制造信息化总体技术
大型企业智能制造IT信息化总体规划顶层设计方案
大型企业智能制造IT信息化总体规划顶层设计方案一、前言随着科技的不断发展，智能制造已成为大型企业提升竞争力的必由之路。
而在智能制造中，IT信息化的作用不可忽视。
本文旨在提出一份大型企业智能制造IT信息化总体规划顶层设计方案，以指导企业在智能制造领域的发展。
二、总体概述1. 目标及原则本规划的目标是实现大型企业的智能制造转型，提升生产效率和产品质量。
设计原则包括全面性、可持续性、灵活性和安全性。
2. 规划范围本规划覆盖了大型企业内部的业务流程、数据管理、信息系统和技术架构等方面，与外部的供应链、客户关系等进行集成。
三、规划内容1. 信息化基础设施建设（1）网络基础设施构建高速、稳定、安全的数据传输网络，包括内部局域网、云平台、外部供应链网络等。
（2）硬件设备根据业务需求，选用高性能的服务器、存储设备、工业物联网设备等，以支持智能制造中的数据采集和分析。
（3）软件系统选择适合大型企业需求的信息化系统，包括企业资源计划（ERP）系统、生产执行系统（MES）、供应链管理系统（SCM）等。
2. 数据管理与分析（1）数据采集建立统一的数据采集平台，实时采集生产、质量、设备等各个环节的数据，并将其存储到数据中心。
（2）数据存储与管理建立灵活可扩展的数据中心，采用分布式存储和虚拟化技术，保证数据的安全性和可靠性。
（3）数据分析与挖掘利用大数据和人工智能技术，对数据进行分析和挖掘，在生产、质量、预测等方面提供决策支持。
3. 智能制造应用系统（1）工业自动化系统在生产线上引入自动化设备和机器人，提高生产效率和产品质量。
（2）智能设备监控系统实时监控设备运行状态，提前进行故障预警，以减少生产中断和维修时间。
（3）智能质量管理系统通过数据分析和自动化检测，提高产品质量的稳定性和一致性。
四、实施步骤1. 需求分析了解企业当前的业务流程及IT系统，明确智能制造的需求和目标。
2. 概念设计制定智能制造IT信息化总体规划的基本框架，包括系统结构、技术选型等。
制造业信息化的关键技术研究与应用
制造业信息化的关键技术研究与应用随着信息技术的不断发展和普及，制造业也在不断地进行信息化改造。
制造业信息化的核心目标是提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量和优化生产流程。
本文将重点介绍制造业信息化的关键技术，探讨如何应用这些技术来提高制造业的效率和降低生产成本。
一、ERP系统企业资源计划（ERP）系统是集成了企业各部门的信息系统，通过ERP系统可以实现企业资源的计划、整合与管理。
企业资源计划是企业信息化建设的重要一环，也是制造业信息化的基础。
目前，很多企业都采用了ERP系统，实现了各部门信息的共享和流通，提高了企业整体运作效率。
二、MES系统制造执行系统（MES）是一种在制造过程中实时记录、收集和分析数据，用于指导生产过程的系统。
MES系统可以对生产计划、生产进度、质量管理等进行时时监控，帮助企业更好地掌握生产的进度和质量情况。
MES系统与ERP系统的结合，可以更好地实现企业信息化的管理，提高生产效率和质量。
三、SCADA系统SCADA系统是一种在工业自动化系统中广泛使用的数据采集和监测软件。
它可以实现工厂机器设备的实时监控和数据采集，并把这些数据传输到控制中心进行处理。
SCADA系统可以实现对生产过程的实时监控和控制，帮助企业更好地掌握生产的情况，优化生产流程和提高生产安全性。
四、CAD/CAM系统计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统是用于辅助设计和制造的计算机软件。
CAD系统可以辅助设计人员在计算机上完成产品的设计，CAM系统可以把设计好的产品自动转化为加工程序，实现自动化生产。
CAD/CAM系统的应用可以大大提高制造效率和准确度，减少生产成本。
五、智能制造技术智能制造技术是一种将先进信息和智能化技术应用于制造工艺和生产流程的技术。
智能制造技术可以采集和处理生产现场的大量数据，通过数据分析和智能化算法来优化生产过程和提高生产效率。
智能制造技术在制造业中的应用将使生产更加智能化，并且提高生产效率和降低生产成本。
制造业数字化总体规则
制造业数字化总体规则
制造业数字化是指利用数字技术和信息化手段，对制造业生产、管理、营销等方面进行全面升级和改造，以提高生产效率、降低成本、提升产品质量和服务水平。
制造业数字化的总体规则可以从多
个角度来进行分析：
1. 技术应用，制造业数字化的总体规则包括充分利用物联网、
大数据分析、云计算、人工智能等先进技术，实现设备互联、数据
共享、智能生产等目标。
通过智能制造系统的建设，实现生产过程
