3计算机集成制造系统

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1、1,第三章 计算机集成制造系统技术,一、学习要求 1、了解：CIMS的产生背景； 2、掌握：CIMS的基本概念与组成。,二、学习要点 1、CIM与CIMS的区别与联系； 2、CIMS产生的背景与发展概况； 3、CIMS的基本组成； 4、CIMS应用实例。,2,20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。如CAD、CAPP、CAM、工业机器人、FMS等单元技术的应用，为企业带来显著效益。然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化单元技术，会产生“自动化孤岛”现象。“自动化孤岛”具有较大封闭性，相互之间难以

2、实现信息的传递与共享，从而降低系统运行的整体效率，甚至造成资源浪费。,第一节 CIMS的基本概念与其发展概况,一、CIM和CIMS的概念,3,“自动化孤岛”,4,例：离散制造业,CAD,CAPP,CAM,CAE,ROBOT,FMS,FAS,自动化 立体仓库,MRPII,OA,MIS,DSS,销售系统,Database,Network,未经集成化处理的 计算机应用,形成了多个 “自动化孤岛”,Internet,5,自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好的整体效益。这正是计算机集成制造系统的

3、出发点。,将“自动化孤岛”集成在一起,6,计算机集成制造CIM 美国Harrington博士关于CIM两个观点:企业各个生产环节是一个不可分隔的整体(集成)；企业生产制造过程实质上是对信息的采集、传递和加工处理的过程（信息）。 CIM定义：是一种组织、管理、企业生产的新哲理，它借助计算机软硬件，综合应用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物质流有机地集成并优化运行，以实现产品的高质量、低成本、短交货期，提高企业对市场变化的应变能力和综合竞争能力。 CIM：是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。,7,CIMS三要

4、素关系：经营管理与技术:技术支持企业达到预期的经营目标；人与技术:技术支持各类人员互相配合、协调一致工作；人与经营管理:人员素质提高支持企业的经营管理；,CIMS三要素集成,计算机集成制造系统CIMS CIMS:基于CIM哲理的一种工程集成系统，是一种新型制造模式。 CIMS核心:是将企业内的人和组织、经营管理和技术三要素之间的集成，以保证企业内的工作流、物质流和信息流畅通无阻。,8,补充：集成的概念与方式,集成方式： 通过专用格式数据文件的集成；（转换接口程序） 通过标准数据文件的集成；（典型的标准格式IGES和STEP） 基于统一产品数据模型和数据库的集成； 基于产品数据管理PDM的系统集

5、成。,9,1、 20世纪70年代以来，制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用，但这些新技术没有带来人们曾经预测的效益。原因是： “自动化孤岛”现象2、制造业的巨大变革： 全球竞争加剧； 产品结构和生产过程随着先进生产技术的出现而急剧改变； 传统的管理、制造模式受到社会和市场的挑战,二、CIMS产生的背景,10,3、 CIM理念产生于20世纪70年代，但基于CIM理念的 CIMS在20世纪80年代中期才开始重视并大规模实施，其原因是20世纪70年代的美国产业政策中过分夸大了第三产业的作用，而将制造业，特别是传统产业，贬低为“夕阳工业”，这导致美国制造业优势的急剧衰退，并在20世纪80

6、年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗，此时，美国才开始重视并决心用其信息技术的优势夺回制造业的霸主地位。于是美国及其他各国纷纷制订并执行发展计划。自此，CIMS的理念、技术也随之有了很大的发展。,11,三、CIMS产生的发展概况,信息集成（80年代）,过程集成（90年代初）,企业集成（面向21世纪）,12,1、信息集成： 针对在设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，解决其信息的正确、高效的共享和交换 ； 通过信息集成将各自动化单项技术集成起来，解决T、Q、C、S。2、过程集成： 对产品设计过程进行重构； 传统的产品开发模式采用串行产品开发流程 ；反复、开发周期长 以并行工程为代表,串行

7、模式 Serial Mode,设计,修改意见反馈,设计 概念模型 快速制模 生产模具 投入批产 市场销售,在产品生命周期不同阶段 工程更改的费用将以指数增加,$10,$100,$1,000,$10,000,$100,000,$ ?,产品设计决定企业兴衰,并行模式 (Concurrent Mode),设计,修改意见反馈,3、企业集成： 传统企业：“小而全”、“大而全”；“两头小，中间大” 现代企业：必须面对全球经济、全球制造的新形势，充分利用全球的制造资源（包括智力资源），更快、更好、更省地响应市场 针对某一特定产品，建立企业动态联盟（即所谓虚拟企业，Virtual Enterprise）， 提

8、倡“扁平式”企业 两头大：即强大的新产品设计、开发能力和强大的市场开拓能力 中间小：指加工制造的设备能力可以小，多数零部件可以靠协作解决 以虚拟制造、敏捷制造为代表 产品不再适应市场，动态联盟解散,17,四个功能分系统，两个支撑分系统组成,第二节 CIMS的基本组成、体系结构及其关键技术,18,1、管理信息分系统（MIS)MIS是CIMS的神经中枢信息处理 包括信息的收集、传输、加工和查询；事务管理 包括计划管理、物料管理、生产管理、财务 管理、人力资源管理等；辅助决策 根据现有信息，利用数学分析手段预测未来，提供企业经营管理决策。核心工具：制造资源计划MRPII，将企业内各个管理环节进行集成

