计算机集成制造系统的组成与实施.docx

1、计 算 机 集 成 制 造 系 统 的组 成 与 实 施熊 光 楞 吴 祚 宝 徐 光 明 编 著清 华 大 学 出 版 社( 京 ) 新 登 字 158 号内 容 简 介本 书 以 CIM S 综 合 集 成 为 重 点 , 系 统 阐 述 了 CIM S 的 基 本 概 念 及 其 产 生 与 发 展 的 过 程 , 并 在 此 基 础 上 论 述 了 CIM S 的 系 统 组 成 与 功 能 , 介 绍 了 CIMS 技 术 与 发 展 , 提 出 了 CIM S 工 程 实 施 及 效 益 评 估 的 方 法 , 最 后 分 析 介 绍 了 我 国 实 施 CIM S 工 程 的 情

2、 况 。本 书 总 结 了 国 内 10 年 来 在 CIMS 研 究 和 应 用 中 取 得 的 成 果 , 是 一 本 系 统 介 绍 CIM S 的 重 要 书 籍 ,具 有 概念 准 确 、 论 述简 洁 、 系 统 性和 实 用 性 强 等 特 点 。本 书 适 于 我 国 推 广 和 应 用 CIM S 企 业 的 工 程 技 术 人 员 和 管 理 人 员 使 用 , 也 可 作 为 高 等 院 校 有 关 专 业 的 参 考 教 材 。版 权 所 有 , 翻 印 必 究 。 本 书 封 面 贴 有 清 华 大 学 出 版 社 激 光 防 伪 标 签 , 无 标 签 者 不 得

3、销 售 。图 书 在 版 编 目 ( CI P) 数 据计 算 机 集 成 制 造 系 统 的 组 成 与 实 施 / 熊 光 楞 等 编 著 .- 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 1996.12 ( 自 动 化 技 术 丛 书 / 李 衍 达 主 编 )I SBN 7-302-02317-4 . 计 . 熊 . 计 算 机 集 成 制 造 -集 成 制 造 系 统 -组 成 . T H166中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 ( 96) 第 20342 号出 版 者 : 清 华 大 学 出 版 社 ( 北 京 清 华 大 学 校 内 , 邮 编 100084)印

4、刷 者 : 北 京 市 清 华 园 胶 印 厂发 行 者 : 新 华 书 店 总 店 北 京 科 技 发 行 所开 本 : 787 1092 1/ 16 印 张 : 9. 75 字 数 : 235 千 字 彩 插 : 1版 次 : 1996 年 11 月 第 1 版 1996 年 11 月 第 1 次 印 刷书 号 : ISBN 7-302-02317-4/ T P1143印 数 : 00014000定 价 : 11. 50 元1第 1 章 计 算 机 集 成 制 造 系 统 的 基 本 概 念CI M 是 “Comput er Int er gr ated M anufactur ing ”

5、的 英 文 缩 写 , 中 文 可 译 为 “计 算 机 集成 制 造 ”, 也 可 译 为 “计 算 机 综 合 制 造 ”; CIM S 是 在 CI M 后 加 上 英 文 单 词 “Syst em ”的 字 头 S 后 所 形 成 的 , 它 可 译 为 “计 算 机 集 成 制 造 系 统 ”或 “计 算 机 综 合 制 造 系 统 ”。CI M 是 信 息 社 会 中 关 于 制 造 业 的 一 种 哲 理 , 它 表 达 了 一 种 符 合 信 息 化 社 会 特 征 的 思维 方 式 , 代 表 着 当 今 先 进 制 造 技 术 的 发 展 趋 势 , 这 种 全 新 的 思

6、 维 以 实 现 企 业 “信 息 集 成 ”为 主 要 标 志 , 以 部 门 之 间 计 算 机 系 统 的 协 调 运 行 为 基 础 , 以 增 强 企 业 在 包 括 产 品 开 发 、 产 品 质 量 保 证 及 管 理 体 制 等 多 方 面 在 内 的 企 业 经 营 活 动 以 及 对 市 场 变 化 的 反 应 能 力 为 目 标 , 最 终 达 到 提 高 企 业 参 与 市 场 竞 争 的 综 合 实 力 。而 CIM S 则 是 按 照 CI M 的 哲 理 所 构 造 的 物 理 实 体 或 技 术 总 称 。 CIM S 系 统 包 括 与 企 业 各 个 部 门

