智能制造基礎與應用高等職業教育“十三五”規劃教材

第五章

智能制造柔性系統第一節智能制造柔性系統概述第二節智能制造柔性硬件系統第三節智能制造柔性運行控制系統第四節智能制造柔性系統應用實例第五節智能制造計算機集成系統智能制造計算機集成系統5第五節圖片第五章

智能制造柔性系統

20世紀70年代以來，隨著電子信息技術、自動化技術的發展以及各種先進制造技術的進步，制造系統中許多以自動化為特征的單元技術得以廣泛應用。如CAD、CAPP、CAM、工業機器人、FMS等單元技術的應用，為企業帶來顯著效益。

然而，人們同時發現，如果局部發展這些自動化單元技術，會產生“自動化孤島”現象。“自動化孤島”具有較大封閉性，相互之間難以實現信息的傳遞與共享，從而降低系統運行的整體效率，甚至造成資源浪費。計算機集成制造系統的產生CIMS的產生

4第五章

智能制造柔性系統“自動化孤島”5例：離散制造業CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS自動化立體倉庫MRPIIOAMISDSS銷售系統DatabaseNetwork未經集成化處理的計算機應用,形成了多個“自動化孤島”Internet6第五章

智能制造柔性系統

自動化單元如果能夠實現信息集成，則各種生產要素之間的配置會得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮，各種資源浪費可以減少，從而獲得更好的整體效益。這正是計算機集成制造系統的出發點。

將“自動化孤島”集成在一起7

CIMS國外發展簡況美國——不僅企業重視，國家也極為重視，認為CIM是奪回失去市場、取得競爭成功的關鍵技術，并將不可逆轉地成為21世紀占主導地位的新的生產方式。20世紀80年代初，美國國家標準局（NBA）所屬AMRF（自動化研究實驗基地）建立了世界上第一個CIMS實驗系統歐共體——1984年開始實施ESPRIT（歐洲信息技術研究戰略計劃），在130個合作項目中，關于CIM項目占28項日本——CNC、DNC、FMS已處于世界領先地位，1985年通產省主持開發“筑波綜合實驗工廠”，相當于CIMS實驗基地。新加坡、以色列、韓國、巴西、南非等——也在積極跟蹤和發展CIM技術CIMS國內外發展狀況第五章

智能制造柔性系統CIMS國內發展簡況863/CIMS主題確立：研究內容包括應用基礎研究、關鍵技術攻關、目標產品開發、應用示范工程四個層次；

1994年清華大學CIMS工程中心獲美國SME“大學領先獎”；

1995年北京第一機床廠CIMS工程獲SME“工業領先獎”十五863/CIMS主題內涵更新（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem,CIMS）十五863/CIMS主題研究專題：行業/區域現代集成制造系統專題

數字化設計與制造專題；

過程自動化系統專題；

企業管理與電子商務系統專題；

現代集成制造系統平臺專題。第五章

智能制造柔性系統概念計算機集成制造CIM美國Harrington博士關于CIM兩個觀點:

企業各個生產環節是一個不可分隔的整體(集成)；企業生產制造過程實質上是對信息的采集、傳遞和加工處理的過程（信息）。ISO關于CIM定義：是將企業所有的人員、功能、信息和組織等諸方面集成為一個整體的生產方式。CIM：是一種思想、模式、哲理，強調企業信息集成。第五章

智能制造柔性系統CIMS三要素關系：經營管理與技術:技術支持企業達到預期的經營目標；人與技術:技術支持各類人員互相配合、協調一致工作；人與經營管理:人員素質提高支持企業的經營管理；CIMS三要素集成

計算機集成制造系統CIMSCIMS:基于CIM哲理的一種工程集成系統。CIMS核心:是將企業內的人/組織、經營管理和技術三要素之間的集成，以保證企業內的工作流程、物質流和信息流暢通無阻。第五章

智能制造柔性系統計算機集成制造系統的組成四個功能分系統，兩個支撐分系統組成

第五章

智能制造柔性系統1、經營管理信息分系統（MIS)

信息處理包括信息的收集、傳輸、加工和查詢；事務管理包括計劃管理、物料管理、生產管理、財務管理、人力資源管理等；輔助決策根據現有信息，利用數學分析手段預測未來，提供企業經營管理決策。核心工具：制造資源計劃MRPII，將企業內各個管理環節進行集成，縮短生產周期、減少庫存、降低成本、提高企業市場應變能力。第五章