9、，缩短生产周期、减少库存、降低成本、提高企业市场应变能力。,19,2、工程设计信息分系统(EDIS) （CAD/CAPP/CAM）CAD 计算机绘图、有限元分析、产品造型、图像分析处理、优化设计、动态分析与仿真、物料清单（BOM）生成等；CAPP 毛坯设计、工艺方法选择、工序设计、工艺路线制定、工时定额计算等； CAM 刀具路径确定、刀位文件生成、刀具轨迹仿真、NC代码的生成等作业。,20,CAPP系统的分类检索式： 事先把零件的工艺规程按零件图号或成组编码储存在计算机中 编制新零件的工艺规程时，检索调出编辑修改 检索不到时，另行编制并储存在计算机中派生式：（例如美国国际计算机辅助制造公司开发

10、的CAM-I系统） 按零件结构和工艺的相似性，将零件分为若干零件加工族 对每一族零件制定优化加工方案 编制新零件的工艺规程时，根据输入信息编制零件的成组代码，根据代码识别它所属的零件加工族，调出该族的典型工艺，自动搜索零件的型面和尺寸参数，确定需要的工序和工步。,21,综合零件,实际零件,【例】,22,查 找 零件组,输入表头信息,工艺规程格式,工艺路线 检索/编辑,标准工序 检索/编辑,CAM-I 推出的派生式 CAPP 系统框图,23,b）使用阶段,派生式 CAPP 系统工作的两个阶段,24,派生式CAPP的特点：程序简单，易于实现。目前多用于回转体类零件CAPP系统。需人工参与决策，自动

11、化程度不高。具有浓厚的企业色彩，局限性较大。,25,创成式CAPP系统（Generative CAPP System）,要求较高，目前还处于实验研究阶段。,26,3、制造自动化分系统(MAS) MAS地位: 位于企业底层，是企业信息流和物料流的结合点，是最终产生效益聚集地。 MAS组成: 机械加工系统-CNC、MC、FMC、FMS加工设备； 物流系统对工件和工具存储、搬运、装卸等操作； 控制系统-实现对加工设备和物流系统的控制； MAS目标: 实现多品种、小批量生产柔性自动化； 实现优质、低成本、短周期、高效率生产； 创造舒适安全劳动环境。,27,4、质量保证信息分系统（QIS)质量计划-建立

12、质量技术标准，制定检测计划、检测规程和规范；质量检测管理-包括进出厂材料检测、产品质量检测管理，设计质量指标管理，生产质量数据管理；质量分析评价-对各类质量问题进行分析，评价各种影响因素，查明主要原因。质量信息综合与控制-报表生成，质量综合查询，采取各种质量控制措施。,28,5、数据库管理分系统对各类数据进行存储和调用，满足各分系统信息的交换和共享。数据的分布：采用分布式异型数据库技术，通过互连网络体系，完成全局数据调用和分布式事务处理。数据库系统类型：工程数据库管理系统，实现对图形数据和非图形数据处理。 6、计算机网络分系统是CIMS信息集成工具，常用局域网，对地理范围大的企业，可通过远程网

13、进行互连，使CIMS同时兼有局域网和广域网的特点。,29,CIMS五层递阶控制结构,30,工厂层-最高决策层，制定长期生产计划、确定资源需求、产品开发、成本核算，规划周期几个月/几年时间车间层-协调车间作业和资源配置，作用周期几周/几个月单元层-完成本单元作业调度，包括作业顺序和指令发放、进行任务分配调度、协调物料运输，规划时间几小时/几周工作站层-负责协调设备小组活动，规划时间几分钟/几小时设备层-各种设备控制器，执行上层控制命令，完成加工、测量、运输等任务，响应时间几毫秒/几分钟,CIMS递阶控制结构,31,1、CIMS决非无人化工厂。在CIMS研究初期，人们曾认为全盘自动化和无人化工厂或

14、车间是其主要特征。随着CIMS实践的深入和一些无人化工厂实施的失败，人们对无人制造自动化问题进行反思，并对于人在CIMS中的重要作用进行重新认识。近年来，我国实施的CIMS早已突破无人化和高度自动化的局限，而主要强调信息集成和功能集成。,CIMS研究和应用中值得注意的几个问题,32,2、 CIMS没有统一模式。 CIMS的系统结构仅针对一般情况，不同的企业类型，不同的生产方式，其CIMS的系统结构亦不一样。实际应用中不应求全和统一，而应根据企业实际决定其系统结构。,3、 CIMS在应用工程中应强调结合实际，总体规划，分步实施 CIMS是一个复杂的制造系统工程，工程投资大，投入人员多，开发周期长

15、，因此，必须在总体规划的基础上，根据企业的财力和物力，分步实施，重点突破，既要保证系统的实用有效，又要保证系统的集成。,CIMS国外发展简况 美国不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统 欧共体1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM项目占28项 日本CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”，相当

16、于CIMS实验基地。 新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等也在积极跟踪和发展CIM技术,第三节 CIMS的应用实例,CIMS国内发展简况 三个阶段 1989-1992年, 典型应用工厂的选点、可行性论证、初步设计和详细设计阶段； 1993-1995年,典型应用企业实施的突破阶段:北京一机床、沈阳鼓风机、成飞(集团)公司 1997年-2000年 ,实践深度、广度步入更高、更新的阶段，如主题重大项目：哈电机、科龙、 金诚摩托 实施效果 成都飞机工业公司：麦道机头生产周期12个月6个月，库存下降20%，竞标成功获得1亿波音757尾段订单,沈阳鼓风机厂：产品报价6周2周，成本下降79.7%，市场占有率达51% 科龙、华宝：百元销售资金下降51%，人均产值提高70%，98年达202万元/人年 经纬纺机厂：流动资金下降60% 北京第一机床厂： CIMS的意义与作用 提高企业的管理效益新产品开发周期缩短1/2-1/3；管理工作效率提高1倍；库存压缩20%；生产周期缩短20%-50 改善企业的竞争地位,是进入WTO的需要 促进我国CIMS技术与产业发展 促进生产方式的转变:市场经济和集约化生产,