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文檔簡介
1、計算機集成制造系統(CIMS)技術 自動化工廠自動化工廠: :經自動化 “通信網絡”連接工廠的各個子系統,可構成一個有機聯系的整體,即自動化工廠。 CIM:CIM:計算機集成制造,它反映了制造系統新的發展方向。 CIMS:CIMS:計算機集成制造系統,則是CIM思想技術上的具體實現. Factory automationCIMphilosophyautomationoptimizationtargetunmanned factoryrationalizeexampleFMC, FMSLinking CAD, CAM, MRPelementprocessing, material flow, m
2、easurement, inspection, assembly, CAD, CAM, CAPP, CAQ, MRPtargetfactoryenterprisefocushardwaresoftwarehumanreplacing humanreorganization originJapanUSA, Europe 計算機集成制造系統主要由設計與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存儲運輸模塊構成 。 存儲運輸模塊的主要功能有倉庫管理、自動搬存儲運輸模塊的主要功能有倉庫管理、自動搬運等。運等。 CIMS局部:數控車間自動化集成管理系統局部:數控車間自動化集成管理系統CIMSCIMS局部:局部:
3、數控車間集成系統數控車間集成系統CIMSCIMS局部:局部:國產數控機床車間示范工程國產數控機床車間示范工程華南農業大學 工程學院 劉天湖第一節 概述一、CIM的概念 計算機集成制造(計算機集成制造(CIMCIM)的概念是)的概念是19741974年首先由美國年首先由美國約瑟夫約瑟夫哈林頓(哈林頓(Joseph HarringtonJoseph Harrington)博士在)博士在Computer Integrated ManufacturingComputer Integrated Manufacturing一書中提一書中提出的出的第一節 概述一、CIM概念 約瑟夫約瑟夫哈林頓基本觀點為:哈
4、林頓基本觀點為:一是企業的各個生產環節是一是企業的各個生產環節是一個不可分隔的整體,需要統一考慮;二是整個生產制造過程二是整個生產制造過程實質上是 對信息的采集、傳遞和加工處理的過程,最終形成的產品可看作是信息的,最終形成的產品可看作是信息的物質表現。物質表現。 定義:定義:CIMCIM是一種組織、管理、企業生產是一種組織、管理、企業生產的新哲理的新哲理CIM的概念 手段:它借助計算機軟硬件,綜合應用手段:它借助計算機軟硬件,綜合應用(1)(1)現代管理技術現代管理技術; ;(2)(2)制造技術制造技術; ;(3)(3)信息技術信息技術; ;(4)(4)自動化技術自動化技術; ;(5)(5)系
5、統技術,系統技術,將企業生產全部過程將企業生產全部過程 中有關中有關-人人-技術技術-經營管理經營管理三要素及其信息流與物質流有機地集成并三要素及其信息流與物質流有機地集成并優化運行,優化運行,CIM的概念 CIMCIM目標:目標:實現產品的實現產品的-高質量高質量-低成本低成本-交貨期短,交貨期短,提高企業對市場變化提高企業對市場變化的應變能力和綜合競的應變能力和綜合競 爭能力。爭能力。 CIM的概念 I know the goal.CIMS的概念的概念CIMSCIMS是在是在CIMCIM哲理指導下建立的人機系統哲理指導下建立的人機系統 以達到降低成本以達到降低成本C C(CostCost)
6、、提高質量)、提高質量Q(QualityQ(Quality) )、縮短交貨周期、縮短交貨周期T T(TimeTime)等目的,)等目的,從而提高企從而提高企 業的創新設計能力和市場競爭力。業的創新設計能力和市場競爭力。 經營理念的發展與經營理念的發展與C C、Q Q、T T等等二、CIMS產生的背景CIMSCIMS:CIMSCIMS在在2020世紀世紀8080年代中期才年代中期才開始重視并大規模實施開始重視并大規模實施二、CIMS產生的背景產生的背景大背景產生的背景大背景: :2020世紀世紀7070年代的美國產業政策中過分夸大了第三產業年代的美國產業政策中過分夸大了第三產業的作用,而將制造業
