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1、现代生产管理,第十章 计算机集成制造系统(CIMS),【学习目的】 1. 了解CIMS概念、掌握CIM的基本构成； 2. 熟知CIMS的研究与开发； 3.了解CIMS的应用与效益评估。,第一节 CIMS的构成,一、计算机集成制造(CIM)与计算机集成制造系统(CIMS)的概念 (一)计算机集成制造(CIM) (1)从产品研制到售后服务的生产周期全部活动，是一个不可分割的整体，每个组成过程应紧密连接安排，不能单独考虑。 (2)整个生产过程的活动，实质上是一系列数据处理过程，每一过程都有数据产生、分类、传输、分析、加工等处理，其最终生产成的产品，可以看做是数据的物质表现。 (二)计算机集成制造系统
2、(CIMS)的概念 计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)就是在CIM思想的指导下，逐步实现企业全过程计算机化和综合化的人机系统。不论其计算机技术应用的广度和深度处于什么阶段，只要全局规划是明确的，确实按照CIM思想指导着企业的体制改革和技术改革，就可称为CIMS。,(三)CIM与CIMS的关系 CIM与CIMS既有密切联系又有着本质的区别，CIM是计算机集成制造的思想方法或生产模式，是组织现代化生产的一种哲理。作为一种哲理，CIM的目标是通过综合利用现代信息技术的一切可能性来长期保持企业的竞争力。其精髓并非在于某项单
3、元技术，而是强调企业的整体性，利用现代信息技术把企业各部门联系起来。CIM适用于一切制造企业，其要点在于集成，实现方法无固定模式。CIMS则是CIM思想在具体某一企业中的实现。CIMS是一个开放系统和人-机系统，需要不断完善并成为企业达到预定目标的有效手段。CIM哲理只有一个，而CIMS则因企业不同，其形式与构成千变万化。可以说，各种体现CIM哲理的具体系统都是CIMS。,二、CIMS的基本构成 CIMS是人、经营和技术三者的集成。单从技术构成上看，CIMS包含四个应用分系统：管理信息系统(MIS)、工程设计系统(CAD/CAPP/CAM)、质量保证系统(QAS)、制造自动化系统(MAS)和两
4、个支撑分系统即数据库(DB)和通信网络(NET)，如图10-1所示。 (一)管理信息系统 一个工业企业的管理信息，就是指整个生产经营过程中产、供、销、人、财、物的有关信息。,(一)管理信息系统 一个工业企业的管理信息，就是指整个生产经营过程中产、供、销、人、财、物的有关信息。一般可以把管理信息系统(MIS)分解为经营管理(BM)、物料管理(MM)、生产管理(PM)、人力资源管理(HRM)和财务管理(FM)等几个子系统。在CIMS环境下，是以制造资源计划(MRP)为核心把整个系统集成起来，形成一个计算机管理系统。 管理信息系统的基本功能有三个方面： (1)信息处理信息处理包括信息的收集、整理、加
5、工、查询等。 (2)事务管理事务管理指经营计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理及质量管理等。 (3)辅助决策管理信息系统可用来分析归纳现有信息，利用各种有关方法，提供辅助决策信息。,(二)工程设计系统 设计阶段是对产品成本影响最大的部分，也是对产品质量起着最重要影响的部分。工程设计系统就是CAD/CAPP/CAM的集成，有时还要加上计算机辅助工程分析(即狭义CAE)。CIM实施中，信息集成是一项最主要的工作，在计算机里，如果信息编码没有做好标准化工作，各部门之间就根本没有共同语言，也就不可能集成，所以产品数据交换标准是工程设计中首先要考虑的问题。国际上产生最早、应用最成熟和最广
