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1、-CIMS研究综述及其开展趋势摘要本文从CIMS的概念出发，介绍了CIMS的体系构造及其关键技术组成，并分析了CIMS在国外的研究现状，详细阐述了CIMS的国一系列应用实例及其所取得的成就，最后结合CIMS现阶段的研究进展以及学者们的观点，提出了CIMS的开展趋势。关键词 CIMS CIMS体系信息集成综述1. 前言随着市场竞争的日益加剧以及全球化市场的形成，CIMS哲理和CIMS技术必将成为21世纪制造企业的主导生产方式1-4。理解CIMS哲理、实施CIMS应用工程是确保企业赢得竞争的关键。分析CIMS应用的实施情况及开展趋势，有助于企业进展正确的决策，赢得开展时机，提高自身竞争力。CIMS
2、是通过计算机硬软件。并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。因此，企业作为一个统一的整体，必须从系统的观点、全局的观点广泛采用计算机等高新技术，加速信息的采集、传递和加工处理过程，提高工作效率和质量，从而提高企业的总体水平。制造业的各种生产经营活动，从人的手工劳动变为采用机械的、自动化的设备，进而采用计算机是一个大的飞跃，而从计算机单机运行到集成运行是更大的一个飞跃。作为制造自动化技术的最新开展、工业自动化的革命性成果，CIMS代表了当今工厂综合自动化的最高水平，被誉
3、为是未来的工厂。2. CIMS的定义及其含义的演变2.1CIMS的含义计算机集成制造(CIMS)在80年代初开场付诸应用，十余年来，在市场竞争的鼓励与相关技术的推动下，CIMS理念与技术得到不断开展。CIMS是一种组织、管理和运行企业的理念，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、并行工程技术、虚拟制造技术、系统工程技术等有机地结合，借助计算机，使企业产品全生命周期，及市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、生产、支持及产品最后报废、环境处理等各阶段活动中有关的人、组织、经营管理和技术三要素及信息流、物流和价值流有机集成，并优化运行，以到达产品上市快、高质、低耗、效劳好、环境清
4、洁的目的，进而提高企业的柔性、强健性、敏捷性，使企业赢得市场2.2CIMS的初始概念50年代出现了数字计算机及与其相关的新技术，并将之初步应用于制造业，导致数控机床的产生，接着陆续出现各种计算机辅助技术，如CAD、CAM等。60年代早期随着制造业系统方法、概念的萌生，人们进而认识到计算机不仅可以使整个系统的每个生产环节实现颇具柔性的自动化，而且还具有把制造过程产品设计、生产方案与控制、生产过程等等的每一步集成为一个系统的潜力，以及对整个系统的运行加以优化。这样，在60年代后期，制造业的系统方法概念上升为计算机集成制造CIMS概念。1969年，CIMS系统的初始概念以模型来描述，如图1所示：图1
5、 计算机集成制造系统的初始概念1969年2.3以人和管理为核心的CIMS概念的开展从70年代直至90年代初期，工业兴旺国家付出极大努力，将制造业的系统观点和CIMS系统的概念和技术加以开展，并付诸实践，以期获得CIMS的潜在效益。然而，世界上只有少数几个公司在实施中取得示性的潜在效益，大多数公司几乎失败了。人们逐渐认识到，制造企业缺乏足够的合格工程师，人们进一步发现，CIMS技术对于无视人力资源要素造成的影响特别敏感。ISO标准提出：CIMS是把人及其经营知识和能力与信息技术、制造技术综合应用，以提高制造企业的生产率和灵活性。由此，将一个企业所有的人员、功能、信息和组织方面集成为一个整体。显然
