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1、2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,1,第九章 流程工业企业综合自动化 Computer integrated Manufacturing System in Process Industry,Department of Control Science &Engineering, Zhejiang University,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,2,本章主要内容,概述 CIMS的概念、流程CIMS与离散CIMS之比较 流程工业CIMS的体系结构 功能结构及递阶层次、体系结构、间歇方式的影响 核心问题及关键技术 系统集成、系统优化、环境集成、功能集成
2、 设计举例,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,3,第一节 Unit 1,概述 Introduction,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,4,本节主要内容,CIMS的概念 流程工业CIMS与离散CIMS之比较,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,5,9-1-1 CIMS的概念与发展（1）,CIM的概念CIM(Computer Integrated Manufacturing) 计算机集成制造 企业资源（人、财、物、技术、经营管理） 计算机技术集成 资源优化，产品优质、低耗、上市快，增强竞争力,2018/10/21,第九章 流程工业企业综
3、合自动化,6,9-1-1 CIMS的概念与发展（2）,CIMS的概念CIMS(Computer Integrated Manufacturingsystem） 计算机集成制造系统 是CIM哲理的具体体现 CIMS的主要特征是“四化”计算机化、信息化、智能化和集成优化,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,7,9-1-1 CIMS的概念与发展（3）,CIM理念起源于70年代（Joseph Harrington, 1973)一种新的生产模式 CIMS 80年代初被广泛接受（美国制造工程师学会） 首先广泛应用于离散制造业 汽车、机械设备、家用电器等行业在离散工业，CIMS已形成较为成
4、熟的体系框架（CAD、CAM、CAPP、MRP II 等）国内已有上百家应用示范企业 开始在流程行业受到重视,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,8,为何在流程工业实施CIMS,流程工业在整个制造业中所占比重大 占全国工业总产值的70以上91年以来流程工业的产品销售额前10名中占80-90%, 利润前20名中占70% 市场竞争对流程工业的压力不断增大 CIMS技术能够显著提高企业效益和市场竞争力福建炼油厂CIMS工程(一期)年增效益2600多万元,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,9,流程工业自动化技术发展过程,2018/10/21,第九章 流程工业企业综
5、合自动化,10,9-1-2 流程CIMS与离散CIMS的比较,流程工业 离散工业 安全生产要求 高 较低 生产平衡要求 高 较低 环境保护要求 高 较低 设备投资 高 较低 产品种类变化 少 多 新产品设计任务 少 多 新产品产生方式 试验 设计 售后服务要求 一般 高 提高效益主要途径 稳定质量、减少 缩短产品交货期 消耗、满负荷、 和新产品上市时间 长周期,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,11,9-1-2 流程CIMS与离散CIMS区别(1),流程工业 CIMS 离散工业CIMS 生产计划 采用过程结构和配方 采用物料清单进 进行物料需求计划； 行物料需求计划；同时考
6、虑生产能力 先物料需求，和物料需求； 后能力需求；主要面向库存； 主要面向定单； 工程设计 可不包括工程(产品) 工程(产品)设计设计子系统； 子系统必不可少； 调度管理 考虑因素复杂，涉及面广； 主要考虑物料和设备能力； 质量管理系统与生产过程 质量管理系统相对独立； 自动化监控系统紧密相关；,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,12,9-1-2 流程CIMS与离散CIMS区别(2),流程工业 CIMS 离散工业CIMS 信息处理 要求处理大量动态数据， 主要处理静态数据，实时性要求高； 实时性要求不高； 安全性 首要任务，必须实现全 偏重于单个生产装置的监控，生产过程的动
7、态监控； 为柔性生产提供信息； 经营决策 强调优化，更注重生产 强调柔性； 过程中资金流管理； 人的作用 自动化程度较高，一般不 自动化程度相对较低，许多 需要人直接参与加工； 情况下需要人直接参与加工； 理论研究 尚未形成较为完善的理论 较为成熟，已形成较为完善 体系和规范。 的理论体系和规范。,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,13,9-1-2 流程CIMS与离散CIMS相似之处,财务管理供应销售管理资产管理人力资源管理发展趋势相同网络化数字化/虚拟化以人为核心的智能化重视企业间的集成优化,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,14,第二节 Unit 2
