[精选]计算机集成制造技术15139.pptx

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1、5计算机集成制造技术计算机集成制造技术CIMS制造系统的发展制造系统的发展1、手工作坊手工作坊2、机群式生产、机群式生产3、生产线、生产线4、自动线（刚性自动化系统）、自动线（刚性自动化系统）5、集成制造系统（、集成制造系统（Integrated Manufacturing SystemIMS）1 6、柔性制造系统（、柔性制造系统（Flexable Manufacturing systemFMS）7、计算机集成制造系统、计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing SystemCIMS）8、智能制造系统（、智能制造系统（Intelligent Manu

2、facturing SystemIMS）9、全能制造系统（、全能制造系统（Holoson Manufacturing SystemHMS）2 信息技术和机电一体化技术的发展推动信息技术和机电一体化技术的发展推动了制造产业结构的不断变革，促进了生了制造产业结构的不断变革，促进了生产过程自动化水平进一步提高。产过程自动化水平进一步提高。企业自动化也由企业自动化也由“点点”（即单机自动化）（即单机自动化）到到“线线”（即由多种自动化设备组成的（即由多种自动化设备组成的生产线），再由生产线），再由“线线”发展到发展到“面面”（通过引入柔性制造系统，力图实现企（通过引入柔性制造系统，力图实现企业设备组成

3、的生产线），进而由业设备组成的生产线），进而由“面面”向向“立体立体”（指企业全部生产系统和企（指企业全部生产系统和企业内部业务实现综合自动化）的方向发业内部业务实现综合自动化）的方向发展，以期实现企业全部业务的一元化、展，以期实现企业全部业务的一元化、集成化和高效化。集成化和高效化。3 计算机集成制造（计算机集成制造（CIMomputer Integrated Manufacturing）技术正是制造业实）技术正是制造业实现这一愿望的技术途径现这一愿望的技术途径。计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSC Computer Integrated Manufacturing Syste

4、m）是当代生）是当代生产自动化领域的前沿学科，也是集产自动化领域的前沿学科，也是集多种高新技术为一体的现代化制造多种高新技术为一体的现代化制造技术技术 4CIMS的提出的提出 20世纪世纪60年代以来，为解决制造业所面临的一年代以来，为解决制造业所面临的一系列难题，许多新技术被应用到制造业中。这系列难题，许多新技术被应用到制造业中。这些新技术主要有：数控（些新技术主要有：数控（NC）、分布式数控）、分布式数控（DNC）、计算机数控（）、计算机数控（CNC）、物料需求计）、物料需求计划（划（MRP）、制造资源规划（）、制造资源规划（MRP-II）、计）、计算机辅助设计和计算机辅助制造算机辅助设计

5、和计算机辅助制造（CAD/CAM）、计算机辅助工程（）、计算机辅助工程（CAE）、）、计算机辅助工艺设计（计算机辅助工艺设计（CAPP）和机械制造中）和机械制造中的成组技术（的成组技术（GT）以及机器人（）以及机器人（Robot）等。）等。5 但但是是这这些些新新技技术术并并没没有有带带来来人人们们曾曾经经预预测测的的巨巨大大效效益益，主主要要原原因因在在于于它它们们只只是是离离散散地地分分布布在在制制造造业业的的各各个个子子系系统统中中，只只能能使使系系统统的的局局部部达达到到自自动动化化和和最最优优化化，而而未未能能使使整整个个生生产产过过程程长长期期在在最最优优化化状状态态下下运运行行。

6、为为了了解解决决这这个个问问题题，人人们们逐逐步步提提 出出 了了 计计 算算 机机 集集 成成 制制 造造（CIM）这一新思想。）这一新思想。6自动化孤岛自动化孤岛71+1=2?8将将“自动化孤岛自动化孤岛”集成在一起集成在一起9将将“自动化孤岛自动化孤岛”集成在一起集成在一起10CIM是是 美美 国国 乔乔 赛赛 夫夫 哈哈 林林 顿顿 博博 士士（Joseph.Harrington）1973年年针针对对企企业业所所面面临临的的激激烈烈的的市市场场竞竞争争形形势势，根根据据计计算算机机技技术术在在工工业业生生产产中中的的应应用用情情况况，预预见见其其必必然然的的发发展展趋趋势势，提提出出的

7、的组组织织企企业业生生产产的的一一种种哲哲理理。哈哈林林顿顿博博士士提提出出的的CIM概念的基本论点为：概念的基本论点为：1）企企业业生生产产的的各各个个环环节节，即即从从市市场场分分析析、产产品品设设计计、加加工工制制造造、经经营营管管理理到到售售后后服服务务的的全全部部生生产产活活动动，是是一一个个不不可可分分割割的的整整体体，要要紧紧密密连接、统一考虑。连接、统一考虑。2）整整个个生生产产过过程程实实质质上上是是一一个个数数据据采采集集、传传递递和和加加工工处处理理的的过过程程。最最终终形形成成的的产产品品，可可以以看作数据的物质表现。看作数据的物质表现。11 从从这这两两个个观观点点可

