1、第二講 CIMS的新發展：制造企業信息集成系統主講人：長安大學工程機械學院 蔡宗琰 教授制造企業信息集成系統是由國際制造企業信息集成系統聯合會（Manufacturing Enterprise Solution Associations International, MESA International）于2003年提出的，并已得到各種類型的制造企業、信息系統技術開發商的認可和積極響應。積極響應MESA International的信息系統技術開發商主要包括企業資源計劃（Enterprise Resources Planning, ERP）、產品生命周期管理(Product Lifecycle

2、 Management, PLM)、供應鏈管理（Supply Chain Management, SCM）、客戶關系管理(Customer Relationship Management, CRM)、制造執行系統(Manufacturing Execution System)、網絡基礎結構等方面的開發商。雖然MESA International還沒有提出制造企業信息集成系統的定義和功能模型，但分析MESA International各成員提供的技術方案，可以發現制造企業信息集成系統是計算機集成制造理念的發展和體現，是實現企業的全面信息集成和優化運行的重要理念。1 制造企業信息集成系統的組成制造

3、企業信息集成系統的模型提供了企業全面信息集成和優化運行的框架，如圖1所示。該模型基于產品生命周期管理的理念，在信息集成支撐系統的支持下，實現企業的管理信息系統、工程設計系統、制造執行系統和車間底層控制之間的全面信息集成。圖1 制造企業信息集成系統的模型根據制造企業信息集成系統的模型，制造企業信息集成系統由企業資源計劃系統、工程設計系統、制造執行系統、車間底層控制和信息集成支撐系統等五個系統組成。現分別介紹制造企業信息集成系統各組成系統的功能。2 企業資源計劃系統企業資源計劃系統是一個有效利用和管理企業整體資源的管理信息系統，它可由生產管理控制、庫存管理控制、經營預測、采購管理、銷售管理、質量管

4、理、成本管理、設備管理、會計核算、固定資產管理、財務管理、人力資源管理和基礎數據管理等基本功能組成，如圖2所示。其中，生產管理控制主要包括主生 圖2 企業資源計劃系統的組成產計劃、物料需求計劃、能力需求計劃、車間控制和制造標準等子功能。采購管理主要包括供應商管理、采購計劃管理、采購訂單管理、采購收貨管理等子功能。銷售管理主要包括銷售計劃管理、銷售訂單管理、銷售服務管理和收發貨管理等子功能。質量管理主要包括質量標準管理、質量檢驗、質量分析和質量控制等子功能。庫存管理主要包括庫存準備計劃、庫存操作處理等子功能。會計核算功能主要總帳、應收帳、應付帳、現金管理、工資核算、固定資產核算和成本核算等子功能

5、；財務管理功能主要包括財務計劃、財務分析和財務決策等子功能；人力資源管理主要包括人力資源規劃、招聘管理、培訓計劃、人力資源考核和人事管理等子功能。此外，有的ERP系統還向SCM和CRM擴展，包括了供應鏈管理和客戶關系管理的全部功能。3 工程設計系統3.1工程設計系統的組成工程設計系統的主要任務是產品和工裝設計及其仿真優化、零件制造工藝和產品（部件）裝配工藝設計、零件數控加工程序設計等。工程設計系統可通過產品數據管理（PDM）系統來集成計算機輔助設計（CAD）/計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助工藝設計（CAPP）和計算機輔助制造（CAM）等計算機輔助工具系統來實現。因此，工程設計系統可由PD

6、M系統、CAD/CAE系統、CAPP系統 和CAM系統等計算機輔助工具系統組成，如圖3所示。CAD/CAE系統由CAD系統和CAE系統組成。CAPP系統包括技術準備計劃、制造工藝設計、裝配工藝設計、典型零件成組管理、基礎工藝數據管理和工藝信息統計等功能。CAM系統（NC程序自動生成部分）包括工藝過程規劃信息輸入、NC處理程序、刀位文件生成、NC后置處理程序、刀具軌跡仿真和NC程序編輯等功能。圖3 工程設計系統的組成3.2 PDM系統的功能PDM系統是3C(CAD/CAPP/CAM)系統的信息集成平臺。在制造企業信息集成系統的框架下，一個完善的PDM系統應具備對技術過程（主要是更改、檢驗和發放過

