计算机集成制造_陈白帆_中南大学-1

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1、CIMS陈白帆2010年秋季什么是CIMS？CIMS 计算机集成制造系统（ Computer Integrated Manufacturing Systems ） CIMS 现代集成制造系统（ Contemporary Integrated Manufacturing Systems） C是手段 M是指大制造（ 制造业） S是指整个系统 I是核心， 即通过集成提高制造企业的市场 竞争能力为什么要学习CIMS?了解相关知识 从事企业软件开发 CAD/CAE/CAPP PDM/PLM ERP CRM 专用、高附加值的软件 从事企业信息化工作 企业的技术主管 CIO 从事企业信息化项目实施 金碟、用

2、友 浪潮、华天课程主要内容理念篇 CIMS的基本概念、基本原理、基本方法、应 用背景 CIMS的方法体系 技术篇 CIMS总体设计技术 CIMS关键技术 管理、设计、制造、集成 实践篇 企业信息化 我国的制造业信息化工程战略教学方式课堂教学讲授为主 报告型作业（逐步深入，启发对课程内容 的思考，通过作业来掌握原理） 考试方式开卷考试 平时成绩占30（出勤+作业）期末考试 占70课程难点涉及多学科的综合知识有一定的难度 原理性、方法性的课程数学推导少， 哲理和概念比较多，相对比较抽象 新兴、发展的学科还有许多问题有待 解决，探索性比较强 需要投入，进行深入思考和必要的实践第1章 信息时代的制造业

3、与 CIM/CIMS概念1.1 信息时代的制造业制造业的发展历史 信息化带动工业化是必由之路制造业的内涵 制造业是指对原材料(采掘业的产品和农产 品)进行加工或再加工，以及对零部件装配 的工业的总称。 制造业一般有消费品制造业和资本品制造业、轻型制造业和重型制造业、民用制造 业和军工制造业、传统制造业和现代制造 业之分，其中装备制造业越来越重要。 工业化国家 ：约 1 / 4的人口从事制造业，约 70 % 80 %的物质财富来自制造 业。物质生产贯穿人类历史材料、能源和信息是人类社会经济的三大 重要支柱。人类社会经济发展的历史，就 是人类利用材料、能源和信息进行物质生 产的历史。 材料、能源和

4、信息领域的任何技术革命， 必然导致生产方式的革命和生产力发展的 飞跃。 物质生产材料产品信息能源制造业发展史制造业创造了人类 人与猿相分离，是由于人学会了双足行走和用 手制造并使用工具，这是人类进化的关键一步 。 随着狩猎和采集技术的改进，人们制造的工具 日趋精细，种类越来越多，出现了有组织的石 料开采和加工，形成了原始制造业。 使用工具、制造工具，即原始的制造技术和生 产方式的改变引发了古猿进化的改辙，驱引他 们用脑思维，脑容量增大，经选择遗传而与猿 类分离，变成堂堂直立的人类 。 毛主席1964年有一首词贺新郎读史，头 几句是： “人猿相揖别，只几个石头磨过，小 儿时节。” 原始的工具制造

5、是人类社会制造业的最早萌芽 。 制造业发展史制造业是产业革命的主力军 18世纪的产业革命和接踵而来的电气化运动， 从1765年瓦特发明蒸汽机算起已延续了240年 。这场波澜壮阔的工业革命使人类的生产和生 活方式发生了不可逆转的伟大变化 。 产业革命的标志瓦特蒸汽机的发明 工业革命的第二个高潮电气化发生在19 世纪后半叶和20世纪初。 以1948年美国贝尔实验室的巴丁、布拉顿和 肖克利发明晶体管，1958年制成第一台固体 元件计算机为开端，晶体管的发明和微电子制 造技术的飞速发展，开创了全新的信息时代。制造业发展史的启示蒸汽机和电机的应用，延伸了人的体力劳 动，催生了工业革命，使人类社会通过工

6、业化从农业社会发展到工业社会。 以计算机为核心的现代信息技术的应用， 则延伸了人的脑力劳动，引发了新的工业 革命，使人类社会通过信息化从工业社会 发展到信息社会，信息化是信息时代的工 业革命。 农业社会工业社会信息社会工业化工业革命信息化新的工业革命从工业化到信息化的里程碑1765年蒸汽机的发明拉开工业化革 命序幕； 20世纪上半叶一批发达国家完成工 业化革命； 1948年晶体管发明； 1958年第一台固体元件计算机 ； 1959年第一个集成电路； 1960年ALGOL和COBOL计算机语 言； 1964年大型电子计算机IBM360系 列； 1969年 互联网诞生； 1971年用大规模集成电路

7、组成的微 处理机； 1977年个人计算机； 1989年万维网（WWW）诞生； 在短短的50年时间内，信息技术使我们 的生活发生了质的变化，世界全面转向 信息化时代。 机械制造业发展的几个阶段第一阶段手工单件生产 第二阶段大批量重复生产 第三阶段自动化生产 第四阶段现代集成制造单件手工生产（第1阶段） 法国巴黎PAPC; 安全监测；故障诊断；等流程制造业业CIMS层次结构CIMS工程开发生命周期立项 可行性论证 需求分析 初步设计 详细设计 工程实施与应用 系统运行与维护实施CIMS的指导方针十六字方针 效益驱动 总体规划 分步实施 重点突破作业1内容：以你了解的我国某个制造企业为例，说明它 现

