintegratedmanufacturingsystem(CIMS)conditions,Proposedcomputerintegratedmanufacturingsysteminthecoreposition.Thispaperanalyzesthenewdevelopmentsinmanufacturingsystemisproposedtolearnleanmanufacturing,concurrentengineering,intelligentmanufacturingsystems,bio-basedmanufacturingsystems,cooperativecontrolofmanufacturingsystems,agilemanufacturing,businessprocessreengineeringandotherusefulideas,thedevelopmentofanewgenerationofCIM.TheKeywords:Computerintegratedmanufacturing,computerintegratedmanufacturingsystems,integrated引言（背景及意義）：進(jìn)入70年代以后，世界市場(chǎng)發(fā)生了根本的變化，從原先那種相對(duì)穩(wěn)定的市場(chǎng)變成了動(dòng)態(tài)多變的市場(chǎng)：產(chǎn)品的生命周期縮短，產(chǎn)品的品種增加、批量減小，顧客對(duì)產(chǎn)品的交貨期、價(jià)格和質(zhì)量要求越來(lái)越高。市場(chǎng)對(duì)企業(yè)的要求可以歸納成T、Q、C、S四個(gè)要素：T—新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和上市時(shí)間；Q—產(chǎn)品質(zhì)量；C—產(chǎn)品成本；S—為滿足客戶的需求而提供的增值服務(wù)。在這種背景下，人們提出了各種現(xiàn)代制造系統(tǒng)的新哲理和新模式，如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造系統(tǒng)等。這些現(xiàn)代制造系統(tǒng)的新哲理和模式或是已經(jīng)在工業(yè)界得到實(shí)現(xiàn)，為制造企業(yè)解決了在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中得以生存和發(fā)展的問(wèn)題。1973年，美國(guó)的哈林頓提出了計(jì)算機(jī)集成制造(CIM,computerintergratedmanufacturing)的概念，他認(rèn)為，企業(yè)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)是不可分割的，應(yīng)該加以統(tǒng)一處理；整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)質(zhì)上也是對(duì)信息的采集、傳遞和加工處理的過(guò)程，在企業(yè)中主要存在信息流和物流這兩種運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而物流又是受信息流控制的。CIM的要點(diǎn)在于“集成”。早在60年代，在信息處理技術(shù)中已經(jīng)提出了“綜合”和“集成”的概念。但是，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)和企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理水平比較低，所以很難真正實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。企業(yè)中各個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)該用領(lǐng)域被人為劃分成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、物料需要計(jì)劃（MRP）等一個(gè)個(gè)“自動(dòng)化孤島”，相互之間很難溝通。70年代末80年代初，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)CIM的時(shí)機(jī)終于來(lái)到。研究?jī)?nèi)容：一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)輔助制造（computeraidedmanufacturing，CAM）是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。有廣義CAM和狹義CAM之分。廣義CAM是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從原材料到產(chǎn)品的全部制造過(guò)程，其中包括直接制造過(guò)程和間接制造過(guò)程。狹義CAM是指制造過(guò)程中某個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）中，通常是指計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械加工（computeraidedmachining），更明確地說(shuō)，是指數(shù)控加工，它的輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡（刀位文件）和數(shù)控程序。一、計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)控制和管理制造過(guò)程的多方面工作，它的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)集成的信息網(wǎng)絡(luò)來(lái)監(jiān)測(cè)一個(gè)廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)一個(gè)總體的管理策略控制每項(xiàng)作業(yè)。