6、泛的数据标准，是美国国家开发和推出的初始交换规范IGES(Initial Graphics Exchange Specification)。,(三)质量保证系统 产品质量是赢得市场竞争的一个极其重要因素。CIMS的一部分质量系统，就是要在系统集成的整体安排下，更有效地实现全面质量管理。质量保证这个子系统，除了要具有直接实施检测的功能外，它的重要任务是采集、存储和处理企业的质量数据，并以此为基础进行质量分析、评价、控制、规划和决策。质量数据存在于产品生命周期的全过程中，从市场调研、设计、原材料供应、制造、产品销售直到售后服务等，这些信息采集、分析和反馈便形成一系列各种类型的闭环控制，从而保证产品
7、客户的需求。,(四)制造自动化系统 自动化是生产活动发展的必然方向。我们在CIM中用“制造自动化”这个名词，只是为了反映先进技术的应用，实际就是反映企业中的底层物流与生产过程。真正自动化程度的高低，完全取决于实际状况与实际需要，各行各业的企业，底层生产过程千差万别，但是底层活动的管理和高度又有一定的共性，即CIMS中经常提到的“单元控制器”，这相当于一般工厂中的车间或比车间更低一层的管理活动。单元控制器应具有计划(Planning)、调度(Scheduling)和调节(Regulation)三方面的功能活动。,(五)数据库系统 哈林顿在最初的CIM定义中，就把整个生产经营看做是“一个数据的采集
8、、传递和加工处理的过程”。由此可见，为什么在技术构成上，我们会把网络和数据库作为两个核心和支撑技术。一个CIM企业需要采集、传递处理的数据不仅数量巨大，而且结构化、半结构化和非结构化的数据需要分别处理。按数据模型不同，数据库可分为三种类型：网状型、层次型和关系型。近年来，面向对象技术也引入了数据库。为了处理好数据的存取，每个数据库都有一个数据库管理系统(DBMS)。常见的DBMS产品有ORACLE、SYBASE、INGRES等。,(六)计算机通信网络系统 三、CIMS的特征 计算机集成制造系统是在自动化技术、信息技术及制造技术基础上，通过计算机及其软件将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动
9、化系统有机地集成起来，形成一种高效率、高柔性的智能制造系统。它是产品开发、设计、生产工艺、组织管理和计算机技术及通信手段相结合发展的必然产物，是形成自动化工厂的物质技术和管理组织的基础。它将各个自动化孤岛联结成统一的有机整体，其特点可以归纳为以下四个方面： (1)从科学技术、创造发明来说，CIMS是高科技密集型技术.,(2)从制造业的生产管理和经营管理来看，CIMS是一个大型的一体化的管理系统。由于CIMS将市场分析、预测、经营决策、产品设计、工艺设计、加工制造和销售、经营集成为一个良性循环系统，这就大大地增强了企业的应变和竞争能力。 (3)从数据的共享来看，CIMS将物流、技术信息流和管理信
10、息流集成为一体，它使企业中数据共享达到了一个崭新的水平。 (4)从管理技术和方法上，CIMS将MIS、MRP、CAD/CAPP/CAM/、CE、GT、LP、JIT等技术部分或全部集成起来。,第二节 CIMS的开发,一、CIMS研究与开发的方法论 CIMS方法论是为指导人们正确理解CIM哲理、考察和分析与描述CIMS、开发和实施CIMS等方面而提出的一套完整的CIMS开发和实施方法。 (一)CIM思想 CIM思想采用层次考察法、分系统考察法、黑箱考察法、结构功能考察法、动态系统考察法、逐级考察法、模型与模拟方法以及权变论方法分析考察问题，不断从新近出现的LP、非递阶控制、智能制造和企业再造等新哲
11、理、新技术中汲取新成分。 (二)CIM体系结构 CIM体系集中了各种CIMS参考模型，分别从不同角度对CIMS进行描述，为CIM的实现提供良好的理论指导和规范化标准。为了全面描述CIMS的各种重要特性，CIM体系结构中至少应包括CIMS功能参考模型、信息参考模型、过程参考模型、物流参考模型、组织参考模型和资源参考模型等。,(三)CIM建模方法 采用不同的建模方法对CIMS进行描述，较多采用图形建模方法，分别采用层次图、事件联系图描述CIMS信息参考模型，用过程图或PETRI网描述CIMS过程参考模型，用德国VDI标准3239/40描述CIMS物流参考模型，用层次图描述CIMS组织参考模型，以及