8、可以以看看，CIM是是一一种种新新的的制制造造思思想想和和技技术术形形态态，是是信信息息技技术术与与制制造造过过程程相相结结合合的的自自动动化化技技术术与与科科学学，是是未来工厂的模式。未来工厂的模式。这这两两个个观观点点至至今今仍仍是是CIM的的核核心心部部分分，其其实实质质内内容容是是信信息息（数数据据）的的集集成成。但但是是，由由于于当当时时的的技技术术限限制制，还还不不足足以以把把企企业业内内部部的的全全部部生生产产经经营营活活动动连连接接起起来来，因因而而哈哈林林顿顿博博士士的的看看法法并并没没有有立立即即引引起起人人们们的的广广泛泛注注意意。直直到到20世世纪纪80年年代代，这一概

9、念才被普遍接受。这一概念才被普遍接受。12CIMS的定义的定义CIM是组织现代化生产的一种哲理，是是组织现代化生产的一种哲理，是一种指导思想，一种指导思想，CIMS是这种哲理的实是这种哲理的实现现在在CIMSCIMS的的研研究究和和实实施施中中必必须须强强调调“信信息息流流”和和“系统集成系统集成”这两个最基本观点。这两个最基本观点。CIMS定义为：定义为：CIMS是基于是基于CIM哲理哲理构成的优化运动的企业制造系统构成的优化运动的企业制造系统 13 日日本本能能源源协协会会在在1991年年提提出出CIM的的定定义义是是：“CIM是是以以信信息息作作为为媒媒介介，用用计计算算机机把把企企业业

10、活活动动中中业业务务领领域域及及其其职职能能集集成成起起来来，追追求求整整体体效效率率的的新新型型生生产产系系统统。”IBM公司公司1990年提出年提出CIM的定义是：的定义是：“应用信息技术提高组织的生产率和响应应用信息技术提高组织的生产率和响应能力。能力。”日本大孤工业大学栗山仙之助教授认为：日本大孤工业大学栗山仙之助教授认为：CIM中中“C”有计算机、控制和通信的有计算机、控制和通信的含义，含义，“I”具有集成的含义，而具有集成的含义，而“M”包含有制造、市场和管理内涵包含有制造、市场和管理内涵 14 欧共体欧共体CIMOSA课题委员会也课题委员会也提出了被认为是最权威最科学的提出了被认

11、为是最权威最科学的定义：定义：“CIM是信息技术和生产是信息技术和生产技术和综合应用，旨在提高制造技术和综合应用，旨在提高制造型企业的生产率和响应能力，由型企业的生产率和响应能力，由此，企业的所有功能、信息、管此，企业的所有功能、信息、管理方面都是一个集成起来的整体理方面都是一个集成起来的整体的各个部分的各个部分”15 CIMS是现代制造企业的一种生产、经营和管是现代制造企业的一种生产、经营和管理模式。理模式。它以计算机网络和数据库为基础，利用信息它以计算机网络和数据库为基础，利用信息技术（包括计算机技术、自动化技术、通信技术（包括计算机技术、自动化技术、通信和现代管理技术和现代管理技术)将制

12、造企业的经营、管理、将制造企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等计划、产品设计、加工制造、销售及服务等全部生产活动集成起来，将各种局部自动化全部生产活动集成起来，将各种局部自动化系统集成起来，将各种资源集成起来，将人、系统集成起来，将各种资源集成起来，将人、机系统集成起来，实现整个企业的信息集成，机系统集成起来，实现整个企业的信息集成，达到实现企业全局优化、提高企业综合效益达到实现企业全局优化、提高企业综合效益和提高市场竞争能力的目的。和提高市场竞争能力的目的。16在在CIMS中主要包含四个要素及两个特征。中主要包含四个要素及两个特征。四个要素如下：四个要素如下：1）CIMS

13、适适用用于于各各种种中中、小小批批量量的的离离散散生生产产过程型制造厂。过程型制造厂。2）CIMS应应将将制制造造工工厂厂的的生生产产经经营营活活动动都都纳纳入入到到多多模模式式、多多层层次次、人人机机交交互互的的自自动动化化系系统之中。统之中。3）CIMS由多个自动化子系统有机综合而成。由多个自动化子系统有机综合而成。4）CIMS的的目目的的是是提提高高经经济济效效益益、提提高高柔柔性性、追求总体动态优化。追求总体动态优化。CIMS的基本特点的基本特点17 两个特征为：两个特征为：1）在在功功能能上上，CIMS包包含含了了一一个个工工厂厂的的全全部部生生产产经经营营活活动动，即即从从市市场场