的自动化、柔性化和智能化。
2. 数据管理，制造业数字化需要建立完善的数据管理体系，包
括数据采集、存储、分析和应用。
通过对生产过程和产品质量等数
据进行分析，实现生产过程的优化和质量控制的提升。
3. 人才培养，数字化转型需要具备相应技术能力的人才。
制造
业企业需要加大对员工的培训力度，提升其数字化技能和管理水平，以适应数字化转型的需求。
4. 安全保障，制造业数字化需要重视信息安全和网络安全，建
立健全的信息安全管理体系，保护企业重要数据和生产系统的安全稳定运行。
5. 产业协同，制造业数字化需要推动产业链上下游各环节的协同合作，实现信息共享、资源共享，提高整个产业链的效率和竞争力。
总体来说，制造业数字化的规则是要充分利用先进技术，建立完善的数据管理体系，加大人才培养力度，重视安全保障，推动产业协同，以实现制造业的转型升级和提升竞争力。
这些规则是制造业数字化转型的基础和关键，对于企业实现可持续发展具有重要意义。
现代制造业信息化技术第二章
撑 层
数据库服务（Oracle、Sql Server）
STEP格式转换 文件服务（FTP）
XML格式转换器 WWW服务(J2EE)
项目综合 数据库
产品工程 数据库
生产管理 数据库
质量管理 数据库
综合文 档
网络操作系统（Unix、Windows）
元数据 字典库
企业资源 数据库
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第7页 共236页
军工企业 ERP系统
军工企业 PTM2系统
采购 成本管理
销售
供应链
客户需求
客户关系 财务管理
资源管理
生产计划大纲 工程BOM
库存管理
项目管理 技术准备计划与调度 生产计划与外协计划管理 车间作业计划与调度
质量管理与控制
产品数据
产品CAD 零件CAPP 工装CAD CAM 装配CAAP
网 络 数 据 库 支撑环 境 哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第4页 共236页
4）具有触发、警告和提醒机制；
5）提供与电子邮件的应用接口。
哈尔滨工业大学 CAD/CAM研究所 第18页 共236页
2019年7月24日6时 45分
现代制造业信息化技术
2.2 产品数据管理（PDM）技术
(4). 设计检索与零部件分类库管理
主要功能模块包括： 1）组织零部件的分类结构； 2）支持现有的各种零部件标准； 3）支持新标准定义功能； 4）零部件图示化查询功能； 5）支持对各种技术文档的分类。
2）项目参与人员的机构组织定义及角色指派；
3）项目基本信息及进展情况的浏览；
4）项目所需资源的规划与管理；
5）项目有关工作活动的审查，审计项目进度管理与
制造信息化总体技术
质量控制
车间调度
资源需求、工艺设计
NC指令 生成仿真
生产作业 计划
2 制造信息学
一、概念 制造信息：制造确定性的表征，反映了制造系统
的有序化过程。 包括：实施制造过程中的经验法则
客观规律等技术措施 协调生产环节相互关系的逻辑决策知识 制造信息学：研究与制造活动有关的信息的本质、 特征、计量、采集、传递、交换和储存的基本理论 和方法。
2020/12/12
2 制造信息学
二、体系结构
1、研究内容：
制造过程的信息集成、流动和
利用；
制造活动中人的经验、技能、
诀窍和知识的表达、传递和变 换； 非符号信息表达；
制 造 信
海量制造信息的获取、分析、 息
规范、存储和保真机制；
学
非完整制造信息状态下的生产 决策；
定 义
数据仓库、知识库和知识发现；
企业生产过程中的各个环节是一个不可分的整体，要以系统的观点进行 优化。此处的优化是指对企业生产过程各阶段活动中有关人/组织、经 营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化；
CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、 系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、设计自动化 技术、制造自动化技术和管理自动化技术；
CIMS的定义： 基于CIM哲理组成的系统，是CIM哲理的实现。
2020/12/12
3 现代集成制造的概念
对CIM和CIMS的进一步说明
CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。其目的是使企业达到产品上 市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、健壮性 、敏捷性，使企业赢得市场竞争。因此，CIM/CIMS不是企业的目标， 而是达到企业目标的手段之一；
