主要參考書目TH166/2602CIMS中系統集成和信息集成TH166/0208計算機集成制造系統導論TH166/7420計算機集成制造(CIM)系統設計和實施方法論TP278/1021制造系統信息集成技術

TH166/2238現代制造系統分析與設計TH166/6060CIMS計算機網絡TH166/3444CIMS計算機信息集成系統技術TP303/7433CIMS網絡設計技術TP166/0214CIMS制造自動化TP278/4044CIMS環境下集成化管理信息系統的分析設計TP391.73-62/4022計算機集成制造系統(CIM)約定、標準與 實施2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用3

主要參考書目(續)TH166/2294計算機集成制造系統的組成與實施TP305/6012計算機集成制造系統F270/5523CIM規劃和實施的技術指南F270.7/2261敏捷供需鏈管理F273.2/0024產品數據庫管理(PDM)技術TH165/1252敏捷制造的理論、技術與實踐F270.7/4412企業建模理論與方法學導論F270.7/6037ERP原理、設計、實施ISBN7-111-14827-4流程工業綜合自動化技術褚健榮岡機械工業出版社2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用4

主要參考書目(續)計算機集成制造，詹姆斯A.雷著，機械工業出版社，2003現代集成制造系統導論，吳澄主編，清華大學出版社，2002先進控制技術及應用，王樹青等編著，化學工業出版社，20012025/2/24CIMS和CIPS技術與應用5

課程安排2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用6

課程難點涉及多學科的綜合知識——有一定的難度原理性、方法性的課程——數學推導少，哲理和概念比較多，相對比較抽象新興、發展的學科——還有許多問題有待解決，探索性比較強需要投入，進行深入思考和必要的實踐2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用7

第一章緒論1.1CIM和CIP興起的背景蒸汽機現代信息技術(計算機)手工生產向大規模生產轉化剛性生產流水線，大規模、大批量生產標準化簡單化生產成本降低損失產品多樣性、生產者創造性世界統一市場形成顧客需求多樣化企業競爭壓力加劇提高生產柔性、應變能力人人合作、主觀能動性時間-質量-成本-服務(TQCS)CIMS和CIPS技術與應用從手工作坊到機械工廠：——勞動分工——互換性原理從單件小批到全盤自動化的大量生產汽車工業制造技術發展帶來的啟示2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用9

案例1.單件手工生產法國巴黎P&L汽車制造公司的汽車制造過程(1890年)年產量800臺有許多獨立的工匠手工完成單件制造方式生產流程幾個主要伙伴討論用戶需求，確定汽車規格定購主要零件各個承包商制造零件匯總安裝2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用10

由于零件不標準，尺寸只是近似的，由熟練工匠進行精細銼進行逐個裝配，直至總成。結果是沒有兩輛車是相同的，積累誤差導致汽車外型尺寸也發生很大變化。單件生產的特點勞動力在設計、制造工藝水平上較高組織十分分散產量低、價格高產品維護費用高2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用11

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案例2.大批量重復生產Ford生產線方式的引入（1908年）零件互換、標準化技術的引入裝配線（固定線－>流動線）結果：生產成本大量下降、生產率提高、產品的維護費用下降、維護方法簡化生產量200萬輛時、價格降低了2/3。勞動力專業化分工、培訓時間縮短2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用14

組織結構一體化、大而全，計劃管理，由上而下協調生產組織－>官僚主義，對市場的響應能力下降機床的能力不斷提高大批量生產追求的目標（50年代前）大量生產低成本提高勞動生產率2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用15

新的生產組織模式制造資源計劃（MRPII，美國）精益生產（日本）

Siemag粗計劃系統（德國）制造設備水平提高數控機床（50年代），FMS（70年代）計算機輔助設計技術應用

CAD、CAPP、CAM、CAE單元技術應用2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用16

計算機應用水平提高

CAD、CAPP、CAM、CAE技術應用

MRPII技術應用管理信息系統應用車間控制技術

局部集成技術

MRPII（計劃、物料、庫存、生產能力、財務、銷售信息集成）

CAD/CAPP/CAM集成

FMS、獨立制造島（加工設備、物料傳送、倉庫存儲設備的集成〕2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用17

優化技術

MRPII系統優化了物料供應和生產計劃

FMS應用優化了生產調度和控制策略車間作業計劃與調度系統的應用優化了制造資源分配自動化生產追求的目標提高勞動生產率提高產品質量提高企業的設計、工藝水平提高企業的內部管理水平2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用18

時間(Time)質量(Quality)成本(Cost)服務(service)

