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| 当前位置：制造业与信息化 -> CIMS |
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| | 现代集成制造系统发展回顾与展望 | | 发表时间：2001-10-23 李伯虎 吴澄 来源： | | 关键字：集成制造系 CIMS | | | |
一．前言
近半个世纪来，制造业间的竞争日趋激烈。制造业市场已从传统的"相对稳定"逐步演变成"动态多变"的局面，其竞争的范围也从局部地区扩展到全球范围。
制造企业间激烈竞争的核心是产品（p）。回顾历史，随着时代的变迁，产品间竞争的要素不断随之演变。在早期，产品竞争要素是成本（c），七十年代增加了质量（q），八十年代增加了交货期（t），九十年代又增加了服务（s），近期又增加了环境清洁（e），预计下一世纪将增加"知识创新"（k）这一关键因素。另一方面，必须指出，当今世界已步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也为制造技术的发展提供了极大的支持。上述两种力量推动了制造业发生着深刻的变革，信息时代的"现代制造技术"及其产业应运而生，其中，cims技术及其产业正是其重要的组成部分。
二．不断拓展中的"现代集成制造系统"理念与内涵
70年代，美国约瑟夫.哈林顿（joseph harrington）博士首次提出cim（computer integrated manufacturing）理念。它的内涵是借助计算机，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来，进而提高企业适应市场竞争的能力。但是基于cim理念的系统cims（ computer integrated manufacturing system）在80年代中期才开始重视并大规模实施,其原因是70年代的美国产业政策中过分夸大了第三产业的作用，而将制造业，特别是传统产业，贬低为"夕阳工业"，这导致美国制造业优势的急剧衰退，并在80年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗，此时，美国才开始重视并决心用其信息技术的优势夺回制造业的霸主地位，认为"cims，no longer a choice!"。于是美国及其它各国纷纷制订并执行发展计划。自此，cims的理念、技术也随之有了很大的发展。代表性的论点出自美国的制造工程师协会sme、欧共体esprit 及国际isotc184/sc5/wg1等；与此同时，许多学者还对各种发展模式冠以不同的名词。863/cims 主题结合国际上先进制造技术的发展，特别是基于主题上万名人员十余年的实践，提出了"现代集成制造"（contemporary integrated manufacturing）的理念，它在广度上、深度上拓宽了传统cim的内涵。863/cims主题提出：
"cim是一种组织、管理和运行现代制造类企业的理念。它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，使企业产品全生命周期各阶段活动中有关的人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流三流有机集成并优化运行，以达到产品（p）上市快（t）、高质（q）、低耗（c）、服务好（s） 、环境清洁（e），进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。"
"cims"是一种基于cim理念构成的数字化、信息化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统；它是信息时代的一种新型生产制造模式。
cims通常由经营管理与决策子系统、工程分析与设计子系统、加工生产子系统及支撑平台子系统（如网络/数据库/集成框架）组成。
这里的制造是’广义制造’的概念，它包括了产品全生命周期各类活动---市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、生产、支持（包括质量、销售、采购、发送、服务）及产品最后报废、环境处理等的集合。
