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概念
1计算机制造系统
1.1计算机集成制造系统的概念
1.1.1自动化孤岛(IslandsofAutomation)
自动化孤岛是指在一个工厂内,能够完成某种功能的自动化子系统,它在职能上是分布的,在地理上是分散的,在时间上是分割的。
近30年来,随着电子技术、计算机技术和机械制造技术的迅猛发展,世界上已开发出许多专门用途的自动化系统,它们是相对独立的,易于控制,具备一定完整的功能(模块),具有便于相互连接的接口,但这些自动化子系统是分期控制和局部管理的,统称为自动化孤岛。
这类自动化孤岛包括:
1.NC、CNC、DNC机床
2.CAD/CAM(CAPP,CAE)、FMS
3.MRP-Ⅱ(制造资源规划)注意:
MRP-材料需求计划
4.ExpertSystem
5.RobotController
自动化孤岛向集成化(一体化)发展是一必然方向,也是制造业的一场深刻的变革。
1.1.2CIMS定义
CIMS是建立在自动化孤岛基础上的复杂系统。
CIMS将全部制造过程进行统一规划,将一个工厂的设计、生产和经营的各种分布的自动化孤岛,通过要素化和标准化有机地集成起来,以获得一个高效益和高柔性的智能化大系统。
1974年,美国年轻学者哈灵顿博士首先提出“计算机集成制造”的概念,他认为整个生产过程(从市场、设计制造到管理、售后服务等)是一个整体,需要统一考虑;
同时整个生产过程是信息的采集、传送和加工处理的过程,产品的尺寸不过是物化的数据。
这一观点为生产过程大量采用信息技术奠定了认识上的基础。
什么是CIMS?
至今尚无一个普遍接受的说法,有人说CIMS是用计算机去集成制造活动;
还有人说,CIMS是一个管理的哲学。
在此,将CIMS定义为:
CIMS是根据系统工程的观点,将整个车间或工厂作为一个闭环系统,整个系统完全由计算机进行管理。
该系统输入的是产品需求的有关信息,输出的为经过检验的合格产品。
1.2计算机集成制造系统的组成
1.2.1CIMS概况
图1CIMS示意图
如图所示,CIMS系统分为三级:
1.决策级
决策级是生产决策机构。
决策级根据市场的需求、原材料供应情况,结合本企业的生产技术条件及财务状况,作出生产产品的种类及规模的决策。
2.经营管理级
经营管理级根据决策机构的决定、市场的销售情况等方面的情况,决定产品的类型与产量,协调生产过程的各种活动,实现总体决策所提供的战略目标(包括材料需求规划、质量管理、计算机辅助经济分析等)。
同时在空间和时间上,协调物料的需求,实现现代管理思想的目标――无库存系统。
3.制造级
制造级是具体实施产品设计与制造的部分,其中包含制造系统中各项自动化技术及其集成,即CAD/CAM、FMS、柔性检验、自动传送系统、自动化仓库等。
由CIMS的示意图可以看出计算机集成制造系统的一个最鲜明的特点:
在CIMS内,信息流占主导地位,信息的采集、交换与处理融合在一起,再由信息流控制物质流,控制和指挥整个生产活动。
1.2.2CIMS主要组成部分
如上所述,CIMS包括了企业从市场预测到产品售后服务的全部生产活动。
从功能角度看,CIMS包含了一个企业的设计、制造及经营管理的三种主要功能。
要使这三者集成起来,还需要一个支撑环境,即分布式数据库和计算机网络。
目前,一般认为CIMS主要由四部分组成:
1.管理与决策信息系统
其主要功能是信息处理,包括收集、传输、加工、查询等;
一般分为辅助性经营计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理和辅助决策。
2.工程信息系统
其主要功能模块有计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、成组技术(GT)、计算机辅助编制工艺规程(CAPP)和计算机辅助制造(CAM)等。
3.柔性自动化制造系统
其主要功能是在计算机调度和控制下,使加工设备完成由毛坯到产品的转变过程,并将制造现场的不同信息实时地或经过初步处理后反馈到相应部门。
其硬件设备主要包括CNC、DNC、自动小车、机器人等。
其生产方式主要采用FMC、FMS等。
4.集成质量系统
其主要功能就是通过对存在于设计、制造和管理中的质量信息进行有效的收集、处理、储存、评价、分析与利用,并形成一系列的控制手段来保证产品的质量,其中主要包括质量计划、质量信息管理以及计算机辅助在线质量控制。
3计算机集成制造系统的效益
制造型企业采用CIMS可以提高企业的整体效率,并获得效益。
其效益主要体现在以下几个方面:
一、在工程设计自动化方面
由于采用现代化设计手段CAD/CAPP/CAM,可以
1.提高产品的研制与生产能力
