制造自动化技术-干货课件.ppt

1、早期自动化概念：l 自动化是美国人D.S.Hardef于1936年提出的。他在通用汽车公司工作时，认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。现代自动化概念：l 制造自动化是指“大制造概念(广义)”的制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。l 也就是对制造过程进行规划、运作、管理、组织、控制与协调优化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。l形式有三个方面：l 代替人的体力劳动；l 代替或辅助人的脑力劳动；l 制造系统中人、机器及整个系统的l 协调、管理、控制和优化。l可用TQCSE功能目标模型描述，其含义如下：l 1)T表示时间，指

2、采用自动化技术，缩短产品制造周期，产品上市快，提高生产率。l 2)Q表示质量，指采用自动化技术，提高和保证产品质量。l 3)C表示成本，指采用自动化技术有效地降低成本，提高经济效益。l 4)S表示服务，指利用自动化技术，更好地做好市场服务工作，也能通过替代或减轻制造人员的体力和脑力劳动，直接为制造人员服务。l 5)E表示环境，其含义是制造自动化应该有利于充分利用资源，减少废弃物和环境污染，有利于实现绿色制造及可持续发展制造战略。l 第一阶段：刚性自动化，包括自动单机和刚性自动线。其应用传统的机械设计与制造工艺方法，采用专用机床和组合机床、自动单机或自动化生产线进行大批量生产。其特征是高生产率和

3、刚性结构，很难实现生产产品的改变。l 第二阶段：数控加工，包括数控(NC)和计算机数控(CNC)。数控加工设备包括数控机床、加工中心等。其特点是柔性好、加工质量高适应于多品种产品的生产。引入的新技术有数控技术、计算机编程技术等。l 第三阶段：柔性制造。本阶段特征是强调制造过程的柔性和高效率，适应于多品种、中小批量的生产。涉及的主要技术包括成组技术（GT)、计算机直接数控和分布式数控(DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线(FML)、离散系统理论和方法、仿真技术、车间计划与控制、制造过程监控技术、计算机控制与通信网络等等。l 第四阶段；计算机集成制造(CIM)和计算

4、机集成制造系统(CIMS)。其特征是强调制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竞争的TQCSE问题。CIMS涉及的学科技术非常广泛，包括现代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术等。l 第五阶段；新的制造自动化模式，如智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造、绿色制造等。现代数控技术综合了l 机械加工技术、l 自动控制技术、l 检测技术、l 计算机和微电子技术。l 是当前世界上机械制造业的高技术之一。现代制造技术的发展过程是制造技术、自动化技术、信息技术和管理技术等相互渗透和发展的过程，而数控技术以其高精度、高速度、高可靠性等特点已成为现代制造技术

5、的技术基础。l 1948年，美国帕森斯公司提出了数控机床的初始设想。1952年，美国麻省理工学院试制成功世界上第一台数控机床。这是一台三坐标数控立式铣床，采用的是脉冲乘法器原理，其数控系统全部采用电子管元件，称之为第一代数控系统。l 1959年，由于在计算机行业中研制出晶体管元件，因而数控系统开始广泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入第二代数控系统。l 1965年，小规模集成电路以其体积小、功耗低广泛应用于数控系统、使得数控系统的可靠性得以进一步提高。数控系统发展到第三代。l 1970年，在芝加哥国际机床展览会上，首次展示了以小型计算机取代专用计算机的第四代数控系统，即计算机数控系统。l 197

6、4年，美、日等国数控生产厂家，在美国Intel公司开发的微处理器技术基础上，首先研制出以微处理器为核心的数控系统(MNC)。由于中、大规模集成电路集成度和可靠性高，价格低廉，这种以微处理器技术为特征的第五代数控系统很快占据领先地位。数控系统是由输入程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等所组成的。l 分布式数控（Distributed numerical control DNC)系统是从早期的直接(Direct numerical control DNC)数控发展来的。l 由于早期的NC系统是硬线路控制装置，数控程序靠读带机输入，系统中无程序存储装置或

7、存储容量很小，因此采用一台小型或微型的通用计算机联接多台NC机床的方式，借助计算机的大容量存储器来存储各NC机床的数控程序，并管理和分配这些程序来控制机床工作，称为直接数控或群控。l 20世纪70年代以来，所有的NC机床都已由计算机数控(CNC)系统控制，本身已具备一定的独立存储能力，它可以在上一级控制计算机的管理下工作，亦可以独立运行，从而将由NC机床组成的DNC系统改称为分布式数控系统，而且从直接数控的二级控制方式向多级开放式控制方式发展，系统的组织有更大的灵活性。l 在DNC系统中一般采用TCP/IP通信协议的局域网(LAN)，也可以采用现场总线(Field Bus)作为DNC系统的通信