8、在还主要处于什么发展阶段，在企业的生 产经营中面临的主要困难是什么？ 你学习本门课希望的主要收获是什么？ 对课程有什么建议和要求？第2章 现代集成制造系统的基本组成现代制造的产品和生产产品结构的特点 知识技术产品的时间越来越来短、 结构越来越复杂 1782年摄影原理到1838年照相机 56年 1831年电机原理到1872年发动机 41年 1948年半导体到1954年半导体收音机 6年现代制造的产品和生产产品的批量 更小产品价格的特点 取决于独占知识的含量产品的市场特点 顾客对产品功能、性能、质量、服务 更高 参与全球竞争 更加激烈现代制造企业环境的变化大市场和大竞争； 产品生命周期缩短； 交货

9、期成为主要竞争因素； 用户需求个性化, 多品种小批量生 产比例增大。2.1制造企业的功能和生产组织 方式产品形成过程 昨天-今天-明天产品规划概念设计生产准备详细设计昨天昨天 过程序列产品规划 概念设计 详细设计 生产准备 PDM 数字模型过程管理明天明天 过程流产品规划概念设计详细设计生产准备PDM今天今天 过程链销售部门制造部门技术部门传统的组织结构 面向功能的组织结构现代的组织结构 面向过程的组织结构Teamwork制造系统组织形式的变化19201990 19752000 2119201990 19752000 21世纪世纪网络联盟的网络联盟的 生物型结构生物型结构部门分工的部门分工的

10、机械型结构机械型结构项目小组的三维项目小组的三维 化学型结构化学型结构Enterprise Structure ChangingPyramid StructurePyramid Structure Bureaucratize !Bureaucratize !Eradicate BureaucratizeEradicate Bureaucratize现代集成制造系统的基本组成现代集成制造系统设计制造子平台数字化设计 与制造系统管理与电子商务子平台企业管理与电 子商务系统过程自动化子平台过程自动 化系统现代集成制造系统平台重点行业现代集 成制造系统典型区域现代集 成制造系统软 构 件子系统软 构

11、件软 构 件子系统软 构 件软 构 件子系统软 构 件软 构 件子系统软 构 件软 构 件子系统软 构 件软 构 件子系统软 构 件现现 代代 集集 成成 制制 造造 系系 统统 构构 成成863计划现代集成制造系统技术主题CIMS基本组成CIMS相关技术CIMS包含了一个制造企业的设计、制 造、经营管理三种主要功能，要使这三 者集成起来，还需要一个支持环境，即 分布式数据库和计算机网络以及指导集 成运行的系统技术。 四个功能分系统 管理信息分系统。以MRP为核心。 产品设计与制造工程设计自动化分系统。 即CAD/CAPP/CAM系统。 制造自动化或柔性自动化分系统。数控机 床等。 质量保证分

12、系统。包括质量检测、评价、 控制、跟踪等 两个支撑分系统 计算机网络分系统。实现异种机互联、异 构局部网络及多种网络的互联。 数据库分系统。支撑CIMS各分系统，覆盖 企业全部信息的数据库系统。CIMS的功能结构企业信息化技术的5个主要特征管理数字化设计数字化生产过程数字化制造装备数字化企业数字化2.2 数字化设计与制造系统1）数字化设计与制造概述数字化技术：以计算机硬软件、周边 设备、协议和网络为基础的信息离散 化表述、定量、感知、传递、存贮、 处理、控制、联网的集成技术。 数字化制造：将数字化技术用于支持 产品全生命周期的制造活动和企业的 全局优化运作就是数字化制造技术； 数字化产品：将数

13、字化技术注入工业产品 就形成了数字化产品。 伴随计算机图形学的发展，计算机辅助设 计系统，将实现CADCAPPCAMCAE 的一体化，使产品向无图纸制造方向发展 。 计算机控制加工机床，其特点是把过去利 用人工、行程开关或模板产生的加工信息 数字化，并用以控制机床的加工运动，这 就是数控机床，它是数字化制造的一个十 分重要的基础。2） 工程设计自动化系统用计算机来辅助产品设计、制造准备及产 品性能测试等阶段的工作，即常说的 CAD/CAPP/CAM系统， 目的是使产品开发 活动更高效、更优质、更自动地进行。 缩写 EDS(Engineering Design System) CAD( Comp

14、uter Aided Design) CAM( Computer Aided Manufacturing) CAFD( Computer Aided Frock Design) CAPP( Computer Aided Process Planning) PDM( Product Data Management) PLM( Product Life Management)EDS结构及组成 一般包括计算机辅助设计(CAD),计算机辅助 工艺设计(CAPP),计算机辅助夹具设计(CAFD) 和计算机辅助制造(CAM)四个子系统。 统一、层次、并行、开放CAD CAPP CAFDCAM产品数据管理系

15、统PDM数据库管理系统DBMS计算机与操作系统CAD Computer Aided Design 计算机辅助设计 起始于上世纪50年代，刚开始主要 用于产品设计计算及计算机绘图， 随着计算机性能的提高和成本的大 幅度下降，CAD进入了更多的应用 领域（出现了可绘制2维、3维图形 的交叉绘图系统，可以完成产品设 计、材料分析、制造要求分析等） ，采用CAD可以大大节省劳动时间 ，其设计速度一般是人工的1至5倍 。CAMComputer Aided Manufacturing计算机辅助制造 起始于上世纪50年代。1952年，美 国首先研制成功数控机床。1958年 ，随着刀库的发明，出现了能在一 台机床上通过自动换刀实现铣、钻 、镗、铰及