现代集成制造系统(重点)
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。
集成制造系统的智能化与自动化控制
集成制造系统的智能化与自动化控制1. 引言集成制造系统是以信息技术为支撑，采用模块化、柔性化的生产方式，通过整合企业内外的资源和信息，实现产品的快速设计、快速制造和快速交付的现代制造模式。
随着科技的不断发展与进步，集成制造系统在智能化与自动化控制方面取得了显著的进展。
本文将重点探讨集成制造系统的智能化与自动化控制的发展现状和未来趋势。
2. 智能化控制在集成制造系统中的应用智能化控制是指利用先进的人工智能技术，对生产过程中的各种变量进行感知、分析和优化的控制方法。
在集成制造系统中，智能化控制可以应用于以下几个方面：2.1 生产计划与调度通过采用智能化控制技术，集成制造系统可以根据产品需求和生产能力进行优化的生产计划与调度。
智能化控制系统可以实时感知生产环境的变化，根据实时数据进行分析和预测，从而调整生产计划，提高生产效率和产品质量。
2.2 生产过程控制智能化控制可以实现生产过程的自动化控制。
通过在生产设备中添加传感器和执行器，智能化控制系统可以对生产过程中的各种参数进行实时监测和控制，从而实现自动化的生产过程控制，提高生产效率、降低生产成本。
2.3 质量控制与检测智能化控制可以实现产品质量的自动检测与控制。
通过在生产过程中添加质量传感器，智能化控制系统可以对产品的关键质量指标进行实时监测和控制，及时发现并纠正生产过程中的质量问题，提高产品质量。
2.4 故障诊断与维修智能化控制可以实现设备故障的自动诊断与维修。
通过在设备中添加故障传感器，智能化控制系统可以实时监测设备运行状态，及时发现并诊断设备故障，并提供相应的维修措施，减少设备停机时间，提高设备的可靠性和维修效率。
3. 自动化控制在集成制造系统中的应用自动化控制是指利用计算机和控制技术，对生产过程进行自动化控制的方法。
在集成制造系统中，自动化控制可以应用于以下几个方面：3.1 生产设备自动化自动化控制可以实现生产设备的自动化操作。
通过采用自动化设备和控制系统，集成制造系统可以将生产工艺流程中的各个环节进行自动化控制，减少人工操作，提高生产效率和生产一致性。
第一章 CIMS概述
生产组织模式的转变
小而全——大而全——全球协作化生产 传统制造模式（橄榄型） 现代制造模式（哑铃型）
CIMS三要素
CIMS三要素
三要素之间的关系
利用计算机、自动化技术、 制造技术及信息技术等来达 到预期的经营目标
市场被迅速分割，产品的生命周期缩短 市场全球化，竞争国际化 客户要求多样化 计算机技术和网络技术的迅速发展
CIMS产生的背景和基础
CIMS产生的背景和基础
20世纪末制造业的重大变化
市场全球化，竞争空前加剧 微电子为基础的信息技术高速发展 竞争要求制造业：
加快新产品开发和上市时间 提高质量 降低成本 完善售前/售后服务 有益于环境
CAM子系统
经营管理分系统
以MRPII为核心，从制造资源出发，考虑了 企业进行决策的战略层、中短期生产计划编 制的战术层以及车间作业计划与生产活动控 制的操作层。
其功能覆盖：市场销售，物料供应，各级生 产计划与控制，财务管理，成本、库存管理 等部分的活动，是以经营生产计划、主生产 计划、物料需求计划、能力需求计划、车间 作业计划、车间调度与控制为主题形成的闭 环系统。
是CIMS的中枢，指挥和控制各部门有条不紊 地工作。
经营管理分系统
制造自动化分系统
制造自动化系统是在计算机的控制与调度下， 按照NC代码将一个毛坯加工成合格的零件， 在装配成部件以至产品，并将制造现场信息 实时地反馈到相应部门。
生成：
车间作业计划，进行优化调度与控制，生成工件、 刀具、夹具需求计划，进行系统状态监控和故障 诊断处理，完成数据采集及评估等。
CIMS简介
