CIMS计算机集成制造系统
现代集成制造系统(CIMS)简介
当今世界已进入信息时代，并迈向知识经济时代。
以信息技术为主导的高技术为制造业的发展提供了极大的支持，并推进着制造业的变革与发展，现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing Systems，简称CIMS）技术的应用及其产业化是其中最重要的组成部分。
CIMS—现代集成制造系统，是基于CIM理念的集成优化的制造系统。
将信息技术、现代管理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时间（T）、质量（Q）、成本（C）、服务（S）、环境（E），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。
一、CIMS的总体结构CIMS建设的目标是在统一的数据库和网络支持下，建立生产经营管理分系统和工程技术（CAD/CAM/CAPP/PDM）分系统，实现企业信息的全面集成。
为实现这个总体目标，CIMS 由两个功能分系统和两个支撑分系统组成。
两个功能分系统为生产经营管理分系统和工程技术分系统；两个支撑分系统为计算机网络和数据库分系统。
整个系统将以关系型数据库为核心，并由各应用系统通过INTERNET/INTRANET/EXTRANET访问数据库，这样就使得几个服务器上的数据在逻辑上成为一个整体，以保证整个系统的数据共享和数据的唯一性。
CIMS的总体结构如图1.2-1所示。
图1 CIMS的总体结构二、CIMS的技术构成工程技术分系统：可简称为TIS分系统，即技术信息系统。
通常包括CAD、CAPP、CAM 和PDM等部分。
CAD（计算机辅助设计）包括产品的结构设计、变形设计及模块化产品设计。
可以实现计算机绘图、产品数字建模及真实图形显示、动态分析与仿真、生成材料清单（BOM）。
CAPP（计算机辅助工艺计划）通过计算机进行工艺路线制定、工序设计、加工方法选择、工时定额计算，包括工装、夹具设计、刀具和切削用量选择等，且能生成必要的工艺卡和工艺文件。
CIMS简介
（3）制造自动化或柔性制造分系统 （4）质量保证分系统 2.两个支撑分系统 （1）计算机网络分系统 （2) 数据库分系统
CIMS的集成
机器人等 数控机床（CN） 柔性制造系统（FMS） 计算机辅助制造系统（CAM）
计算机辅助工艺设计系统（CAPP） 计算机辅助设计系统（CAD） 制造资源计划系统（MRPII） 管理信息系统（MIS）
基于CIMS的自动化工厂示例
基于CIMS的工厂自动化活动
4)顾客订货服务
该活动是经过工厂快速高效地处理某项订货。该活动包括：订货单核对， 特殊定货与实施工程(工程设计、原料清单、加工流程、生产计划)的确认 商品库存量查询，制造进程安排，交货期确定、订货变动信息处理等等。
5)工程设计
工程设计是指对要投入市场的产品进行构思、设计和测试，其内容包括： 产品定义、工作原理设计、详细设计及制图。工程部门要处理原材料清单、 工艺过程设计、所用机床设备说明。有关产品制造的文件包括：工程图纸、 材料清单、工艺规程、工艺设备、零件加工程序、机器负荷计划、生产线 平衡表及质量控制计划等等。
CIMS应用工程典型案例
江苏淮阴卷烟厂CIMS工程
淮阴卷烟厂 CIMS 工程共 分为五个分系统：生产与经 营分系统、产品开发分系统、计算机辅助质量管理分系统、 制造自动化分系统和综合信息管理分系统。
1.生产与经营分系统以 ERP 思想为指导，以 MRPII 为核心，围绕该卷烟厂从市场预测、计划制定、资金管理、 采购供应、车间作业调度、 库存控制的生产经营主线， 将全过程按功能分为五个子系统：生产子系统、采购子系
我国CIMS的现状及前景展望
我国从1986年开始实施“高技术研究和发展 计划(即863计划)”，CIMS是其中的一个主题。 863/CIMS的任务是促进我国CIMS的发展和应用。
计算机集成制造系统简介
计算机集成制造系统简介1. 引言计算机集成制造系统是一种集成了计算机技术和制造工艺的智能化生产系统。
它可以实现计划、设计、生产、管理等一系列制造过程的有机结合，提高生产效率和产品质量，降低生产成本，并增强企业竞争力。
本文将详细介绍计算机集成制造系统的概念、架构和应用场景。
2. 概念计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）是指通过计算机技术将制造企业的各个环节紧密连接起来，形成一个整体化的制造系统。
它集成了计算机辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer-Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助工艺规划（Computer-Aided Process Planning，CAPP）、计算机辅助生产控制（Computer-AidedProduction Control，CAPC）等多个子系统，通过网络和数据库的支持，实现信息的共享和实时交流。