制造业信息化工程
目 录
• 制造业信息化工程概述 • 制造业信息化工程的核心技术 • 制造业信息化工程的应用场景 • 制造业信息化工程的挑战与解决方案 • 制造业信息化工程的成功案例
制造业信息化工程概
01
述
定义与特点
定义：制造业信息化工程是指利用信息技术手段，实现 制造业的数字化、智能化和网络化，以提高生产效率、 降低成本、增强企业核心竞争力。 信息技术与制造技术的深度融合；
智能制造技术包括人工智能技术、机器学习技术、物联网 技术等，这些技术的应用能够提高制造过程的自适应性和 灵活性，满足个性化定制的需求。
ห้องสมุดไป่ตู้
工业互联网技术
工业互联网技术是制造业信息化工程 的关键支撑，它通过将工业设备和系 统与互联网相连，实现设备之间的互 联互通和数据共享。
工业互联网技术包括工业协议技术、 工业网络安全技术、边缘计算技术等， 这些技术的应用能够提高设备的互操 作性和安全性，促进制造业的数字化 转型。
大数据分析技术
大数据分析技术是制造业信息化工程的重要工具，它通过收集和分析大量的制造数据，为企业提供有 价值的信息和洞察。
大数据分析技术包括数据挖掘技术、可视化分析技术、预测性分析技术等，这些技术的应用能够为企 业提供全面的数据支持和决策支持，提高企业的竞争力和创新能力。
制造业信息化工程的
03
应用场景
通过信息化手段，企业能够快 速响应市场需求，提高产品创 新能力，从而增强企业核心竞 争力。
促进产业升级
制造业信息化工程是产业升级 的重要支撑，能够推动传统制 造业向数字化、智能化、绿色
化转型。
制造业信息化工程的历史与发展
历史回顾
制造业信息化工程经历了从计算 机辅助设计、计算机辅助制造到 数字化制造、智能制造的发展历
制造信息化总体技术
通用编程接口
功能服务
信息服务
中
通信服务
件
操作系统
硬件平台
(b) 早期集成 平台结构
异构操作系统、网络协议
异构分布计算环境
(c) 当今集成平 台结构
3 现代集成制造的概念
2、过程集成
解决产品设计过程的重建，过程优化技术： ◆ 过程重建及建模：产品设计开发过程的重构和建模，即将原来的串行作业过程， 尽可能地转变为并行作业，建立模型。
2 制造信息学
二、体系结构
3、制造信息分类
制造信息
表征对象 设计信息 加工信息 管理信息
表征形式 数字信息 文字信息 图形信息
时间特征 动态信息 静态信息 瞬态信息
空间特征 全局信息 局部信息 公有信息 专有信息
生成方式 手工输入 自动生成 半自动生成
结构特征 结构化信息 半结构化信息 非结构化信息
网络系统 数据库系统
零件、NC、工艺、工装 工艺/设备/可制造分析
产品质量要求 质量控制信息 生产、物料、维护计划 生产、物料、设备信息
供
订
求
单
信
息
质产库设零工 量品存计件艺 控质技工 设 制量术艺工备 信要准信艺制 息求备息工造
计 装性 划
技术信息系统
NC
制造 自动化 系统
1 概述
信息流
产品开发 过程信息流
企业生产过程中的各个环节是一个不可分的整体，要以系统的观点进行 优化。此处的优化是指对企业生产过程各阶段活动中有关人/组织、经 营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化；
CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、 系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、设计自动化 技术、制造自动化技术和管理自动化技术；
制造信息化总体技术83页PPT
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
制造信息化总体技术
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
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3 现代集成制造的概念
传统的组织结构
面向功能的组织结构
销售部门
技术部门
制造部门
3 现代集成制造的概念
现代的组织结构
面向过程的组织结构
Teamwork
3 现代集成制造的概念
3、企业集成
小而全、大而全 两头小、中间大
动态企业联盟
两头大、中间小
企业敏捷性
3 现代集成制造的概念
3、企业集成
企业外部资源的优化利用，适应知识经济、全球经济、全球制造的新形势
分布式制造信息系统。
制造信息学体系结构 制制制制制 造造造造造 信信信信信 息息息息息 的学表存共 分理示储享 类论与与与
基建管交 础模理换
2 制造信息学
二、体系结构
2、制造信息的特点 多态性
