1、摘要:詳細(xì)闡述了計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的功能構(gòu)成、體系分系統(tǒng)、遞階梯控制體系以及我國計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并展望21世紀(jì)計算機(jī)集成制造技術(shù)的發(fā)展前景。 信息技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展推動了制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷變革，促進(jìn)了生產(chǎn)過程自動化水平進(jìn)一步提高。企業(yè)自動化也由“點”(單機(jī)自動化)到“線”(由多種自動化設(shè)備組成的生產(chǎn)線)，再由“線”發(fā)展到“面”(引入柔性制造系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)全部作業(yè)流程的自動化)，進(jìn)而由“面”向“立體”(企業(yè)全部生產(chǎn)系統(tǒng)和企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)實現(xiàn)綜合自動化)的方向發(fā)展，以期實現(xiàn)企業(yè)全部業(yè)務(wù)的一元化、集成化和高效化。計算機(jī)集成制造(CIM)技術(shù)正是制造業(yè)實現(xiàn)這一愿望的技術(shù)途徑。計算機(jī)集成

2、制造系統(tǒng)(CIMS)是當(dāng)代生產(chǎn)自動化領(lǐng)域的前沿學(xué)科，也是集中多種高新技術(shù)為一體的現(xiàn)代化制造技術(shù)。1 CIMS的體系結(jié)構(gòu)1. CIMS體系功能構(gòu)成 CIMS是現(xiàn)代制造企業(yè)的一種生產(chǎn)、經(jīng)營和管理模式。它以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)將制造企業(yè)的經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、銷售及服務(wù)等全部生產(chǎn)活動集成起來，實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，達(dá)到實現(xiàn)企業(yè)全局優(yōu)化、提高企業(yè)綜合效益和提高市場競爭能力的目的。因此，CIMS的組成包含三個要素，即人/機(jī)構(gòu)、經(jīng)營與技術(shù)。在三要素的相交部分需要解決四類集成問題: a. 使用技術(shù)以支持經(jīng)營： b. 使用技術(shù)以支持人員工作和組織機(jī)構(gòu)的運(yùn)行：

3、c. 人員/機(jī)構(gòu)設(shè)置協(xié)調(diào)工作以支持經(jīng)營活動： d. 統(tǒng)一管理實現(xiàn)經(jīng)營、人員、技術(shù)的集成優(yōu)化運(yùn)行。從系統(tǒng)總體功能方面分析，CIMS的功能構(gòu)成 。2. CIMS體系分系統(tǒng) CIMS是由4個功能分系統(tǒng)以及2個支撐分系統(tǒng)等6個部分有機(jī)地集成起來的。 a. 管理信息分系統(tǒng)(CIMS/MIS) 它是CIMS的上層管理系統(tǒng)，它不僅需要根據(jù)廠情、國情和國際市場的需求信息作出生產(chǎn)決策、確定生產(chǎn)計劃和估算產(chǎn)品成本和生產(chǎn)效益，而且需要做出物料、能源、設(shè)備、人員的計劃安排，保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。CIMS/MIS 的基本結(jié)構(gòu) 。 b. 工程設(shè)計集成分系統(tǒng)(CIMS/EDIS) 此分系統(tǒng)的目標(biāo)是使產(chǎn)品開發(fā)活動能夠高效、優(yōu)質(zhì)

4、、自動地進(jìn)行。它在CIMS系統(tǒng)信息流程中的位置。 c. 制造自動化分系統(tǒng)(CIMS/MAS) 該分系統(tǒng)的目標(biāo)是使產(chǎn)品制造活動最優(yōu)化。在CIMS環(huán)境中:，MAS分系統(tǒng)運(yùn)行過程的本質(zhì)是產(chǎn)品的物化(形成) 過程:MAS 中的數(shù)據(jù)是連接產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)過程控制和實際產(chǎn)品加工制造之間的橋梁，即CIMS中的產(chǎn)品設(shè)計方案和工藝規(guī)劃等工程信息是通過MAS 信息轉(zhuǎn)換為實際產(chǎn)品的。 d. 計算機(jī)輔助質(zhì)量保證分系統(tǒng)(CIMS/CAQ) 這是一個保證產(chǎn)品質(zhì)量的全企業(yè)范圍內(nèi)系統(tǒng)。該分系統(tǒng)的目標(biāo)是保證從產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢驗到售后服務(wù)整個過程的質(zhì)量。CIMS/CAQ的組織結(jié)構(gòu)分為規(guī)劃層、管理層和執(zhí)行層。 e. 數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)

