現代制造技術第一章現代制造技術概述第二章CAD、CAE、CAPP與CAM 第三章數控技術第四章柔性制造第五章虛擬制造第六章快速原型制造第七章敏捷制造第八章CIMS：現代集成制造系統第九章智能制造與網絡制造第十章激光技術第十一章綠色制造第八章現代集成制造系統第一節現代集成制造系統的概述第二節現代集成制造的內涵第三節CIMS的發展現狀及趨勢教學目標應知：1．了解現代集成制造系統的技術構成及發展策略；

2．了解現代集成制造的概念和發展歷程；

3．了解CIMS的技術概要、發展現狀及趨勢。

應會：通過網絡了解現代集成制造系統新發展。重點：了解現代集成制造系統的技術構成。了解CIMS的技術概要、發展現狀及趨勢。難點：了解現代集成制造系統的技術構成。了解CIMS的技術概要。

第八章現代集成制造系統第一節現代集成制造系統概述第二節現代集成制造的內涵第三節CIMS的發展現狀及趨勢第一節現代集成制造系統概述一、現代集成制造系統的定位現代集成制造系統（CIMS）是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。是將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機的結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行，在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性。先進制造技術是傳統制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，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。它具有如下一些特點：（1）從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要；（2）從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮；（3）從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節；（4）從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量；（5）從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。二、現代集成制造系統的技術構成第一節現代集成制造系統概述在先進制造技術中，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作深入進行，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用。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。二、現代集成制造系統的技術構成第一節現代集成制造系統概述國內的研究剛剛起步，主要集中在三個方面：（1）產品虛擬設計技術：主要包括虛擬產品開發平臺、虛擬測試、虛擬裝配以及機床、模具的虛擬設計實現等。（2）產品虛擬制造技術：主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。（3）虛擬制造系統：主要包括虛擬制造技術的體系結構、技術支持、開發策略等。第一節現代集成制造系統概述應該注重運用并行工程的哲理，使各種先進制造技術相互銜接、協調發展，并不斷吸收先進制造技術的成熟成果，為先進制造技術在我國的廣泛應用起到促進的作用。由于我國當前正處在改革過程中，多種機制同時運行，多方利益難以協調，在資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用重金支持現代集成制造系統的研究。針對上述實際情況，我們提出下列解決方案：三、我國現代集成制造系統的發展策略第一節現代集成制造系統概述（1）以“甩圖板”工程為契機，大力普及CAD技術，幫助企業進行人員培訓，提高企業人員的素質。（2）組織企業和科研部門進行多方面、多層次的合作，加強科研成果的應用推廣，組織多學科、跨地區的科研力量共同攻關。（3）不要過度追求世界領先，應該根據企業實際要求，解決實際問題，力爭盡快創造效益，以此取得企業的支持并獲得資金上的幫助，以便形成良性循環，促進研究工作的進一步開展（4）針對我國科研力量分散的弱點，仿照分散網絡化生產的思想，利用計算機網絡，開展合作研究，建立分布式網絡化研究中心，協調一致進行科技攻關。三、我國現代集成制造系統的發展策略第一節現代集成制造系統概述“自動化孤島”廣大CAD用戶一方面通過CAD等技術的推廣應用，明顯地提高了設計能力，特別是采用三維模型設計、有限元分析驗證、機構運動仿真等手段，大大地減少了差錯、提高了設計質量、降低了返工率；因此這些獨立的系統分別在產品設計自動化、工藝過程設計自動化和數控編程自動化方面起到了重要的作用。但是，另一方面采用這些各自獨立的系統，不能實現系統之間的自動傳遞和交換。用CAD系統進行產品設計的結果是只能輸出圖紙和有關的技術文檔。這些信息，不能直接為CAPP系統所接收，進行工藝過程設計時，還須由人工將這些圖樣、文檔等紙面上的文件轉換成CAPP系統所需的輸入數據，并通過人機交互方式輸入給CAPP系統進行處理，處理后的結果輸出成加工工藝規程。將“自動化孤島”集成在一起

目前，只有把CAD和生產制造結合成一體，才能進一步提高生產力和加工精度。隨著計算機應用的日益廣泛和深入，人們很快發現，只有當CAD系統一次性輸入的信息能在后續環節（如CAPP、CAM中）一再被應用，才是最經濟的。所以，人們首先致力于把已經存在的CAD、CAPP、CAM系統通過工程數據庫及有關應用接口，實現CAD/CAM/CAPP的集成，才能實現設計生產的自動化。將“自動化孤島”集成在一起