CIMS运用(yùnyòng)企业-成都飞机公 司
CIMS运用企业-经纬(jīnɡ wěi)纺机公 司 第二十二页，共30页。
欧洲：
«尤里卡方案(fāng àn)(EUREKA)» «信息技术研讨开展战略方案(fāng
«第四届框架研讨方案(美fā国ng ：àn)»
àn)各(E国SP的对RIT注C)I»M重S技术
1995年，北京第一机床厂荣获SME 的CIMS 〝世界工业抢先奖〞，这标志着我国一些试点企 业的CIMS的运用抵达了国际抢先水平。
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以后,CIMS的进一步试点推行运用曾经扩展 到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶 金、石油化工等诸多范围,正失掉各行各业越来 越多的关注和投入。不难预测(yùcè)，CIMS 这一面向产业界的高新综合技术，无疑将继续 取得越来越普遍的运用。
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CIMS的主要特征是〝四化〞：计算机 化、信息化、智能化 和集成化。
CIMS的功用结构(jiégòu)： 1.四个功用分系统 〔1〕管理信息分系统 〔2〕产品设计与制造工程设计自动化
分系统
〔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
如用CAD设计比手工绘图周期延伸了 一半。
2.延伸制造周期。如箱体零件用 FMS柔性加工比传统加工方法效率提 高了4-8倍，且质量坚定，大大添加 装配(zhuāngpèi)时间，延伸了制造
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二：提高了企业对市场的应变才干 用运营决策支持系统编制消费纲
要方案和用MRPII主消费方案模块 编制消费作业方案，比手工快4060倍，为顺应市场变化，及时地、 灵敏地调整方案提供(tígōng)了有 力的决策工具。
CIMS介绍
CIMS介绍刘博清华大学自动化系2005-7-4什么是CIMS？CIMS－计算机集成制造系统（ComputerIntegrated Manufacturing Systems ）CIMS－现代集成制造系统（ContemporaryIntegrated Manufacturing Systems）C是手段M是指大制造（制造业）S是指整个系统I是核心，即通过集成提高制造企业的市场竞争能力CIMS－－通过计算机硬件、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人，技术，经营管理三要素及其信息流、物料流与资金流有机地集成并优化运行的一个复杂大系统。
CIMS的理想运行--得到在正确的时间以正确的方式,将正确的信息传送给正确的人员, 使其作出正确的决策.集成－－CIMS的核心实施CIMS的关键在于集成.企业实施CIMS的目的在于取得总体效益, 而企业能否获得最大的效益又取决于企业各种功能的协调.一般来说,企业集成的程度越高,这些功能就越协调,竞争取胜的机会也就越大. 因为只有各种功能有机地集成在一起才可能共享信息,才能在较短的时间里作出高质量的经营决策, 才能提高产品的质量,降低成本,缩短交货期.内容提纲制造业企业面临的竞争与挑战 机械制造业发展的几个阶段 企业建模的需求与应用前景 工作流技术简介制造业企业面临的竞争与挑战自20世纪70年代以来，世界市场已经由传统的相对稳定逐步演变成动态多变的市场，企业之间的竞争也由过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争。
同行业之间、跨行业之间相互渗透、相互竞争日趋激烈。