8、网络。l 系统中采用分布式数据处理，即上下级分散处理以保证最终控制对象的数据使用率。减少出于硬件、软件可能出现的故障而造成整个系统失效事故。DNC单元机接受上级主控机的工作指令，负责分配、调度和管理本单元机床的数控程序和控制参数，同时具有监控功能，包括在线监测、机床状态和资源短缺状态的反馈上报等。l DNC系统较之其他形式的制造系统具有结构简单、开放性好、不强调物流自动化、工作可靠、投资少、能充分发挥人的作用优点，是种适度自动化系统。l在DNC系统的基础上加上成组技术和物料运输系统，就成为具有独立性的、自成体系的柔性制造单元(FMC)。即：柔性制造单元=DNC系统+成组技术+物料运输系统l 柔

9、性制造单元(Flexible Manufacturing Cell，FMC)是由一台或几台设备组成，具有独立自动加工的功能，在毛坯和工具储量保证的情况下，具有部分自动传送和监控管理功能，具有一定的生产调度能力；高档的FMC 可进行24小时无人运转。l FMC可分为两大类，一类是数控机床配上机械手，另一类是加工中心配上托盘交换系统。配备机械手的机床由机械手完成工件和物料的装卸。配托盘交换系统的FMC，将加工工件装夹在托盘上，通过拖动托盘，可以实现加工工件的流水线式加工作业。在FMC的基础上，采用引导式机器人作为无人搬运台车，配上中央刀库和自动化仓库，组成FMS的物流系统，加上中央监控系统协调和控

10、制整个系统的信息，通过通信网络组成信息流，这样就很快组成了FMS。即：柔性制造系统=N个FMC系统+移动机器人+中央刀库+自动化仓库+中央监控系统+网络20世纪80年代的定义：“一组数控机床，由物料处理系统连接在一起，并且完全受计算机控制和管理”的系统。Edward A.Ross对FMS下的定义：“FMS是一个制造系统，它由至少两台机床与物料输送系统组成，可实现从上料直至卸料全过程的高度自动化，管理此系统的计算机只需要更换一些软件就能使系统制造多种工件”。l 将FMC进行扩展，增加必要的加工中心数量，配备完善的物料和刀具运送管理系统，通过一套中央控制系统，管理生产进度，并对物料搬运和机床群的加

11、工过程实行综合控制，就可以构成一个完善的FMS。l FMS主要由三部分组成：l 计算机控制与管理层l 以NC为主的多台加工设备l 物料运输装置l 与此相对应，可将其划分为以下三个子系统：l 控制与管理子系统l 加工子系统l 物流子系统l 对于大批量、少品种的生产一般采用自动流水线作业，它的物流设备和加工工艺相对固定所以也称为固定自动化。由于它的设备固定，缺少灵活性，所以只能加上一个或相似的几个品种的零件。l 而小批量、多品种的情况下多采用单台数控机，它的特点是加工灵活性好，但相对于自动流水线来说生产效率低，制造成本高。l 因此，对应中等批量、中等品种产品的加工，需要在自动流水线和单台数控之间选

12、择一个折中方案，结合自动流水线和单台数控各自的优点，将几台NC与物料输送设备、刀具库等通过一个中央控制单元联接起来，形成具有一定柔性而又有一定连续作业能力的加工系统，即柔性制造单元或柔性制造系统。l 1)具有很强的柔性制造能力。当市场需求变化时，不需要改变系统硬件结构，就能够生产不同的产品，从而大大缩短了新产品开发周期。l 2)提高设备利用率。借助于计算机管理，加工辅助工作时间大为减少，有很多工作可以在机床工作时间内进行，从而将加工不同工件之间的时间减至最少。l 3)减少在制品数量，提高对市场的反应能力。由于工序合并，所需装夹次数和使用机床数量减少，计算机软件实现优化调度等原因，大大缩减了系统