加快新產品的研制和開發周期(科研、設計、制造、測試、交貨)提高產品質量、顧客的滿意度

降低生產消耗，控制污染，確保生產安全，減少中間環節，壓縮庫存，加速資金周轉，實現生產過程、管理和經營過程整體優化

不斷更新產品，加強與客戶的聯系企業的競爭要素2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用19

1.2CIM與CIP概念的形成

JosephHarrington(1973年，美國)，ComputerIntegratedManufacturing一書中首先提出的，包括兩個最基本的觀點：

(1)企業生產的各個環節，從市場分析、產品設計、加工制造、經營管理及售后服務的全部經營活動，是一個不可分割的整體，要緊密連接，統一考慮(2)整個經營過程實質是一個數據的采集、傳遞和加工處理的過程，最后形成的產品可以看作是數據的物質表現2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用20

CIMS概念的完善共同點

覆蓋范圍實際整個企業的全部活動，分析和設計系統時必須站在企業的高度，全局觀點差異點

-全盤自動化

-計算機是集成主體/工具

-人在CIMS中處于什么地位

人們在CIM實踐過程中提出了多種不同的定義，表達了不同的認識和看法，CIM的概念也由此不斷得到完善和發展CIM不等于全盤自動化，計算機只是工具、手段，系統集成包括人的集成2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用21

CIM定義CIM是一種概念，一種哲理，它指出了制造業應用計算機技術的更高階段，在企業中將市場分析、經營決策、產品設計、制造過程各個環節乃至到銷售和售后服務，包括原材料、生產和庫存管理、財務資源管理等全部運營活動，在一種全局集成規劃指導下，在更充分發揮人的集體智慧和合作精神的氛圍中，關聯起來集合成一個整體，逐步實現全企業的計算機化2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用22

CIMS系統

在CIM思想指導下，逐步實現企業全過程計算機和的綜合人-機系統。計算機集成制造系統(ComputerIntegratedManufacturingsystem)離散機械制造行業連續流程生產行業計算機集成生產系統(ComputerIntegratedProductionsystem)(流程工業CIMS)CIPSCIMS2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用23

1.3工業生產過程的分類(1)連續過程(2)半連續過程

原料的物料流及能量流持續進入由一系列生產裝置序貫組成的固定生產流程后，連續經過反應、換熱、分離、流體輸送等各類環節，直至生成最后產品，如煉油、化肥、硝酸等。連續過程、半連續過程、批量(間歇)過程、離散過程

生產運行采用類似連續過程的方式進行產品加工，通過切換操作可以利用生產裝置生產多種產品。造紙、軋鋼、特殊化工生產等是該種方式進行的。2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用24

(3)批量(間歇)過程

主要特征是物料加入某個生產裝置后，按一定的工藝條件，并經歷一定時間(在這一時間中往往沒有物料流出)在達到某要求指標后，再排出物料進行后續過程。制藥過程的生物反應發酵罐，高分子化工中的聚合過程，涂料生產過程、煉鋼等過程,這一類企業通常是按一定批量，有間斷、周期地進行生產，故又稱之為批處理過程。2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用25

(4)離散過程

其主要特征是產品生產以件/次的模式進行的，產品以單件或流水線上成批進行生產。在使用生產線方式的情況下，組成產品的部件在生產線的不同加工設備上依次加工裝配完成；在產品加工地點相對靜止的情況下，產品的不同處理工序在同一地點完成。機械加工、汽車飛機制造、家電生產過程等2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用26

1.4離散制造過程與流程生產過程(1)生產模式比較比較因素離散制造過程流程生產過程產品生產大批量/小批量/單件以大批量為主物料流離散連續加工線路靈活、動態可變工藝線路單一，基本不變上下游工序關系松弛相當強的耦合、關聯、制約產品加工種類多變穩定產品設計根據要求經常進行投產后幾乎沒有產品加工時間可變裝置投產后，同樣處理量情況下，不變加工過程一般為物理過程伴隨著化學、物理變化，機理復雜生產柔性強以剛性系統為主環境問題輕排污問題嚴重，需要全面治理2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用27

