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1、系统集成指南 企业生产特点分析与CIMS分类问题 东北大学控制仿仿真中心徐徐心和教授 一、引言 CIMS计计算机集成制制造系统(CComputter Inntegraated MManufaacturiing Syystem),10年前前还是一个鲜鲜为人知的英英语词组缩写写。10年来来,在国家8863计划的的推动下,CCIMS已经经唤起越来越越多的专家学学者和工程技技术人员的参参与,引起越越来越多的企企业的关注,一批试点企企业已经取得得可喜的成果果和显著的经经济效益,一一个CIMSS推广开发的的热潮正在各各行各业悄然然兴起。准确确地讲,19974年约瑟瑟夫哈林顿顿博士提出的的CIM(计计算机集
2、成制制造)是企业业组织生产的的先进哲理理(phiilosopphy)。他他的基本观点点是: (1) 企业的的多个生产环环节是不可分分割的,需要要统一考虑。 (2) 整个制制造过程实质质上是信息采采集、传递和和加工处理的的过程。 按照CIM哲理理构成的企业业生产与管理理的自动化系系统可称之谓谓CIMS。显显然,由于生生产企业的不不同,CIMMS不会具有有统一的模式式。 值得注意的是,目前出版的的有关CIMMS的图书资资料几乎都属属于同一种模模式,即CIIMS由以下下五大分系统统组成: (1) 以MRRP-为核核心的管理信信息系统; (2) 产品设设计与制造工工程设计自动动化系统(CCAD/CAA
3、PP/CAAM); (3) 制造自自动化或柔性性制造系统(FMS); (4) 质量保保证系统; (5) 计算机机网络与数据据库系统。 显然,这种CIIMS模式比比较适合于离离散型的机械械制造型企业业。 CIMS模式的的这种局限性性有其历史原原因和现实原原因,从其被被提出到实现现这10多年年时间里,CCIMS主要要集中在机械械制造行业,而我国8663计划的示示范工厂也是是集中在机制制行业。这种种局限性还有有其行业上的的原因,那就就是机械制造造行业比其它它行业在信息息集成方面要要面临更多的的困难,即除除了有面向管管理的数据流流外,还有面面向几何的数数据流。几何何图形的表示示、存储、转转换、控制和和
4、检测等过程程在设计、制制造和管理之之间造成了巨巨大的信息鸿鸿沟,成为信信息集成的难难点。CIMMS的中心议议题是集成成,其道理理也在于此。 如今,CIMSS已经走向各各个行业,有有人将企业粗粗略分为离散散型、流程型型和混合型。显显然,其相应应的CIMSS也将是不同同的模式与类类别。 二、CIMS分分类的本质要要素 面对各种各样的的企业和形形形色色的CIIMS方案,目前还缺少少一种科学简简明的分类方方法。有人采采用离散型、连连续型(流程程型)、混合合型CIMSS的分类方法法,但除了使使人认识到企企业生产的区区别外,很难难感觉到CIIMS的内涵涵差别。 CIMS分类的的本质要素应应是实现系统统功能
5、集成的的技术难点所所在,是影响响CIMS发发挥整体效益益的技术关键键所在。 前面谈到,CIIM是一种哲哲理。CIMMS是在这一一哲理指导下下,通过物理理集成、信息息集成和功能能集成,将企企业的各种生生产与经营活活动集成起来来的一个高度度自动化的整整体。目的是是将质量好、成成本低的产品品适时地推向向市场,从而而获得显著的的经济效益。 所谓物理集成,是要求各种种自动化设备备的合理配置置与到位。信信息集成则要要求通过计算算机网络与数数据库实现信信息传递与共共享,让各种种信息在各种种控制、信息息管理与决策策中发挥其应应有的作用。功功能集成则是是要将企业主主要的生产经经营活动通过过计算机协调调实现。显然