13、在制品库存量，整个工作循环时间也减少了，使得系统能够对市场变化做出较快的反应。l 4)产品质量提高，加工成本降低。FMS具有高度的柔性自动化，工件装卡次数以及要经过机床的台数减少，夹具的耐久性好，可把注意力更多地放在机床和工件的调整上，有助丁工件加工质量的提高。l 5)减少直接生产工人，提高劳动生产率。系统的控制、管理和传输都是在计算机监控下进行的，使得操作工人减少。l6)FMS可以逐步地实现实施计划。l(1)概述l 柔性制造系统(FMS-Flexible Manufacturing System)是在1965年英国莫林斯公司的狄奥威廉姆逊首先提出的“计算机控制的加工系统”的概念发展而来的。1

14、967年，莫林斯公司率先研制成功了莫林斯24系统这是世界著名的第套FMS。该系统能24小时连续工作，因此称为Molins24。加工站 检验站 清洗站 控制站等1)加工站 加工站由机床及其附属设备(如工件装卸系统、冷却系统、切屑处理系统和刀具交换系统)组成。一般来说，多采用数控机床和加工中心。加工中心是FMS中基本的制造设备，它具有较大的柔性，便于工序集中加工，可减少加工站的数目，从而简化FMS的体系。2)检验站l 检验站由计算机控制的坐标测量机(CMM)执行检验工作。l CMM外形类似三坐标铣床，工作原理类似于数控机床，由计算机控制被测件的坐标位置。3)清洗站l 清洗站通常设置在检验站或输出系

15、统之前，根据工件材料和形状不同，采用高压空气从适当方向吹洗平板和工件以达到清洗目的。4)装卸站l 装卸站设在物料处理系统中最靠近自动仓库和FMS的入口处，多数采用人力装卸工件、刀具。除必要的工作台和工具(如悬挂吊、气功搬手等)之外，还有与中央计算机连接的终端，供装卸工与中央计算机通信。5)控制站l FMS的控制系统是分布式的，除了中央计算机之外，每个制造单元以及多数工作站上均设有控制站或通信终端。制造单元的控制站对本单元进行监控。工作台上的传感器检测系统采集的信息，一部分被工作站的控制站留用，另一部分直接传输到中层或上层控制站。有些工作站(如物料处理系统、自动仓库等)只设置简单的通信终端，供车

16、间巡回工与中央计算机通信用。6)物料输送与存储系统 l FMS的工作站分担零件的加工和处理任务，但它们并非单独的个体，而是由物料处理系统和计算机控制系统连接在一起，形成一个高度柔性和高度控制的有机整体。l FMS系统输入的物料品种繁多有各种材料、毛坯和半成品。输出系统的有成品和半成品，种类以百计甚至以千计。为了对物料进行有效地管理控制，可建立由计算机控制的物料处理系统。它负责各种物料的管理，包括物料的l 存储l 检索l 装卸l 运输l 物料入库存放l 实现自动化，将工件的品名、类别、数量、入库时间、存放地点等信息均记录到计算机中。出库时只要给计算机一个命令就能自动检索取出命令指定的文件，同时从

17、文件中把它去掉，然后将工件通过物料输送系统送到指定位置。7)刀具管理系统 l FMS中刀具的管理与工件流的管理同样重要，因此FMS通常设有专门的刀具管理系统，包括刀具刃磨站(室)、刀具仓库、刀具运输小车和专用路线，有的FMS还利用机器人兼做刀具自动交换工作。l FMS中刀具的种类有千百种，数量成千上万。刀具的寿命有一定限制，到规定的使用寿命时，必须重新刃磨。每种工件不仅有一定的工艺过程，而且要按工艺类型使用相应的刀具，在机床上加工一种工件时，必须事先配齐所需的刀具。FMS是一个动态的、柔性度高的系统，当系统发生瓶颈或其他异常事件时，系统将自动改变工件的流动路线，从而影响机床上的刀具重新分配。由

18、此可见，刀具的存放和调度直接影响FMS的柔性，因此，FMS系统刀具的管理需要严格的计划和高度的自动控制水平。7)刀具管理系统 l 为了管理方便，FMS系统建立了刀具管理系统的数据库，存储全部刀具的数据，包括：l 刀具号码、可应用的机床、刀具尺寸及能否调整等。FMS中设有刀具管理站，站中有刀具调整设备，它们和刀具站的计算机相联，刀具调整后的长度和直径等数据均自动记录下来，作为基本数据存入数据库中刷新原来的数据。l 刀具管理系统管理的过程可分为刀具准备管理与刀具更新管理。l 刀具准备时，需从刀具资料中检索出刀具的最优寿命，按批量及每个刀具的加工量算出加工一批工件所需的刀具数量，以及加工全部工件的刀