14、预预测测、产产品品设设计计、加加工工制制造造、质质量量管管理理到到售售后后服服务务的的全全部部活活动动。CIMS比比传传统统的的工工厂厂自自动动化范围大得多，是一个复杂的大系统。化范围大得多，是一个复杂的大系统。2）CIMS涉涉及及的的自自动动化化不不是是工工厂厂各各个个环环节节的的自自动动化化、计计算算机机及及网网络络的的简简单单相相加加，而而是是有有机机的的集集成成。这这里里的的集集成成，不不仅仅是是物物料料、设设备备的的集集成成，主主要要体体现现的的是是以以信信息集成为本质的技术集成息集成为本质的技术集成。18CIMS中的集成及集成关系中的集成及集成关系 CIMS中的集成中的集成:（1）

15、人人员员集集成成 管管理理者者、设设计计者者、制制造造者者、保保障障者者（负负责责质质量量、销销售售、采采购购、服服务务等等的的人人员员）以以及及用用户户应集成为一个协调整体。应集成为一个协调整体。（2）信信息息集集成成 产产品品生生产产周周期期中中和和类类信信息息的的获获取取、表表达达、处处理理和和操操作作工工具具集集成成为为一一体体，组组成成统统一一的的管管理理控控制制系系统统。特特别别是是产产品品信信息息模模型型（PIM）和和产产品品数数据据管管理（理（PDM）在系统中应进行一体化的处理。）在系统中应进行一体化的处理。（3）功功能能集集成成 产产品品生生命命周周期期中中，企企业业各各部部

16、门门功功能能集集成，以及产品开发与外部协作企业间功能的集成。成，以及产品开发与外部协作企业间功能的集成。（4）技技术术集集成成 产产品品开开发发全全过过程程中中，涉涉及及的的多多学学科科知知识识以以及及各各种种技技术术、方方法法的的集集成成，并并形形成成集集成成的的知知识识库库和方法库，以利于和方法库，以利于CIMS的实施。的实施。19 CIMS技术的集成关系技术的集成关系 CIMS的的关关键键是是集集成成（Integration），英英国国扶扶夫夫堡堡大大学学Weston教教授授对对集集成成有有一一个个很很简简洁洁的的定定义义：集集成成是是指指针针基基于于信信息息技技术术的的资资源源及及应应

17、用用（计计算算机机硬硬/软软件件、接接口口及及机机器器）集集聚聚成成一一个个协协同同工工作作的的整整体体。集集成成包包含含功功能能交交互互（FI）、信信息息共共享享（IS）及及数数据据通通信信（DC），如如图图所所示示，也也就就是是说说在在一一个个集集成成系系统统的的各各子子系系统统之之间间，需需要要对对信信息息共共享享、信信息息交交互互以以及及信息通信进行管理与控制。信息通信进行管理与控制。20 图图 1集成的概念集成的概念21 全局集成和局部集成全局集成和局部集成CIMS的的集集成成，如如果果按按集集成成所所覆覆盖盖企企业业业业务务的的程程度度分分，可可分分为为全全局局集集成成和和局局部部

18、集集成。成。全全局局集集成成是是指指信信息息技技术术和和生生产产技技术术在在整整个企业业务范围内综合应用的集成；个企业业务范围内综合应用的集成；局局部部集集成成是是指指一一个个分分系系统统或或企企业业一一个个部部门内的集成。门内的集成。全全局局集集成成进进一一步步细细化化可可分分为为：工工作作流流程程集集成成、物物流流集集成成和和信信息息（流流）集集成成。信信息息集集成成是是企企业业集集成成的的集集中中反反映映，是是CIMS集成的基础。集成的基础。22 图图2 CIMS的三个集成层次的三个集成层次23 从从企企业业模模型型、CIMS模模型型和和网网络络开开放放系系统统互互连连（OSI）模模型型

19、出出发发，CIMS信信息息集集成成包包括括三三个个层层次次：物物理理集集成成、应应用用集集成成和和经经营营集集成成，如图如图2所示。所示。物理集成是一切信息集成工作的基础。物理集成是一切信息集成工作的基础。应应用用集集成成又又称称应应用用软软件件集集成成，它它可可提提供供某某些些机机制制，能能使使过过程程之之间间共共享享公公共共数数据据和和公公共共资资源源。为为了了实实现现应应用用软软件件集集成成，各各种种应应用用软软件件必须是可互相连接和多植的。必须是可互相连接和多植的。经经营营集集成成又又称称业业务务集集成成，它它可可支支持持稳稳定定的的决决策策过过程程。它它是是在在应应用用集集成成的的基