结构化信息（工艺文件、产品结构、产品零件表、生产计划） 非结构化信息（图形文件、实体模型、NC程序、文本文件、专家知识、 设计经验） 结构复杂性（难以用模型表示形式存储和处理） 分布性和异构性（分布在各分系统；时间、环境、应用目的的差异） 实时性（实时加工和监控） 集成性
3 现代集成制造的概念
85年德国经济生产委员会（AWF）提出CIM的推荐定义： “CIM是指在所有与生产有关的企业部门中集成地采用电子数据处理。CIM包括了
在生产计划与控制（PPC）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划 （CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助质量管理（CAQ）之间信 息技术上的协同工作，其中为生产产品所必需的各种技术功能和管理功能应实 现集成。”
质产质产质质 量品量品量量 控质控质信管 制量制量息理 信要信要 信 息求息求 息
网络系统 数据库系统
零件、NC、工艺、工装 工艺/设备/可制造分析
产品质量要求 质量控制信息 生产、物料、维护计划 生产、物料、设备信息
供
订
求
单
信
息
质产库设零工 量品存计件艺 控质技工 设 制量术艺工备 信要准信艺制 息求备息工造
2 制造信息学
二、体系结构
1、研究内容：
制造过程的信息集成、流动和
利用；
制造活动中人的经验、技能、
诀窍和知识的表达、传递和变 换； 非符号信息表达；
制 造 信
海量制造信息的获取、分析、 息
规范、存储和保真机制；
学
非完整制造信息状态下的生产 决策；
定 义
数据仓库、知识库和知识发现；
财务 . 会计 Finance /Accounting
规划 Planning 车形设计
Styling design
产品设计
Engineering Design
试制 . 评价 Prototype
生产准备 生产
Fabrication
& Testing零部件厂家
Parts suppliers
Production engineering Production
企业生产过程中的各个环节是一个不可分的整体，要以系统的观点进行 优化。此处的优化是指对企业生产过程各阶段活动中有关人/组织、经 营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化；
CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、 系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、设计自动化 技术、制造自动化技术和管理自动化技术；
集成的特征： 1、人员和组织集成，管理者、设计者、制造者、保障者（质量、销售、服务） 2、信息集成：产品生命周期中各类信息的获取、表示、处理和操作工具集成为
一体。（产品信息模型PIM 产品数据模型PDM） 3、技术集成：产品开发全过程中涉及的多学科知识，以及各种技术、方法、知
识库、方法库。 4、功能集成：企业各部门功能、产品开发与外部协作企业间功能
服务目的 决策信息 服务信息
4、制造信息学的理论基础 制造科学、信息科学、系统科学、控制科学、管理科学、数学建模理论
3 现代集成制造的概念
一、CIM的提出： 1973年美国Dr. Joseph•Harrington提出CIM哲理（Computer Integrated Manufacturing)，2个要点：
知识
决策
利润
1 概述
信息化、知识化制造
能量
产品
物资
制造过程 信息
废品
硬件：物料/设备/工具/能源 软件：制造理论/加工工艺/管理理论/信息 人：技术人员、生产人员、管理人员
制造过程是将制造信息物化在原材料或毛坯上并使之转化为产 品信息的过程，采用不同的制造知识和工艺方法，将导致不同的材 料和能量的转换方式和利用效益。
PPS
PDM ERP
质量控制
车间调度
资源需求、工艺设计
NC指令 生成仿真
生产作业 计划
2 制造信息学
一、概念 制造信息：制造确定性的表征，反映了制造系统
的有序化过程。 包括：实施制造过程中的经验法则
客观规律等技术措施 协调生产环节相互关系的逻辑决策知识 制造信息学：研究与制造活动有关的信息的本质、 特征、计量、采集、传递、交换和储存的基本理论 和方法。
生产管理
财务管理
3 现代集成制造的概念
解决企业中各个自动化孤岛之间的信息交换与共享 A、企业建模、系统设计方法、软件工具和规范。 解决了一个制造企业的物流、信息流、价值流（如资金 流）、决策流的关系，这是企业信息集成的基础。 B、异构环境下的信息集成。 ◆不同通信协议的共存及向ISO／0SI的过渡。 ◆不同数据库的相互访问。 ◆不同商用应用软件之间的接口。