19、具总数与种类。l 刀具更新时，需对刀具设定开始使用的时间。加工终了时间，需对使用过刀具的使用时间记录进行更新，并与设定的寿命比较，决定是否需要更新。更换刀具后，需更新数据库中的数据记录。8)控制系统l FMS中各种设备的计算机控制系统是构成FMS控制系统的基础。l FMS的计算机系统采用层次式结构，分为底层、中层和上层三级控制。l 底层是一些CNC计算机和可编程控制器，主要用来控制各种机械设备的自动工作循环；l 中层是单元级计算机，主要用来监控子系统的工作，具有对上层和底层的通信能力；l 上层是中央计算机，实施较高层次上的技术信息和管理信息处理，并且实施FMS的总体控制。l(2)FMS的组成

20、概括来说，一套FMS可概括为由：自动化的加工系统 自动化的物流系统 信息和控制系统 三部分组成。l自动化加工系统lFMS的能力可由它加工零件品种的多少和由哪些机床组成来确走。通常加工回转体类类件的FMS以CNC车床或车削中心为主并配备其他必要的CMNC机床和辅助加工设备。对于非回转体类零件的加工，则以卧式或立式加工中心为主，并辅以其他辅助工序所需的加工设备组成。例如有的FMS还包含有测量机、焊接机、特种加工设备和清洗机等。l自动化物流系统lFMS中的物流系统通常分成存储、输送、装卸三部分l存储系统 用于毛坯、在制品、成品、夹具和托盘等的存放和缓冲存储。对于大型的FMS，一般都设置有一个自动化立

21、体仓库，用于存放毛坯、在制品、成品零件、夹具和为夜班作业准备的装有毛坯件的夹具和托盘等内设堆垛机、出入库输送装置、物品识别和检查站、中转货位等它接受FMS主控计算机的指令进行工作。在FMS中还没置有一定数量的缓冲存储站，用于存储在线加工的在制品、夹具和托盘，以便于FMS运行过程中的计划和调度。l 输送系统 FMS中的物流输送系统与传统的刚性自动线有很大的差别它的工件输送系统是不按固定节拍强迫运送的而且也可以没有固定的顺序，并允许几种不同的零件混杂也一起输送。也就是说，整个工件输送系统的工作状态是随机调度的这也是系统中必须配置缓冲存储站的原因。大部分FMS的输送系统中都采用自动输送小车，分为有轨

22、小车（RMV)和无轨小车(AGV）两类l装卸系统 大多数装卸系统都采用人工装卸，辅以起重装置，加工回转类零件的FMS一般采用工业机器人装卸工件。l信息和控制系统l 该系统负责FMS的实时控制和在线监控。FMS中的信息由多级分布式计算机进行处理和控制l 只要是对各种各样的原材料进行加工处理，生产出为用户所需要的最终产品，他们可以是飞机、汽车、计算机、电子仪器，也可以是成衣、制鞋、食品加工，都可以归属于“制造业”。其所涉及的活动范围则是从原材料采购、定单处理、产品设计、工艺设计，经过整个生产活动的计划、调度和加工、装配活动本身，直到销售发货和售后服务，还包括仓库管理、财务管理、人事管理等等，一句话

23、，覆盖一个企业的全部活动。l 这样一种广义的理解主要是这些行业、系统集成方面有着共性，都可以应用计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing,简写为CIM）的概念来进行改造和集成，都可以应用先进的生产和管理模式来进行改造，而不必把这些先进模式只局限于狭义的机械制造行业。l 近些年来，随着自动化技术、计算技术和机械制造业的飞速发展，出现了各种专门用途的自动化子系统，即“自动化孤岛”。l 这些自动化子系统是分期控制和局部管理的，它们相对独立，易于控制，具备完整的功能模块，具有便于相互连接的接口。随着现代制造技术与信息技术的结合，提出了计算机集成制造系统的现代制

24、造企业模式。CIMS在“自动化孤岛”技术的基础上，将全部制造过程进行统一设计，将制造企业的全部生产经营活动，即从市场分析、产品设计、生产规划、制造、质量保证、经营管理至产品售后服务等，通过数据驱动形成一个有机整体，以获得一个高效益、高柔性、智能化的大系统。l CIM是把人和经营知识及能力，与信息技术、制造技术综合应用，以提高制造企业的生产率和灵活性，由此将企业所有的人员、功能、信息和组织诸方面集成为一个整体。l CIM是一种概念，一种哲理。l 它指出了制造业应用计算机技术的更高阶段。即在制造企业中将从市场分析、经营决策、产品设计、经过制造过程各个环节，最后到销售和售后服务，包括原材料、生产和库