6、然功能集成是是目的,而物物理与信息集集成是实现功功能集成的基基础。 一般说来,如果果企业具有一一定的财力,实现物理集集成与信息集集成是不困难难的,因为世世界上各大计计算机公司都都在开发新产产品和抢占各各种市场。即即使对于某些些自动化孤岛岛难以实现数数据交换,那那么,这种技技术上的障碍碍也决非是企企业本身可以以逾越的。 企业面临的最大大困难是功能能集成的实现现,也就是如如何设计与开开发适合本企企业特点的应应用系统。即即使是世界著著名的计算机机公司也无法法提供普遍适适用的应用系系统(而不是是应用平台),如果可以以购得这样的的应用系统(主要是软件件系统),厂厂商的开价也也将是难以接接受的。 三、企业
7、特点与与CIMS分分类 笔者从实现企业业功能集成的的难点与关键键技术的角度度,以很粗的的线条勾划出出三类企业的的特点,并提提出三种类型型的CIMSS。 1.离散型企业业与CAD/CAM型CCIMS 所谓离散型生产产企业主要是是指一大类机机械加工企业业。它们的基基本生产特征征是机器(机机床)对工件件外形的加工工,再将不同同的工件组装装成具有某种种功能的产品品。由于机器器和工件都是是分立的,故故称之为离散散型生产方式式。如汽车制制造、飞机制制造、电子企企业和服装企企业等。为了了提高企业产产品在市场上上的竞争能力力,人们早就就注意到实现现企业生产经经营中各个环环节的自动化化与计算机化化。如加工过过程
8、采用数控控机床(NCC)和柔性加加工中心(FFMC),工工件的运送采采用自动导引引小车(AGGV),还有有产品设计与与编程(CAAD/CAPPP/CAMM)、材料资资源规划(MMRP)、企企业的生产管管理与经营决决策(MISS/DSS)也都可用计计算机实现。为为了提高整个个系统的运行行效率,取得得显著的经济济效益,通过过计算机网络络与数据库将将以上这些功功能集成起来来,便形成了了典型的计算算机集成制造造系统(CIIMS),这这也是多年来来人们取得统统一认识的CCIMS模式式。 由于机械加工企企业是以产品品的功能、外外型与成本为为主要竞争内内容,面对多多品种小批量量的买方市场场和越来越挑挑剔的顾
9、客,产品的设计计与制造成为为生产的关键键与核心。是是否具有强大大的适于本企企业生产、研研究与改型的的CAD/CCAM软、硬硬件,便成为为企业能否适适时推出新颖颖实用商品的的关键。许多多企业在产品品结构调整中中陷于困境,很大程度上上也是受制于于拿不出适销销对路、开拓拓市场的产品品。 鉴于此,可以将将这类传统的的CIMS称称之为CADD/CAM型型CIMS,以便与其它它类型的CIIMS相区别别。 2.流程型企业业与过程数模模型CIMSS 所谓流程型生产产企业是指被被加工对象不不间断地通过过生产设备,如化工厂、炼炼油厂、水泥泥厂、发电厂厂等,这里基基本的生产特特征是通过一一系列的加工工装置使原材材料
10、进行规定定的化学反应应或物理变化化,最终得到到满意的产品品。由于生产产过程是244小时连续不不断的,人们们也称此类生生产为过程型型或连续型。 不难看出,许多多流程型企业业都是重要的的能源和原材材料工业,产产品品种稳定定,生产量大大。它们的产产品常常不是是以新取胜,而是以质和和价取胜。因因此,企业的的自动化目标标是如何有效效地监测和控控制生产过程程,使生产过过程处于最佳佳状态,节省省原材料,降降低能耗与其其它消耗,提提高产品的收收得率与优质质品率,提高高设备的寿命命等。由于全全线设备的启启动过程复杂杂,因此,除除大中修外,很少中断生生产过程。对对于原材料等等外部条件的的随机变化,系统应有良良好的
11、抗干扰扰能力和性能能鲁棒性。 流程型系统的控控制管理已经经有了大量成成功的典型,普遍采用的的是集散控制制系统(DCCS),由334级(测测量执行级、回回路控制级、单单元控制级及及过程控制级级)实现全过过程的自动控控制。显然,此系统正常常而高质量的的运行要借助助于完好的过过程模型,其其中多数为数数学模型,有有时也可以是是图模型、网网络模型或非非结构化模型型。一般说来来,只要有了了良好的过程程数模型,便便可以实现系系统的优化控控制。 鉴于此,可以将将此类CIMMS称之为过过程数模型CCIMS。显显然,产品的的设计(CAAD)在这里里并不主要。企企业为了获取取更好的经济济效益,根据据市场价格的的变化