8、,流程工业CIMS的体系结构 Architectonic of Processing CIMS,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,15,本节主要内容,流程工业CIMS的功能结构及递阶控制层次 流程工业CIMS的体系结构模型 基于三层结构的流程工业现代集成制造体系结构 间歇生产方式对流程工业CIMS的影响,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,16,9-2-1 流程工业CIMS的功能视图,计算机网络与数据库管理系统,管理信息系统,动态监控系统,生产自动化系统,质量控制系统,市场信息,技术信息,原材料,能源动力,产品,销售服务信息,抽样统计信息,2018/10/
9、21,第九章 流程工业企业综合自动化,17,9-2-1 流程工业CIMS的递阶控制层次,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,18,9-2-1 各功能层次的控制频率及系统定位、实现平台,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,19,9-2-2 流程工业CIMS的体系结构模型,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,20,9-2-2 流程CIMS体系结构的X、Y联合视图,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,21,9-2-3 基于三层结构的流程工业现代集成制造体系结构 (1),2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,22,
10、9-2-3 基于三层结构的流程工业现代集成制造体系结构 (2),2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,23,9-2-4 间歇生产方式对流程CIMS的影响（1）,间歇型生产过程的特点 常适用于中小批量且产出价值较高的产品 生产方式灵活 一般是由一些通用型的设备组成，生产方式上具有一定程度的柔性 这些特点使间歇型生产过程应付产品需求变化的能力增强，但由此产生的更为复杂的资源共享和争用现象，对生产计划和调度提出了更高的要求。,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,24,9-2-3 间歇生产方式对流程CIMS的影响（2）,对间歇生产方式影响因素的考虑 设备管理的同时还亟
11、需工艺管理 由于设备可由多项流程共享，工艺描述与设备网络描述是不同且独立的 调度成为最重要的功能 为了在特定时间段上将设备分配给特定的工艺流程 优化的求解问题 批量本身是可优化的，以及间歇型生产所需的复杂的中间产品存储策略，增加了优化调度求解的难度。,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,25,第三节 Unit 3,核心问题及关键技术 The kernel Problem and Key Technique,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,26,9-3 流程工业CIMS的核心问题及关键技术,本节主要内容 系统集成 系统优化 建立CIMS集成环境的关键技术
12、实现流程工业CIMS功能集成的关键技术 CIMS的主要内涵是在计算机技术基础上实现整个制造过程的集成，但实现系统集成并不是CIMS的最终目的，而是为了充分利用整个制造过程中所有可用资源、最终实现系统优化。故集成与优化是流程CIMS的核心问题。,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,27,9-3-1 CIMS中的系统集成（Integration）,系统集成的含义 硬件集成 软件集成 数据和信息集成 管理、技术和生产等功能集成 人和组织机构的集成,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,28,9-3-1 系统集成的好处,减少数据冗余，实现信息共享 便于对数据进行合理规
13、划和分布 便于进行规模优化（Rightsizing） 向上优化（Upsizing） 向下优化（Downsizing） 利于开展并行工程，提高工作效率与效益 有利于人们之间彼此协调地工作。,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,29,9-3-1 系统集成的核心是信息集成,信息集成 是指对系统中各种类型的数据进行统一的处理，避免不必要的冗余，为用户提供统一和透明的界面，从而实现信息共享。 信息集成的困难所在 各个子系统在应用的模式结构上有差异 各子系统中所用的数据性质不同,2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,30,信息模型 信息模型就是反映一个企业信息系统基本状况
14、的模型,它主要是从概念上和逻辑上对一个企业的数据及数据流进行合理的规划。 数据模型与信息模型 “用户视图”（或称外模式） “数据管理员视图”（或称内模式） 信息模型（或称为数据的概念模式）,9-3-1 信息集成与信息模型(1),2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,31,9-3-1 信息集成与信息模型(2),2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,32,建立信息模型的方法： 信息工程方法 IDEFIX（Integrated Computer Aided Manufacturing Definition Method） 数据流程图DFD（Data Flow Diagram） 数据字典DD(Data Dictionary) 面向对象方法OOM（ObjectOriented Method）,9-3-1 信息集成与信息模型(3),2018/10/21,第九章 流程工业企业综合自动化,33,9-3-1 异构系统之间的信息集成,