3. 架构计算机集成制造系统的架构主要包括硬件、软件、网络和数据库等组成部分。
3.1 硬件计算机集成制造系统的硬件主要包括计算机设备、工控设备和传感器等。
计算机设备包括计算机服务器、工作站和个人电脑等，用于数据处理和系统控制。
工控设备用于控制生产设备和机器人等。
传感器用于采集生产过程中的各种数据，如温度、压力、速度等。
3.2 软件计算机集成制造系统的软件主要包括CAD、CAM、CAPP和CAPC 等。
CAD软件用于产品设计和工程图纸的生成。
CAM软件用于生成加工路径和指导机床的加工操作。
CAPP软件用于生成工艺计划和顺序控制。
CAPC软件用于生产调度和控制。
3.3 网络计算机集成制造系统通过网络连接各个子系统。
网络可以是局域网或广域网，用于数据的传输和共享。
通过网络，各个环节的信息可以实时反馈和交流，提高生产效率和响应速度。
计算机集成制造系统
CIMS是英语Computer Integrated Manufacturing System的缩写，意思是计算机集成制造系统。
它是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。
它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。
集成化反映了自动化的广度，它把系统的范围扩展到了市场预测、产品设计、加工制造、检验、销售及售后服务等的全过程。
智能化则体现了自动化的深度，它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。
小型计算机集成制造系统当前，我国的CIMS已经改变为“现代集成制造（Contemporary Integrated Ma nufacturing）与现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing Syst em）”。
它已在广度与深度上拓展了原CIM/CIMS的内涵。
其中，“现代”的含义是计算机化、信息化、智能化。
“集成”有更广泛的内容，它包括信息集成、过程集成及企业间集成等三个阶段的集成优化；企业活动中三要素及三流的集成优化；CIMS有关技术的集成优化及各类人员的集成优化等。
CIMS不仅仅把技术系统和经营生产系统集成在一起，而且把人（人的思想、理念及智能）也集成在一起，使整个企业的工作流程、物流和信息流都保持通畅和相互有机联系，所以，CIMS是人、经营和技术三者集成的产物。
一、CIMS体系结构CIMS体系结构是用来描述研究对象整个系统的各个部分和各个方面的相互关系和层次结构，从大系统计算机集成制造系统CIMS构成框图理论角度研究，将整个研究对象分为几个子系统，各个子系统相对独立自治、分布存在、并发运行和驱动等。
我们可以从功能结构和逻辑结构来认识CIMS体系结构。
从功能层方面分析，CIMS大致可以分为六层：生产/制造系统，硬事务处理系统，技术设计系统，软事务处理系统，信息服务系统，决策管理系统。
计算机集成制造系统CIMS(计算机系统集成)
2.可行性研究主要内容 项目环境--外部环境，内容环境。 项目必要性--信息时代的要求，制造业的发展趋势，制造业面临 的机遇与挑战等。 企业现状与问题--现状包括：业务、经营、管理、开发、生产、 销售、经济效益，发展战略等，问题包括：实现经营发展目标 还存在哪些问题等。 企业需求--对需求调查进行分析，得到企业对CIMS的需求情况， CIMS有助于企业解决哪些问题。 建设目标和条件--建设CIMS的具体目标，已具备哪些条件，还 要创造哪些条件。 初步总体方案--CIMS功能与信息业务，子系统划分，系统性能 指标，系统技术方案与技术路线，技术可行性等。 实施计划--CIMS建设分哪几个阶段，先做什么，后做什么，人 力、财力、物力如何保证等。 投资分析—包括设计费用，设备费用，施工费用，培训费用，维 护费用，管理费用等 16 经济评价—指经济效益分析等
4
• CAPP子系统主要功能:
完成产品零件的加工过程设计、工艺流程与工序设计，生产过 程工序图和工艺文件，向MIS、MAS等提供工艺信息。 • CAM子系统主要功能: 根据CAD的产品设计信息和CAPP的工艺信息完成产品零部件 的数据加工编程和刀具轨迹模拟，提供数据加工指令和加工 时间等信息，并可提供仿真功能。 • CAD／CAPP／CAM集成 形成一个从产品设计到制造的完整自动化系统，以工程数据库 （公用）为核心，实现产品设计制造全过程的信息交流和共 享，从而提高劳动生产率、降低成本。 • CIMS关键问题 实现人、管理、经营和技术的有机地集成，必须依靠信息集成， 因为信息是粘合剂，信息是企业最重要的资源。信息集成需 要使用网络技术和数据库技术。