其中，价值流是指以产品t、q、c、s、e等价值指标所体现的企业业务过程流，如成本流等 。
我国"现代集成制造系统"拓展传统"计算机集成制造系统"的要点：细化了现代市场竟争的内容（p、t、q、c、s、e）；提出了 cims的现代化特征：数字化、信息化、智能化、集成优化、绿色化；强调了系统的观点，拓展了系统集成优化的内容：包括信息集成、过程集成和企业间集成优化；企业活动中三要素和三流的集成优化；以及cims相关技术和各类人员的集成优化；突出了管理与技术的结合，以及人在系统中的重要作用；指出了cims技术是基于传统制造技术、信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术的一门发展中的综合性技术，其中，特别是突出了信息技术的主导作用；扩展了cims应用范围，包括离散型制造业，流程及混合型制造业。此外，这种提法更具广义性、开放性和持久性。
三．持续发展中的"现代集成制造系统"技术
基于cims理念与内涵的不断拓展，cims技术持续发展，主要表现在下述方面。
1．从设计、管理、加工生产等"技术孤岛"发展为集成的cims技术体系：
（1）总体技术
系统总体模式：包括柔性制造、集成制造、并行工程、敏捷制造、智能制造、绿色制造、全能制造等模式；
系统集成方法论：包括信息集成、过程集成、企业间集成及知识集成等方法论；
系统集成技术：包括设计、生产、管理及后勤等子系统间的集成技术，企业三要素（人/组织、经营管理和技术）及三流（信息流、物流和价值流）的集成技术等；
标准化技术：包括产品信息标准、过程信息标准，数据交换与格式标准，图形标准及零件库标准等技术；
企业建模和仿真技术：包括企业功能、信息、工作流、资源及组织模型等建立、确认及其仿真技术；
cims系统开发与实施技术：企业诊断、需求分析、系统设计、组织实施、质量保证及效益评价等技术。
（2）支撑平台技术
包括网络、数据库、集成平台/框架、计算机辅助软件工程、产品数据管理（pdm）、
计算机支持协同工作（cscw）及人/机接口等技术。
（3）设计自动化技术
包括cad，capp，cam，cae，基于仿真的设计（sbd），面向下游工作的设计（dfx）及
虚拟样机（vp）等。
（4）加工生产自动化技术
包括dnc，cnc，fmc，fms，虚拟加工及快速成形制造（rpm）技术等。
（5）经营管理与决策系统技术
包括mis，oa，制造资源规划（mrpⅱ），准时生产（jit），caq，业务流程重组（bpr）,
企业资源规划（erp）,动态企业建模（dem），供应链及电子商务等技术。
（6）流程制造业cims中生产过程控制技术
包括过程检测、先进控制、故障诊断和面向生产目标的建模、优化集成控制技术等。
2．cims技术的发展阶段
系统集成优化是cims技术与应用的核心技术，因此我们认为，可将cims技术的发展从系统（三要素和三流）集成优化发展的角度而划分为三个阶段：信息集成（以早期计算机集成制造为代表）、过程集成（以并行工程为代表）和企业间集成（以敏捷制造为代表）。前者是后者的基础，同时，三类集成优化技术也还在不断发展之中。我国863/cims主题分别于1987年、1993年和1997年启动了这三个方面的工作。
（1）信息集成优化
信息集成主要解决企业中各个自动化孤岛之间的信息交换与共享，其主要内容有：1）企业建模、系统设计方法、软件工具和规范。2）异构环境和子系统的信息集成。早期信息集成的实现方法主要通过局域网和数据库来实现。近期采用企业网、外联网、产品数据管理（pdm）、集成平台和框架技术来实施。值得指出，基于面向对象技术、软构件技术和web技术的集成框架已成为系统信息集成的重要支撑工具。
相应地，在企业管理上应用了mrp-ⅱ、jit等，进而带动了企业文化和管理的优化。
（2）过程集成优化
传统的产品开发模式采用串行产品开发流程；设计与加工生产是两个独立的功能部门 ；缺乏数字化产品定义、dfa/dfm 工具和产品数据管理；缺乏支持群组协同工作的计算机与网络环境。但是"并行工程"较好地解决了这些问题，它组成多学科团队，尽可能多地将产品设计中的各个串行过程转变为并行过程，在早期设计阶段采用cax、dfx工具考虑可制造性（dfm）、可装配性（dfa）、质量（dfq），以减少返工，缩短开发时间。并行工程的关键技术：信息集成技术；过程建模及重组；面向并行工程的计算机辅助工具，如cax、dfx (虚拟制造技术的一部分)；支持并行作业的多学科的协同工作小组以及计算机网络支持下cscw和集成框架等。