7、 相 对 应 的 各 个 计 算 机 系 统 , 如 CA D/ CA M , M IS, FM S 等 ; 这 些 系 统 所 涉 及 到的 技 术 是 几 乎 所 有 制 造 业 中 的 各 种 传 统 技 术 与 信 息 技 术 的 总 和 。在 企 业 中 运 用 CIM 技 术 就 是 实 现 一 个 符 合 企 业 特 点 和 需 求 的 计 算 机 集 成 制 造 环 境 , 我 们 称 之 为 “CI M S 工 程 ”, 研 究 和 应 用 CIM S 技 术 就 是 要 使 企 业 在 运 用 这 一 先 进 技 术 的 过 程 中 逐 步 具 备 和 增 强 参 与 市

8、场 竞 争 的 能 力 。1.1 CI M S 的 基 本 概 念 及 其 发 展CI MS 的 基 本 概 念 包 括 CIM 和 CIM S 的 定 义 。 对 定 义 进 行 研 究 与 理 解 的 重 要 性 就 在 于 如 何 就 目 前 的 企 业 现 状 来 亲 身 体 会 这 一 哲 理 所 包 含 的 丰 富 内 涵 。 认 识 “集 成 ”这 一 核 心 概 念 是 正 确 地 理 解 和 成 功 运 用 CIM S 技 术 的 关 键 。企 业 实 施 CI M S 工 程 后 可 以 在 多 方 面 增 强 企 业 参 与 市 场 竞 争 的 能 力 , 如 缩 短 产

9、 品 生产 周 期 , 保 证 产 品 质 量 , 压 缩 库 存 , 减 少 成 本 等 , 所 能 产 生 的 效 益 是 十 分 明 显 的 。 而 实 施CI MS 的 过 程 则 因 具 有 “企 业 再 建 设 ”的 功 能 , 所 产 生 的 效 益 对 于 企 业 今 后 的 发 展 则 更 为 重 要 。CI MS 概 念 的 提 出 、 产 生 的 背 景 及 条 件 和 社 会 的 进 步 及 技 术 的 发 展 有 着 密 切 的 关 系 , 这 一 概 念 的 发 展 过 程 不 仅 表 明 了 CIM S 自 身 的 发 展 , 同 时 也 揭 示 了 人 们 对

10、一 新 的 生 产 方式 认 识 的 演 变 过 程 。CI MS 在 国 际 上 和 我 国 国 内 的 研 究 与 应 用 情 况 表 明 了 当 前 制 造 业 的 一 个 发 展 趋 势 。 如 何 正 确 地 把 握 这 一 趋 势 以 适 应 社 会 的 发 展 , 是 我 国 企 业 界 与 所 有 关 心 它 的 人 们 应 该 认真 思 考 的 。1.1.1 CI MS 的 基 本 概 念本 小 节 论 述 CI M S 的 定 义 及 其 实 质 , 对 这 一 概 念 的 讨 论 将 有 助 于 正 确 地 认 识 有 关2CI MS 的 问 题 与 争 论 。CI M

11、是 一 种 概 念 , 一 种 哲 理 , 它 是 用 来 组 织 现 代 工 业 生 产 的 指 导 思 想 。 CI M 是 1973 年 由 美 国 学 者 约 瑟 夫 哈 林 顿 ( Jos eph Har r ington ) 在 其 所 著 的 Comput er I ntegr ated M anuf actur ing 一 书 中 提 出 的 , 哈 林 顿 提 出 的 CIM 概 念 包 含 两 个 基 本 的 观 点 。第 一 个 基 本 观 点 是 : 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

12、 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 连 接 ; 单 一 的 生 产 活 动 都 应 在 企 业 整 个 框 架 下 作 统 一 的 考 虑 。第 二 个 基 本 观 点 是 : 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 物 质 表 现 。由 于 当 时 计 算 机 的 应 用 尚 不 普 遍 , 市 场 竞 争 还 未 达 到 必 须 迫 切 发 展 CI M

13、S 的 地 步 , 因 此 , 这 一 概 念 并 没 有 引 起 人 们 足 够 的 重 视 , 直 到 80 年 代 初 , 它 才 逐 渐 被 广 泛 接 受 。为 了 正 确 理 解 这 一 概 念 , 首 先 应 弄 清 楚 计 算 机 集 成 制 造 ( CIM ) 与 计 算 机 集 成 制 造 系 统 ( CIM S) 之 间 的 关 系 与 区 别 。关 于 计 算 机 集 成 制 造 比 较 共 同 的 认 识 是 : CI M 是 一 种 新 的 制 造 思 想 和 技 术 形 态 , 是 未 来 工 厂 的 模 式 , 是 信 息 技 术 与 制 造 过 程 相 结 合

