发展及趋势

一、CIMS的基本概念

计算机集成制造系统 (Computer Integrated Making System)，简称CIMS，又称计算机综合制造系统，就是将各个单项信息处理和制造企业管理信息系统技术集成在一起，将产品生命周期中所有的有关功能，包括设计、制造、管理、市场等的信息处理全部予以集成。在这个系统中，集成化的全局效应更为明显。在产品生命周期中，各项作业都已有了其相应的计算机辅助系统，如计算机辅助设计 (CAD)、计算机辅助制造 (CAM)、计算机辅助工艺规划 (CAPP)、计算机辅助测试 (CAT)、计算机辅助质量控制 (CAQ) 等。

CIMS其关键是建立统一的全局产品数据模型和数据管理及共享机制，以保证正确的信息在正确的时刻以正确的方式传到所需的地方。即通过计算机技术、数据库技术、网络通信技术等软硬件技术，把企业生产过程中生产制造、经营管理、售后服务等环节联系在一起，构成了一个能适应市场需求变化和生产环境变化的大系统。

每个企业所追求的目标就是缩短产品设计时间，降低产品的成本和价格，改善产品的质量和服务质量以提高产品在市场的竞争力。单纯地追求每一单项技术上的最优化是不能够达到的。计算机集成制造系统的进一步发展方向是支持“并行工程”，即力图使那些为产品生命周期各阶段服务的专家尽早地并行工作，从而使全局优化并缩短产品开发周期。CIMS不仅仅把技术系统和经营生产系统集成在一起，而且人的思想、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。

CIMS作为一种生产管理系统，不同的企业环境有不同的运作方式，市场上没有具体的、现成的产品，也没有严格的分类标准。为了分析问题的方便性，我们从生产工艺方面把CIMS大致分为三种。

1. 离散型制造业CIMS

离散型制造业CIMS的特点是加工生产过程不是连续的，而实现先加工单个零件，然后再将单个零件进行组装，装配成半成品或成品，如机械加工、家具、汽车、电子元器件的生产企业等。

2. 流程型制造业CIMS

流程型制造业CIMS的特点是管道式物料输送，生产连续性强，流程比较规范，工艺柔性比较小，产品比较单一，原材料加工装置连续不断地进行规定的物理化学变化，而最终得到符合需要的产品，如水泥生产、化学化工、石化行业等。

3. 混合型制造业CIMS

混合型制造业CIMS的特点是生产过程中既有离散型生产环节，又有连续性生产环节。如钢铁企业炼铁、炼钢厂炼钢、轧钢厂轧钢等各个生产过程都属于连续性的过程，但各个厂的钢水、铁水、钢锭、钢板的加工又是离散型过程。

从CIMS体系结构来分，也可以分成集中型、分散型和混合型三种。

二、CIMS体系结构

CIMS体系结构是用来描述整个研究对象系统的各个部分和各方面的相互关系和层次结构的，它从大系统理论角度研究，将整个研究对象分为几个子系统，各个子系统相对独立、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。

1. 生产/制造系统

生产/制造系统以物流为中心，完成生产、加工、装配、包装等任务。面向的是生产过程，包括柔性制造单元FMS、装配设备、工业机器人及其他生产制造自动化技术。

2. 硬事务处理系统

硬事务处理系统也称生产/制造监控系统，通过计算机网络对第一层的设备进行综合控制与操作，实现对生产制造的监控。包括CAM (计算机辅助制造)、CAQ (计算机辅助质量控制) 及CAT (计算机辅助测试) 等。

3. 技术设计系统

技术设计系统这层为生产制造系统产生信息，包括CAD (计算机辅助设计) 和CAPP (计算机辅助工艺)。CAD用于产品设计、开发，它提供的是如何做的信息，而CAPP是依据CAD提供的信息指导怎样做。

4. 软事务处理系统

软事务处理系统主要通过计算机网络实时地进行管理各种软事务，如，财务、供销、售后服务等方面，实现电子化记账。

5. 信息服务系统

信息服务系统主要对前面各层的信息进行收集、存储、加工、传输、使用、查询，为各级管理者与下层提供数据。

6. 决策管理系统

决策管理系统是企业经营管理规划的决策层，主要由MRP－Ⅱ (制造资源计划)、ERP (企业资源计划)、DSS (决策支持系统)、ES (专家系统)、系统模拟系统等组成。决策管理系统根据企业总体方针、企业内部条件和市场环境信息等因素，产生生产经营活动的计划与方案、各种资源的需求计划。

CIMS逻辑结构不仅体现了信息的传递与交换，更能反映出人在CIMS系统中的重要作用，因此可以说人的因素是实施CIMS能否取得实际成效的关键。

三、计算机集成制造系统的发展及趋势

1. 以“数字化”为发展核心

现代社会，数字化发展趋势势不可挡。“数字化”不仅是“信息化”发展的核心，也是先进制造技术发展的核心。信息的“数字化”与“模拟化”相比，有着信息精确、信息安全、信息容量大的优点。