20、基础础上上实实现现各各种种经营（业务）功能的完整集成。经营（业务）功能的完整集成。24 纵向集成和横向集成纵向集成和横向集成CIMS的的集集成成，如如果果按按企企业业组组织织的的层层次次划划分分，则则可可分分为为纵纵向向集集成成和和横横向向集集成成，如如图图3所示。所示。纵纵向向集集成成又又称称为为垂垂直直集集成成，是是指指日日常常运运用用系系统统、计计划划、检检查查直直至至最最高高领领导导层层在在业业务务、组织和信息方面的集成。组织和信息方面的集成。横横向向集集成成又又称称水水平平集集成成，它它是是指指各各日日常常运运用系统的集成。用系统的集成。在在CIM中中经经常常被被人人们们提提及及的的

21、并并行行工工程程及及准准时时化化生生产产（JIT）就就是是两两种种最最为为典典型型的的水水平平集集成成，而而制制造造资资源源规规划划（MRP-II）则则是是一一种垂直集成。种垂直集成。25 图图3 横向集成和纵向集成横向集成和纵向集成26 CIMS旨旨在在通通过过计计算算机机和和网网络络系系统统将将企企业业的的技技术术（研研究究开开发发）、经经营营、销销售售等等全全部部职职能能有有机机地地集集成成起起来来，实实现现企企业业各各项项活活动动的的高高效效、协协调调和和企企业业的的总总体体优优势势，以以适适应应人人们们对对产产品品多多样样化化、个个性性化化、高高级级化化的的需需求。求。如如图图4所所

22、示示，为为CIMS技技术术集集成成关关系系图图。集集成成和和连连接接不不一一样样，它它不不是是简简单单地地把把两两个个或或多多个个单单元元连连在在一一起起，而而是是将将原原来来没没有有联联系系或或联联系系不不紧紧密密的的单单元元组组成成为为有有一一定定功功能能的的、紧紧密密联联系系的的新新系系统统。两两种种或或多多种种功功能能的的集集成成包包含含着着两两种种或或多多种种功功能能之之间间的的相相互互作作用用。集集成成是是属属于于系系统统工工程程中中的的系系统统综综合合、系系统统优化范围。优化范围。27 图图1.14 CIMS技术集成关系图技术集成关系图28CIMS的体系结构的体系结构 一个制造企

23、业从功能看，可以简单地分一个制造企业从功能看，可以简单地分为为设计、制造、经营管理设计、制造、经营管理三个主要方面。三个主要方面。由于产品质量对一个制造企业的竞争和由于产品质量对一个制造企业的竞争和生存越来越重要，因此，常常也把生存越来越重要，因此，常常也把质量质量保证系统保证系统作为企业功能的主要方面之一。作为企业功能的主要方面之一。为了实现企业功能的集成，还需要有一为了实现企业功能的集成，还需要有一个支撑环境，包括个支撑环境，包括网络、数据库网络、数据库（DB）和集成方法和集成方法系统技术。其系统技术。其CIMS的功能的功能构成如图构成如图5 5所示。所示。29 图图5 CIMS的功能构成

24、的功能构成30 图图6为为CIMS功能体系的逻辑模型功能体系的逻辑模型功功能能体体系系结结构构模模型型采采用用递递阶阶控控制制是是与与自自动动化化加加工工密密切切相相关关的的，自自动动化化递递阶阶控控制制的的原原则则是是当当上上一一层层向向下下一一层层下下达达工工作作控控制制指指令令时时，上上层层需需要要检检查查执执行行该该指指令令的的全全部部资资源源是是否否准准备备就就绪绪（这这些些资资源源包包括括工工装装、加加工工对对象象、机机床床、刀刀具具量量具具、NC指指令令程程序序、测测量量程程序序、加加工工工工艺艺等等），只只有有在在全全部部资资源源到到位位时时工工作作指指令令才才能能从从上上层层

25、递递阶阶到到下下层层，从从而而使使物物流流和和信信息息流流能够同时达到下一层时实现自动化加工。能够同时达到下一层时实现自动化加工。31 图图6 CIMS功能系统模型功能系统模型 32 CIMS体系分系统体系分系统根据根据CIMS的功能构成，的功能构成，CIMS是由是由4个功能分个功能分系统和两个支撑分系统组成。系统和两个支撑分系统组成。CIMS通常是由管理信息系统（通常是由管理信息系统（MIS）、产品设）、产品设计与工程设计自动化系统（又称工程设计集成计与工程设计自动化系统（又称工程设计集成系统，系统，EDIS）、制造自动化（柔性自动化）系）、制造自动化（柔性自动化）系统（统（MAS）、计算机