自70年代起，人們就開始研究CAD、CAPP、CAM之間數據和信息的自動化傳遞與轉換問題，即3C集成技術。目前，PDM系統是最好3C集成平臺。它可以把與產品有關的信息統一管理起來，并將信息按不同的用途分門別類地進行有條不紊的管理。不同的CAD/CAPP/CAM系統都可以從PDM中提取各自所需要的信息，再把結果放回PDM中，從而真正實現3C集成；以解決由各單元技術的發展而造成的企業信息孤島并由此造成的多重數據源、數據狀態失控等問題。產品形成過程的昨天-今天-明天產品規劃概念設計詳細設計生產準備PDM數字模型過程管理明天過程流產品規劃概念設計生產準備詳細設計昨天過程序列產品規劃概念設計詳細設計生產準備PDM今天過程鏈CIMS的發展信息集成過程集成企業間集成第八章現代集成制造系統第一節現代集成制造系統概述第二節現代集成制造的內涵第三節CIMS的發展現狀及趨勢現代集成制造系統（CIMS）作為一種對我國企業競爭力有重要作用的綜合性技術，提供了：第二節現代集成制造的內涵一、定義企業現代管理的新模式：集成制造、精益生產、企業重組、并行工程、敏捷制造等。企業現代化制造的新技術：集成化CAD/CAM/PDM、信息集成、并應用于企業產品全生命周期（從市場需求分析到最終報廢處理）的各個階段。通過信息集成、過程優化及資源優化，實現物流、信息流、價值流的集成和優化運行達到人（組織、管理）、經營和技術三要素的集成。以加強企業新產品開發的T、Q、C、S、E（環境），從而提高企業的市場應變能力和競爭能力。CIMS的理論基礎：系統科學。建模與優化是系統科學的核心，貫穿于CIMS的各個方面。技術特征：集成化信息集成——過程集成——企業集成。網絡化局域網——廣域網。數字化零件的數字化模型——部件——產品的全數字化的模型。虛擬化2D、3D仿真——基于仿真的VM——基于VR的VM。智能化由專家系統等——分布人工智能DAI。第二節現代集成制造的內涵1973年，美國學者哈林頓博士提出計算機集成制造——CIM的概念，其基本出發點是：（1）企業的名種生產經營活動是不可分割的，要統一考慮；（2）整個生產制造過程實質上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程。CIMS與計算機綜合自動化制造系統是同義詞，是自動化程度不同的多個子系統的集成，如管理信息系統（MIS）、制造資源計劃系統（MRPII）、計算機輔助設計系統（CAD）、計算機輔助工藝設計系統（CAPP）、計算機輔助制造系統（CAM）、柔性制造系統（FMS）等。第二節現代集成制造的內涵八十年代世界性的“石油危機”震驚了西方世界，以美國為首的西方國家深刻地認識到：“制造業面臨日益劇烈的全球競爭，強大的制造業是增強國家綜合實力與國際競爭能力的根本，一個國家只有生產的好，才能生活的好。20年來，各國紛紛推出了國家級的先進制造技術發展計劃，如美國的先進制造計劃、team計劃、ngm計劃、cals計劃；歐共體的esprit計劃；德國的2000計劃；日本的智能制造系統計劃，以及韓國的高級先進技術國家計劃等等。面臨日益劇烈的全球競爭，1986年，黨中央高瞻遠矚地提出了863/cims主題計劃。第二節現代集成制造的內涵二、CIMS發展歷程1．歷史的回顧15年來，經歷了三個工作階段，邁上了三個臺階，進而發展形成了現代集成制造系統的理論、方法、技術、工具和具有中國特色的cims研究、開發、應用、推廣體系,并在應用示范工程、重大關鍵技術攻關、目標產品開發和應用基礎研究等方面取得重大進展成功地探索并實踐了一條“用信息化帶動制造業現代化，用高新技術改造制造業，以實現制造業跨越發展”的道路。①第一個臺階(“七五”)—工作重點：建成一批高水平的研究開發基地；技術重點：突破系統信息集成技術。②第二個臺階(“八五”)—工作重點：成功實施一批國內領先效益顯著的cims應用示范工程；技術重點：突破以并行工程為代表的系統過程集成技術。③第三個臺階(“九五”)—工作重點：大力促成中國cims產業；使應用示范工程在廣度、深度上有新的、更大的發展；技術重點：突破（部分）以敏捷工程為代表的企業間系統集成技術，并發展形成現代集成制造系統的理論、方法、技術與工具，建成具有中國特色的cims研究、開發、應用、推廣體系。第二節現代集成制造的內涵863/cims主題提出的cim理念：“將信息技術、現代管理技術和制造技術相結合，并應用于企業產品全生命周期（從市場需求分析到最終報廢處理）的各個階段。通過信息集成、過程優化及資源優化，實現物流、信息流、價值流的集成和優化運行，達到人/組織、經營管理和技術三要素的集成優化，以改進企業產品(p)開發的t（時間）、q（質量）、c（成本）、s（服務）、e（環境），從而提高企業的市場應變能力和競爭能力。”863/cims主題提出的“cims”是一種基于cim理念構成的數字化、虛擬化、網絡化、智能化、綠色化、集成優化的制造系統；它是信息時代的一種新型生產制造模式。第二節現代集成制造的內涵2．