此阶段中，在管理上引入bpr；项目管理（扁平组织）；将mrp-ⅱ与jit结合，形成推、拉结合的生产管理模式；吸收精益制造思想等；这些进一步优化了企业的文化和管理。
（3）企业间集成优化
企业间集成优化是企业内外部资源的优化利用，实现敏捷制造，以适应知识经济、全球经济、全球制造的新形势。
从管理的角度，企业间实现企业动态联盟（virtual enterprise），形成扁平式企业的组织管理结构和"哑铃型企业"，克服"小而全"、"大而全"，实现产品型企业，增强新产品的设计开发能力和市场开拓能力，发挥人在系统中的重要作用等。
企业间集成的关键技术包括信息集成技术；并行工程的关键技术；虚拟制造；支持敏捷工程的使能技术系统，基于网络（如internet/intranet/extranet）的敏捷制造，以及资源优化（如erp、供应链、电子商务）。
3．现代集成制造技术的发展总趋势
（1） 集成化-- 从当前的企业内部的信息集成和功能集成，发展到过程集成(以并行工程为代表)、并正在步入实现企业间集成的阶段(以敏捷制造为代表)。
（2） （2）数字化/虚拟化-- 从产品的数字化设计开始,发展到产品全生命周期中各类活动、设
备及实体的数字化。在数字化基础上，虚拟化技术正在迅速发展，主要包括虚拟现实
(vr)应用、虚拟产品开发(vpd)和虚拟制造(vm) 。
（3） 网络化--从基于局域网发展到基于intranet/internet/extranet的分布网络制造,以支持全球制造策略的实现。
（4） 柔性化--正积极研究发展企业间动态联盟技术，敏捷设计生产技术，柔性可重组机器技术等，以实现敏捷制造。
（5）智能化-- 智能化是制造系统在柔性化和集成化基础上进一步的发展与延伸，引入各类
人工智能和智能控制技术,实现具有自律、分布、智能、仿生、敏捷、分形等特点的新
一代制造系统。
（6）绿色化-包括绿色制造、环境意识的设计与制造、生态工厂、清洁化生产等；它是全球可持续发展战略在制造业中的体现， 它是摆在现代制造业面前的一个崭新课题。
值得指出， 1994年清华大学获得美国sme的cims"大学领先奖" ，1999年华中理工大学又获本年度的"大学领先奖" （一般每年在世界只评一名），表明我国已经处于这一领域的国际先进水平。
四．长足发展中的"现代集成制造系统"应用
"现代集成制造系统"应用的发展主要表现在下述方面: （1）已遍及发达国家及一些发展中国家；（2）从机械制造业扩展到各类制造业；（3）从多品种、小批量生产方式发展到多种生产方式；（4）从简单产品扩展到复杂产品；（5）系统开发与实施技术更为成熟，成功率大大提高；（6）有力地促进了cims技术和产业的发展。美国未来学家认为：在2030年80%的美国企业实现cim。必须指出， 自1989年以来，863/cims主题已在我国机械、家电、航空、航天、汽车、石油、 纺织、轻工、冶金、煤 炭、化工、邮电、服装等行业中的210家企业实施各种类型的cims应用示范工程。结果表明：cims应用示范工程的实施使企业显著地增强了竞争能力，cims应用是我国企业实现两个根本转变的一种有效途径。值得指出，1995年北京第一机床厂荣获美国sme的cims"工业领先奖。
五．前景良好的"现代集成制造系统"产业
cims产业包括系统集成产业及cims中单元技术产品的产业二类。发展前景良好。据美国frost&sullivan公司的调查报告，制造系统集成产业市场年增长率为15％，年营业额达到百亿美元；一些单元技术产品如cad/cam/cae，fms，erp，pdm，rpm，vm等平均年增长率为15％～20％，各自的年营业额达10～50亿美元。值得指出，我国已初步形成了10个系列的cims目标产品，覆盖了cims工程所需产品的85%以上；863/cims目标产品已直接应用于50%的cims应用示范企业，99年cims主题支持的目标产品销售额约1亿2000万元，2000年销售额约3亿元。国内cims产品开发单位已形成了一支有一定竞争力的生力军。
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