在企业间竞争国际化、白热化的同时，当今企业所面临的社会、经济、制造环境与客户需求也已经发生了巨大的变化，形成了全球化的经济。
当今制造企业面临的竞争形势可以从市场、产品、技术、知识和环境五个方面进行描述。
1.动态变化的全球竞争市场Internet的普及和应用，促进了全球生产、全球销售体系的形成全球化已经成为许多跨国公司的经营战略 利用地理优势占领市场的机会越来越小 跨国经济已经成为21世纪的主导经济，跨国公司已经成为大企业生存的主要形式市场的快速动态变化产品更新换代的速度企业采用新技术新工艺的速度保持产品优势越来越难除了极个别的产品的市场被少数公司垄断以外，大部分产品的市场都被许多公司在动态地分割通过垄断来独占市场或者通过大批量生产的方式获得高额利润的机会已经越来越小2.复杂产品的全生命周期管理产品生命周期与交货期缩短20世纪70年代以前, 产品的生命周期很长, 产品的销售时间也很长当今产品的生命周期已经显著地缩短，产品的更新换代速度在显著加快企业在每个产品上的利润回报时间也大大缩短以汽车为例20世纪50-60年代，15∼20年的生命周期 20世纪90年代后期，5∼7年21世纪初，3~5年国际上某个著名的生产工程运输机械的公司为了加强其市场竞争能力，制定的其产品（工程车辆）发展战略为：3周设计、3个月试制与3年的生命周期交货期成为重要竞争要素 用户对交货期的要求甚至超过了对价格的要求 简单装配型产品：解决生产组织和物料及时供应问题 复杂产品：缩短设计过程并且提高产品的设计质量，减少由于设计不合理而造成的在产品制 造过程中出现加工困难、废品增加、返工次数 增加、甚至不得不重新修改设计等已经成为缩 短产品交货期最迫切需要解决的问题产品的复杂性增加 产品已经变得越来越复杂 最早的汽车设计主要考虑机械设计问题，而当今的汽 车除了机械部件越来越复杂外，还需要考虑电子点火 系统、安全保护装置、空调系统、无线电系统、乃至 全球定位系统 产品复杂性增加直接导致产品研制费用和产品开 发周期的增加，尤其是制造用来进行试验和分析 的产品原型的时间和费用迅速增加 如何降低产品的研制费用，尤其是原型制造费 用，是降低产品成本的关键问题（以777为例）数字BOEING数字化飞机技术趋势虚拟设计制造 全生命周期设计制造PLM 并行工程CE 全球化的协作平台EXSTAR美国B777的应用效果开发周期：9年－>4.5年 成本降低：25％ 100％整机数字化设计 世界垄断与霸主地位产品概念设计数字化轿车技术趋势数字化设计制造 虚拟样机 全球采购和分销 大规模定制通用公司应用状况开发周期（48月－>24月－> 12 月） 碰撞试验（100次 －> 50次） 个性化定单 －> 3小时 通过在线采购降低成本10％产品详细设计并行工程技术 传统的产品研制是一种串行的过程 前一个部门完成某个功能后将设计结果移交给下一个部门进行下一步的设计工作 存在问题： 不同部门之间缺乏交流，仅考虑其局部要求，局部的 优化 未考虑后续部门的要求和产品设计制造周期中的各种 因素 导致最终设计出来的产品的可制造性和可装配性差、 产品制造周期长、废品率高、产品成本高 1998年美国国防分析研究所（IDA）提交 了题为“并行工程在武器系统采购中的作 用”的研究报告，提出了并行工程的概念 并行工程的定义：集成地、并行地设计 产品及其相关的各种过程（包括制造过 程和支持过程）的系统方法。
CIMS基础复习题
《CIMS基础》复习题1.以你了解的我国某个制造企业为例，说明它现在还主要处于什么发展阶段，在企业的生产经营中面临的主要困难是什么？2.计算机从哪几个方面改进了制造业的设计与制造过程？3.现代制造中如何体现设计与制造的集成？4.企业管理信息化一般包括哪些系统？5.从第二章成飞案例总结一般离散型制造企业CIMS系统的基本组成6.现代集成制造系统中的信息技术主要包括哪几个方面？7.请描述PDM的主要功能、结构8.请描述PLM的主要功能、结构9.制造业中，计算机辅助技术一般包括哪些内容？10.C AD造型技术有哪几类？11.何为精益生产？12.丰田生产方式的两大支柱是什么？13.何为拉动式生产？14.简述RFID在生产管理中的应用。