7、程）進行控制、支持并行工程工作機制、在產品全生命周期中利用配置管理對虛擬的產品模型進行無縫集成和全面質量管理等功能。總結某企業CIMS工程規劃與實施的經驗，我們認為一個功能完善的PDM系統應包括文檔管理、產品瀏覽和批注、零件分類管理、產品結構管理、工作流管理、項目管理、配置管理、系統管理和應用集成等應用模塊，如圖4所示。各應用模塊的功能要求如下：圖4 結構化的PDM應用模塊文檔管理：文檔管理應具備的功能是：文檔創建、更新、刪除和另存；文件柜/文件夾管理、文檔分類管理和復合文檔管理；URL管理、文檔參考關系管理、文檔BOM和文檔與工作流程關聯，文檔與變更信息關聯、文檔版本控制和比較、版本成熟度管

8、理；文檔訂閱機制，基于文件柜、文檔分類、中文全文、信息之間關聯、成組技術的分類檢索，二維圖形、三維CAD、CAPP的瀏覽，瀏覽工具與企業級產品數據管理系統集成；異地協同討論、網絡會議、虛擬服務器、LDAP用戶驗證、靜態權限配置、動態權限授權、操作日志記錄、報表輸出管理、文檔索引規則、文檔通知規則和Office工具集成；電子文檔的檔案管理；產品瀏覽和批注：產品瀏覽和批注應具備的功能是：二維圖檔的查看和批注、三維圖形的轉換、CAD數據轉換和壓縮；CAD數據瀏覽，三維基本裝配、拖動、移動、旋轉、爆炸、動畫仿真、動態剖切、尺寸測量、靜態干涉檢查、軟硬干涉檢查、批注、水印、屬性查詢、質量慣性、截面顯示、

9、間隙檢查，異地協同設計；CAPP的瀏覽和批注。零件分類管理：零件分類管理應具備的功能是：靈活配置零件屬性及單位；批量的零件數據導入和分類。產品結構管理：產品結構管理應具備的功能是：零件的手工創建、產品結構的手工創建；CAD工具集成創建零件和產品結構、產品結構和其它信息的關聯；產品結構的正向/逆向展開、BOM比較；產品明細打印、產品結構批注；多種BOM視圖管理及報表輸出、互換件/替換件管理。工作流管理：工作流管理應具備的功能是：工作流程模版創建和版本控制、工作流程編輯、流程任務控制機制、日歷支持；支持CAPP的流程定義和審批，在設計流程完成后自動轉入工藝設計，對數控機械加工工藝CAPP完成后能自

10、動轉入NC程序生成；支持轉階段的文檔管理、不同階段的EBOM和MBOM的自動匯總；任務接收和執行、E-mail的集成、任務轉發、任務委派、指定后續任務執行人、流程歷史記錄、流程與文檔關聯、啟動/暫停/終止流程、流程進度監控。項目管理：項目管理應具備的功能是：項目任務分解、角色的定義和用戶指派、項目資源定義、項目管理流程定義項目執行進度管理、項目預警和提示、項目執行報告管理、項目進度與技術文檔管理、項目討論區、項目文檔集中存儲項目管理、文檔管理和流程管理的集成。配置管理：配置管理應具備的功能是：產品生命周期數據管理配置標識、配置監視、配置簿記和配置評價產品配置系統管理：系統管理應具備的功能是：

11、產品系列定義、權限控制發布評審管理輸出結果、數據安全管理。系統集成與接口：系統集成與接口應具備的功能是：與CAD緊密集成,與CAE、CAM、CAT和Office應用封裝,并能與產品結構樹掛接；實現與CAPP的應用封裝和接口集成，能管理CAPP文檔、并對CAPP中各類數據進行匯總，實現與PDM中各類BOM的互動，并能通過報表工具輸出；與OA系統能互通E-mail；支持企業編碼實施方案，編碼系統能與企業其它系統進行集成；提供ERP/MES的各類BOM數據接口；實現向MES提供正確版本的NC程序代碼；支持向各種關系數據庫和其它數據系統導入和導出；支持CAD/CAPP/CAM等各類應用文件的檢入和檢出

12、。3.3 CAD/CAE子系統的功能CAD/CAE子系統主要包括CAD系統和CAE系統，其應完成的主要功能如下： CAD子系統：進行產品的三維幾何造型和特征造型、基于PDM的產品并行設計和異地協同設計、基于PDM的零部件設計信息共享，通過PDM實現與CAPP、ERP和制造執行系統的集成。CAE子系統：根據產品設計要求，完成產品零部件的有限元分析、邊界元分析、機構運動分析、動力學分析和強度分析等工程分析和計算任務。3.4 CAPP子系統的功能計算機輔助工藝設計（CAPP）子系統包括技術準備計劃、制造工藝設計、裝配工藝設計、典型工藝成組管理、基礎工藝數據管理和工藝信息統計等六個模塊（圖3），其應完