14、 的 自 动 化 技 术 与 科 学 。 通 俗 地 说 , CI M 是 CAD ( 计 算 机 辅 助 设 计 ) 、 CAPP ( 计 算 机 辅 助 工 艺 计 划 ) 、 CA M ( 计 算 机 辅 助 制 造 ) 、 M R P ( 制 造 资 源 计 划 ) 等 自 动 化 技 术 发 展 的 继 续 和 在 更 高 水 平 上 的 集 成 。CI M 这 个 概 念 的 产 生 反 应 了 人 们 对 “制 造 ”有 了 更 深 刻 的 认 识 。 通 常 , 人 们 仅 仅 把 工 艺 规 划 、 库 存 控 制 、 生 产 及 维 护 这 些 活 动 称 为 制 造 ,

15、如 图 1 .1 所 图 1.1 制 造 企 业 的 组 织 结 构示 。 但 实 际 上 这 是 一 种 狭 义 的 理 解 。 从 广 义 上 看 , 制 造 应 包 括 对 产 品 需 求 的 察 觉 , 产 品 概 念 的 形 成 、 设 计 、 开 发 、 生 产 、 销 售 , 以 及 对 用 户 在 使 用 产 品 过 程 中 的 服 务 等 一 切 活 动 。 亦 即 , 制 造 包 括 了 图 1.2 所 示 的 产 品 生 命 周 期 中 的 全 部 活 动 。 另 一 方 面 , 过 去 人 们 仅 仅 把 制 造 看 作 是 一 个 物 料 转 换 的 过 程 , 即

16、由 原 材 料 经 过 加 工 、 装 配 , 最 终 变 成 一 个 产 品 。 但 实 际 上 , 制 造 是 一 个 复 杂 的 信 息 变 换 过 程 , 在 制 造 中 进 行 的 一 切 活 动 都 是 信 息 处 理 连 续 统 一 的 一 部 分 。CI MS 则 是 在 CIM 这 个 新 概 念 指 导 下 建 立 的 制 造 系 统 , 具 体 地 说 , 它 是 在 信 息 技 术 、 自 动 化 技 术 与 制 造 技 术 的 基 础 上 , 通 过 计 算 机 及 其 软 件 把 制 造 过 程 中 各 种 分 散 的 自 动 化系 统 有 机 地 集 成 起 来

17、, 以 形 成 适 用 于 多 品 种 、 中 小 批 量 生 产 并 能 实 现 总 体 高 效 益 的 智 能 制 造 系 统 。3图 1.2 产 品 的 生 命 周 期由 此 可 见 , CIM S 的 主 要 特 征 是 集 成 化 与 智 能 化 。 集 成 化 反 映 了 自 动 化 的 广 度 , 把 系 统 空 间 扩 展 到 市 场 、 设 计 、 加 工 、 检 验 、 销 售 及 用 户 服 务 等 全 部 过 程 ; 而 智 能 化 则 体 现 了 自 动 化 的 深 度 , 即 不 仅 涉 及 物 质 流 控 制 的 传 统 的 体 力 劳 动 自 动 化 , 还 包

18、 括 了 信 息 流 控 制 的 脑 力 劳 动 自 动 化 。总 之 , CIM 是 组 织 、 管 理 生 产 的 一 种 哲 理 、 思 想 与 方 法 , 而 CI M S 则 是 这 种 思 想 的 具 体 实 现 。 当 然 “实 现 ”不 会 是 千 篇 一 律 的 一 种 模 式 , 各 国 乃 至 各 个 企 业 均 应 根 据 自 己 的 需 求 与 特 点 来 发 展 自 己 的 CIM S。1.1.2 CI M 与 CIM S 的 定 义根 据 上 述 分 析 , 我 们 可 以 将 CI M 定 义 为 “CI M 是 一 种 组 织 、 管 理 与 运 行 企 业

19、生 产 的 新 哲 理 , 它 借 助 计 算 机 硬 软 件 , 综 合 运 用 现 代 化 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 与 物 流 有 机 地 集 成 并 优 化 运 行 , 以 实 现 产 品 高 质 、 低 耗 、 上 市 快 , 从 而 使 企 业 赢 得 市 场 竞 争 ”。对 上 述 定 义 可 进 一 步 阐 述 如 下 :( 1) CI M 是 一 种 组 织 、 管 理 与 运