從自動(dòng)化的角度看，數(shù)控機(jī)床加工是一個(gè)工序自動(dòng)化的加工過(guò)程，加工中心是實(shí)現(xiàn)零件部分或全部機(jī)械加工過(guò)程自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)直接控制和柔性制造系統(tǒng)是完成一族零件或不同族零件的自動(dòng)化加工過(guò)程，而計(jì)算機(jī)輔助制造是計(jì)算機(jī)進(jìn)入制造過(guò)程這樣一個(gè)總的概念。一個(gè)大規(guī)模的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它由兩級(jí)或三級(jí)計(jì)算機(jī)組成，中央計(jì)算機(jī)控制全局，提供經(jīng)過(guò)處理的信息，主計(jì)算機(jī)管理某一方面的工作，并對(duì)下屬的計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)發(fā)布指令和進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)單一的工藝控制過(guò)程或管理工作。計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機(jī)床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲(chǔ)裝置、檢測(cè)裝置、計(jì)算機(jī)等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制等。二、支撐環(huán)境計(jì)算機(jī)輔助制造的支撐環(huán)境總的來(lái)說(shuō)可分為硬件和軟件兩大方面，具體來(lái)說(shuō)可分為計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)與通信等。計(jì)算機(jī)硬件一般是指計(jì)算機(jī)的實(shí)體，是相對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件而言，計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)必須同時(shí)具備硬件和軟件才能工作。計(jì)算機(jī)硬件通?？煞譃橹鳈C(jī)和外部設(shè)備兩部分。主機(jī)通常包括運(yùn)算器、控制器、電源、接口電路、輸入輸出通道（總線）、內(nèi)存儲(chǔ)器等。外部設(shè)備通常是指輸入裝置、輸出裝置、外存儲(chǔ)器等。計(jì)算機(jī)軟件可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件主要包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和支持軟件，支持軟件一般指為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的工具（或平臺(tái)），應(yīng)用軟件是指用戶自行開(kāi)發(fā)的專用軟件。數(shù)據(jù)庫(kù)是通用化的綜合性的數(shù)據(jù)集合，可以提供各種用戶共享而具有最小的多余度和較高的數(shù)據(jù)和程序的獨(dú)立性，能有效地、及時(shí)地處理數(shù)據(jù)，并提供安全性及可靠性。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，它由計(jì)算機(jī)硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、用戶及其應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員等組成。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理上分散配制而又具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、終端設(shè)備、傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)相互連接，形成資源共享的計(jì)算機(jī)群體。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由硬件和軟件兩大部分組成。網(wǎng)絡(luò)硬件包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、終端設(shè)備、通信傳輸設(shè)備等。網(wǎng)絡(luò)軟件包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信協(xié)議、通信控制程序等。數(shù)據(jù)通信是指信息的傳輸、交換和處理。它是繼電報(bào)、電話之后的第三代通信。它不是單純的數(shù)據(jù)通信，而是把原始信息進(jìn)行整理、系統(tǒng)化，將其精華在適當(dāng)?shù)臅r(shí)空進(jìn)行傳輸，以發(fā)揮起作用。三、CIM的發(fā)展現(xiàn)狀1、國(guó)外CIM發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外自80年代以來(lái)對(duì)CIM的研究給予了很大的關(guān)注。例如，美國(guó)政府將CIM列為影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)的22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和提高國(guó)際制造業(yè)的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，歐洲共同體的歐洲信息技術(shù)研究發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃也將CIM列為主要內(nèi)容，在日本則制定了應(yīng)用激光技術(shù)的高效綜合生產(chǎn)系統(tǒng)研究項(xiàng)目“智能制造系統(tǒng)（IMS）”計(jì)劃等項(xiàng)目。