電腦集成製造系統

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電腦集成製造系統(CIMS-Computer Integrated Making System)

電腦集成製造系統，簡稱CIMS，是隨著電腦輔助設計與製造的發展而產生的。這種哲理首先是在1974年美國Joseph Harrington博士在其論文《ComputerIntegratedManufacturing》中提出的。其基本觀點是：這是針對企業所面臨的激烈市場競爭形勢而提出的組織企業生產的一種哲理。其基本思想是：①製造企業中的各個部分（即從市場分析、經營決策、工程設計、製造過程、質量控制、生產指揮到售後服務）是一個互相緊密相關的整體；②整個製造過程本質上可以抽象成一個數據的搜集、傳遞、加工和利用的過程，最終產品僅是數據的物化表現。前者體現了集成的思想，它將企業決策、經營管理、生產製造、銷售及售後服務有機地結合在一起；後者就是信息製造觀的思想。

　　電腦集成製造系統(Computer Integrated Making System，簡稱CIMS)又稱電腦綜合製造系統，在這個系統中，集成化的全局效應更為明顯。在產品生命周期中，各項作業都已有了其相應的電腦輔助系統，如電腦輔助設計(CAD)、電腦輔助製造(CAM)電腦輔助工藝規劃(CAPP)、電腦輔助測試(CAT)、電腦輔助質量控制(CAQ)等。這些單項技術“CAX”原來都是生產作業上的“自動化孤島”，單純地追求每一單項技術上的最優化，不一定能夠達到企業的總目標——縮短產品設計時間，降低產品的成本和價格，改善產品的質量和服務質量以提高產品在市場的競爭力。電腦集成製造系統就是將技術上的各個單項信息處理和製造企業管理信息系統(如MRP-Ⅱ等)集成在一起，將產品生命周期中所有的有關功能，包括設計、製造、管理、市場等的信息處理全部予以集成。其關鍵是建立統一的全局產品數據模型和數據管理及共用的機制，以保證正確的信息在正確的時刻以正確的方式傳到所需的地方。電腦集成製造系統的進一步發展方向是支持“並行工程”，即力圖使那些為產品生命周期各階段服務的專家儘早地並行工作，從而使全局優化並縮短產品開發周期。

　　可以看出CIM哲理的關鍵點是集成，CIMS的關鍵點也是集成。即通過電腦網路技術、資料庫技術等軟硬體技術，把企業生產過程中經營管理、生產製造、售後服務等環節聯繫在一起，構成了一個能適應市場需求變化和生產環境變化的大系統。 CIMS不僅僅把技術系統和經營生產系統集成在一起，而且把人（人的思想、理念及智能）也集成在一起，使整個企業的工作流程、物流和信息流都保持通暢和相互有機聯繫，所以，CIMS是人、經營和技術三者集成的產物。

　　1、先進位造技術（AMT－Advanced Manufacturing Technology）先進位造技術是傳統製造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，並將其綜合應用於產品設計、製造、檢測、管理、銷售、使用、服務的製造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，並取得理想技術經濟效果的製造技術的總稱。

　　2、敏捷製造（AM－Agile Manufacturing）： 　　敏捷製造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。

　　3、虛擬製造（VM－Virtual Manufacturing）： 　　虛擬製造利用信息技術、模擬技術、電腦技術對現實製造活動中的人、物、信息及製造過程進行全面的模擬，以發現製造中可能出現的問題，在產品實際生產前就採取預防措施，從而達到產品一次性製造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。

　　4、並行工程（CE－Concurrent Engineering）： 　　並行工程是集成地、並行地設計產品及其相關過程（包括製造過程和支持過程）的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求，並行工程的發展為虛擬製造技術的誕生創造了條件，虛擬製造技術將是以並行工程為基礎的，並行工程的進一步發展就是虛擬製造技術。