20、 行 企 业 生 产 的 哲 理 , 其 宗 旨 是 使 企 业 的 产 品 高 质 量 、 低 成 本 、 上 市 快 , 从 而 使 企 业 赢 得 竞 争 。( 2) 企 业 生 产 的 各 个 环 节 , 即 市 场 分 析 、 经 营 决 策 、 管 理 、 产 品 设 计 、 工 艺 规 划 、 加 工 制 造 、 销 售 、 售 后 服 务 等 全 部 活 动 过 程 是 一 个 不 可 分 割 的 有 机 整 体 , 要 从 系 统 的 观 点 进 行 协 调 , 进 而 实 现 全 局 优 化 。( 3) 企 业 生 产 的 要 素 包 括 人 、 技 术 及 经 营 管 理

21、 。 其 中 , 尤 其 要 继 续 重 视 发 挥 人 在 现 代 化 企 业 生 产 中 的 主 导 作 用 。( 4) 企 业 生 产 活 动 包 括 信 息 流 ( 采 集 、 传 递 和 加 工 处 理 ) 及 物 流 两 大 部 分 。 现 代 企 业 中 尤 其 要 重 视 信 息 流 的 管 理 运 行 及 信 息 流 与 物 流 间 的 集 成 。( 5) CIM 技 术 是 基 于 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4的 一 门 综 合 性 技 术 。 具 体 地 讲 , 它 综 合 并 发 展

22、 了 与 企 业 生 产 各 环 节 有 关 的 计 算 机 辅 助 技术 , 即 计 算 机 辅 助 经 营 管 理 与 决 策 技 术 ( M I S、 OA 、 M R P) , 计 算 机 辅 助 分 析 与 设 计 技 术 ( CAD、 CAE 、 CA PP 、 CA M ) , 计 算 机 辅 助 制 造 技 术 ( DNC、 CN C、 工 业 机 器 人 、 FM C、 F M S) , 计 算 机 辅 助 信 息 集 成 技 术 ( 网 络 、 数 据 库 、 标 准 化 、 CA SE 、 AI ) , 计 算 机 辅 助 建 模 、 仿 真 、 实 验 技 术 , 计

23、算 机 辅 助 质 量 管 理 与 控 制 等 。CI MS 是 基 于 CI M 哲 理 而 组 成 的 系 统 , 在 本 书 中 它 的 定 义 为 :“CIM S 是 通 过 计 算 机硬 软 件 , 并 综 合 运 用 现 代 化 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 3 要 素 及 其 信 息 流 与 物 流 有 机 集 成 并 优 化 运 行 的 复 杂 的 大 系 统 。 ”由 上 述 定 义 可 知 , CI MS 的

24、 内 容 是 建 立 在 “企 业 整 体 ”与 “信 息 流 ”这 两 个 最 基 本 的 观点 上 的 。概 括 地 讲 , CIM 就 是 以 企 业 的 全 部 经 营 活 动 作 为 一 个 整 体 , 对 企 业 内 部 的 各 种 信 息进 行 加 工 处 理 , 借 助 信 息 处 理 工 具 “计 算 机 ”进 行 “集 成 化 ”的 制 造 、 生 产 和 管 理 “计 算 机 集 成 制 造 ”一 词 中 的 “计 算 机 ”仅 是 一 个 工 具 而 已 ,“制 造 ”是 目 的 , 而 “集 成 ”则 是 CI M 区 别 于 其 它 生 产 方 式 的 关 键 所

25、在 , 它 是 将 计 算 机 与 制 造 生 产 联 接 在 一 起 的 关 键 , 是 这 种 生 产 方 式 的 核 心 。1.1.3 CI MS 的 核 心 是 集 成CI MS 的 核 心 是 “集 成 ”, 这 包 括 : 企 业 各 种 经 营 活 动 的 集 成 、 企 业 各 个 生 产 系 统 与 环 节 的 集 成 、 各 种 生 产 技 术 的 集 成 、 企 业 部 门 组 织 间 的 集 成 和 各 类 人 员 之 间 的 集 成 。其 实 ,“集 成 ”化 生 产 的 概 念 在 制 造 业 中 由 来 已 久 , 人 们 一 直 在 进 行 研 究 , 限 于