2.保证产品的设计质量
3.缩短产品设计与工艺设计周期(加速产品更新换代)
二、在加工制造方面
FMS和分布式数控(DNC)的应用,能够
1.提高制造过程的灵活性与质量
2.提高设备利用率
3.缩短产品的制造周期
4.增强生产能力
三、在经营管理方面
1.使决策与生产管理科学化
2.保证产品报价快速、准确、及时
3.减少生产过程中的“瓶颈”,减少“在制品”
4.库存降至最低水平,减少占用资金和仓库面积,降低生产成本
现代管理科学认为,一个好企业的生产模式应该是无仓库式和哑铃式。
1985年,美国科学院对在CIMS方面处于领先地位的五家公司(麦克唐纳-道格拉斯飞机公司、迪尔拖拉机公司、通用汽车公司、英格索尔铣床公司和西屋公司)进行了调查和分析,认为采用CIMS可以获得以下效益:
产品质量提高200~500%
工程设计费用减少15~30%
生产率提高40~70%
人工费用减少5~20%
设备利用率提高200~300%
提高工程师工作能力300~500%
生产周期缩短30~60%
在制品减少30~60%
4计算机集成制造系统的展望
4.1数字化
未来世界,“数字化”将势不可当。
“数字化”不仅是“信息化”发展的核心,而且也是先进制造技术发展的核心。
信息的“数字化”处理同“模拟化”处理相比,有着3个不可比拟的优点:
信息精确,信息安全,信息容量大。
数字化制造就是指制造领域的数字化,它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果,也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。
它包含了三大部分:
以设计为中心的数字制造,以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。
对制造设备而言,其控制参数均为数字化信号。
对制造企业而言,各种信息(如图形、数据、知识、技能等等)均以数字形式,通过网络,在企业内传递,以便根据市场信息,迅速收集资料信息,在虚拟现实、快速原型、数据库、多媒体等多种数字化技术的支持下,对产品信息、工艺信息与资源信息进行分析、规划与重组,实现对产品设计和产品功能的仿真,对加工过程与生产组织过程的仿真,或完成原型制造,从而实现生产过程的快速重组与对市场的快速响应,以满足客户化要求。
对全球制造业而言,用户借助网络发布信息,各类企业通过网络,根据需求,应用电子商务,实现优势互补,形成动态联盟,迅速协同设计与制造出相应的产品。
这样,在数字制造环境下,在广泛领域乃至跨地区、跨国界形成一个数字化组成的网,企业、车间、设备、员工、经销商乃至有关市场均可成为网上的一个“结点”,在研究、设计、制造、销售、服务的过程中,彼此交互,围绕产品所赋予的数字信息,成为驱动制造业活动的最活跃的因素。
4.2集成化
“集成化”,一是技术的集成,二是管理的集成,三是技术与管理的集成;
其本质是知识的集成,亦即知识表现形式的集成。
如前所述,现代集成制造技术就是制造技术、信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。
“集成”就是“交叉”,就是“杂交”,就是取人之长,补己之短。
“集成化”主要指:
(1)、现代技术的集成。
机电一体化是个典型,它是高技术装备的基础,如微电子制造装备,信息化、网络化产品及配套设备,仪器、仪表、医疗、生物、环保等高技术设备。
(2)、加工技术的集成、特种加工技术及其装备是个典型,如增材制造(即快速原型)、激光加工、高能束加工、电加工等等。
(3)、企业集成,即管理的集成,包括生产信息、功能、过程的集成;
包括生产过程的集成。
全寿命周期过程的集成;
也包括企业内部的集成,企业外部的集成。
4.3智能化
制造技术的智能化是制造技术发展的前景。
智能化制造模式的基础是智能制造系统,智能制造系统既是智能和技术的集成而形成的应用环境,也是智能制造模式的载体。
与传统的制造相比,智能制造系统具有以下特点:
1、人机一体化;
2、自律能力;
3、自组织与超柔性;
4、学习能力与自我维护能力;
5、在未来,具有更高级的类人思维的能力。
制造技术的智能化突出了在制造诸环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。
同时,收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。
尽管智能化制造道路还很漫长,但是必将成为未来制造业的主要生产模式之一。
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- 计算机 集成 制造 系统 概论