25、存管理、财务资源管理等全部运营活动，在一种全局集成规划指导下，在更充分发挥大的集体智慧合作精神的氛围中并联起来集合成一个整体，逐步实现全企业的计算机化。l 目的是实现企业内更短的设计生产周期，改善企业的经营管理，适应市场的迅速变化，获得更大的经济效益。l 它借助计算机软硬件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术等，将企业生产经营全过程中有关人、技术和管理三要素以及有关的信息流、物流和资金流有机地集成并优化运行，以实现产品的高质量、低成本、交货期短，提高企业对市场变化的应变能力和综合竞争能力。l CIMS是在CIM哲理指导下建立的人机系统，是一种新型制造模式。l 它

26、从企业的经营战略目标出发，将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，将产品从创意策划、设计、制造、营销到售后服务全过程中有关的人和组织、经营管理和技术三要素有机结合起来，使制造系统中的各种活动、信息有机集成并优化运行，以达到产品上市快、成本低、质量高、能耗少，提高企业的创新设计能力和市场竞争力。l CIMS的一个主要概念就是集成、CIMS是以企业的生产经营活动作为个整体，对企业各种信息进行加工处理，借助于计算机进行集成化制造、生产和管理。l CIMS中的Computer仅是个工具，Manufacturing是目的，Integrated 则是CIMS区别于其生

27、产模式的关键所在。l 计算机网络是集成的工具，计算机辅助的各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是关键。l 集成是CIMS的核心，这种集成决不仅是物(设备)的集成，而更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成。lCIMS就是在CIM思想指导下，逐步实现企业全过程计算机化的综合人-机系统。不论其计算机技术应用的广度和深度处于什么阶段，只要全局规划是明确的，确实按照CIM思想指导着企业的体制改革和技术改革，就可称为CIM系统。全面应用于各个环节的CIM系统，可以说是未来工厂的模式，但在开发过程中，则可以把它本身看作是一种进程，而不必局限于某种固定格局的层次模式。还要强调的是，这个人机

28、系统的集成，不仅是技术上信息和物流的集成，或者说硬件、软件的集成，更重要的是人的集成，是人、技术和经营三大方面的集成，而且系统成效的大小，更多的要取决于人的集成情况。l 20世纪50年代，随着控制论、电子技术、计算机技术的发展，工厂中开始出现各种自动化设备和计算机辅助系统。l 如50年代初期开始出现的数控机床；l 60代开始有的计算机辅助设计(CAD)、计算机数控(CNC)、计算机辅助制造(CAM)。60-70年代之间，计算机技术快速发展，工作站、小型计算机等开始大量进入到工程设计中，开始了 CADCAM，计算机仿真等工程应用系统；l 从70年代开始，计算机逐步进人到了上层管理领域，开始出现了

29、管理信息系统(MIS)、物料需求计划(MRP)、制造资源计划(MRP-II)等概念和管理系统。l 但是这些新技术的实施并没有带来人们普经预测的巨大效益，原因是它们离散地分布在制造业的各个子系统中，只能使局部达到自动控制和最优化，不能使整个生产过程长期在最优化状态下运行。l 与此同时，由于经济、技术、自然和社会环境等因素的影响，作为国家国民经济的主要支柱的制造业已进人到一个巨大的变革时期，主要表现在：生产能力在世界范围内的提高和扩散形成了全球性的竞争格局；（2）先进生产技术的出现正急剧地改变着现代制造业的产品结构和生产过程；（3）传统的管理、劳动方式、组织结构和决策方法受到社会和市场的挑战。因此

30、，采用先进制造体系便成为制造业发展的客观要求。l CIM理念产生于20世纪70年代、但基于CIM理念的CIMS在80年代中期才开始重视并大规模实施，其原因是70年代的美国产业政策中过分夸大了第三产业的作用，而将制造业，特别是传统产业贬低为“夕阳工业”，这导致美国制造业优势的急剧衰退，并在80年代初开始的世界性的石油危机中暴露无遗、此时，美国才开始重视并决心用其信息技术的优势夺回制造业的霸主地位，认为CIMS是必然选择。l系统集成优化是CIMS技术与应用的核心技术，因此我们认为，可将CIMS技术的发展从系统集成优化发展的角度而划分为三个阶段：信息集成、过程集成和企业间集成，由此产生了并行工程、敏