智能制造柔性系統2、工程設計信息分系統(EDIS)（CAD/CAPP/CAM）

CAD計算機繪圖、有限元分析、產品造型、圖像分析處理、優化設計、動態分析與仿真、物料清單（BOM）生成等；

CAPP毛坯設計、工藝方法選擇、工序設計、工藝路線制定、工時定額計算等；

CAM刀具路徑確定、刀位文件生成、刀具軌跡仿真、NC代碼的生成等作業。

第五章

智能制造柔性系統3、制造自動化分系統(MAS)MAS地位:位于企業底層，是企業信息流和物料流的結合點，是最終產生效益聚集地。MAS組成:機械加工系統-CNC、MC、FMC、FMS加工設備；物流系統—對工件和工具存儲、搬運、裝卸等操作；控制系統-實現對加工設備和物流系統的控制；MAS目標:實現多品種、小批量生產柔性自動化；實現優質、低成本、短周期、高效率生產；創造舒適安全勞動環境。

第五章

智能制造柔性系統4、質量保證信息分系統（QIS)

質量計劃--建立質量技術標準，制定檢測計劃、檢測規程和規范；質量檢測管理--包括進出廠材料檢測、產品質量檢測管理，設計質量指標管理，生產質量數據管理；質量分析評價--對各類質量問題進行分析，評價各種影響因素，查明主要原因。質量信息綜合與控制--報表生成，質量綜合查詢，采取各種質量控制措施。第五章

智能制造柔性系統5、數據庫管理分系統對各類數據進行存儲和調用，滿足各分系統信息的交換和共享。數據的分布：采用分布式異型數據庫技術，通過互連網絡體系，完成全局數據調用和分布式事務處理。數據庫系統類型：工程數據庫管理系統，實現對圖形數據和非圖形數據處理。

6、計算機網絡分系統是CIMS信息集成工具，常用局域網，對地理范圍大的企業，可通過遠程網進行互連，使CIMS同時兼有局域網和廣域網的特點。第五章

智能制造柔性系統第五章

智能制造柔性系統CIMS五層遞階控制結構

工廠層-最高決策層，制定長期生產計劃、確定資源需求、產品開發、成本核算，規劃周期幾個月/幾年時間。車間層-協調車間作業和資源配置，作用周期幾周/幾個月。單元層-完成本單元作業調度，包括作業順序和指令發放、進行任務分配調度、協調物料運輸，規劃時間幾小時/幾周。工作站層-負責協調設備小組活動，規劃時間幾分鐘/幾小時。設備層-各種設備控制器，執行上層控制命令，完成加工、測量、運輸等任務，響應時間幾毫秒/幾分鐘。第五章

智能制造柔性系統CIMS遞階控制結構

工廠加工車間裝配車間1#單元N#單元銑削工作站檢驗工作站物料運儲工作站機器人銑床零件存儲器機器人檢驗機零件存儲器機器人機器人小車傳感器……….…..第五章

智能制造柔性系統計算機集成制造系統的體系結構

CIMS/OSA體系結構：是沿結構方向、建模方向和視圖方向的三維坐標結構。第五章

智能制造柔性系統CIMS/OSA結構層次通用層包括通用組件、約束、服務和協議，以及各企業共同需求和處理方法；部分通用層按照工業類型、不同行業、企業規模等不同分類的各類典型結構；專用層在通用層和部分通用層基礎上根據特定企業需求而選定和建立的系統和結構，僅適用于一個特定企業，一個企業只能通過一種專用結構來描述。第五章

智能制造柔性系統CIMS/OSA建模層次需求定義層按用戶準則描述一個企業的需求定義模型；設計說明層根據企業經營需求和系統能力，對用戶需求進行重構和優化；實施描述層在設計說明層基礎上，對企業生產過程及系統制造技術元件和信息技術元件物理元件進行描述。

制造技術元件：包括CAD、CAM、MRP、DNC、FMC等；

信息技術元件--包括計算機、網絡、數據庫、各類系統軟件和應用軟件。

第五章

智能制造柔性系統CIMS/OSA視圖層次功能視圖--指導用戶確定和選用相應的功能模塊；信息視圖--用來幫助企業用戶確定其信息需求，建立信息關系和確定數據庫結構；資源視圖--用于幫助企業用戶確定其資源需求，建立優化的資源結構；組織視圖--確定CIMS內部的多級多維職責體系，建立CIMS的多級組織結構。第五章

智能制造柔性系統CIMS中的集成技術CIMS的集成是在CIMS網絡和數據庫支撐下，把人/機構、生產經營系統和技術系統三者緊密結合起來，組成一個統一的整體，使整個企業范圍內的工作流、物料流、信息流都保持通順流暢和相互有機聯系