cim和cims概念（1）成功實施一批國內領先/國際知名的效益顯著的應用示范工程，奠定國內cims推廣應用的堅實基礎；（2）突破一批達到或接近世界先進水平，并對經濟和社會發展有重要影響的關鍵技術和應用基礎研究成果；（3）開發出一批有市場競爭能力的目標產品，促進形成中國cims產業中堅力量；（4）建成一批高水平的研究開發基地；（5）培養一支跨世紀的研究、開發、應用骨干隊伍。第二節現代集成制造的內涵3．主題戰略目標第八章現代集成制造系統第一節現代集成制造系統概述第二節現代集成制造的內涵第三節CIMS的發展現狀及趨勢人們僅把工藝規劃、庫存控制、生產及維護這些活動稱為制造，但這是一種狹義的理解。從廣義上講，制造還應包括對產品需求的考察，產品概念的形成、設計、開發、生產、銷售，甚至包括對用戶在使用產品過程中的服務等一切活動。過去人們僅僅把制造看作一個物料轉換過程，制造是一個復雜的信息交換過程，在制造中一切活動都是信息處理連續統一體的一部分。CIMS則是在CIM這個新概念指導下建立的制造系統，是在信息技術、自動化技術和制造技術的基礎上，通過計算機及其軟件把制造過程中各種分散的自動化系統有機地集成起來，以形成適用于多品種、中小批量生產并能產生總體高效益的智能制造系統。第三節CIMS的技術發展現狀及趨勢一、CIM與CIMS的區別與聯系CIMS包括經營管理、工程設計、產品制造、質量保證和物資保障等五個功能系統，包括一個能有效連接這些系統的支撐環境，即計算機網絡和數據庫系統，從而構成企業的信息集成系統。第三節CIMS的技術發展現狀及趨勢二、CIMS的體系結構及組成1．管理信息系統在CIMS環境中的管理信息分系統（MIS），是指以CIM為指導思想、使用計算機和信息技術管理企業生產經營活動的應用系統。制造業MIS系統可由以下功能模塊組成：經營決策、綜合統計分析、計劃管理、辦公自動化、財務管理、銷售管理、生產管理、庫存管理、車間任務和作業管理、技術管理、新品開發、物資供應、設備管理、能源管理、人事勞資管理等等。第三節CIMS的發展現狀及趨勢2．產品工程設計系統設計自動化是指利用計算機軟硬件及網絡環境，實現產品開發全過程的一種技術，即在網絡和計算機輔助下通過產品數據模型，全面模擬產品的設計、制造、裝配和分析等過程，如計算機輔助設計系統(CAD)、計算機輔助工程分析系統(CAE)、計算機輔助工藝規劃系統(CAPP)、工裝設計、計算機輔助自動編制數控加工程序的子系統(NCP)等等。3．制造過程控制系統制造自動化分系統(MAS)主要指車間的生產設備和過程的控制及管理，其中主要是CNC、FMC、FMS等設備或系統的制造過程控制和管理，一般由數控機床、加工中心、清洗機、測量機、運輸小車、立體倉庫、多級分布式控制(管理)計算機等設備及相應支持軟件組成。第三節CIMS的發展現狀及趨勢4．質量保證系統質量保證體系是一個保證產品質量的全企業范圍內的系統。質量保證工作從產品設計開始，設計師必須為特定的產品和零件選擇最好的結構和適宜的材料以保證獲得最佳性能。5．物資存儲運輸與保障系統這是保障全企業物資供應的系統。包括原材料外購配套元器件、自產零部件、產品的存儲和按生產調度計劃及時提供給生產單位和操作人員。第三節CIMS的發展現狀及趨勢6．數據庫系統7．網絡系統CIMS環境下的各個功能系統的信息數據都要在一個結構合理的數據庫系統里進行存儲。網絡系統是指各功能系統的計算機通訊和網絡系統，能在通訊協議下完成各分系統間信息、數據的通訊和交換。CIMS是自動化技術、信息技術、生產技術、網絡技術、傳感技術等多學科技術相互滲透而產生的集成系統，標準化和接口技術顯得至關重要。