近半个世纪以来,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”逐步形成“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,产品间的竞争要素不断演变。在早期,产品竞争要素是成本(C),70年代增加了质量(Q),80年代增加了交货期(T),90年代则增加了服务(S),近期又增加了环境清洁(E),预计,21世纪还将增加知识创新(K)这一关键因素。另外,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。上述两种力量推动制造业发生了深刻的变革,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。
不断拓展中的CIMS理念与内涵
70年代,美国JosephHarrington博士首次提出了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年代中期才开始得到重视并大规模实施,其原因是在70年代的美国产业政策中,过分地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,美国及其他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。其中,有代表性的论点出自美国制造工程师协会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,特别是基于该主题中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,它在广度上和深度上拓宽了传统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,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”拓展了传统“计算机集成制造系统”的要点,细化了现代市场竞争的内容(P、T、Q、C、S、E);提出了CIMS的现代化特征是数字化、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。
持续发展中的CIMS技术
正是由于基于CIMS理念与内涵的不断拓展,使CIMS技术持续发展,这主要表现在下述几方面:
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、资源及组织模型等的建立、确认及仿真技术;
CIMS系统开发与实施技术包括企业诊断、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。