7、,特別是傳統產業,貶低為的作用,而將制造業,特別是傳統產業,貶低為“夕夕陽工業陽工業”. .-導致導致: :美國制造業優勢的急劇衰退,并在美國制造業優勢的急劇衰退,并在2020世紀世紀8080年代初開始的世界性的石油危機中暴露無遺年代初開始的世界性的石油危機中暴露無遺. .-美國才開始重視并決心用其信息技術的優勢奪回美國才開始重視并決心用其信息技術的優勢奪回制造業的霸主地位。于是美國及其他各國紛紛制訂并制造業的霸主地位。于是美國及其他各國紛紛制訂并執行發展計劃。執行發展計劃。-CIMS-CIMS的理念、技術也隨之有了很大的發展。的理念、技術也隨之有了很大的發展。 CIMS的發展軌跡的發展軌跡系
8、統集成優化是系統集成優化是CIMS技術與應用的核心技術,技術與應用的核心技術,因此我們認為,可將因此我們認為,可將CIMS技術的發展從系統集技術的發展從系統集成優化發展的角度來成優化發展的角度來劃分為三個階段:劃分為三個階段:信息集成信息集成過程集成過程集成企業集成企業集成第一階段:信息集成第一階段:信息集成 解決的根本問題是解決的根本問題是:解決設計、管理和加工制造中大解決設計、管理和加工制造中大量存在的量存在的自動化孤島問題使信息正確、高效的共享和交換。使信息正確、高效的共享和交換。信息集成是改善企業時間(是改善企業時間(T)、質量()、質量(Q)、成)、成本(本(C)、服務()、服務(S
9、)所必需的。)所必需的。信息集成其主要內容有信息集成其主要內容有 早期信息集成的實現方法主要通過早期信息集成的實現方法主要通過局域網和數據庫來實現。來實現。近期采用企業網、外聯網、產品數據管理(近期采用企業網、外聯網、產品數據管理(PDM)、)、集成平臺和框架技術來實施。集成平臺和框架技術來實施。值得指出,基于值得指出,基于面向對象技術、軟構件技術和WEB技術的集成框架已成為系統信息集成的已成為系統信息集成的重要支撐工具。重要支撐工具。 第二階段:過程集成第二階段:過程集成 就是對過程進行重構。就是對過程進行重構。目標是盡量實現并行工程目標是盡量實現并行工程. .第三階段:企業集成第三階段:企
10、業集成 企業集成的思路企業集成的思路:企業提高自身的市場競爭力,不能走企業提高自身的市場競爭力,不能走“小而全小而全”、“大而全大而全”的的封建莊園經濟封建莊園經濟的道路,的道路,而必須面對全球經濟、全球制造的新形勢,充分利而必須面對全球經濟、全球制造的新形勢,充分利用全球的制造資源(包括智力資源),更快、更好、用全球的制造資源(包括智力資源),更快、更好、更省地響應市場,更省地響應市場,這也是這也是敏捷制造敏捷制造的由來。的由來。第三階段:企業集成第三階段:企業集成 敏捷制造的組織形式是企業針對某一特定產品,建敏捷制造的組織形式是企業針對某一特定產品,建立企業動態聯盟(即所謂虛擬企業,立企業
11、動態聯盟(即所謂虛擬企業, Virtual Enterprise)。)。 第三階段:企業集成第三階段:企業集成 從組織層面上說,敏捷制造提倡從組織層面上說,敏捷制造提倡“扁平式扁平式”企業,提企業,提倡企業動態聯盟。倡企業動態聯盟。第三階段:企業集成第三階段:企業集成 產品型企業應該是產品型企業應該是“兩頭大、中間小兩頭大、中間小”,即強大的新,即強大的新產品設計、開發能力和強大的市場開拓能產品設計、開發能力和強大的市場開拓能 力。力。“中間小中間小”指加工制造的設備能力可以小。指加工制造的設備能力可以小。多數零部件可以靠協作解決,這樣企業可以在全球采多數零部件可以靠協作解決,這樣企業可以在全
12、球采購價格最便宜、質量最好的零部件。購價格最便宜、質量最好的零部件。-這是企業優化經營的體現。因此企業間的集成是企這是企業優化經營的體現。因此企業間的集成是企業優化的新臺階。業優化的新臺階。為什么要企業集成?為什么要企業集成?-傳統企業的問題傳統企業的問題 傳統企業的問題傳統企業的問題:傳統企業的弊端恰恰是傳統企業的弊端恰恰是“兩頭小、中間大兩頭小、中間大”,即薄,即薄弱的產品開發及市場開拓,這是計劃經濟的必然產弱的產品開發及市場開拓,這是計劃經濟的必然產物。物。為什么要企業集成?為什么要企業集成?-傳統企業的問題傳統企業的問題 傳統企業的問題傳統企業的問題:傳統的理念:企業的技術改造總是放在