一、简答题（5分）1现代制造的主要特征？集成化、数字化、虚拟化、网络化、智能化、绿色化2CIMS的总体设计包括哪几部分？需求分析，确定系统目标总体方案的制定和描述，确定系统体系结构分系统的总体设计，各分系统的总体设计及各分系统目标的确定3CIMS基本思想系统的观点：企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理信息的观点：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。
4一般离散型制造企业CIMS系统的基本组成？CIMS包含了一个制造企业的设计、制造、经营管理三种主要功能，要使这三者集成起来，还需要一个支持环境，即分布式数据库和计算机网络以及指导集成运行的系统技术。
四个功能分系统：管理信息分系统。
以MRPⅡ为核心。
产品设计与制造工程设计自动化分系统。
即CAD/CAPP/CAM系统。
制造自动化或柔性自动化分系统。
数控机床等。
质量保证分系统。
包括质量检测、评价、控制、跟踪等两个支撑分系统计算机网络分系统。
实现异种机互联、异构局部网络及多种网络的互联。
数据库分系统。
支撑CIMS 各分系统，覆盖企业全部信息的数据库系统。
现代集成制造系统
1.先进制造技术的学科内容？①．先进设计技术②．先进制造工艺技术③．制造自动化技术④．先进生产制造模式和制造系统2.柔性制造系统主要由哪三部分组成？柔性制造系统主要由三部分组成，即计算机控制与管理层、以NC为主的多台加工设备和物料运输装置。
与此相对应，可将其划分为控制与管理系统、加工系统、物流系统三个子系统。
3.CIMS的五大功能分系统是什么？即管理信息分系统(MIS)、技术信息分系统(TIS)、制造自动化分系统(MAS)、质量信息分系统(QIS)等应用分系统，以及网络／数据库分系统(NET&DB)。
4.虚拟制造的研究内容是什么？虚拟制造的主要研究内容可以分为三个方面：虚拟制造的理论体系、虚拟产品设计、虚拟产品制造。
5.PDM所包括的典型能力可以概括为(1)数据管理。
它为管理所有与制造相关的数据以及描述产品结构和加工方法的文件提供了电子手段。
一些PDM系统甚至具有管理图象的能力。
(2)过程／工作流管理。
它们负责管理与产品开发与制造相关的过程工作流，它是通过对检验／审批以及签发过程进行明确地定义和描述而实现的。
(3)产品结构管理。
它提供了控制零件和产品版本的能力，以及对产品结构BOM表和配制方式进行管理的能力。
(4)分类。
大多数PDM系统提供了对“对象”(如零件)的属性进行定义，以及通过这些属性搜索／识别零件(或其他对象)的能力。
(5)客户化系统管理。
简答：6.很多国家特别是美国把制定制造业发展战略列为重中之重，原因是什么?答: ①世界经济发展的趋势表明，制造业是一个国家经济发展的基石，也是增强国家竞争力的基础；②制造业是解决就业矛盾的一个重要领域，也是21世纪提高一个国家整体就业水平的重要基础；③制造业不仅是高新技术的载体，而且也是高新技术发展的动力。
7.信息化制造的特点是什么？(1)基于Internet／Intranet的网络化。
(2)产品设计、制造进程中的全程数字化。
(3)制造设备的信息化、智能化、柔性化。
1.现代集成制造(CIMS)基本知识
CIM treats manufacturing processes and plant operations and their management as a single system, not a sequential activity.