5、(CIMS/DBS) 該分系統(tǒng)的目標(biāo)是管理整個CIMS的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和共享。CIMS環(huán)境下的4個功能分系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)都要在一個結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進(jìn)行存貯，并通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的系統(tǒng)互通能力，將不同分系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，達(dá)到信息交換和共享的目的。 f. 網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)(CIMS/DBS) 該分系統(tǒng)的目標(biāo)是傳遞CIMS各個分系統(tǒng)之間和內(nèi)部的信息，實現(xiàn)CIMS的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)通信功能。只有通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，才能完成動態(tài)控制和管理的各功能分系統(tǒng)的互聯(lián)，實現(xiàn)信息傳輸和交流，使互聯(lián)系統(tǒng)共享工程資源，數(shù)據(jù)庫和存貯空間。一般企業(yè)常見的CIMS的4層結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)流關(guān)系。3. CIMS的遞階梯控制體

6、系 由于CIMS的功能和控制要求十分復(fù)雜，采用常規(guī)控制系統(tǒng)很難實現(xiàn)。前美國國家標(biāo)準(zhǔn)局提出了著名的五級遞階梯控制模型，這五級分別是:工廠層、車間層、單元層、工作站層和設(shè)備層。 a. 工廠層控制系統(tǒng) 這是最高一級控制，履行“廠部”職能。完成的功能包括市場預(yù)測、制定生產(chǎn)計劃、確定生產(chǎn)資源需求、制定資源規(guī)劃、制定產(chǎn)品開發(fā)及工藝過程規(guī)劃、廠級經(jīng)營管理。 b. 車間層控制系統(tǒng) 這一層控制系統(tǒng)主要根據(jù)工廠層生產(chǎn)計劃，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)車間的生產(chǎn)和輔助性工作以及這些工作的資源配制，車間層控制主要有兩個模塊:作業(yè)管理、資源分配。 c. 單元層控制系統(tǒng) 這一層控制系統(tǒng)安排零件通過工作站的分批順序和管理物料貯運(yùn)、檢驗及其它有

7、關(guān)輔助性工作。具體工作內(nèi)容是完成任務(wù)分解、資源需求分析。 d. 工作站層控制系統(tǒng) 這一層主要負(fù)責(zé)指揮和協(xié)調(diào)車間中一個設(shè)備小組的活動。一個典型的加工工作站由一臺機(jī)器人、一臺機(jī)床、一個物料貯運(yùn)器和一臺控制計算機(jī)組成，它負(fù)責(zé)處理由物料貯運(yùn)系統(tǒng)送來的零件托盤，工件調(diào)整控制、工件夾緊、切削加工、切屑清除、加工檢驗、拆卸工件以及清理工作等設(shè)備級各子系統(tǒng)。 e. 設(shè)備控制系統(tǒng) 這一層是“前沿”系統(tǒng)，是各種設(shè)備的控制器。采用這種設(shè)備控制裝置，是為了擴(kuò)大現(xiàn)有設(shè)備的功能，并使它們符合標(biāo)準(zhǔn)部門規(guī)定的控制和檢測計量方法。2 我國的CIMS發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)入20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年大工業(yè)生產(chǎn)的積累，人們的基本物質(zhì)

8、需要得到了相對滿足。為了適應(yīng)人們?nèi)找娑鄻踊男枨螅袌龈偁幙涨凹ち?。市場競爭和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，引起了企業(yè)對CIM的強(qiáng)烈需求。由于CIM 對廣大制造業(yè)企業(yè)的生存和發(fā)展具有戰(zhàn)略意義，而制造業(yè)對一個國家的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的作用，因而工業(yè)發(fā)達(dá)國家先后對CIM 的發(fā)展給予了很大關(guān)注，制訂了長期發(fā)展規(guī)劃，并采取切實有效的措施推進(jìn)其在眾多企業(yè)中的應(yīng)用。 我國從1986年開始實施“高技術(shù)研究和發(fā)展計劃(即863計劃)”，CIMS是其中的一個主題。863/CIMS的任務(wù)是促進(jìn)我國CIMS的發(fā)展和應(yīng)用。 1994年，清華大學(xué)國家CIMS工程研究中心獲得了美國SME( 制造工程師學(xué)會)的CIMS“ 大學(xué)領(lǐng)