26、辅助质量保证系统）、计算机辅助质量保证系统（CAQ）以及计算机网络（）以及计算机网络（NETS）和数据管）和数据管理系统（理系统（DBS）等）等6个部分有机地集成起来的。个部分有机地集成起来的。然而，这并不意味着任何一个工厂企业在实施然而，这并不意味着任何一个工厂企业在实施CIMS时都必须同时实现这时都必须同时实现这6个分系统。个分系统。33 图图7CIMS的的6个分系统个分系统34管理信息系统（CIMS/MISManagement Information System)CIMS/MIS的基本结构如图的基本结构如图8所示。所示。以上模块是以生产计划与控制作为主线以上模块是以生产计划与控制作为主

27、线来进行说明的。实际上，财务管理和成来进行说明的。实际上，财务管理和成本管理亦是本管理亦是MIS分系统的重要组成部分。分系统的重要组成部分。目标是通过信息集成，缩短产品生产周目标是通过信息集成，缩短产品生产周期，降低流通资金占用，提高企业应变期，降低流通资金占用，提高企业应变能力能力 35 图图8CIMS/MIS基本结构基本结构36工程设计集成分系统工程设计集成分系统（CIMS/EDIS）该分系统的目标是使产品开发活动能够高效、该分系统的目标是使产品开发活动能够高效、优质、自动地进行。如图优质、自动地进行。如图9 9所示所示，工程设计集工程设计集成分系统是成分系统是CIMS中的一个核心分系统，

28、它包中的一个核心分系统，它包括括CAD（计算机辅助设计）、（计算机辅助设计）、CAPP（计算机（计算机辅助工艺规划）、辅助工艺规划）、CAM（计算机辅助制造）和（计算机辅助制造）和NCP（数控程序编制）等子系统（数控程序编制）等子系统.用以支承产品的设计和工艺准备等功能，处理用以支承产品的设计和工艺准备等功能，处理有关产品结构方面的信息。有关产品结构方面的信息。37 图图9 CIMS中的工程设计分系统中的工程设计分系统 CADCAPPCAMNCPP工装CAD工程设计集成分系统（DEDIS）38 图图10 EDIS与与CIMS其它分系统的接口信息其它分系统的接口信息EDISMISMASCAQ新产

29、品开发任务书新产品开发任务书技术指标、时间要求、修改说明技术指标、时间要求、修改说明任务审核信息任务审核信息能力需求说明、批量建议和能力需求说明、批量建议和计划任务进度信息、估计成本任务进度信息、估计成本技术指标技术指标开发数据方法、任务状态数据开发数据方法、任务状态数据工装、设备要求、能力数据工装、设备要求、能力数据工艺定额工艺定额故障信息统计故障信息统计设备信息设备信息生产过程统计信息生产过程统计信息零件图、工艺文件零件图、工艺文件NC程序程序DNC故障诊断结果故障诊断结果设备故障诊断结果设备故障诊断结果零件设计工艺要求零件设计工艺要求加工工艺线路加工工艺线路刀具、夹具、量具信息刀具、夹具

30、、量具信息零件公差零件公差设计质量评审信息设计质量评审信息质量处理分析单质量处理分析单工艺能力分析及工艺工艺能力分析及工艺改进措施改进措施39制造自动化分系统（CIMS/MAS）该分系统的目标是使产品制造活动最优化。在该分系统的目标是使产品制造活动最优化。在CIMS的递阶控制结构中，的递阶控制结构中，MAS处于车间层以处于车间层以下的底下的底3层（单元层、工作站层和设备层），层（单元层、工作站层和设备层），它是构成柔性制造自动化控制系统、实现制造它是构成柔性制造自动化控制系统、实现制造环境与其它系统集成的基础，也是制造自动化环境与其它系统集成的基础，也是制造自动化系统重点研究的课题。系统重点研

31、究的课题。它包括各种不同自动化程度的制造系统，如它包括各种不同自动化程度的制造系统，如NC机床、柔性制造单元（机床、柔性制造单元（FMC）、柔性制造）、柔性制造系统（系统（FMS）以及其他制造单元，用以实现信）以及其他制造单元，用以实现信息流对物流的控制并完成物流的转换，是息流对物流的控制并完成物流的转换，是CIMS信息流和物流结合部，也是信息流和物流结合部，也是CIMS最终产最终产生经济效益的聚集地生经济效益的聚集地 40CNCDNCFMCFMSFALAGVAS自动化制造分系统（自动化制造分系统（AMS）图图11自动化制造分系统（自动化制造分系统（AMS）41计算机辅助质量保证分系统计算机辅