13、更新和加強基傳統的理念:企業的技術改造總是放在更新和加強基礎設備上。礎設備上。What first?為什么要企業集成?為什么要企業集成?-傳統企業的問題傳統企業的問題 傳統企業的問題傳統企業的問題:導致的后果:這類企業,一旦產品不適合市場,又無導致的后果:這類企業,一旦產品不適合市場,又無能力去很快適應市場,購置的設備就變成了企業的大能力去很快適應市場,購置的設備就變成了企業的大包袱,企業會很快陷入困境。包袱,企業會很快陷入困境。因此,克服傳統的技術改造觀念是很重要的,有現實因此,克服傳統的技術改造觀念是很重要的,有現實意義的。意義的。 3、企業集成、企業集成 企業間集成的關鍵技術包括:企業間
14、集成的關鍵技術包括:-信息集成技術信息集成技術-并行工程的關鍵技術并行工程的關鍵技術-虛擬制造虛擬制造-支持敏捷工程的使能技術系統支持敏捷工程的使能技術系統-基于網絡(如基于網絡(如InternetInternetIntranetIntranetExtranetExtranet)的敏捷制造)的敏捷制造-以及資源優化(如以及資源優化(如ERPERP、供應鏈、電子商、供應鏈、電子商務)。務)。 四、CIMS發展趨勢1、集成化、集成化2、數字化虛擬化、數字化虛擬化3、網絡化、網絡化4、柔性化、柔性化5、智能化、智能化6、綠色化、綠色化Which direction?四、CIMS發展趨勢1、集成化、集
15、成化從當前企業內部的信息集成和功能集成從當前企業內部的信息集成和功能集成-發展到過程集成(以并行工程為代表)發展到過程集成(以并行工程為代表)并正在步入實現企業間集成的階段(以敏捷并正在步入實現企業間集成的階段(以敏捷制造為代表)。制造為代表)。 2、數字化虛擬化、數字化虛擬化 現在提得比較多的是現在提得比較多的是:數字化裝備數字化裝備在數字化基礎上,虛擬化技術正在迅速發展,主要在數字化基礎上,虛擬化技術正在迅速發展,主要包括包括:-虛擬現實應用虛擬現實應用-虛擬產品開發虛擬產品開發-虛擬制造虛擬制造 數字化數字化:管理數字化管理數字化設計數字化設計數字化生產過程數字化生產過程數字化制造裝備數
16、字化制造裝備數字化企業數字化企業數字化虛擬化虛擬化:華南農業大學 工程學院 劉天湖3、網絡化、網絡化 從基于局域網發展到基于從基于局域網發展到基于Intranet/ExtranetIntranet/ExtranetInternetInternet的分布式網絡制造,以支持全球制造策略的分布式網絡制造,以支持全球制造策略的實現。的實現。 4、柔性化、柔性化 正積極研究發展企業間動態聯盟技術、敏捷設計生正積極研究發展企業間動態聯盟技術、敏捷設計生產技術、可重組技術等,以實現敏捷制造。產技術、可重組技術等,以實現敏捷制造。 5、智能化、智能化 智能化是制造系統在柔性化和集成化基礎上進一步智能化是制造系
17、統在柔性化和集成化基礎上進一步的發展與延伸的發展與延伸它是:引入各類人工智能和智能控制技術,實現具它是:引入各類人工智能和智能控制技術,實現具有自律、分布、智能、敏捷等特點的新一代制造系有自律、分布、智能、敏捷等特點的新一代制造系統。統。 6、綠色化、綠色化 包括綠色制造、環境意識的設計與制造、生態工包括綠色制造、環境意識的設計與制造、生態工廠、清潔化生產等廠、清潔化生產等它是它是全球可持續發展戰略全球可持續發展戰略在在制造業制造業中的體現,是擺中的體現,是擺在現代制造業面前的一個嶄新課題。在現代制造業面前的一個嶄新課題。 第二節CIMS的基本組成、體系結構及其關鍵技術 一、CIMS的基本組成
18、 CIMSCIMS是一個大型的復是一個大型的復雜系統,包括人、經營、雜系統,包括人、經營、技術三要素,三要素之技術三要素,三要素之間的關系如所示。間的關系如所示。 其中:其中:人人-包括組織機構及其成員包括組織機構及其成員經營經營-包括目標和經營過程包括目標和經營過程技術技術-包括信息技術和基礎結構(設備、通包括信息技術和基礎結構(設備、通信系統、運輸系統等使用的各種技術)。信系統、運輸系統等使用的各種技術)。在三要素的相交部分需在三要素的相交部分需 解決解決四類集成問題:四類集成問題:用技術支持經營;用技術支持經營;用技術支持人員工作;用技術支持人員工作;人員協調的工作人員協調的工作, ,以