9、先獎”，這標(biāo)志著我國CIMS的研究水平進(jìn)入了國際先進(jìn)行列。 1995年，北京第一機(jī)床廠榮獲SME 的CIMS“世界工業(yè)領(lǐng)先獎”，這標(biāo)志著我國一些試點企業(yè)的CIMS的應(yīng)用達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。 目前，我國的CIM 技術(shù)在發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地拓寬。CIMS的進(jìn)一步試點推廣應(yīng)用已擴(kuò)展到機(jī)械、電子、航空、航天、輕工、紡織、石油化工、冶金、通信、煤炭等行業(yè)的60多家企業(yè)。我國863/CIMS研究已形成了一個健全的組織和一支研究隊伍，實現(xiàn)了我國CIMS研究和開發(fā)的基本框架，建立了研究環(huán)境和工程環(huán)境，包括國家CIMS實驗工程研究中心和七個單元技術(shù)開放實驗室:集成化產(chǎn)品設(shè)計自動化實驗室、集成化工藝設(shè)計自動化

10、實驗室、柔性制造工程實驗室、集成化管理與決策信息系統(tǒng)實驗室、集成化質(zhì)量控制實驗室、CIMS計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實驗室、CIMS系統(tǒng)理論方法實驗室。在完成了一大批課題研究工作的基礎(chǔ)上，陸續(xù)選定了一批CIMS典型應(yīng)用工廠作為利用CIMS推動企業(yè)技術(shù)改造的示范點，其中包括成都飛機(jī)工業(yè)公司、沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠、上海二紡機(jī)股份有限公司、北京第一機(jī)床廠、鄭州紡織機(jī)械廠、東風(fēng)汽車公司、廣東華寶空調(diào)器廠、中國服裝研究設(shè)計中心(集團(tuán))等。 3 市場前景展望CIMS作為新型的生產(chǎn)模式，其本身也處于不斷的發(fā)展更新之中，各種有關(guān)的新概念、新思想不斷提出，也易于融合其它領(lǐng)域的有益成份。并且CIMS有著非常強(qiáng)

11、的應(yīng)用背景，制造業(yè)實際的變化和需要也會推動CIMS的研究和發(fā)展。因此，人們圍繞CIMS的總目標(biāo)，將并行工程、精良生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造、虛擬制造以及全球制造等許多新概念、新思想、新技術(shù)、新方法引入到CIMS，這些新概念(模式)都有其自身特有的生產(chǎn)過程組織形式，并與特定的生產(chǎn)管理方法相聯(lián)系，形成技術(shù)、組織管理和人的全面集成。這些現(xiàn)代模式的提出和研究推動了CIMS的研究和發(fā)展，使制造業(yè)展現(xiàn)出前所未有的新的發(fā)展局面。 CIMS在我國正得到各行各業(yè)越來越多的關(guān)注和投入。1986年863/CIMS剛啟動時，人們認(rèn)為“CIMS離我們還很遙遠(yuǎn)”。1989年一些大中型骨干企業(yè)出于企業(yè)發(fā)展的需要，要求實施CIMS工程，這時人們感到“CIMS正向我們走來”。我國的CIMS研究工作，已經(jīng)從實驗示范階段走向了實際應(yīng)用階段，不少企業(yè)想通過應(yīng)用CIMS來取得更大的效益，有了這樣的需求驅(qū)動，CIMS這一高技術(shù)必將取得持久的發(fā)展。 按照我國企業(yè)對CIMS的需要，以及CIMS本身發(fā)展的規(guī)律，應(yīng)用工程將由飛機(jī)、機(jī)床、大型鼓風(fēng)機(jī)、紡織機(jī)、汽車、家電和服裝等行業(yè)擴(kuò)展到鋼鐵、化工等流程工業(yè)中去。 我國“863計劃”主題之一CIMS的研究和開發(fā)進(jìn)程證明:CIMS是現(xiàn)代制造