32、助质量保证分系统（CIMS/CAQ)系系统统的的目目标标是是保保证证从从产产品品设设计计、制制造造、检检验验到到售售后后服服务务整整个个过过程程的的质质量量。CIMS/CAQ的的组组织织结结构构分分规规划划层层、管管理层和执行层三层，如图理层和执行层三层，如图12所示。所示。其其中中规规划划层层为为根根据据有有关关方方针针与与法法规规制制定定的的企企业业规规划划、计计划划、工工作作制制度度以以及及有有关关的的质质量量技技术术规规程程，包包括括检检测测计计划划、规章制度等规章制度等.42 图图12 CAQ分系统结构分系统结构质量规划与决策质量规划与决策质量评价分析质量评价分析控制与信息管理控制与

33、信息管理质量信息采集与质量信息采集与现场分析（分厂现场分析（分厂、车间计算机、车间计算机）质量信息采集与质量信息采集与现场分系现场分系（自动采集系统（自动采集系统）规划层规划层管理层管理层执行层执行层43 CIMS支支持持的的CAQ分分系系统统将将贯贯穿穿质质量量管管理理的的全全过过程程，覆覆盖盖全全企企业业各各主主要要处处、室室、分分厂厂，并并逐逐 步步 实实 现现 与与 MIS、MAS和和EDIS分分系系统统的的集集成成。CAQ与与CIMS中中其其它它分分系系统统之之间间的的联联系如图系如图13所示。所示。44 45数据管理分系统数据管理分系统（CIMS/DBS)系统的目标是管理整个系统的

34、目标是管理整个CIMS的数据，实现的数据，实现数据的集成和共享。数据管理分系统和数据的集成和共享。数据管理分系统和计算计算机网络分系统是机网络分系统是CIMS环境中的两个重要支环境中的两个重要支撑系统，也是撑系统，也是CIMS信息集成的关键。信息集成的关键。CIMS环境下的环境下的4个功能分系统的信息数据都个功能分系统的信息数据都要在一个结构合理的数据库系统中进行存贮，要在一个结构合理的数据库系统中进行存贮，并通过计算机网络提供的系统互通能力，将并通过计算机网络提供的系统互通能力，将物理上分布的不同功能分系统中的数据联系物理上分布的不同功能分系统中的数据联系起来，达到信息交换和共享的目的起来，

35、达到信息交换和共享的目的。DBS既是既是CIMS信息流的载体，又对信息进信息流的载体，又对信息进行控制和管理，并为行控制和管理，并为CIMS提供集成的手段提供集成的手段46全局共享数据软件全局共享数据软件全局DB集成接口服务软件CAD共享数据PMS共享数据CAQ共享数据 BMS共享数据 AMS共享数据CADAMSBMSCAQPMS用户用户用户用户用户图14数据管理分系统47网络分系统（网络分系统（CIMS/NETS）系系统统的的目目标标是是传传递递CIMS各各个个分分系系统统之之间间和和内内部部的的信信息息，实实现现的的数数据据传传递递和和系系统统通信功能。通信功能。CIMS网网络络技技术术是

36、是实实施施CIMS应应用用工工程程的的重重要要支支撑撑技技术术之之一一，而而一一个个开开放放的的适适合合于于企企业业活活动动的的异异构构计计算算机机网网络络是是CIMS集集成成的的基基础础。只只有有通通过过计计算算机机网网络络系系统统，才才能能完完成成动动态态控控制制和和管管理理的的各各功功能能分分系系统统的的互互联联，实实现现信信息息传传输输和和交交流流，使使互互联联系系统统共共享享工工程程资资源源、数数据据库库和和存存贮贮空空间。间。48图图15CIMS层次结构及数据流层次结构及数据流49 CIMS的底层设备与控制器连接的底层设备与控制器连接有两种方式，即现场总线和点一有两种方式，即现场总

37、线和点一点通信方式。在点通信方式。在CIMS环境下，环境下，由于各部门通信要求有很大差别，由于各部门通信要求有很大差别，因此，采用单一类型的网络是不因此，采用单一类型的网络是不现实的，必须根据不同要求，选现实的，必须根据不同要求，选择不同网络，以达到优化组合。择不同网络，以达到优化组合。如图如图16所示为一个所示为一个CIMS网络结网络结构的实例构的实例 50 图图16 CIMS网络结构实例网络结构实例 51 图图17CIMS17CIMS网络结构实例网络结构实例52面向功能和控制和的面向功能和控制和的CIMS体系结构体系结构根据系统工程原理，一方面对根据系统工程原理，一方面对CIMS进进行正确

38、、合理、精简而又充分的分解，行正确、合理、精简而又充分的分解，不应有冗余的分系统和子系统，其功能不应有冗余的分系统和子系统，其功能的冗余要尽可能少。的冗余要尽可能少。另一方面，要求有合理的另一方面，要求有合理的“垂直垂直”分解分解与集成，即确定合理的递阶控制层数。与集成，即确定合理的递阶控制层数。在保证有效控制的前提下，尽量减少递在保证有效控制的前提下，尽量减少递阶阶控制的层数控制的层数53 图图1818所示为美国制造工程学会所示为美国制造工程学会（A ASME）提出的轮式结构。）提出的轮式结构。其其“核核”为集成系统体系结构；为集成系统体系结构；内层为支撑分系统，包括共享内层为支撑分系统，包