物理系统集成
系统内部通讯 数据交换规则与惯例 物理系统互连
单项技术（自动化孤岛）联系起来 相互交换信息和数据
3 现代集成制造的概念
四、集成发展阶段
1985
1995
1999
信息集成
过程集成
企业集成
21世纪 制造网络
3 现代集成制造的概念
四、集成发展阶段 1、信息集成
自动化孤岛
CAD
CAPP/CAM
CIMS的定义： 基于CIM哲理组成的系统，是CIM哲理的实现。
3 现代集成制造的概念
对CIM和CIMS的进一步说明
CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。其目的是使企业达到产品上 市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、健壮性、 敏捷性，使企业赢得市场竞争。因此，CIM/CIMS不是企业的目标，而 是达到企业目标的手段之一；
3 现代集成制造的概念
863/CIMS的定义 “CIM作为一种组织、管理与进行企业生产的哲理，将信息技术、现代管
理技术、系统工程技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周 期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过 程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行达到 人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成。以加强企业新产品开发 的T（技术）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）、E（环境），从而 提高企业的市场应变能力和竞争能力。”
3 现代集成制造的概念
三、CIMS集成的层次 经营集成
人的集成
基于知识的决策支持 自动化的经营过程监控
生产和过程仿真
CIMS的最高阶段 即人的集成。 CIMS 阻力的70% 来源于人，11%对 成本的评估，9%的 技术元件.
应用系统集成
可移式应用与分布系统 公共服务执行环境 公共（共享）数据资源
整个系统内部各种 应用软件的集成
88年-89年863/CIMS专家组认为： “CIM是未来工厂自动化的一种模式。它把以往企业内相互分离的技术（如CAD、
CAM、FMC、MRPⅡ…）和人员（各部门、各级别），通过计算机有机地综 合起来，使企业内部各种活动高速度、有节奏、灵活和相互协调地进行，以提 高企业对多变竞争环境的适应能力，使企业经济效益取得持续稳步的发展”
2 制造信息学
二、体系结构
3、制造信息分类
制造信息
表征对象 设计信息 加工信息 管理信息
表征形式 数字信息 文字信息 图形信息
时间特征 动态信息 静态信息 瞬态信息
空间特征 全局信息 局部信息 公有信息 专有信息
生成方式 手工输入 自动生成 半自动生成
结构特征 结构化信息 半结构化信息 非结构化信息
3 现代集成制造的概念
将“自动化孤岛”集成在一起
3 现代集成制造的概念
应用 应用 应用 应用 应用 应用
应用 应用
应用
应用 服务 功能
应用 服务 功能
应用 服务 功能
系统 系统 服务 服务 功能 功能
系统 服务 功能
操作系统
硬件平台
(a) 传统的软件 编程方式
应用使能器 系统使能器
特定应用编程接口与工具
1、企业的各个生产环节是不可分割的，需要统一考虑 2、整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理的过程，在
企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程，而物流又是受信息流控 制的。
我们把此提升为：系统（整体）观点和信息观点
因此，通俗解释为：
用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益
CIMS的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，CIM哲理 和相关技术既可用于离散型制造业，也可用于流程和混合型制造业；
CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如CIM与LP。
3 现代集成制造的概念
二、集成的概念
计算机集成系统的核心是集成 集合不等于集成，集成要比集合更高一个层次。 集成不是将各种计算机和设备简单地连接和拼凑，而是要通过信息集成将原来 没有联系或联系不紧密的单元有机地组合成为功能协调的，互相紧密联系的新系统。
1 概述