31、捷制造、虚拟制造等新的生产模式 信息集成主要解决企业中各个自动化孤岛之间的信息交换与共享，其主要内容有：企业建模、系统设计方法、软件工具和规范。（2）异构环境和子系统的信息集成。早期信息集成的实现方法主要通过局域网和数据库来实现。近期采用企业网、外联网、产品数据管理、集成平台和框架技术来实施。l 传统的产品开发模式采用串行产品开发流程，设计与加工生产是两个独立的功能部门，缺乏数字化产品定义、DFADFM工具和产品数据管理，缺乏支持群组协同工作的计算机与网络环境。但是并行工程较好地解决了这些问题，它组成多学科团队，尽可能多地将产品设计中的各个串行过程转变为并行过程，在早期设计阶段采用CAX、DF

32、X工具考虑可制造性(DFM)、可装配性(DFA)和质量(DFQ)，以减少返工，缩短开发时间。l 企业间集成优化是企业内外部资源的优化利用，实现敏捷制造，以适应知识经济、全球经济、全球制造的新形势。从管理的角度，企业间实现企业动态联盟，形成扁平式企业的组织管理结构和“哑铃型企业”，克服”小而全”、“大而全”，实现产品型企业，增强新产品的设计开发能力和市场开拓能力，发挥人在系统中的重要作用等。l 企业间集成的关键技术包括信息集成技术，并行工程的关键技术，虚拟制造，支持敏捷工程的使能技术系统、基于网络的敏捷制造，以及资源优化(如ERP、供应链、电子商务)。l集成的方式 从“信息集成”“过程集成”“企

33、业集成”：异地设计、异地制造、多供应商、多销售中心的企业集成。l企业集成的工具平台 网络是大集成的平台，网络订货（需求信息），网络异地设计（产品概念信息），网络制造（异地物流信息），网络销售，（资金流信息），网络售后服务（网络诊断、措施提供）lCIMS是个大型的复杂系统，包括人与机构、经营、技术三要素。其中人与机构包括组织机构及其成员，经营包括目标和经营过程，技术包括信息技术和基础结构，在三要素的相交部分需解决四类集成问题：使用技术以支持经营；（2）使用技术以支持人员工作；（3）设置机构人员协调工作以支持经营活动：统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。目前，CIMS并不过分强调物流自动

34、化，而是侧重于以人为中心的适度自动化，即强调人、经营、技术三者的有机集成，充分发挥人的作用。l第一层是驱动轮子的轴心是顾客。企业任何活动的最终目的应该是为顾客服务，迅速而圆满地满足顾客的愿望和要求。市场是企业获得利润和求得发展的基点。l 第二层是企业组织中的人员和群体工作方法。传统的管理概念，认为仅有供销人员是面向用户和市场的，但是在多变的、竞争激烈的市场中，企业中的每个人都必须具有市场意识，每个职工都要了解市场的变化以及企业在市场中的地位、本职工作和市场竞争能力的关系。企业的成败关键不是技术，也是人和组织。l 第三层是信息(知识)共享系统。信息是企业的主要资源。现代企业的生产活动是依靠信息和

35、知识来组织的。在传统的生产方式中，各个部门都有自己的信息处理方式，所采用的知识各不相关。因此，信息冗余量大，传递速度慢，共享程度很低。现代制造企业一定要建立个信息和知识共享系统，它是以计算机网络为基础的，并且有使用操作方便和可靠的系统，使信息流动起来，形成一个连续的，不间断的信息流，才有可能大大提高企业的生产和工作效率。l 第四层是企业的活动层，可划分为三大部门和15个功能区、这15种功能都是企业在市场竞争必中不可少的。l第五层是企业管理层，它的功能是合理配置资源，承担企业经营的责任。这一层应该是很薄的但卓有成效的一层，是企业内部活动和企业所在环境的接口。企业管理层是把原料、半成品、资金、设备

36、技术信息和人力资源作为投入，去组织和管理生产，并将产品推出到市场销售。企业管理层还要承担一系列责任，如员工的利益和安全，投资者的合理回报，社团公共关系，政府法规和行业道德以及环境保护等。l第六层是企业的外部环境；企业是社会中的经济实体，受到用户、竞争者、合作者和其他市场因素的影响。例如老用户和新用户的各种需求，原料和外购件的供应渠道，推销和代理商的组织，能源、交通和通讯基础设施的好坏，劳动力和金融市场的变动，大专院校和研究所的支持，政府的经济法规和政治形势的变化等。企业管理人员不能孤立地只看到企业内部，必须置身于市场环境中去运筹帷幄、高瞻远瞩地作出企业发展的决策。l 从功能角度看，CIMS通常