数字化制造是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。它包含了以设计为中心的数字制造、以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造三大部分。

“数字化”的实现对制造企业而言，是通过网络在企业内以数字形式传递各种信息 (如图形、数据、知识、技能等)。在虚拟现实、快速原型、数据库、多媒体等多种数字化技术的支持下，根据市场信息，迅速收集资料信息，对产品信息、工艺信息与资源信息进行分析、规划与重组，实现对产品设计和产品功能的仿真，对加工过程与生产组织过程的仿真，完成原型制造，从而实现生产过程的快速重组与对市场的快速响应，以满足客户化要求。对制造设备而言，其控制参数均为数字化信号。对全球制造业而言，用户借助网络发布信息，各类企业通过网络，根据需求，应用电子商务，实现优势互补，形成动态联盟，迅速协同设计与制造出相应的产品。这样，在数字制造环境下，形成一个跨地区、跨国界广泛领域的数字化组成网，企业、车间、设备、员工、经销商乃至有关市场均可成为网上的一个“节点”，在研究、设计、制造、销售、服务的过程中，彼此交互，围绕产品所赋予的数字信息，成为驱动制造业活动的最活跃的因素。

2. 以“虚拟化”为发展的焦点

虚拟制造技术是在当今经济全球化、贸易自由化和社会信息化的形势下，在如何增强企业竞争力的前提下，将虚拟现实与仿真技术相结合的产物。虚拟制造可以对想象中的制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等，从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。

3. 以“集成化”为发展的方法

“集成化”包括技术的集成、管理的集成、技术与管理的集成，其本质是知识的集成，即知识表现形式的集成。现代集成制造技术就是制造技术、信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。“集成化”主要指:

(1) 现代技术的集成。

机电一体化是典型的现代技术的集成，它是高技术装备的基础，如微电子制造装备，信息化、网络化产品及配套设备，仪器、仪表、医疗、生物、环保等高技术设备。

(2) 加工技术的集成。

特种加工技术及其装备是典型，如激光加工、高能束加工、电加工等等。

(3) 企业集成，即管理的集成。

企业集成包括生产信息、功能、过程的集成; 生产过程的集成; 全生命周期过程的集成; 企业内部的集成和企业外部的集成。

4. 以“网络化”为发展道路

网络化是现代集成制造技术发展的必由之路，制造业同人类社会发展是同步走向整体化、有序化的，制造技术的网络化是由两个因素决定的: 一是生产组织变革的需要; 二是生产技术发展的可能。这是因为制造业在市场竞争中，面临多方面的压力: 采购成本不断提高; 产品更新速度加快; 市场需求不断变化; 客户订单生产方式迅速发展; 全球制造所带来的冲击日益加强等。企业要避免传统生产组织所带来的一系列问题，必须在生产组织上实行深刻的变革。这种变革主要体现在两方面: 一方面是利用网络，在产品设计、制造与生产管理、甚至企业整个业务流程中充分享用相关资源，即快速收集、有机整合与高效利用有关制造资源，集中力量在自己最有竞争力的核心业务上; 另一方面是生产技术发展必须利用科学技术，特别是计算机技术、网络技术的发展。

5. 以“智能化”为发展前景

与传统的制造相比，智能制造系统的特点有: 人机一体化; 自律能力; 自组织与超柔性; 学习能力与自我维护能力; 在未来，具有更高级的类人思维的能力。制造技术的智能化是制造技术发展的前景，智能化制造模式的基础是智能制造系统，智能制造系统即智能和技术的集成所形成的应用环境，也是智能制造模式的载体。

制造技术的智能化体现在制造各个环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，延伸或取代制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。目前，尽管智能化制造道路还很漫长，但是必将成为未来制造业的主要生产模式之一。

6. 以“绿色化”为发展的必然趋势

“绿色”是从环保领域中引用来的。人类社会的发展必将走向人类社会与自然界的和谐。人与人类社会本质上也是自然界的一部分，不能脱离整体，更不能对抗与破坏整体。因此，人类必须从各方面促使人与人类社会同自然界和谐一致，制造技术也不能例外。

制造业的产品从构思开始，到设计、制造、销售、使用与维修，直到回收阶段、再制造各阶段，都必须充分考虑环保问题。所谓环境保护是广义的，不仅要保护自然环境，还要保护社会环境、生产环境和生产者的身心健康。在此前提下，制造出价廉、物美、供货期短、售后服务好的产品。作为“绿色”制造，产品在一定程度上还必须是艺术品，以与用户的生产、工作、生活环境相适应，给人以高尚的精神享受，体现着物质文明、精神文明与环境文明的高度融合。每当发展或采用一项新技术时，应站在哲学高度，必须充分考虑可持续发展及其环境文明，制造必然要走向“绿色”制造。