26、当 时 的 条 件 与 基 础 , 人 们 不 可 能 提 出 一 个 适 当 的 解 决 方 法 。 在 计 算 机 出 现 并 得 到 广 泛 使 用 后 的 今 天 , 人 们 才 终 于 找 到 了 CI M S 这 一 先 进 的 制 造 技 术 及 由 此 而 带 来 的 生 产 方 式 。从 “集 成 ”的 角 度 出 发 , 我 们 可 将 CIM S 分 为 3 个 阶 段 : 信 息 集 成 、 过 程 集 成 和 企 业 集 成 , 如 图 1.3 所 示 。图 1 .3 CIM S 的 3 个 阶 段需 要 指 出 的 是 : 本 书 将 以 CI M S 的 第 1

27、阶 段 信 息 集 成 作 为 讨 论 的 重 点 , 为 了 叙 述 上 的 方 便 , 本 书 除 特 别 指 明 外 , 凡 涉 及 CIM S 的 地 方 均 指 CIM S 发 展 的 第 1 阶 段 , 即 信 息 集 成 。51.1.4 有 关 CI M S 的 主 要 争 议一 直 到 今 天 , CI M S 在 制 造 业 中 仍 然 存 在 讨 论 和 争 议 , 这 些 问 题 本 身 反 映 了 人 们 对 CI MS 实 质 理 解 的 差 异 。 如 果 我 们 把 增 强 企 业 参 与 市 场 竞 争 作 为 CIM S 的 目 标 , 那 么 就 不 难 对

28、 CIM S 作 出 正 确 的 理 解 , 并 有 机 地 将 CI M S 与 企 业 的 发 展 计 划 联 系 在 一 起 。CI MS 的 主 要 争 议 有 两 点 : 其 一 , CI M S 是 不 是 全 盘 自 动 化 ? 其 二 , 制 造 企 业 是 否 一 定 要 搞 CIM S? 下 面 我 们 对 上 述 两 个 争 议 作 一 简 要 讨 论 。从 前 面 的 定 义 可 知 , CIM S 是 实 现 CI M 思 想 的 客 观 存 在 , 它 是 按 CIM 概 念 根 据 不 同的 应 用 领 域 和 场 合 所 形 成 的 实 际 物 理 系 统 与

29、具 体 技 术 综 合 体 。对 于 企 业 来 讲 , 重 要 的 不 是 拥 有 CIM S, 而 是 CIM 思 想 。 由 于 技 术 的 发 展 , 一 个 CIM S 应 是 开 放 并 可 发 展 的 。 如 果 企 业 建 成 了 CI MS, 而 不 再 按 照 CIM 的 观 点 继 续 发 展 或 者 没有 具 备 使 其 进 一 步 发 展 的 能 力 ( 如 人 和 企 业 文 化 ) , 则 任 何 先 进 的 东 西 都 将 随 着 时 间 的 流逝 而 落 后 。在 CIM S 的 发 展 过 程 中 有 两 种 截 然 不 同 的 极 端 观 点 : 一 种

30、是 片 面 追 求 企 业 的 全 盘 自动 化 , 而 另 一 种 是 全 盘 否 定 CIM S。 前 者 是 不 顾 实 际 情 况 与 需 求 , 盲 目 追 求 “自 动 化 ”, 尤 其 是 底 层 制 造 系 统 的 高 度 自 动 化 , 一 次 性 投 资 巨 大 , 在 短 时 间 内 很 难 收 回 投 资 , 在 企 业 经 营不 善 的 情 况 下 , 很 容 易 背 上 包 袱 。 很 多 不 成 功 的 CI M S 案 例 都 与 此 有 关 , 这 也 自 然 导 致 了 另 一 个 错 误 观 点 , 即 盲 目 地 拒 绝 CIM S 技 术 。 由 于

31、人 们 在 CIM S 实 践 初 期 会 遇 到 任 何 一 种 新 技 术 推 广 应 用 都 会 遇 到 的 问 题 , 使 得 人 们 认 真 地 对 CIM S 技 术 及 其 应 用 进 行 了 思 考 。 有 些 人 被 表 面 现 象 所 迷 惑 , 没 能 注 意 到 CI M S 的 实 质 “信 息 集 成 ”, 从 而 得 出 了 CIM S 不 适 合 中 国 企 业 发 展 的 结 论 。 这 一 观 点 使 得 人 们 仍 然 在 重 复 着 过 去 的 老 路 , 即 在 没 有 总 体 规 划 的 指 导 下 进 行 单 元 自 动 化 技 术 的 应 用 ,