12、用资源图描述CIMS资源参考模型。 (四)CIMS开发和实施方法 CIMS的开发包括CIMS开发和实施步骤以及CIMS项目管理两部分，在CIMS的技术可行性、经济可行性和社会可行性等方面加以协调。,二、开发方式 计算机集成制造系统的开发方式多种式样，归纳起来主要有以下三种。 (一)企业自身组织力量开发,企业自身组织力量开发系统，需要有系统开发的全套技术人员，即系统分析员、程序设计员和操作维护员等。在我国目前情况下，绝大部分企业缺乏系统分析员和程序设计员，全靠企业自己的力量进行系统开发有困难。有的企业采用自行开发，或招聘计算机专业人员，或找一些有经验的专家作顾问进行技术咨询，或购买现有的软件包。
13、采用前两种措施来弥补企业短缺技术人才的办法，可以使开发的系统满足企业的要求：通过系统开发，培养、锻炼自己的开发人员；系统维护方便、容易；开发费用少，但开发周期长。,(二)委托外单位开发 委托外单位开发系统有两种情况：一种情况是委托专业系统开发公司，他们有系统开发的经验，但企业要配备精通业务的人员参加开发，而且开发出的系统很难满足企业全部业务的需要，系统难维护。因为在这种情况下，精通业务的专业人员都身负重任，且缺乏计算机方面的知识，又不能全身心投入，很难与系统分析员配合好，开发的全过程企业没有专门的人员参与工作，对系统的各主要技术环节不熟悉，因此维护难。另一种情况是被委托的公司虽然开发过系统，但
14、技术力量不强，开发出的系统水平不高，若请其开发，开发出的系统质量很难保证。这两种情况系统开发费都很高。,(三)联合开发 企业与有关高等院校或科研单位联合开发，合作单位具有一定的系统分析和设计力量，企业派主管业务的领导和有关人员参加。用这种方式开发系统，周期短，能满足企业的要求，维护方便、容易，开发费用较少，通过开发能为企业培养懂得系统开发过程的人员。,三、开发步骤 图10-2开发CIMS的一般步骤开发CIMS是一个长期的大型工程项目，在开发CIMS时可以遵循系统工程中的系统开发步骤。CIMS的关键技术是集成，而集成的关键是信息集成，搞好了集成就取了CIMS的成功。围绕着集成，就需要从从顶向下进
15、行总体设计，由底向上分步实施。一般的步骤如图10-2所示。,第三节 CIMS的应用与效益评估,一、CIMS的应用,在美国，实施CIMS的企业约10万家，其情况可分为三类： (1)企业的CIMS处于初级阶段。它们用计算机辅助管理、设计、生产，多为单机自动化，没有集成为系统。这类企业约占实施CIMS企业的76%。 (2)企业的CIMS是在自动化孤岛的基础上，实现了局部系统的集成。这类企业约占22%。 (3)真正实现CIMS的企业。不过，绝大多数企业只是在一个工段、一个车间或一个分厂范围内使用，只有少数企业在进行全面应用CIMS。,目前，CIMS的应用情况可按如下分类： (1)按行业划分，包括机械、
16、电子、化工、食品、钢铁和汽车CIMS等。 (2)按生产过程划分，包括预测生产型和定货生产型CIMS。 (3)按生产类型划分，包括单件生产型、成批生产型和大量生产型CIMS。 (4)按制造过程划分，包括连续生产型和离散生产型CIMS。 (5)按生产性质划分，包括加工型和装配型CIMS。 (6)按集成对象的范围划分，包括制造、工厂和公司CIMS。 (7)按开发和实施策略划分，包括自上而下(TOPDOWN)型、自下而上(BOTTOMUP)型和混合型CIMS。,二、CIMS的发展趋势 (一)基于LP的CIMS LP和CIM两种方法是相互补充和促进的。其中，CIM侧重于内涵十分丰富的多方位、多层次的集成，强调功能、信息、过程、组织和资源集成等；LP则强调简化，包括企业的组织机构、产品开发过程、产品制造过程和产品结构。目前，CIMS的开发和实施大多数都已采用了第5代技术，但组织管理方法仍停留在第一、第二代水平，不利于充分发挥CIM的作用。因此，必须简化企业的组织机构，将零部件供货厂家和销售商纳入基于LP的CIM范围，并通过采用分布式或适度递阶控