6、，ISO标准关于CIMS的定义，将人及其能力与技术并重。在90年代，人们基于这一新的认识，产生了制造系统运作的新观点，即培养并使用制造业的人的能力，进而开发的提供制造技术，以这样的方法来支持那些人的能力。这意味着放弃传统的做法，即先开发的提供制造技术，然后利用人的能力来支持技术。这也意味着CIMS概念从以技术为中心转向以管理为中心。人力资源要素在制造企业实施CIMS技术的成败起着关键作用，这一认识导致人们对初始的CIMS系统概念的再思考，需要将主要在一个公司进展技术运作的CIMS系统概念，扩展到作为集成制造企业的公司，不仅进展技术的运作，也进展管理运作，特别强调面向人力资源的管理运作。扩展的C
7、IMS系统概念由CASASME公布的制造企业轮图见图2来描述。该图共分六层，中心第一层为顾客；第二层为人、小组和组织，这说明企业全部活动围绕顾客的需要来进展，而完成这一目标的关键要素是人、小组和组织，这表达了现代企业管理思想的重大变化。3. CIMS的体系构造及组成从功能上看一个制造企业的CIMS包括经营管理、工程设计、产品制造、质量保证和物资保障等五个功能系统包括一个能有效连接这些系统的支撑环境，即计算机网络和数据库系统，从而构成企业的信息集成系统。现将各功能系统简要说明如图2所示：:图2CIMS功能系统构造3.1管理信息系统在CIMS境中的管理信息分系统(MIS)，是指以CIMS为指导思想
8、、使用计算机和信息技术管理企业生产经营活动的应用系统。制造业的管理信息系统从MRP、MRP到ERP，经历了管理思想和技术手段逐渐开展的过程。通常，制造业MIS系统可由以下功能模块组成:经营决策、综合统计分划管理、办公自动化、财务管理、销售管产管理、库存管理、车间任务和作业管理、技术管理、新品开发、物资供应、设备管理、能源人事劳资管理等等。管理信息系统MIS对企业生产经营的主要作用为:合理安排生产，提高企业生降低产品的生产本钱；提高对客户的效劳质提高企业的管理水平和管理素质；增加企业的应变能力和竞争能力。MIS系统是CIMS中的一个重要分系统，它与设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系
9、统均有着密切的信息联系和相应的接口。它是CIMS上层管理系统，是企业的灵魂。它不仅需要根据变化的市场需求做出生产决策，确定生产方案和估计生产本钱和生产效益，而且需要做出物料、能设备和人员的方案安排，保证生产的正常进展3.2产品工程设计系统自动化是指利用计算机软硬件及网络环现产品开发全过程的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模型，全面模拟产品的设计、制造、装配和分析等过程，如计算机辅助设计系统(CAD)、计算机辅助工程分析系统(CAE)、计算机辅助工艺规划系统(CAPP)、工装设计、计算机辅助自动编制数控加工程序的子系统(NCP)等外，产品工程设计系统还可能有其他功能子系必须指出，在C
10、IMS环境下，这些计算机辅助功能子系统必须实现信息集成和共享，而不是分立孤岛，其关键是CAD/CAPP/CAE/NCP的集成。设计自动化不仅贯穿企业生产的全过程，而且涉及企业的设备布置、物流物料、生产方案和本钱分析等方面，集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品数据管理、虚拟现实技术(VR)、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。3.3制造过程控制系统制造自动化分系统(MAS)要指车间的生产设备和过程的控制及管理，其中主要是C、FMC、FMS等设备或系统的制造过程控制和管理，一般由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级
11、分布式控制(管理)计算机等设备及相应支持软件组成。它涉及加工制造的各个环节以及设备或系统间的信息管理和物流管理，它是CIMS息流和物料流的结合点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地。它在计算机的控制与调度下，根据产品的工程技术信息、车间层的加工指令，完成对零件毛坯的作业调度及制造，完成设计及管理中指定的任务，并将制造现场的不同信息，经过初步处理后实时地反响到相应部门，最终使产品制造周期短、本钱低、柔性高。制造自动化分系统的作用可归纳为以下三点:实现多品种、中小批量产品制造的柔性自动化，制造过程应包括加工、装配、检验等各生产阶段；提高生产效率和产品质量，缩短生产周期，降低本钱，从而提高企业的市场