(2)操作模式比較比較因素離散制造過程流程生產過程操作工況常規環境通常在高溫、高壓、低溫、真空、易燃、易爆、有毒的惡劣工況下緩沖單元生產線存在某些緩沖單元一般沒有中間緩沖單元，設備啟停、正常操作和緊急處理步驟復雜操作監控要求一般很強的實時性要求操作參數一般為物理幾何參數，狀態可以由人工觀測以熱工參數、組分參數為主，狀態不能直接觀測，操作參數量很大操作經濟目標縮短供貨周期，提高設備利用率強調操作整體性，實現均衡、安全、長周期、高效、低能耗生產，保證產品質量產品設計生產重要環節，通過并行工程，在生產過程中進行比重很小，通常與生產過程分離，單獨進行控制方式遞階分層管理與控制集中管理/分散控制操作干擾強度低隨機的、不確定的干擾情況普遍存在優化手段調整生產計劃，分配負荷，優化排序調整工藝參數，達到最優工況柔性操作代價一般通過選擇不同的加工設備及夾具進行柔性操作，主要以時間為代價，時間較短代價低流程切換后需進行設備及管線的清洗、再次開車周期較長，生產在穩定未達標前，原料、能量存在浪費，柔性切換操作時間較長，切換成本大2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用28

(3)自動化技術水平比較比較因素離散制造過程流程生產過程自動化程度普遍實現了單機自動化，中小企業處于機械化階段，少數大企業處于生產自動化階段DCS系統普遍應用于生產過程中完成生產過程的監控、管理工作，部分企業完成計算機信息管理系統工作，自動化孤島現象普遍存在，自動化基礎水平好自動化基礎技術CAD、CAM、FMS、數控加工設備DCS、PLC、控制儀表、現場總線數據庫工程數據庫，集中分布式數據庫實時數據庫、發布式數據庫、海量存儲數據庫計算機網絡開放異構網絡互連，遞階結構開放異構網絡互連、實時性、可靠性要求很高2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用29

1.5離散制造工業與連續流程工業生產過程的自動化技術發展(1)離散制造工業2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用30

(2)連續流程工業過程自動化孤島問題管理孤島問題

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自動化孤島、管理孤島2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用32

1+1=2?

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將“孤島”集成在一起2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用34

將“孤島”集成在一起2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用35

1.6離散制造過程中CIM的發展狀況a)美國

把保障國家安全，提高其工業在國際上的競爭力作為科技發展的戰略方針，國防部、能源部、陸軍器材部、航空航天部等政府部門都極為關注和重視CIM的進展狀況，指定自身的CIM發展戰略計劃1975年美國空軍制定空軍計算機輔助制造計劃AFCAM1976年美國工程師學會制定計算機輔助計劃ICAM1985年正式形成CIM計劃，投資1億美元1990年道格拉斯飛機制造公司建成CIMS系統HP、DEC信息網絡為基礎的開放式結構平臺波音公司，777制造過程采用并行工程思想實施，組織了238個不同的工作組，采用數字化定義、數字化預裝配(可裝配)技術，實現無圖紙生產，達到了無樣機一次制造成功2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用36

案例3.波音公司Boeing777是數字化設計與制造的典范，研發周期縮短研發周期縮短40%，工程返工減少50%2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用37

美國普渡大學、里海等高校建立計算機智能集成和制造自動化研究中心、先進制造技術研究中心：生產管理模式、理念、總體技術、關鍵技術CIMS虛擬制造敏捷制造b)歐洲1982年初，歐洲信息技術研究和發展計劃ESPRIT1984年實施達到共識:(1)CIM不是企業的最終目標，而是實現企業目標的一中手段(2)CIM是人-機系統(3)不斷完善的過程，實施CIM沒有最優解，只有滿意解(4)集成并不意味著集中，集成是多方位、多層次的集成，分布控制的CIM比集中控制的CIM有更強的生命理和更高的柔性德國瑞士2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用38

C)日本柔性制造系統(FMS)工廠自動化(FA)精良生產(LeanProduction)d)我國國家863高新技術發展計劃CIM工程研究中心、研究基地建設多家企業的典型應用工程建設CIM工程研究中心、研究基地建設

清華大學、上海交大、華中理工大學跟蹤國際技術發展，總體技術、關鍵技術的研究，培養骨干技術隊伍美國制造工程師學會SME大學領先獎(2次)2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用39

CIM工程研究中心、研究基地建設

北京第一機床廠、沈陽鼓風機廠、成都飛機制造廠、上海二紡機、廣東華寶、杭州三聯電子有限公司等一批企業分別針對各自的實際需要，實施了CIM工程例1北京第一機床廠40-60個產品，1994年我國鐵道部通過國際招標工作求購4臺銑床，性能價格比優于外國的企業，交貨期比參加競標德日本、法、德企業晚6個月。

1996年超重龍門銑床德交貨期，已從原來的36個月縮短到18個月…………..