5
9.2
信息集成
一.信息集成 1.概念 对CIMS系统中各种类型的数据进行统一处理，避免数据冗余， 为用户提供统一、友好而透明的界面，从而有效地实现信息 交流和信息共享。 所谓透明是不同子系统的用户在调用非本地数据时就像在本地 调用一样。 2.信息集成重要性 是CIMS建设首要问题之一，由于CIMS中存在大量异构子系统， 其数据类型和格式等差别很大，故不同系统的用户很难调用 其他子系统的数据，更谈不上信息交流与共享。 信息集成不简单，涉及到不同的软件平台、不同的应用软件、 不同的应用模式以及不同的数据类型和格式。例如同一实体 可能在不同的子系统中使用不同的名称、不同的数据结构和 格式，有的子系统使用WWW，有的子系统使用文件系统， 有的使用数据库系统，而同一实体又可能使用不同的媒体来 6 表示，例如图形、图像、视频、语音和数据等。
CIMS
CIMS
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一、CIMS的基本概念与其发展概况
㈠、CIM和CIMS的概念
20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术 的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以 自动化为特征的单元技术得以广泛应用。如CAD、CAPP、 CAM、工业机器人、FMS等单元技术的应用，为企业带 来显著效益。 然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化单元 技术，会产生“自动化孤岛”现象。“自动化孤岛”具有 较大封闭性，相互之间难以实现信息的传递与共享，从而 降低系统运行的整体效率，甚至造成资源浪费。
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三、 CIMS的应用实例
CIMS国外发展简况
美国——不仅企业重视，国家也极为重视，认为 CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术， 并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生 产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局 （NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立 了世界上第一个CIMS实验系统 欧共体——1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术 研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM 项目占28项 日本——CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位， 1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”， 相当于CIMS实验基地。 新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等——也在积 极跟踪和发展CIM技术。
三个阶段
实施效果
成都飞机工业公司：麦道机头生产周期12个月→6个月，库存下降20%，竞 标成功获得1亿波音757尾段订单
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沈阳鼓风机厂：产品报价6周→2周，成本下降79.7%，市场占有率达51% 科龙、华宝：百元销售资金下降51%，人均产值提高70%，98年达202万元/ 人· 年 经纬纺机厂：流动资金下降60%
CIMS、CAD、CAPP、CAE、CAM、PDM、MRII介绍
CIMS、CAD、CAPP、CAE、CAM、PDM、MRII等CIMS：计算机/现代集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary）。
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。
CAD：计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。
CAPP：计算机辅助工艺过程设计（computer aided process planning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。