37、包含了一个制造作企业的设计、制造、质量控制、经营管理四类主要功能。要使这四方面功能有机地集成起来，还需要两个公共支撑环境，即计算机网络、分布式数据库及其指导集成运行的系统技术，因此，CIMS通常主要由五大功能分系统所构成：即技术信息分系统、制造自动化分系统、质量信息分系统、管理信息分系统等应用分系统，以及网络敝据库分系统。lCIMS的组成l 通常，可以将CIMS划分为四个功能分系统：l 工程设计系统l 制造系统l 质量保证系统l 管理信息系统l以及两个支持分系统：l 计算机网络系统l 数据库系统l管理信息系统(MIS)l 这是CIMS的上层管理系统。它不仅需要根据厂情、国情和国际市场的条件和需

38、求情况作出经营决策、生产规划、成本估算和效益分析，而且需要作出物资、能源、人员的计划安排保证生产的正常运行。通常MIS可由经营决策、生产管理、人事管理和财务管理四个子系统组成。l 工程设计系统包括产品设计与开发、工艺技术淮备、数控编程等有关技术部门的所有工作。其中主要功能子系统有：计算机辅助设计(CAD）、计算机辅助工程计算(CAE)、计算机辅助工艺过程设计CAPP)、计算机辅助数控编程(CANCP)、成组技术(GT)和计算机辅助夹具设计(CAFD)等，必须特别指出的是，在CIMS中最关键的技术之一是工程设计系统中CAD、CAPP、CANCP三个子系统之间的信息集成通常称为CAD/CAPP/C

39、AM 集成。l制造系统l 主要是指车间制造设备生产过程中的信息控制与管理。其中包括DNC(分布式数控)、FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)，以及人机结合的各种制造单元的控制与信息管理。由于CIMS的核心是信息集成，它并不要求制造系统的完全自动化，在非自动化的生产车间，只要能建立车间的生产管理与作业调度的计算机系统，也能作为分系统连接进CIMS实现信息集成。l 质量保证系统l 这是一个在全企业范围内保证产品质量的控制与管理系统。设计师必须为用户的特定产品和零件选择最好的结构和适宜的材料，以保证功能要求下最良好的性能包括机械特性、动力待性、耐久性、可靠性、可处理性和易维护性等。还要在最

40、低成本下保证产品的质量。因此，质量保证工作除必须从原材料的入库检验开始外，还需要控制和管理产品质量形成过程中的所有因素，一直关联到制造过程中的生产设备、加工工具、加工方法和工作人员的能力，并监视在生产和运输过程中一切可能影响产品质量的因素。l 计算机网络系统l CIMS是一个复杂的大系统，为了保证信息的畅通和控制的有效性，通常采用递阶控制结构和分布管理系统。CIMS常用一个五层递阶控制结构。如果车间的制造自动化系统比较简单、规模较小，则可以不设工作站层面而成为四层递阶控制结构。当车间是传统的生产组织，没有自动化制造系统，则可以由车间控制和管理计算机上网建成CIMS的管理信息系统。l数据库系统l

41、 由于CIMS的复杂性和异构性，使系统中存在着各种各样的信息数据，有事务处理用的大量的格式化数据，也有工程数据管理中的图形数据、文本数据、NC代码等非格式化数据，要使这些数据能在系统中快速交换和共享，使异构数据库间能进行数据的互操作，一直是CIMS实施过程中的关键技术。现在，由于产品数据管理(PDM)的推出。客户/服务器分布式结构、关系数据库的工程化，异构数据库间数据交换接口的标准化等的研究成果逐渐成熟，CIMS的数据库系统的建立已能得到解决。l 东方电机股份有限公司是我国大型发电设备开发、设计与制造的三大重要企业之一，在产品设计、制造、生产经营管理方面迫切需要与国际先进技术水平接轨参与国际市

42、场竞争，需要运用从CIMS环境的先进制造技术与生产经营管理思想来指导。为此，东方电机股份有限公司与技术依托单位四川大学于1997年初组建东方电机计算机集成制造系统(简称DFEMCIMS)联合设计组，在深入调研和分析东方电机生产实际的基础上，得出了东方电机实施CIMS工程的必要性、迫切性和可行性。针对东方电机产品技术密集、结构复杂、制造周期长的持点，设计DFEMCIMS的体系结构创建了在计算机网络和分布式数据库支持环境下，集技术信息分系统、管理信息分系统、计算机辅助质量信息分系统和制造自动化分系统为一体的DFEMCIMS。l DFEMCIMS划分为四个功能应用分系统和一个支撑分系统，即技术信息分