32、 造 成 越 来 越 多 的 “自 动 化 孤 岛 ”, 并 给 最 终 集 成 造 成 更 大 的 障 碍 。对 CIM S 的 正 确 认 识 应 该 是 抓 住 CIM S 的 实 质 , 即 “信 息 集 成 ”, 不 盲 目 追 求 高 度 的 自 动 化 。 要 首 先 强 调 人 在 企 业 中 的 作 用 , 这 种 作 用 在 CIM S 的 建 立 和 运 行 中 都 比 以 往 更 为 重 要 。 其 次 在 应 用 过 程 中 一 定 要 以 “效 益 驱 动 ”进 行 总 体 规 划 和 总 体 设 计 , 根 据 “资 源 ”情 况 , 分 阶 段 分 步 骤 地

33、实 施 , 并 重 点 突 破 。一 个 企 业 如 果 要 在 市 场 上 长 期 占 有 一 定 的 份 额 , 就 一 定 要 使 自 己 拥 有 产 品 的 开 发 与发 展 的 能 力 。 不 仅 如 此 , 还 应 在 企 业 的 多 个 方 面 形 成 与 之 配 套 的 企 业 文 化 和 生 产 环 境 。 要做 到 这 一 点 , 企 业 就 一 定 会 涉 及 CI M S 所 要 解 决 的 问 题 。CI MS 是 企 业 发 展 的 必 然 阶 段 , 它 是 制 造 业 在 信 息 社 会 中 的 发 展 模 式 。 因 此 对 于 企 业 决 策 者 来 讲 不

34、 是 “要 不 要 CI M S”的 问 题 , 而 是 如 何 面 对 CIM S 给 企 业 带 来 的 机 遇 与 挑 战 。 从 目 前 信 息 技 术 与 制 造 业 自 身 的 发 展 看 , 企 业 实 施 CI M S 已 有 了 充 足 的 技 术 支 持 , 但 通 常 不 是 技 术 问 题 , 而 是 人 的 素 质 与 企 业 文 化 对 CI M S 的 决 策 、 实 施 与 运 行 产 生 着 决 定 的 影 响 。 要 实 施 CI M S, 必 要 的 宣 传 与 培 训 是 至 关 重 要 的 , 它 们 是 CIM S 工 程 的 一 个 重 要 组 成

35、 部 分 。 从 这 个 意 义 上 讲 , 企 业 应 尽 早 进 行 这 方 面 的 宣 传 与 培 训 。 在 认 识 到 了 CIM S 的 重 要 性 并 明 确 了 企 业 的 需 求 后 , 企 业 的 决 策 者 们 会 越 来 越 深 刻 地 体 会 到 CIM S 的 紧 迫 性 与必 要 性 。61.2 CI M S 的 发 展1.2.1 CI MS 的 发 展 过 程CIM S 的 发 展 可 以 追 溯 到 1952 年 第 一 台 数 控 机 床 ( N C) 的 诞 生 , 这 就 是 计 算 机 辅 助制 造 ( CAM ) 的 开 始 。 随 着 计 算 机

36、技 术 的 发 展 及 加 工 复 杂 零 件 的 需 要 , 又 出 现 了 自 动 编 程 处 理 及 计 算 机 数 控 ( CN C) , 到 70 年 代 末 又 出 现 了 柔 性 制 造 系 统 ( FM S) , 它 包 括 制 造 加 工过 程 中 的 加 工 、 物 料 储 运 、 刀 具 管 理 等 功 能 及 其 集 成 。60 年 代 , 为 了 设 计 飞 机 等 复 杂 产 品 , 产 生 了 CAD, 但 是 由 于 CAD 对 计 算 机 硬 件 及 软 件 有 较 高 的 要 求 , 因 此 一 直 到 70 年 代 才 进 入 实 用 阶 段 。 现 在

37、的 CA D 不 仅 可 编 制 二 维 及三 维 图 形 , 而 且 可 以 完 成 产 品 设 计 、 运 动 学 及 动 力 学 仿 真 以 及 材 料 分 析 等 功 能 。为 了 将 CAD 与 CA M 集 成 为 一 个 完 整 的 系 统 , 即 希 望 在 CA D 作 出 设 计 后 , 立 即 由 计 算 机 辅 助 工 艺 师 制 定 出 工 艺 计 划 , 然 后 自 动 形 成 NC 代 码 , 并 由 FM S 完 成 产 品 的 制 造 , 因 此 产 生 了 计 算 机 辅 助 工 艺 计 划 ( CA PP ) 。 最 初 CA PP 采 用 派 生 法 (