CAE：计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。
CAM：计算机辅助制造（computer Aided Manufacturing），将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。
PDM：产品数据管理（Product Data Management），一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。
MRII：暂缺，百度查不到MRI：Magnetic Resonance Imaging磁共振成像，利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。
ERP、OA、PDM、MIS等ERP：企业资源计划（Enterprise Resource Planning），针对物资资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源管理（信息流）集成一体化的企业管理软件。
OA：办公自动化（Office Automation），现代利用电脑进行全自动的办公,目的是提高效率。
计算机集成系统CIMS
计算机集成系统CIMS简介计算机集成系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）是指通过计算机技术实现企业内部生产各个环节的集成化、信息化和自动化。
CIMS系统整合了计算机技术、信息技术和自动化技术，可以提高企业的生产效率、降低生产成本、改善产品质量、加强管理等方面的能力。
CIMS的特点1.集成化：CIMS系统将企业内部各个生产环节进行集成，包括计划、设计、制造、物流、质量控制等。
通过各个环节之间的数据传递和协作，实现全面的生产流程控制。
2.信息化：CIMS系统将企业内部生产过程中的信息进行收集、存储、处理、分析、应用等，使得相关的信息能够成为决策的依据。
同时，CIMS系统还可以提供实时监测和反馈，帮助企业管理人员全面掌握生产情况。
3.自动化：CIMS系统借助计算机和自动化设备，实现生产过程的自动化控制和操作。
这样可以提高生产效率、降低人力成本、减少生产误差、提高产品质量。
4.灵活性：CIMS系统可以根据市场需求和企业自身情况进行灵活调整和优化。
它可以支持多品种、小批量、快速更换的生产模式，帮助企业应对市场的变化。
CIMS的主要功能1.制造资源管理：包括企业的物料管理、设备管理、人员管理等。
CIMS系统可以帮助企业实现物料的采购、库存管理、供应商管理，设备的维护、保养、调度，人员的计划、考勤、培训等。
2.生产计划与调度：CIMS系统可以协助企业进行生产计划的制定和调度安排。
它可以根据订单数量、交货期限、生产能力等因素，自动生成生产计划并进行合理的调度。
同时，CIMS系统可以根据实际生产情况进行动态调整和优化。
3.过程监控与控制：CIMS系统可以实时监控生产过程中的各个环节，并进行相应的控制。
它可以监测设备的运行状态、产品的质量参数、生产进度等，及时发现和解决潜在问题，保证生产的正常进行。
4.质量管理：CIMS系统可以协助企业进行质量管理工作。
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CIMS的基本概念与组成
对“计算机集成制造”的解释： 计算机 集成 制造
工具
生产方式的
关键与核心
目的
CIMS的基本概念与组成
计算机集成制造系统CIMS的组成
CIMS:基于CIM哲理的一种工程集成系统，是一种新型 制造模式。 CIMS核心:是将企业内的人和组织、经营管理和技术 三要素之间的集成，以保证企业内的工作流、物质流 和信息流畅通无阻。
将“自动化孤岛”集成在一起
CIMS的产生背景
70年代后 信息技术促使全球市场的形成
T（时间）、Q（质量）、C（成本）、S（服务） — 制造业 的难题 永恒的主题
促使 管理变革 技术进步
全社会进步
T Q C S的阻力— “自动化孤岛”
单元技术:不同的 单位、时期、标准、封闭系统
通信协议、软件、数据库
2、信息的观点 整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加 工处理的过程。最终形成的产品可以看作是“数据” 的体现。
CIMS的基本概念与组成
CIM定义（国内）：
是一种组织、管理、企业生产的新哲理，它借 助计算机软硬件，综合应用现代管理技术、制造技 术、信息技术、自动化技术、系统技术，将企业生 产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其 信息流与物质流有机对市场 变化的应变能力和综合竞争能力。
不能实现"五个正确":
“在正确的时间,将正确的信息以正确的方式传给正确的人 (或机器)以作出正确的决策或操作.”