13、成的主要功能如下： 技術準備計劃：根據設計部門或外協單位提供的產品設計信息，進行產品工藝的總體設計，制訂產品總工藝方案。根據產品總工藝方案，進行工藝計劃，生成粗工藝路線。在明確零部件的生產順序、零件的加工順序和配套關系后制定工藝技術準備計劃。制造工藝設計：從CAD系統自動獲得零件工藝設計的相關信息，生成零件工藝規程、加工工藝路線、加工工序卡、加工工步卡和工序圖等制造工藝文件，制定工藝參數，選擇工藝裝備，計算工時定額，并輸出制造工藝文件。裝配工藝設計：從CAD系統自動獲得產品裝配工藝設計的相關信息，生成產品裝配工藝規程、裝配工藝路線、裝配工序卡、裝配工步卡和裝配工序圖等裝配工藝文件，制定裝配工藝

14、參數，選擇裝配工藝裝備，計算裝配工時定額，并輸出裝配工藝文件。典型工藝成組管理：針對零件相似性，利用產品信息編碼技術和成組技術，借助零件工藝設計數據庫對產品零件進行典型工藝設計和成組工藝設計。基礎工藝數據管理：主要是制造資源和工藝設計資源的管理。制造資源包括各種制造裝備、刀具、模具、夾具和專用量具等。工藝設計資源包括各種工藝知識數據庫和工藝參數知識數據庫等。工藝信息統計：統計匯總刀具、量具、模具和夾具等工藝裝備信息，工藝路線、工藝規程、臨時工藝路線和材料消耗定額等工藝信息和工時信息，并制訂工藝信息統計匯總表。3.5 CAM子系統的功能CAM子系統包括工藝過程規劃信息輸入、NC程序編制、刀位數據

15、文件生成與仿真、NC后置處理和NC程序編輯與管理等模塊（圖3），其應完成的主要功能如下：工藝過程規劃信息輸入：實現和CAD系統、CAPP系統的全面集成，從CAD系統獲取零件設計信息，從CAPP系統獲取零件工藝信息，為NC程序設計提供依據。NC程序編制：根據零件設計信息和工藝信息，自動生成零件加工的NC程序。刀位數據文件生成與仿真：根據零件加工的NC程序，生成適合各種數控機床的刀位數據文件，并進行刀具軌跡仿真。NC后置處理：經過刀具軌跡仿真確認后，NC后置處理程序根據刀位數據文件生成適用于某臺特定NC機床的NC加工程序代碼，并通過PDM系統管理NC程序。NC程序編輯與管理：在首件試切后，對NC程

16、序進行編輯和修改。保存NC程序的編輯和修改結果，并反饋給制造執行系統。4車間底層控制車間底層控制是混合的硬件/軟件系統，通常包括：可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）、分布式控制系統（Distributed Control System, DCS）、計算機數控（Computerized Numerical Control, CNC）、分布式數控（Distributed Numerical Control, DNC）、監控控制與數據采集（Supervisory Control and Data Acquisition System, SCADA

17、）系統、機器人技術系統、材料傳送系統和其它旨在完成生產任務的計算機化的過程控制。5 信息集成支撐系統制造企業信息集成系統的本質特征是信息集成和系統優化。實施信息集成的技術包括計算機網絡技術、分布式數據庫技術和軟件技術等，但其信息集成的支撐技術應為計算機網絡和分布式數據庫技術。因此，制造企業信息集成系統的信息集成支撐系統是計算機網絡和分布式數據庫系統。信息集成支撐系統的功能是支持制造企業信息集成系統各組成系統的無縫集成。實現這種集成的關鍵技術是Java BeanJ2EE、CORBA 和DCOMMicrosoft .NET等分布式對象技術。在以上制造企業信息集成系統的各組成系統中，信息集成支撐系統為企業信息的全面集成提供支撐平臺，而產品生命周期管理則為制造企業信息集成系統提供了一種面向產品全生命周期管理的理念。工程設計系統實現企業產品設計制造的技術支持和保證，而企業資源計劃系統（包括供應鏈管理和客戶關系管理）則是企業級管理信息系統，兩者的全面集成實現了企業級技術信息和管理信息的全面集成。車間底層控制本質上是對車間設備的重復動作的控制。由此可見，以上所列的制造企業信息集成系統的各個系統不能有效實現車間生產管理控制的功能。而車間是企業生產任務的直接完成單位，