38、 V ar iant M ethod) , 现 在 已 逐 步 发 展 为 创 成 法 ( Gener at ive M et hod) 。计 算 机 辅 助 生 产 管 理 ( CA PM ) 从 50 年 代 后 期 就 开 始 在 制 造 业 中 获 得 了 应 用 , 到 了 70 年 代 末 , 逐 步 发 展 为 制 造 资 源 计 划 ( M R P ) , 它 包 括 物 料 管 理 及 生 产 管 理 两 大 部 分 。 近 年 来 , CAP M 又 进 一 步 发 展 为 计 算 机 辅 助 生 产 计 划 与 控 制 , 这 不 仅 包 括 制 造 资 源 计 划 ,

39、而 且 包 括 调 度 及 控 制 。总 之 , 随 着 计 算 机 的 普 遍 应 用 , 在 制 造 企 业 中 出 现 了 许 多 自 动 化 系 统 , 如 由 加 工 中 心 、 机 器 人 以 及 物 料 储 运 系 统 集 成 为 FM S, CA D 和 CA M 通 过 CAPP 集 成 为 CAD/ CA M 系 统 。 实 践 证 明 , 计 算 机 的 应 用 及 系 统 集 成 为 制 造 业 创 造 了 巨 大 效 益 , 因 而 促 使 人 们 向 新 的 高 度 进 行 探 索 , 即 用 大 系 统 的 概 念 , 把 部 门 内 部 以 至 部 门 之 间

40、孤 立 的 、 局 部 的 自 动 化 岛 在 新 的 管 理 模 式 及 制 造 工 艺 的 指 导 下 综 合 应 用 优 化 理 论 、 信 息 技 术 , 通 过 计 算 机 网 络 及 分 布 式 数 据 管 理 系 统 有 机 地 “集 成 ”起 来 , 构 成 一 个 完 整 的 系 统 , 以 达 到 企 业 的 最 高 目 标 效 益 。由 此 可 见 , 计 算 机 的 普 遍 应 用 构 成 了 CIM S 发 展 的 基 础 , 另 一 方 面 , 市 场 的 竞 争 又 促进 了 CIM S 的 发 展 。当 今 世 界 市 场 呈 现 为 动 态 多 变 的 性 质

41、 , 即 产 品 种 类 增 多 , 交 货 时 间 缩 短 , 产 品 更 新 换代 加 速 , 因 而 企 业 之 间 竞 争 日 渐 剧 烈 , 要 求 不 断 改 进 生 产 管 理 方 式 , 缩 短 产 品 开 发 周 期 , 提 高 产 品 质 量 , 降 低 成 本 。 只 采 用 高 性 能 的 机 器 / 设 备 、 技 术 熟 练 的 操 作 人 员 及 传 统 的 自 动 化 方 法 是 不 足 以 应 付 这 一 挑 战 的 , 必 须 走 CI M 的 道 路 。1.2.2 国 外 发 展 CI M 的 策 略 及 进 展从 工 业 发 达 国 家 积 极 制 定

42、并 实 施 CI M 发 展 战 略 的 情 况 以 及 美 国 未 来 技 术 预 测 公 司( Fut ur e T ech nology Sur veys Inc. ) 对 CI M 市 场 的 调 查 与 预 测 可 看 出 CIM 的 发 展 概 况 。1. 工 业 发 达 国 家 积 极 制 定 并 实 施 CI M 发 展 战 略著 名 的 发 展 战 略 计 划 包 括 美 国 国 防 部 的 “计 算 机 辅 助 后 勤 支 援 ( CA LS) 计 划 ”, 美 国空 军 及 美 国 陆 军 器 材 局 的 CIM 计 划 , 美 国 国 家 标 准 技 术 研 究 院 的

43、 自 动 化 制 造 研 究 基 地7( AM R F) 计 划 , 欧 洲 共 同 体 欧 洲 信 息 技 术 研 究 发 展 战 略 计 划 ( E SPR IT ) 中 的 计 算 机 集 成制 造 工 程 ( CIM E ) 计 划 , 日 本 的 应 用 激 光 技 术 的 高 效 综 合 生 产 系 统 项 目 及 “智 能 制 造 系 统 ”( I M S) 计 划 等 。目 前 , 国 外 已 建 成 了 一 批 研 究 基 地 , 形 成 了 一 批 以 大 学 、 研 究 所 为 核 心 的 研 究 队 伍 , 实现 了 一 批 不 同 行 业 、 不 同 规 模 的 CI