12、竞争能力；为作业人员创造舒适而平安的劳动环境。3.4质量保证系统质量保证体系是一个保证产品质量的全企业围的系统。质量保证工作从产品设计开场，设计师必须为特定的产品和零件选择最好的构造和适宜的材料以保证获得最正确性能。质量保证工作还须从原材料人库检验开场，一直延伸到制造过程中的生产设备、加工工具、加工方法及工作人员能力的选择和确定，同时监视在生产和运输过程中一切可能影响产品质量的操作。通过该体系有效地采集、存储、评价与处理存在于设计和制造过程中与质量有关的大量数据，从而获得一系列控制环，有效地控制、促进质量的提高。CIMS环境下质量保证分系统的目标在于:保证用户对产品的需求，使这些要求在实际生产
13、的各环节得到实现。3.5物资存储运输与保障系统这是保障全企业物资供应的系统。包括原材料外购配套元器件、自产零部件、产品的存储和按生产调度方案及时提供应生产单位和操作人员。还包括厂外各种运输车和制造系统的自动运输车、传送带、机器人和各种用途的格架仓库、自动堆垛机等。3.6数据库系统为了满足各系统信息交换和共享的需要，CIMS环境下的各个功能系统的信息数据都要在一个构造合理的数据库系统里进展存储。它包括分系统的地区数据库和共用的中心数据库的分布式数据库及管理系统，其中各类数据库可在分布式数据库管理系统的控制和管理下供各系统调用和存取。3.7网络系统网络系统是指各功能系统的计算机通讯和网络系统，能在
14、通讯协议下完成各分系统间信息、数据的通讯和交换。从CMS整体看，计算机网络技术是一种支撑技术，它是信息集成的关键技术之一。其实施原则为:实用、可靠、经济、先进，并应注重其开放性和标准化。4. CIMS的国外研究综述以及应用CIMS(puter Integrated Manufacturing)概念首先由美国Joseph Harrington博士于1973年提出。1981年以后，CIMS哲理被各国广泛承受，其涵得到很大丰富和开展，CIMS成为制造工业的开展热点。4.1国外研究国外开展CIMS的研究与应用已有20多年历史。世界各国都十分重视CIMS等制造系统集成技术的研究与开发，欧、美等兴旺国家将
15、CIMS技术列入其高技术研究开展战略方案，给予重点支持。在CIMS系统方法论方面，目前已提出了多种CIMS参考体系构造和建模方法，例如，欧共体ESPRIT方案中的计算机集成制造开放体系构造CIMS-OSA、法国波尔多大学GRAI/LAP实验室提出的CIMS-GRAI企业建模方法等都各具特色。在制造系统模式方面，国外的研究人员对各种新的制造系统模式，如大批量定制模式、敏捷制造模式和可持续开展的制造模式等进展了深入研究。这些研究成果充实、丰富了CIMS的涵。同时，各种CIMS单元技术，如现代产品设计技术、并行工程、产品建模技术、面向产品全生命周期的设计分析技术、先进的单元制造工艺等的研究与开发也取
16、得了长足的进步。随着信息技术的开展，基于Web技术的制造应用系统的集成、面向对象和流览器/客户机/效劳器及CORBA和/OLE规的企业集成平台和集成框架技术、以因特网和企业部网及虚拟网络为代表的企业网络技术、异构分布的多库集成和数据仓库技术等系统集成技术领域的开展也十分迅速。在CIMS的应用方面，欧、美等兴旺国家已有许多大中型企业实施了CIMS，不少小型企业也在纷纷采用CIMS技术。美国、日本、西欧等国的化工过程计算机集成生产系统已经试用，如日本三井石油化学工业公司、德达公司、高尔公司都相继建立了化工过程CIMS。美国钢联所属年产700万吨的加里厂，投资2.7亿美元建CIMS，1990年投入运行每年增加直接效益1.6亿美元；日本的新日铁、住友、川崎、日本钢管、神户五大钢铁公司的许多钢铁厂建立CIMS；国的浦项和光阳钢铁厂也都建成CIMS。其中光阳厂是国