CIMS的基本概念与组成
1973年 美国Harrington（哈林顿）博士关于CIM两个观点: • 企业各个生产环节是一个不可分隔的整体(集成)； • 企业生产制造过程实质上是对信息的采集、传递和加 工处理的过程（信息）。
计算机应用,形成了多个 “自动化孤岛”
CAD
CAPP
ROBOT FMS
FAS
CAE
CAM
MRPII
MIS
OA
自动化 立体仓库 销售系统 Database
DSS
Network
8
CIMS的产生背景 自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素 之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以 得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好 的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。
日本能率协会对CIM的定义：“为实现企业 适应今后企业环境的经营战略，有必要从 销售市场开始对开发、生产、物流、服务 进行整体优化组合。CIM是以信息为媒介， 用计算机把企业活动中多种业务领域及其 职能集成起来，追求整体效率的新型生产 系统。”
欧共体各国对CIM定义：“CIM是信息技术和 生产技术的综合应用，旨在提高制造型企 业的生产率和响应能力，由此，企业的所 有功能、信息、组织管理方面都是一个集 成起来的整体的各个部分。”
递阶控制结构：
•工厂层→车间层→单元层→工作站层→设备 层
• ③人员协调的工作,以支持经营活动；
• ④统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。
CIMS的基本概念与组成
CIMS的组成
功能分系统 •生产经营管理信息分系统 •工程设计自动化分系统 •制造自动化分系统 •质量保证分系统 支撑分系统 •计算机网络分系统 • 数据库分系统
市场信息
功能分系统
生
产
CIM：是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。
CIMS的基本概念与组成
CIM定义（国外）：
联邦德国经济生产委员会(AWF)定义CIM为 ：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 生产计划和控制(PPC)、计算机辅助设计 (CAD)、计算机辅助工艺过程设计(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。
对策: 信息集成 系统集成
信息技术 + 制造技术
CIMS
<Computer Integrated Manufacturing>
CIM
CIMS的基本概念与组成
两个基本观点：
1、系统的观点
企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、 加工制造、经营管理直到售后服务的全部生产活动， 形成了一个不可分割的整体，它们彼此紧密相连；单 一的生产活动都应在企业整个框架下作统一的考虑。
工程设计
经
自动化分系统
营
管
质
量
保
售 后信
理
证
服息
信
息 分 系
制造 自动化分系统
分
务
系
统
统
数据库分系统
支撑分系统
计算机网络分系统 CIMS组成框图
CIMS的基本概念与组成
CIMS递阶控制结构
CIMS是一个复杂庞大的工程系统，通常采用递阶控 制结构。
递阶控制：将一个复杂的控制系统按照其功能分解成 若干层次，各层次进行独立的控制处理，完成各自的功能 ；层与层之间保持信息交换，上层对下层发布命令，下层 向上层回送命令执行结果，通过通信联系成一个完整的控 制系统。
CIMS的基本概念与组成
CIMS三要素关系：
• 经营管理与技术:技术支持企业达 到预期的经营目标；
• 人与技术:技术支持各类人员互相 配合、协调一致工作；
• 人与经营管理:人员素质提高支持 企业的经营管理；
CIMS三要素集成
• 在三要素的相交部分需 解决四类集成问题：
• ①用技术支持经营；
• ②用技术支持人员工作；
同濟大學
TONGJI UNIVERSITY
制造模式的发展和应用答辩
计算机集成制造 CIMS
张燕红 祁国栋 楼科文 马 飞
1
理念篇
2
技术篇
3
实践篇
理念篇
❖CIMS的产生背景 ❖CIMS的基本概念与组成 ❖CIMS的发展概况
CIMS的产生背景
什么是CIMS？
20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化 技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统 中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。如 CAD、CAPP、CAM、工业机器人、FMS等单元技术 的应用，为企业带来显著效益。
然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化 单元技术，会产生“自动化孤岛”现象。“自动化孤 岛”具有较大封闭性，相互之间难以实现信息的传递 与共享，从而降低系统运行的整体效率，甚至造成资 源浪费。
CIMS的产生背景
“自动化孤岛”
CIMS的产生背景
1+1≠2
CIMS的产生背景 未经集成化处理的
例：离散制造业