39、括共享数据、信息资源管理与通信；数据、信息资源管理与通信；中层可中层可“水平水平”分解为工程设分解为工程设计（产品计（产品/过程）、制造计划过程）、制造计划与控制以及工厂自动化与控制以及工厂自动化3个分个分系统；外层则有市场、战略规系统；外层则有市场、战略规划、财务及制造管理和人力资划、财务及制造管理和人力资源管理等分系统。源管理等分系统。54 图图18ASME 提出的提出的面向功能构成的面向功能构成的CIMS体系结构体系结构 55CIMS体系结构56一个系统为满足该系统的目的和要求所具有的一个系统为满足该系统的目的和要求所具有的形状、特征和状态的结构化布置。形状、特征和状态的结构化布置。1.

40、轮图的核心是顾客轮图的核心是顾客2.围绕顾客的是企业中围绕顾客的是企业中的人员和群体工作方法的人员和群体工作方法3.是信息（知识）共享系统是信息（知识）共享系统4.企业的活动层企业的活动层5.企业管理层企业管理层6.企业的外部环境企业的外部环境57优点：优点：CIMS系统分解成几个分系统，减系统分解成几个分系统，减少全局控制和开发的难度。少全局控制和开发的难度。这类体系结构提出较早，较成熟。已广泛这类体系结构提出较早，较成熟。已广泛应用。应用。轮式结构以共享数据库和网络把各单元技轮式结构以共享数据库和网络把各单元技术连接成一个整体，系统各组成部分及其术连接成一个整体，系统各组成部分及其关系清楚

41、。但忽略人的因素关系清楚。但忽略人的因素。九十年代后期该结构提出改进强调以用户九十年代后期该结构提出改进强调以用户为核心，重视人、技术、组织的集成和知为核心，重视人、技术、组织的集成和知识共享并覆盖产品生识共享并覆盖产品生命周期。命周期。国内国内863计划计划CIMS主题提出的面向控制体主题提出的面向控制体系结构如图系结构如图19所示所示58CIMS全体全体设计计划层设计计划层单元控制层单元控制层设备层设备层工作站控制层工作站控制层作业管理层作业管理层经营计划层经营计划层产品类产品类1产品类产品类N工作类工作类1工作类工作类N。单元单元N单元单元1。工作站工作站1工作站工作站N。设备设备1设备

42、设备N。图图19我国提出的六层我国提出的六层CIM层次模型层次模型.59面向面向CIM系统集成平台的体系结构系统集成平台的体系结构面向面向CIM系统集成平台的体系结构是一系统集成平台的体系结构是一些计算机公司为了解决些计算机公司为了解决CIM系统中众多系统中众多软件的支持和连接问题所推出的标准化软件的支持和连接问题所推出的标准化平台。平台。如如Digital公司、公司、IBM公司图公司图20为为IBM公司的公司的CIMS体系结构。类似于体系结构。类似于CIM-OSA（OPEN SYSTEM ARCHITECTURE）中的集成基础结构。）中的集成基础结构。CIM-OSA研究并未实用化，因此这类应

43、研究并未实用化，因此这类应付市场需要的工具平台会有支持面不宽付市场需要的工具平台会有支持面不宽的可能性和危行性。的可能性和危行性。60应用层材料跟踪单元控制系统质量控制其它 输入/输出应用使能器（平台）系统使能器（平台)数据管理设备管理网络通信生产监控通用服务层通用服务层硬件硬件/软件操作系统层软件操作系统层生成/运行环境数据库图图20IBM公司的公司的CIMS体系结构体系结构61CIMS的控制体系的控制体系 由于由于CIMS的功能和控制要求十分复杂，采用常的功能和控制要求十分复杂，采用常规控制系统很难实现。前美国国家标准规控制系统很难实现。前美国国家标准局（现局（现美国国家标准与技术研究院，

44、美国国家标准与技术研究院，NIST）建立的）建立的CIMS实验研究基地实验研究基地自动化制造研究基地自动化制造研究基地（AMRFAutomated Manufacturing Research Facility）曾提出了著名的）曾提出了著名的CIMS五级五级递阶控制模型，如图递阶控制模型，如图21所示，所示，这五级分别是：这五级分别是：工厂层、车间层、单元层（工厂层、车间层、单元层（FMS主控层）、工主控层）、工作站层和设备层。每一层双可分解为多个模块，作站层和设备层。每一层双可分解为多个模块，都由数据驱动，并可扩展成树状结构都由数据驱动，并可扩展成树状结构。62 图图21 CIMS的五级递阶