44、 M S 工 厂 / 局 部 CIM S 工 厂 。2. CI M 产 业 的 发 展CI M 产 业 包 括 CIM 有 关 的 单 元 及 集 成 技 术 / 产 品 。 美 国 未 来 技 术 预 测 公 司 对 CI M 市场 的 调 查 与 预 测 如 表 1.1 所 示 。表 1.1 CIM 市 场 调 查 与 预 测市 场美 元 )年 份1989 1990 1991 1992 1993M A P 网 39 43 47 52 57光 纤 网 22 27 32 38 46CA D/ CA M 7200 8600 10400 12400 14900系 统 集 成 6200 7800 9

45、800 12200 15300工 业 机 器 人 460 529 608 700 850机 器 视 觉 275 302 333 366 403制 造 软 件 2400 2900 3500 4100 500管 理 软 件( MRP 等 ) 385 443 509 586 674仿 真 软 件 44 55 68 85 107可 编 程 控 制 器 805 926 1065 1224 1408个 人 计 算 机 335 468 586 732 916专 家 系 统 650 845 1098 1428 1856水 喷 切 割 系 统 121 133 146 161 1771.2.3 我 国 发 展 C

46、I M S 的 策 略 与 步 骤遵 照 小 平 同 志 对 我 国 高 技 术 的 指 示 :“发 展 高 技 术 , 实 现 产 业 化 ”, 自 动 化 领 域 CIM S 主 题 专 家 组 在 国 家 科 委 的 领 导 下 经 过 多 次 讨 论 , 对 我 国 发 展 CI M S 提 出 了 以 下 发 展 策 略 : 根 据 中 国 制 造 业 发 展 的 需 求 , 首 先 建 立 CIM S 工 程 研 究 中 心 以 及 相 应 的 单 元 技 术 实 验 基地 , 进 行 CIM S 关 键 技 术 的 研 究 。 同 时 选 择 有 条 件 有 需 求 的 若 干

47、个 工 厂 进 行 CIM S 的 应 用 , 并 使 之 取 得 经 济 与 社 会 效 益 。 在 上 述 基 础 上 再 逐 步 推 广 并 实 现 产 业 化 。为 此 , CIM S 在 我 国 的 发 展 基 本 上 可 分 为 以 下 4 步 :( 1) 建 立 CI M S 工 程 研 究 中 心 , 摸 索 在 我 国 实 现 CIM S 的 技 术 路 线 及 方 法 , 初 步 形 成8集 成 制 造 的 实 验 环 境 , 着 重 解 决 总 体 集 成 的 关 键 技 术 , 并 培 养 一 支 能 承 担 集 成 系 统 设 计 的 技 术 队 伍 ( 1988 1

48、992 年 ) 。( 2) 围 绕 CI M S 的 单 元 关 键 技 术 建 立 一 批 国 家 级 实 验 基 地 , 形 成 研 究 开 发 环 境 ( 1990 1993 年 ) 。( 3) 选 择 并 支 持 若 干 个 重 点 应 用 工 厂 , 逐 步 实 现 从 该 工 厂 需 求 出 发 而 提 出 的 CIM S计 划 ( 1990 1995 年 ) 。( 4) 逐 步 推 广 CI M S, 并 形 成 我 国 的 CIM S 产 业 ( 1994 2000 年 ) 。经 过 近 十 年 的 努 力 , CIM S 在 我 国 已 有 了 迅 速 的 发 展 , 并 取

49、 得 了 十 分 突 出 的 成 果 , 具 体 表 现 在 以 下 几 方 面 :( 1) 建 立 了 一 批 研 究 基 地 , 并 且 已 经 掌 握 了 实 现 CIM S 的 关 键 技 术 , 因 此 , 建 立 在 清华 大 学 的 国 家 CIM S 工 程 研 究 中 心 1994 年 获 美 国 SM E ( 制 造 工 程 师 协 会 ) 颁 发 的 CIM S 大 学 领 先 奖 。( 2) 已 有 几 十 个 工 厂 应 用 了 CI M S, 并 已 取 得 明 显 效 果 , 其 中 比 较 突 出 的 有 成 都 飞 机工 业 公 司 、 沈 阳 鼓 风 机 厂 、 北 京 第 一 机 床 厂 等 。 北 京 第 一 机 床 厂 还 获 得 了 美 国 SM E 颁 发 的 1995 年 CI M S 工 业 领 先 奖 。( 3) 由 于 将 推 广 应 用 CI M S 与 企 业 技 术 改 造 相 结 合 , 国 内 已 有 近 五 十 家 工 厂 制 定 了应 用 CIM S 的 战 略 计 划 , 并 已 开 始 实 施 。( 4) CI MS 产 业 在 国 内 也