美國(guó)麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、普渡大學(xué)、IBM公司、通用汽車公司、波音飛機(jī)公司等都在CIM的研究和實(shí)施方面做了大量的開(kāi)創(chuàng)性工作。在CIM的關(guān)鍵技術(shù)如NC、CAD、MRP、CAM、FMS和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等方面始終保持著優(yōu)勢(shì)。但反過(guò)來(lái)說(shuō)，美國(guó)CIM的研究工作似乎不如德國(guó)和日本那樣得到政府的統(tǒng)一規(guī)劃和支持。與美國(guó)和德國(guó)相比，日本企業(yè)在CIM的工業(yè)應(yīng)用的深度和廣度方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平，這是與日本企業(yè)在組織集成和充分發(fā)揮人的積極性方面的良好素質(zhì)是分不開(kāi)的。FANUC公司、富士通公司、東芝公司、日立公司、沖電氣公司、YHP公司等都在其下屬工廠開(kāi)發(fā)出一大批高質(zhì)量的CIMS。2、國(guó)內(nèi)CIM發(fā)展現(xiàn)狀CIMS是我國(guó)高技術(shù)研究和發(fā)展計(jì)劃，即863計(jì)劃的一個(gè)主題，863/CIMS主題的主要任務(wù)是促進(jìn)我國(guó)CIMS的開(kāi)發(fā)和研究工作。近年來(lái)，在國(guó)家科委高技術(shù)司和CIMS主題專家組的領(lǐng)導(dǎo)下，我國(guó)的CIMS的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工作取得了很大的成就：建立了清華大學(xué)CIMS試驗(yàn)工程研究中心;f分別在北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)等7所高等院校和研究機(jī)構(gòu)建立了CAD/CAM、CAPP、FMS等單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，完成了大量高水平的科研課題；選擇了10余家不同行業(yè)、不同規(guī)模的企業(yè)作為CIMS典型應(yīng)用工廠，為全國(guó)推廣CIMS打下了良好的基礎(chǔ)。其中清華大學(xué)CIMS實(shí)驗(yàn)室研究中心獲得了1994年SEM（美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)）“大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)”，標(biāo)志了我國(guó)CIMS的開(kāi)發(fā)和研究工作已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。四、CIM的發(fā)展趨勢(shì)1、制造系統(tǒng)的新模式和新哲理進(jìn)入80年代以來(lái)，以計(jì)算機(jī)代表的新技術(shù)開(kāi)始對(duì)制造系統(tǒng)產(chǎn)生越來(lái)越深刻的影響，出現(xiàn)了一些制造系統(tǒng)的新模式和新哲理，如精益生產(chǎn)、并行工程、智能制造系統(tǒng)、生物型制造系統(tǒng)、獨(dú)立制造島、協(xié)同控制的制造系統(tǒng)、敏捷制造、業(yè)務(wù)過(guò)程制造系統(tǒng)等，這些新模式和新哲理都特別強(qiáng)調(diào)高效率和高性能的統(tǒng)一，特別注意發(fā)揮人的積極性、特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。制造系統(tǒng)的新模式和新哲理并不是由少數(shù)專家學(xué)者憑空制造的，而是在各種因素綜合作用下的結(jié)果，是生產(chǎn)力發(fā)展過(guò)程中一個(gè)必然的中間結(jié)果。這些新模式和新哲理中吸取符合國(guó)情和企業(yè)具體情況的成分，有機(jī)的與CIM哲理加以組合并將其用于工程實(shí)踐，是擺在我們面前的一個(gè)重要課題。2、新一代的CIMCIM強(qiáng)調(diào)的是“集成”，精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)的是“簡(jiǎn)化”，并行工程強(qiáng)調(diào)的是“同時(shí)”，智能制造系統(tǒng)、生物制造系統(tǒng)、敏捷制造和業(yè)務(wù)過(guò)程重組強(qiáng)調(diào)的是“靈活”，協(xié)同控制強(qiáng)調(diào)的是“分布”等都具有十分豐富的內(nèi)涵，而且有很多相似的地方。去過(guò)從這些制造系統(tǒng)的新哲理和新模式中吸取新的成分，博采眾長(zhǎng)，豐富 CIM的內(nèi)涵，將是一件十分有意義的工作，表1表示吸收了上述制造系統(tǒng)的新哲理和新模式中有益成分后新一代 CIMS與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的比較。研究結(jié)語(yǔ)與CIM有關(guān)的技術(shù)也有很多尚未完成的研究課題。此外，面向?qū)ο蠹夹g(shù)在CIMS開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范等在CIMS信息集成系統(tǒng)的應(yīng)用，并行工程框架的開(kāi)發(fā)，CIM系統(tǒng)方法論的研究與應(yīng)用等都是十分有意義的課題，還需要人們進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)：1