43、系统(TIS)、管理信息分系统(MIS)、计算机辅助质量信息分系统(CAQ)、制造自动化分系统(MAS)以及网络和数据库分系统(NETDB)。DFEMCIMS四个功能分系统是在网络和数据库构成的支撑环境下建立的，而网络和数据库支撑环境又建立存计算机系统硬件平台及操作系统软件平台上，由此构成的DFEMCIMS体系结构。l DFEMCIMS/MIS分系统建立了相关的辅助企业管理的物理平台、包括公司的INTERNET节点(对外互联网)及INTRNET网络(企业信息网)、为建市高效的电子信息采集、传递、利用提供了可行渠道：建立了完善的电子信息系统的使用和管理模式可充分利用MIS分系统获取信息服务于企业

44、的生产，加强企业经营管理。l 该分系统包括物料管理子系统、企业信息网、设备管理子系统、科研管理子系统、决策支持子系统、计划管理子系统、财务管理子系统、工具生产管理子系统、工装生产及库存管理子系统、人事管理子系统、总经办管理信息子系统在内的11个子系统，并全面投入运行，取得了显著的社会经济效益。l DFEMCIMS/TIS分系统建立在以19台图像工作站、250台微机、3个小型机服务器和5台子网服务器等构成的硬件平台以及由操作系统、UGII、IDEAS等CADCAECAM一体化软件，IEDS CAD软件包，ANSYS，COSMOS，FORTRAN、TASCFLOW，ICEM工程分析软件，IMAN工

45、程数据库软件和大量自行开发及合作开发的工相应用软件组成的软件平台上，在开放式计算机网络和分布式数据库的支持下，建立起贯穿产品设汁、分析、工艺过程的开放性CADCAE/CAPPCAM集成的技术信息系统。lDFEMCIMS/MAS分系统由叶片CADCAM子系统、模型转轮CADCAM子系统、蜗壳cADCAM子系统、焊接分厂下料生产管理子系统、计算机辅助测试子系统组成：l叶片的自动编程步骤采用如图418所示的编程过程。l模型转轮CADCAM系统流程如图419所示。l计算机下料综合管理及套裁系统由焊接分厂生产作业管理、材料管理、工程数据库和套料四个基本功能模块组成。计算机下料综合管理及套裁系统层结构功能

46、树如图420。l 产品质量信息综合管理，包括质量计划，质量内、外部信息，质量体系与程序文件质量统计分析，质量分析，质量活动，质量奖惩。l 材质质量信息管理包括以下几个部分：材料的标准信息，即对材料采购、使用中所提供的技术要求、协议、规范、选用规格、技术条件、选用牌号、验收要求、质量要求等；材料检验信息，是贯穿于原材料进厂到原材料投人生产的全过程的材质检验信息，主要包括原材料的原始资料、原材料收、发、存质量检验信息，原材料及制造过程中的理化、无损探伤检验信息；供应商信息。l 产品工序质量检测信息管理实现对产品有关的监检计划、检验规程、NcR单、检验记录卡、见证情况记录、标识、原材料进厂检验和产品

47、包装发运检验等信息管理。l 产品质量信息统计分析管理对产品档案数据进行统汁分析实现按产品分类建立产品检验和成品试验的信息结构，形成统一的对外检验报告。l 计量器具信息管理包括对计量器具的定购、计量器具的台帐使用、计量器具的定检情况的管理。lDFEMCIMS网络/据库分系统的主要任务就是完成覆盖东方电机股份有限公司厂区的计算机网络主干网的设计和构建工作，实现以TCPIP协议为主体的主要结点的互联。lDFEMCIMS网络分系统提供对数据库系统的分布式管理的支持，为各应用系统提供文件传输、远程登录、电子邮件(EMAIL)、www等服务。主干网络传输速率为10M100Mbs，小型建筑物或分散站点的通信速率为9600bs64 Kbs。l DFEMCIMS提高了产品设计开发与创新能力，设计周期在原来612个月的基础上普通缩短3个月，实现重大质量事故为零的突破，全面提高产品质量。l DFEMCIMS建立的信息系统提高了我国大型水轮发电机组的设计和制造水平，使企业具备了设计制造三峡水轮发电机组和700MW巨型水电机组的生产能力。DFEMCIMS的实施与应用取得了显著的经济效益和社会效益。THE END