獲得美國制造工程師學會的SME企業領先獎。例2沈陽鼓風機廠

單件生產，產品的設計、制造周期為18個月，國外企業為10-12個月，不精確的手工產品報價需要6周時間，國外企業計算機報價只需要2周。

CIMS的計算機報價系統在2周內提供符合國際API標準的技術報價、財務報價、商務報價，產品的設計、制造周期從18個月縮短到10-12個月。2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用40

1.7先進制造技術發展a)精良(益)生產(LeanProductionLP)

起源于日本，1950在豐田公司汽車制造過程推行的的生產方式(美國麻省理工學院投入500萬美元進行為期5年的研究項目提出的，《改變世界的機器》，1990，JamesP.Womack,DanielT.Jones等)

精簡生產過程中一切不產生附加價值的活動和投資，精簡管理層次和組織結構，簡化開發過程和生產過程，采用JIT生產方式，追求零廢品，零庫存(1)以人為中心的人機系統-創造工作條件，不斷提高職工的技能，充分發揮他們的創造性-強調工作者及時發現生產質量問題和解決問題的能力(2)簡化一切過程不斷排除一切非生產性的費用，采用準時制，合理安排物流過程，消除中間庫存拆除無用的工作位置與中間層的管理人員2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用41

準時制生產方式(JustInTimeJIT)

追求零庫存、無缺陷、低成本，徹底排除浪費(點數、庫存、搬運、質量檢查等不增加產品價值的活動)。

對零件的加工數量和完成時間的要求，由下一道工序的狀況決定，下道工序擁擠和阻塞，上道工序就應減慢或停止。(1)JIT的目標、方法和手段(2)JIT的生產計劃與控制方法

以最后工序往前推的拉式管理模式，信息流與物流方向相反的負反饋的閉環控制系統。

傳統的生產模式是以計劃為主的模式，信息流與物流方向相同，從第一道工序逐一往后推的推式管理模式，是一種無反饋的開環系統。2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用42

b)敏捷制造(AgileManufacturingAM)

由美國里海(Lehigh)大學的亞科卡(Iacocca)研究所在美國國會和國防部支持下會同美國眾多工業界的主要決策人于1991年向美國國會提交的《美國21世紀制造企業戰略》報告中首次提出的。1)敏捷制造是一種組織模式和戰略計劃，一種系統工程方法和現代制造模式2)敏捷制造基于對未來產品和市場發展的分析，認為產品市場的發展趨勢是多元化和個性化，因此要求制造技術盡可能作到產品成本及產品類型與產品數量無關3)強調高素質的員工，造就具有高度靈活、訓練有素、能力強且具有高度責任感的員工隊伍，并充分發揮其作用4)需要多個相關企業的協同工作，最終目標是使企業能在無法預測、持續多變的市場環境中保持并不斷提高其競爭能力5)通過動態聯盟(虛擬企業VirtualOrganization)來實現6)實現的手段和工具是虛擬制造(VirtualManufacturing)2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用43

企業的敏捷性可重構(Reconfigurable)可重用(Reusable)可擴充(Scalable)動態聯盟支持技術

計算機集成制造技術網絡技術標準化技術

敏捷系統具有靈活改變系統能力，一般柔性制造系統(FMS)也有柔性的能力改變系統。Agile與Flexibility二者有本質的區別：模型和仿真技術并行工程

柔性制造系統的柔性是特定的時間對事先預見到的變化的響應能力，它是靠計劃好的功能來響應突發事件與緊急的需求，即事先根據預計的變化和需求設計好某些功能，一旦某種情況或需求出現，則選用相應已有功能來解決。

敏捷制造系統是一種對事先預測不到的變化的響應能力，它是靠開放的基礎結構和系統的自組織的能力來響應環境的變化2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用44

C)虛擬制造(VirtualManufacturingVM)

概念于20世紀80年代提出的，90年代得到了重視和發展，成為敏捷制造的手段，其本質：以計算機支持的仿真和模擬，從而能在產品設計階段，實時地并行地模擬出產品未來制造全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能，優化制造過程，從而更有效地、高質量地、經濟地組織生產，實現企業的FTQCS。產品的功能(F)全開發周期(T)短質量(Q)高成本(C)低更好的服務(S)2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用45

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d)智能制造(IntelligentManufacturingIM)

在制造工業的各環節，以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計算機模擬人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，旨在取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承與發展的技術。系統的特點：(1)制造系統的自組織能力(2)制造系統的自律能力(3)自學習和自維護能力(4)整個制造環境的智能集成2025/2/24CIMS和CIPS技術與應用47

e)獨立制造島

同濟大學，張曙教授提出的以成組技術為基礎，以NC機床為核心，強調信息的自動化和以人為中心的的生產模式，要求組織、人員、技術的三者有機地進行集成。1.8