45、控制模型的五级递阶控制模型63工厂层控制系统工厂层控制系统履行厂部职履行厂部职能。能。功能有：市场预测、制定生产计功能有：市场预测、制定生产计划、确定生产资源需求、制定资划、确定生产资源需求、制定资源规划、制定产品开发及工艺过源规划、制定产品开发及工艺过程规划、厂级经营管理程规划、厂级经营管理。可分为三个子系统：生产管理、可分为三个子系统：生产管理、信息管理、制造工程。信息管理、制造工程。64车间层控制系统车间层控制系统根据工厂层生根据工厂层生产计划，协调车间的生产和辅助性产计划，协调车间的生产和辅助性工作，完成这些工作的资源分配工作，完成这些工作的资源分配。有两个模块有两个模块 1、作业模块

46、：按排生、作业模块：按排生产计划（如作业定单的制定、发放产计划（如作业定单的制定、发放和管理；单元任务分配；设备利用和管理；单元任务分配；设备利用跟踪；设备维修按排。）跟踪；设备维修按排。）2、资源分、资源分配模块：负责单元层各项目在具体配模块：负责单元层各项目在具体加工时所需的设备和材料加工时所需的设备和材料65单元层控制系统单元层控制系统功能是安排零件通过工作站的分批顺功能是安排零件通过工作站的分批顺序；管理物料储运、检验及其它有关序；管理物料储运、检验及其它有关辅助性工作。如任务分解、资源需求辅助性工作。如任务分解、资源需求分析。分析。单元层也是单元层也是FMS的控制层完成生产计的控制层

47、完成生产计划实施、计划命令逐级下达等任务划实施、计划命令逐级下达等任务主要模块有：排队管理模块、调度模主要模块有：排队管理模块、调度模块、分配模块。块、分配模块。66工作站层控制系统：指挥和工作站层控制系统：指挥和协调车间中一个设备小组的协调车间中一个设备小组的活动。一个典型的工作活动。一个典型的工作站由站由一台机器人、一台机床、一一台机器人、一台机床、一个物料储运器、和一台控制个物料储运器、和一台控制计算机构成。计算机构成。设备层：各类设备，是前沿设备层：各类设备，是前沿系统。对设备采用控制是为系统。对设备采用控制是为了扩大设备的功能。了扩大设备的功能。67CIMS系统的关键技术系统的关键技

48、术1、现代集成制造系统理论和支持技、现代集成制造系统理论和支持技术术离散事件动态系统理论离散事件动态系统理论系统集成与企业优化技术系统集成与企业优化技术系统仿真技术系统仿真技术智能技术与方法智能技术与方法68离散事件动态系统是离散事件动态系统是80年年代发展年年代发展起来的一门学科，它由美国哈佛大起来的一门学科，它由美国哈佛大学何益奇等教授提出。这是一种特学何益奇等教授提出。这是一种特殊的动态系统其演化过程不能用连殊的动态系统其演化过程不能用连续变量来描述。续变量来描述。它以排队网络为模型。基础是随机它以排队网络为模型。基础是随机过程理论。过程理论。692、现代集成制造系统中的信息技术、现代集

49、成制造系统中的信息技术产品数据管理技术（产品数据管理技术（PDM）现代制造集成网络技术现代制造集成网络技术产品模型数据交换标准（产品模型数据交换标准（STEP）产品全生命周期管理技术（产品全生命周期管理技术（PLM）703、计算机辅助计术、计算机辅助计术计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）计算机辅助工艺规划（计算机辅助工艺规划（CAPP）计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAM）计算机辅助质量管理（计算机辅助质量管理（CAQ）714、现代集成制造系统的集成平现代集成制造系统的集成平台技术台技术软构件及其标准接口软构件及其标准接口现代集成制造系统应用集成平台现代集成制造系统应用集成平台725、

50、制造过程控制技术、制造过程控制技术数字控制技术（数字控制技术（NC）柔性制造技术（柔性制造技术（FMT）智能制造技术（智能制造技术（IMT）73 CIMS的发展现状的发展现状国外国外CIMS发展简况发展简况进进入入20世世纪纪80年年代代以以来来，发发达达国国家家经经过过几几十十年年大大工工业业生生产产的的积积累累，人人们们的的基基本本物物质质需需要要得得到到了了相相对对满满足足。为为了了适适应应人人们们日日益益多多样样化化的的需需求求，市场竞争空前激烈。其主要特点是：市场竞争空前激烈。其主要特点是：(1)产产品品的的生生产产周周期期越越来来越越短短 据据资资料料记记载载，20世世纪纪60年年