　　CIMS體繫結構是用來描述研究對象整個系統的各個部分和各個方面的相互關係和層次結構，從大系統理論角度研究，將整個研究對象分為幾個子系統，各個子系統相對獨立自治、分佈存在、併發運行和驅動等。我們可以從功能結構和邏輯結構來認識CIMS體繫結構。

　　第一層 生產/製造系統：這一層面向生產過程，包括了柔性製造單元FMS、裝配設備、工業機器人及其他生產製造自動化技術，這一層以物流為中心，完成生產、加工、裝配、包裝等任務。

　　第二層 硬事務處理系統：這一層是生產/製造監控系統，通過電腦網路對第一層的設備進行綜合控制與操作，實現對生產製造的監控。包含狹義的CAM、CAQ及CAT等。

　　第三層 技術設計系統：這一層包含CAD（電腦輔助設計）、CAPP(電腦輔助工藝)，為生產製造系統產生信息。CAD用於產品設計、開發，它提供的是如何做的信息，而CAPP是依據CAD提供的信息指導如合作。

　　第四層 軟事務處理系統：這一層主要通過電腦網路實時地處理各種軟事務，譬如，財務、供銷、售後服務等方面的管理，實現電子化記賬。

　　第五層 信息服務系統：以狹義的MIS為主，主要對前面各層的信息進行收集、存儲、加工、傳輸、使用、查詢，為各級管理者與下層提供數據。

　　第六層 決策管理系統:這一層是企業經營管理規劃的決策層，主要有MRP-II(製造資源計劃) 、ERP(企業資源計劃) 、決策支持系統DSS、專家系統ES、系統模擬系統等組成。他根據企業總體路線、企業內部條件、市場信息等因素，產生生產經營活動的計劃與方案、各種資源的需求計劃，包括人、物、資金的需求計劃。

　　CIMS邏輯結構不僅體現了信息的傳遞與交換，更能反映出人在CIMS系統中的重要作用。因此可以說人為因素是實施CIMS能否取得實際成效的關鍵。

　　由於CIMS 作為一種生產管理系統，不同的企業環境有不同的運作方式，市場上沒有具體的、現成的產品，也沒有嚴格的分類標準。為了分析問題的方便，我們人為地對其加以分類。 從生產工藝方面分，CIMS可大致分為：

　　（1） 離散型製造業CIMS:這個行業的特點是加工生產過程不是連續的，而實現先加工單個零件，然後再將單個零件進行組裝，裝配成半成品或成品。如機床、汽車、電子設備的生產企業等。

　　（2） 連續性製造業CIMS：這個行業的特點是原材料加工裝置連續不斷地進行規定的物理化學變化而最終得到符合需要的產品。如水泥生產、化學化工、石化行業等。

　　（3） 混合型製造業CIMS: 這個行業的特點生產過程中既有離散型生產環節，又有連續性生產環節。如鋼鐵企業煉鐵、煉鋼廠的煉鋼、軋鋼廠軋鋼等各個生產過程都屬於連續性的過程，但各個廠的鋼水、鐵水、鋼錠、鋼板的加工又是離散型過程。故稱這類行業為混合型製造業的CIMS。

　　還有從CIMS體繫結構來分，也可以分成集中性、分散性和混合型三種。一般不用這種方法。

　　CIMS是企業管理運作的一種手段，是一種戰略思想的應用，其初期投資大，涉及面廣，資金回籠周期長，短期內很難見到效益，因此在對CIMS作效益評價時不能單憑貨幣標準來衡量其效益，要多方面綜合考慮其效益指標。所謂綜合效益指CIMS系統對企業和社會所能帶來的各種效益。可以從下麵幾個方面來理解：