第三阶段：大批量重复生产 （20世纪初）
福特公司的T型车制造过程：
生产率大幅度提高： 1908年，514分钟/车。 1913年，2.3分钟/车。 1914年，1.19分钟/车。
成本大幅度下降 1909年，售价950美元一辆。 1926年，仅290美元一辆。
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现代集成制造系统
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1.2.2 产生的基础：信息化水平提高
计算机在产品设计中的应用
1963年，MIT，SKETCH实验室产品。 1960s，二维CAD。 1980s，三维CAD。 1980s，PDM
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现代集成制造系统
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1.2.2 产生的基础：信息化水平提高
计算机在经营管理中的应用
1954年，通用。工资管理。 1968年，IBM，生产信息与管理系统PICS。 1961年，MRP-I 1979年，MRP-II 1990s，ERP
无互换性可言
产品维护费用高
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现代集成制造系统
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模式的转变
背景：在工业化发展初期，居民消费水平仍然较低。产品 只要便宜、可用，就有市场
趋势：要使价格便宜，必须降低生产成本 单一产品原理：即通过减少产品品种来提高生产效率、降
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现代集成制造系统
图1为CIMS主题的现代集成制造系统体系结构
图1 现代集成制造系统结构图
●数字化设计与制造系统
主要研究开发数字化设计制造系统（C4P）和重大典型应用系统。
数字化设计制造系统包括以产品3D数字化模型为主要特征的产品结构分析、工艺设计、数控编程（CAx）、产品数据和过程管理管理（PDM）、面向过程的优化设计软件工具（DFx）等软件包。
重大典型应用系统主要面向重大产品虚拟样机、网络化制造和制造业信息化中的共性关键技术，包括基于KBE的系统功能仿真、产品虚拟实验的虚拟样机技术、制造过程仿真与优化的虚拟制造技术、网络环境下产品协同设计与制造准备等共性关键技术和高级应用软件系统。
●过程自动化系统
主要研究开发生产过程执行系统(MES)、过程控制系统（PCS）和基于以太网技术的现场控制系统。
其中，MES主要包括先进计划与调度、先进建模技术与流程模拟、故障诊断与设备健康维护、以及过程优化与价值链分析等；PCS主要内容包括先进控制与优化软件工
具、实时数据库与监控软件，以及基于以太网和无线技术的现场设备、标准和控制系统等。
●企业管理与电子商务系统
主要研究开发支持企业现代管理与电子商务的基于主动成本控制/成本经营模式的中国式动态可重构CERP系统和支持企业内外部集成的基于XML的企业信息化集成平台，并开发面向供应链管理的企业应用系统、面向企业客户关系管理的企业应用系统、面向电子商务的企业过程重组的过程建模仿真与优化软件构件、面向产品全生命周期的质量管理构件、商务智能和群体决策支持构件以及相关重点行业和典型区域应用等。
●现代集成制造系统平台
主要研究内容包括面向形成行业整体解决方案，开展企业建模与诊断、过程管理与知识管理、集成平台等共性与支撑技术研究，开发形成支持现代集成制造系统整体解决方案的产品全生命周期管理PLM系统，并在主题重点支持的行业进行典型应用；开发形成支持制造协同、资源共享、网络化集成服务的制造网络系统，实现全国制造企业协作，为全国制造业信息化工程提供使能平台，使所有能够上网的CIMS技术、软件系统、制造资源都可以通过网络进行集成和应用，将制造形成网络，从而提高整个制造群体的竞争能力。
在我国若干个重点行业进行现代集成制造系统重大集成应用，促进重点行业企业的产业结构调整、产品创新和管理机制创新，从总体上提高我国企业的制造水平和能力，增强综合国力和行业的国际竞争力。
形成区域异地协同设计的制造网络系统、区域动态联盟与企业协同管理的制造网络系统、区域和区域间资源共享和协作应用的制造网络系统、区域制造业全球采购和产品销售制造网络系统、现代物流配送的制造网络系统以及基于ASP的网络化制造服务系统等，实现区域内和区域间的资源共享，提高区域制造业创新能力，发挥区域制造业群体优势，促进产业链的形成。