12、及时调调整产品结构构是完全必要要的。为此,建立企业的的最优产品结结构模型也应应是功能集成成的重要内容容。有人也将将这类CIMMS称之为CCIPS(CComputter Inntegraated PProcesssing Systeem)。 3.混合型企业业与计划调度度型CIMSS 所谓混合型企业业是指其生产产活动中既有有流程型特征征,又有离散散型特征,如如钢铁企业等等。在这里,高炉炼铁或或转(电)炉炉炼钢、连续续铸造、热带带连轧或冷带带连轧等每道道工序本身都都可以看作是是一个连续生生产过程,但但在各个工序序间的衔接是是靠分离的铁铁(钢)水罐罐、铸坯、铸铸锭、钢卷等等实现的。作作为企业的宏宏观运
13、行不仅仅存在物流平平衡和资源(设备等)平平衡问题,而而且由于是高高温作业,还还存在温度平平衡和时间平平衡(列车时时刻表)问题题。因此,这这类企业实现现CIMS时时,不仅要解解决好每道工工序的自动化化问题,而且且要解决好各各工序间的所所有平衡问题题。 钢铁生产的产品品一般是规范范化的。根据据用户的订货货规格,只需需从已有的工工艺档案中找找出其加工工工艺方案即可可,一般不需需要CAD系系统。如果各各工序自动化化系统稳定可可靠,产品质质量可以保证证,那在系统统功能集成中中遇到的最大大难题便是如如何面向多品品种小批量的的大量订货合合同而组织生生产。这里包包括按钢种、规规格和交货期期的聚类组批批;轧制计
14、划划、连铸计划划与炼钢计划划的各种平衡衡;如何将几几个不同的工工序视为一个个整体,实现现一体化管理理,做到前后后工序计划同同步化,物流流运行准时化化;充分运用用高温坯的潜潜热,取消或或减少再加热热过程,降低低能耗,减少少烧损,缩短短生产周期,增加企业效效益和市场竞竞争力。 由此可见,工序序的过程控制制是系统功能能集成的基础础与前提。而而系统功能集集成的技术难难点与关键是是如何取代或或基本取代人人的计划与调调度功能,这这一点已经引引起世界各国国钢铁行业的的关注。鉴于于此,可以称称此类CIMMS为计划调调度型CIMMS。 应该承认混合型型企业也是各各种各样的,集成的难点点与关键也会会不尽相同。因因
15、此,也不好好一概而论混混合型企业的的CIMS都都应归属为计计划调度型CCIMS。 四、大型企业的的CIMS分分类问题 大型企业常常是是综合性企业业。总厂下面面设有若干分分厂,分厂中中又有许多车车间。随着功功能的分工,一般都有不不同类型的生生产工艺,也也必然遇到不不同的技术难难点与关键。这这时,如果把把一个总的CCIMS分解解成几个局部部的CIMSS,那就可能能在上层的计计划调度型CCIMS中含含有下层的过过程数模型或或CAD/CCAM型CIIMS。随着着企业的千变变万化,CIIMS的属性性也会错综复复杂。 总之,多种多样样的CIMSS虽然有着相相同的哲理,却在内容与与核心上存在在着相当大的的差
16、异。承认认和深刻认识识这些差异,给出科学的的分类方法,对于我国的的CIMS推推广工作将具具有十分重要要的意义。 SDAICCIMS工程程数据交换的的关键技术 华北计算技术研研究所娄勤勤俭马应章章 一、SDAI的的技术背景 SDAI(Sttandarrd Datta Acccess IInterfface)是是基于STEEP(Staandardd for the EExchannge offProduuct Moodel DData)的的产品数据交交换规范(PProducct Datta Excchangee Usinng STEEP,PDEES)标准(ISO 110303 Produuct Daata Reepreseentatiion annd Excchangee