　　(1) 應用CIMS提高了勞動生產力為企業帶來的利潤，為國家增加國民收入所做出的貢獻。

　　(2) 應用CIMS提高了企業對市場的應變能力和抗風險能力，對企業實現經營戰略所做出的貢獻；提高企業市場競爭力，促進技術進步所作的貢獻。

　　(3) 為提高整個企業員工素質和技術水平作的貢獻。

　　(4) 為節約天然資源所做出的貢獻。

　　(5) 通過應用和推廣CIMS技術，為國家優化產業結構，發展新產業，提高造國際市場上的競爭力所作的貢獻。

　　1、以“數字化”為發展核心

　　未來世界，“數字化”將勢不可當。“數字化”不僅是“信息化”發展的核心，而且也是先進位造技術發展的核心。信息的“數字化”處理同“模擬化”處理相比，有著3個不可比擬的優點：信息精確，信息安全，信息容量大。

　　數字化製造就是指製造領域的數字化，它是製造技術、電腦技術、網路技術與管理科學的交叉、融和、發展與應用的結果，也是製造企業、製造系統與生產過程、生產系統不斷實現數字化的必然趨勢。

　　它包含了三大部分：以設計為中心的數字製造，以控製為中心的數字製造和以管理為中心的數字製造。

　　對製造設備而言，其控制參數均為數字化信號。對製造企業而言，各種信息（如圖形、數據、知識、技能等等）均以數字形式，通過網路，在企業內傳遞，以便根據市場信息，迅速收集資料信息，在虛擬現實、快速原型、資料庫、多媒體等多種數字化技術的支持下，對產品信息、工藝信息與資源信息進行分析、規劃與重組，實現對產品設計和產品功能的模擬，對加工過程與生產組織過程的模擬，或完成原型製造，從而實現生產過程的快速重組與對市場的快速響應，以滿足客戶化要求。對全球製造業而言，用戶藉助網路發佈信息，各類企業通過網路，根據需求，應用電子商務，實現優勢互補，形成動態聯盟，迅速協同設計與製造出相應的產品。這樣，在數字製造環境下，在廣泛領域乃至跨地區、跨國界形成一個數字化組成的網，企業、車間、設備、員工、經銷商乃至有關市場均可成為網上的一個“結點”，在研究、設計、製造、銷售、服務的過程中，彼此交互，圍繞產品所賦予的數字信息，成為驅動製造業活動的最活躍的因素。

　　2、以“精密化”將成為發展的關鍵

　　所謂“精密化”，一方面是指對產品、零件的精度要求越來越高，另一方面是指對產品、零件的加工精度要求越來越高。 “精”是指加工精度及其發展，精密加工，細微加工，納米加工，如此等等。

　　3、突出“極端條件”，是發展的焦點

　　“極”就是極端條件，就是指在極端條件下工作的或者有極端要求的產品，從而也是指這類產品的製造技術有“極”的要求。在高溫、高壓、高濕、強磁場、強腐蝕等等條件下工作的，或有高硬度、大彈性等等要求的，或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄、奇形怪狀的。顯然，這些產品都是科技前沿的產品。其中之一就是“微機電系統（MEMS）”。可以說，“極”是前沿科技或前沿科技產品發展的一個焦點。

　　4、以“自動化”技術為發展前提

　　這是所講的“自動化”就是減輕人的勞動，強化、延伸、取代人的有關勞動的技術或手段。自動化總是伴隨有關機械或工具來實現的。可以說，機械是一切技術的載體，也是自動化技術的載體。

　　“自動化”從自動控制、自動調節、自動補償、自動辨識等發展到自學習、自組織、自維護、自修複等更高的自動化水平；而且今天自動控制的內涵與水平已遠非昔比，從控制理論、控制技術、控制系統、控制元件，都有著極大的發展。製造業發展的自動化不但極大地解放了人的體力勞動，而且更為關鍵的是有效地提高了腦力勞動，解放了人的部分的腦力勞動。因此，自動化將是現代集成製造技術發展的前提條件。