第三節CIMS的發展現狀及趨勢三、實現ClMS的關鍵技術1．信息傳輸信息傳輸是工廠實現CIMS的關鍵和先決條件，解決不了通訊問題就不能將分離的各部分集成為一體。目前，信息傳輸技術正向網絡化、標準化和開放系統等方向發展。2．產品集成模型現代設計自動化的方法論強調設計過程與制造過程的一體化和并行化，強調從設計信息到制造信息的順暢傳遞和快速反饋，要求產品設計和制造采用統一的產品主模型。在計算機內部把一個產品的全部信息集成在一起，就構成了產品模型。產品建模的前提條件是技術、物理、管理信息提供的可能性，以及解決它們如何與幾何信息相連的問題。生產管理系統應具有三大功能：建立適應生產變化的機制，完成訂貨選擇；加強物料的供應管理；通過綜合信息管理壓縮庫存物資。物料需求計劃(MRP)、制造資源規劃(MRPII)和企業資源規劃(ERP)系統的出現，為利用計算機處理中小批生產的管理問題提供了可能性。3．生產管理第三節CIMS的發展現狀及趨勢三、CIMS在各國發展的概況及趨勢1．國外現狀國外開展CIMS的研究與應用已有20多年歷史。美國在二戰后，制定了“星球大戰”計劃，這是一個高科技發展研究計劃，其中CIM占重要的份額。歐洲共同體國家如德、英、法等國都將CIMS作為戰略目標中的重要部分，不僅各國都有自己的發展計劃(如英國的ALVEY計劃)，而且在共同體內建立了一個稱為“歐洲信息技術研究發展戰略計劃(ESPRIT)”的高科技研究合作計劃，CIM是該計劃中的重要研究內容之一。日本是亞洲地區高科技發展最快的國家，其車間制造系統自動化程度達到非常高的水平。在70年代，日本的CNC、DNC、FMS等物理層設備自動化方面發展很快。我國于1986年開始制定了國家高技術發展計劃(簡稱“863”計劃)，將CIMS確定為自動化領域的主題研究項目之一。至今開展CIMS研究與應用已有10多年的歷史。我國CIMS的最主要特點是：用“系統論”指導CIMS的研究與發展、強調集成與優化，多學科協同發展，理論與實踐緊密結合。在產品開發方面也已取得了重大成果。我國有20多個省市(行業)的200多個企業實施或正在實施CIMS應用示范工程，其中已有50家左右通過驗收，并取得顯著效益、包括北京第一機床廠、沈陽鼓風機廠等。我國在CIMS應用上還面臨著不少問題。主要表現為：國民經濟和高技術產業化所需裝備的2／3依賴進口，對市場的快速反應能力差，產品開發周期長、交貨慢。第三節CIMS的發展現狀及趨勢2．國內現狀CIMS的“集成”已經從原先的企業內部的信息集成和功能集成，發展到當前的以并行工程為代表的過程集成，并正在向以敏捷制造為代表的企業間集成發展。第三節CIMS的發展現狀及趨勢3．ClMS的發展趨勢使CIMS技術持續發展，這主要表現在下述幾方面：①總體技術系統總體模式：包括柔性制造、集成制造、并行工程、敏捷制造、智能制造、綠色制造、全能制造等模式。(1)從設計、管理、加工生產等“技術孤島”發展為集成的CIMS技術體系。系統集成方法論：包括信息集成、過程集成、企業間集成及知識集成等方法論；系統集成技術：包括設計、生產、管理及后勤等子系統間的集成技術，企業三要素（人/組織、經營管理和技術）及三流（信息流、物流和價值流）的集成技術等；標準化技術：包括產品信息標準、過程信息標準、數據交換與格式標準、圖形標準及零件庫標準等技術；企業建模和仿真技術：包括企業功能、信息、工作流、資源及組織模型等的建立、確認及仿真技術；CIMS系統開發與實施技術：包括企業診斷、需求分析、系統設計、組織實施、質量保證及效益評價等技術。第三節CI