19、支持經以支持經營活動;營活動;統一管理并實現經營、人員、統一管理并實現經營、人員、技術的集成優化運行。技術的集成優化運行。目前,目前,CIMSCIMS并不過分強調物流自動化,而是側重并不過分強調物流自動化,而是側重于以人為中心的適度自動化,即強調人、經營、于以人為中心的適度自動化,即強調人、經營、技術三者的有機集成,充分發揮人的作用。技術三者的有機集成,充分發揮人的作用。 從系統的功能角度考慮,從系統的功能角度考慮,一般認為一般認為CIMSCIMS可由四個功可由四個功能分系統和兩個支撐分系能分系統和兩個支撐分系統組成(如圖所示)統組成(如圖所示) :1 1、管理信息系統、管理信息系統2 2、工
20、程設計系統、工程設計系統3 3、制造自動化系統、制造自動化系統4 4、質量保證系統、質量保證系統5 5、-a)-a)計算機通訊網絡計算機通訊網絡6 6、-b)-b)數據庫。數據庫。1、管理信息系統 管理信息系統通常是管理信息系統通常是以制造資源計劃以制造資源計劃(Manufacturing Manufacturing Resource PlanningResource Planning,MRPMRP)為核心)為核心. . 2、工程設計系統 CAD CAD、CAPPCAPP、CAMCAM三大部分。三大部分。 3、制造自動化系統 制造自動化系統制造自動化系統: :是是CIMSCIMS的信息流和物料
21、流的結合點的信息流和物料流的結合點是是CIMSCIMS最終產生經濟效益的聚集地最終產生經濟效益的聚集地 通常由通常由CNCCNC機床、加工中心、機床、加工中心、FMCFMC(Flexible Flexible Manufacturing CellManufacturing Cell,柔性制造單元)或,柔性制造單元)或FMSFMS等組等組成。成。制造自動化系統的目標可歸納為:制造自動化系統的目標可歸納為:實現多品種、小批量產品制造的柔性自動化;實現多品種、小批量產品制造的柔性自動化;實現優質、低成本、短周期及高效率生產,提高企業的市實現優質、低成本、短周期及高效率生產,提高企業的市場競爭能力;場
22、競爭能力;為為作業人員創造舒適而安全的勞動環境。作業人員創造舒適而安全的勞動環境。二、CIMS的體系結構 所謂所謂CIMSCIMS的體系結構,就是一組代表整個的體系結構,就是一組代表整個CIMSCIMS各各個方面的多視圖多層次的模型的集合。個方面的多視圖多層次的模型的集合。二、CIMS的體系結構 歐共體歐共體ESPRITESPRIT計劃中的計劃中的AMICEAMICE專題所提出的專題所提出的CIMS- CIMS- OSAOSA體系結構具有一定的代表性。體系結構具有一定的代表性。華南農業大學 工程學院 劉天湖我國學者在提出了如圖下所示的我國學者在提出了如圖下所示的“階梯形多視圖多階梯形多視圖多領
23、域領域CIMSCIMS體系結構體系結構” (stair-like CIMS stair-like CIMS architecturearchitecture,簡稱,簡稱SLASLA)。該多層次多視圖的體)。該多層次多視圖的體系結構,是比較適合我國實情的。系結構,是比較適合我國實情的。 三、實施CIMS的關鍵技術 實施實施CIMSCIMS的關鍵技術,主要指下面兩大類關鍵技術:的關鍵技術,主要指下面兩大類關鍵技術:1、系統集成2、單元技術離散制造業離散制造業CIMSCADCADCAPPCAPPCAMCAMCAECAErobotrobotFMSFMSFASFAS自自動動化化立體立體倉庫倉庫MRPII
24、MRPIIOAOAMISMISDSSDSS銷銷售系售系統統DatabaseDatabase未未經經集成化集成化處處理的理的計計算機算機應應用用, ,形成了多形成了多個個“ “自自動動化孤化孤島島” ”InternetInternet流程制造業流程制造業CIMS生生產產管理分系管理分系統統PMSPMS生生產調產調度子系度子系統統PSSPSS過過程程優優化子系化子系統統先先進進控制子系控制子系統統過過程程監監控子系控子系統統化化驗驗室分系室分系統統LIMISLIMIS物流工程分系物流工程分系統統LOESLOESMISMISOAOA營銷營銷管理分系管理分系統統M&S_SM&S_S常常