　　5、以“成化集”為發展的方法

　　“集成化”，一是技術的集成，二是管理的集成，三是技術與管理的集成；其本質是知識的集成，亦即知識表現形式的集成。如前所述，現代集成製造技術就是製造技術、信息技術、管理科學與有關科學技術的集成。“集成”就是“交叉”，就是“雜交”，就是取人之長，補己之短。

　　目前，“集成化”主要指：

　　（1）、現代技術的集成。機電一體化是個典型，它是高技術裝備的基礎，如微電子製造裝備，信息化、網路化產品及配套設備，儀器、儀錶、醫療、生物、環保等高技術設備。

　　（2）、加工技術的集成、特種加工技術及其裝備是個典型，如增材製造（即快速原型）、激光加工、高能束加工、電加工等等。

　　（3）、企業集成，即管理的集成，包括生產信息、功能、過程的集成；包括生產過程的集成。全壽命周期過程的集成；也包括企業內部的集成，企業外部的集成。

　　6、以“網路化”為發展道路

　　“網路化”是現代集成製造技術發展的必由之路，製造業走向整體化、有序化，這同人類社會發展是同步的。製造技術的網路化是由兩個因素決定的：一是生產組織變革的需要，二是生產技術發展的可能。這是因為製造業在市場競爭中，面臨多方的壓力：採購成本不斷提高，產品更新速度加快，市場需求不斷變化，客戶定單生產方式迅速發展，全球製造所帶來的衝擊日益加強等等；企業要避免傳統生產組織所帶來的一系列問題，必須在生產組織上實行某種深刻的變革。這種變革體現在兩方面：一方面利用網路，在產品設計、製造與生產管理等活動乃至企業整個業務流程中充分享用有關資源，即快速調集、有機整合與高效利用有關製造資源；與此同時，這必然導致製造過程與組織的分散化網路化，使企業必須集中力量在自己最有競爭力的核心業務上。科學技術特別是電腦技術、網路技術的發展，使得生產技術發展到可以使這種變革的需要成為可能。

　　7、“智能化”是CIMS未來發展的美好前景

　　製造技術的智能化是製造技術發展的前景。智能化製造模式的基礎是智能製造系統，智能製造系統既是智能和技術的集成而形成的應用環境，也是智能製造模式的載體。與傳統的製造相比，智能製造系統具有以下特點：1、人機一體化；2、自律能力；3、自組織與超柔性；4、學習能力與自我維護能力；5、在未來，具有更高級的類人思維的能力。

　　製造技術的智能化突出了在製造諸環節中，以一種高度柔性與集成的方式，藉助電腦模擬的人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸製造環境中人的部分腦力勞動。同時，收集、存儲、處理、完善、共用、繼承和發展人類專家的製造智能。目前，儘管智能化製造道路還很漫長，但是必將成為未來製造業的主要生產模式之一。

　　8、“綠色”是CIMS未來發展的必然趨勢

　　“綠色”是從環境保護領域中引用來的。人類社會的發展必將走向人類社會與自然界的和諧。人與人類社會本質上也是自然世界的一個部分，部分不能脫離整體，更不能對抗與破環整體。因此，人類必須從各方面促使人與人類社會同自然界和諧一致，製造技術也不能例外。

製造業的產品從構思開始，到設計階段、製造階段、銷售階段、使用與維修階段，直到回收階段、再製造各階段，都必須充分計及環境保護。所謂環境保護是廣義的，不僅要保護自然環境，還要保護社會環境、生產環境，還要保護生產者的身心健康。在此前提與內涵下，還必須製造出價廉、物美、供貨期短、售後服務好的產品。作為“綠色”製造，產品還必須在一定程度上是藝術品，以與用戶的生產、工作、生活環境相適應，給人以高尚的精神享受，體現著物質文明、精神文明與環境文明的高度交融。每發展與採用一項新技術時，應站在哲學高度，慎思“塞翁得馬，安知非禍”，即必須充分考慮可持續發展，計及環境文明。製造必然要走向“綠色”製造。