25、規規或或數數字字儀儀表、表、計計量系量系統統、DCSDCS、PLCPLC裝置裝置1 1裝置裝置n n設設施施1 1設設施施n n罐罐區區1 1罐罐區區n nDatabaseDatabaseInternetInternetDatabaseDatabaseon timeon timeDSSDSS1.1.實實施施過過程程( (三三個階個階段段) ) 1989-19921989-1992年年, , 典型典型應應用工用工廠廠的的選選點、可行性點、可行性 論證論證、初步、初步設計設計和和詳細設計階詳細設計階段;段; 1993-19951993-1995年年, ,典型典型應應用企用企業實業實施的突破施的突破
26、階階段段: : 北京一機床、沈北京一機床、沈陽陽鼓鼓風風機、成機、成飛飛( (集集團團) )公司公司 19971997年年-2000-2000年年 , ,實踐實踐深度、廣度步入更高、更深度、廣度步入更高、更 新的新的階階段,如主段,如主題題重大重大項項目:哈目:哈電電機、科機、科龍龍、 金金誠誠摩托摩托 2.2.實實施效果施效果 成成飛飛:麥麥道機道機頭頭生生產產周期周期1212個個月月6 6個個月,月,庫庫存下降存下降20%20%,競標競標成功成功獲獲得得1 1億億波音波音757757尾段尾段訂單訂單。 沈鼓:沈鼓:產產品品報報價價6 6周周2 2周,成本下降周,成本下降79.7%79.7%
27、, 市市場場占有率占有率達達51%51%。 科科龍龍、華寶華寶:百元:百元銷銷售售資資金下降金下降51%51%,人均,人均產值產值提高提高70%70%,9898年年達達202202萬元萬元/ /人人年。年。 經緯紡經緯紡機機廠廠:流:流動資動資金下降金下降60%60%。3.3.存在存在問題問題v怎樣處怎樣處理看病理看病與抓藥與抓藥的的關關系系 但目前缺乏一套完整有效的分析但目前缺乏一套完整有效的分析診斷診斷的程的程序、模式和支持序、模式和支持軟軟件工具系件工具系統統,加上主,加上主觀觀上的不重上的不重視視,分析,分析診斷診斷工作工作較為較為粗糙粗糙膚淺膚淺。v典型的管理技典型的管理技術應術應用
28、用問題問題v 照搬照抄,未反映出企照搬照抄,未反映出企業業的的瓶頸問題瓶頸問題和和競爭競爭特點特點。v 重硬件,重硬件,輕軟輕軟件;重技件;重技術術,輕輕管理;重突管理;重突擊擊成效成效,輕連續輕連續改改進進。v CIMSCIMS工程工程與與企企業業管理改管理改進進、技、技術術改造相改造相脫節脫節。總結總結:Advantages of CIMS1)Reducing developing time for new product2)Reducing transporting time3)Optimal inventory control 4)Reducing planning time for
29、production5)Reducing lead time for production6)Rapid response for customers claim7)Quality improvement8)Increasing competitive power總結總結: Obstacles for CIMS1)Communications b/t various companies of suppliers 2)Automated facilities independently3) Weak solutions總結總結: Function of CIMS1) Order information and automatic scheduling through computer - dealing individual orders of various products - control of d
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