1、现代制造系统,第6章 计算机集成制造系统（1-3） 东北大学秦皇岛分校 黄亮 n-xyz,第6章 计算机集成制造系统,回顾：现代制造的特点： 高效、 柔性、 集成。 增加制造系统柔性的一个目的就是支持实现集成，而集成能够实现整体上的高效，因此三者是紧密相关的。 计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system，CIMS）是一个包含范围很广的概念，涵盖了ERP、MES、PDM和CAPP等制造企业主要使用的各种信息化软件，是实现制造系统集成的代表理论。,本章首先 对计算机集成制造系统的基本概念进行简介； 然后介绍其中的重要组成部分企业层面所使用的
2、信息化软件企业资源计划（enterprise resource planning，ERP）； 其次介绍车间层面所使用的信息化软件制造执行系统（manufacturing execution system，MES）； 企业设计部分所使用的管理软件产品数据管理（product data management, PDM）和计算机辅助工艺规划（computer aided process planning, CAPP）本课程将在第13章进行较详细的介绍。 最后，本章还介绍与制造系统集成有关的若干种理论与方法。,第6章 计算机集成制造系统 6.1 计算机集成制造系统概述 6.2 企业资源计划简介 6.3
3、 制造执行系统简介 6.4 其它相关理论与方法,6.1 计算机集成制造系统概述,20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以自动化和柔性化为特征的单元技术得以广泛应用。 然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化单元技术，会产生“自动化孤岛”现象。 “自动化孤岛”具有较大封闭性，相互之间难以实现信息的传递与共享，从而降低系统运行的整体效率，甚至造成资源浪费。因此，还需进一步加强制造系统的集成化水平。,“自动化孤岛”!,1+1=2?,CAD,CAPP,CAM,CAE,ROBOT,FMS,FAS,自动化 立体仓库,MRP,OA,MIS,DSS
4、,Database,Network,未经集成化处理的 计算机应用,形成了多个 “自动化孤岛”,Internet,将“自动化孤岛”集成在一起!,自动化单元如果能够实现信息集成， 则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化， 各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥， 各种资源浪费可以减少， 从而获得更好的整体效益。 这正是计算机集成制造系统的出发点。,基本概念： CIM是英文Computer Integrated Manufacturing的缩写，译为“计算机集成制造”。 CIMS是英文CIM System 的缩写，译为“计算机集成制造系统”。 美国约瑟夫哈林顿博士关于CIM两个基本观点： 企业各个生
5、产环节是一个不可分隔的整体（集成）； 企业生产制造过程实质上是对数据的采集、传递和加工处理的过程（信息）。,经过十年的实践，863计划CIMS主题专家组在总结经验的基础上，对CIM提出如下定义： CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理，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，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行，以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢得市场竞争。 CIM是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。,对CIM定义可进一步阐述如下： （1）CIM是一种组织、管理与运行企业生产的哲
6、理，其宗旨是使企业的产品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得竞争。 （2）企业生产的各个环节，即市场分析、经营决策、管理、产品设计、工艺、制造等全部活动过程是一个不可分割的有机整体，要从系统的观点进行协调，进而实现全局优化。,对CIM定义可进一步阐述如下： （3）企业生产的要素包括人、技术及经营管理。其中，尤其要继续重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用。 （4）企业生产活动中包括信息流（采集、传递和加工处理）及物流两大部分。现代企业中尤其要重视信息流的管理运行及信息流与物流之间的集成。 CIMS是基于CIM哲理而组成的系统，是CIM思想的物理体现。,CIMS的组成包含三个要素： 人/机构、
7、经营与技术。,1、使用技术以支持经营。,2、使用技术以支持人员工作和组织机构的运行。,3、人员设岗/机构设置协调工作以支持经营活动。,4、统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。,CIMS的组成包括四大部分：,1、经营管理子系统。 2、工程分析/设计子系统。 3、制造子系统。 4、支持环境子系统（即数据管理/信息与通信子系统）。,美国调查了不同规模的165家企业应用与计算机相关的制造技术的情况，如下图所示。,从调查结果来看，应用最多的技术依次为： CAD（933）、MRP（800）、CAE（673）、CAM（612）、CNC（588）； 而用的较少的是那些高度自动化技术： 自动引导小车（
8、158）、自动化物料搬运技术（267）、群控技术（273）、自动化装配技术（291）、机器人技术（376）。 由此看出，工业高度发达的美国也并非普遍采用CIMS所必须的制造技术。,因此，CIMS综合并发展了企业生产各环节有关的计算机辅助技术，即： （1）计算机辅助经营管理与决策技术（如MIS，OA，MRP I-，ERP）。 （2）计算机辅助设计与分析技术（如CAD/CAE/CAPP/CAM ）。 （3）计算机辅助制造技术（如CNC，ROBOT，FMS）。 （4）计算机辅助信息集成技术（如NET，DB，AI）。 （5）计算机辅助建模、仿真、实验技术。 （6）计算机辅助质量管理与控制，等等。,近年
9、来，随着863计划CIMS主题的成立，CIMS涉及的范围越来越大，几乎涵盖了工业工程在制造领域的主要研究（现代工业工程研究多与计算机有关）。 因此，目前国内CIMS多指一个研究领域，而不仅是一种技术，或一种先进模式。,例如：计算机集成制造系统， 1995年创刊，国家863计划CIMS主题与中国兵器工业集团公司第210研究所共同主办，收录各种与先进制造相关的论文。 1996年，工程索引（EI）收录。,第6章 计算机集成制造系统 6.1 计算机集成制造系统概述 6.2 企业资源计划简介 6.3 制造执行系统简介 6.4 其它相关理论与方法,ERP的起源订货点法： 20世纪60年代制造业为了打破“发
10、出订单，然后催办”的计划管理方式，设置了安全库存量，为需求与提前期提供缓冲，出现订货点法。,订货点=单位时区的需求量订货提前期+安全库存量。,6.2 企业资源计划简介,MPR（时断式MRP）： 企业的管理者们清楚地认识到，真正的需要是有效的订单交货日期（库存或提前期管理），产生了对物料清单的管理与利用，形成了物料需求计划（Material Requirement Planning，MRP）。 与订货点法相比： 考虑了相关需求， 展开物料清单（Bill of Material，BOM）， 计算累计提前期， 增加了时间周期的划分。,脚踏车1,轮框2,车轮2,车架1,传动组1,轮胎2,主架1,把手1
11、,物料清单（BOM）举例：,累计提前期： 完成某项活动的最长计划时间（关键路径）。 累计提前期可以通过遍历该项物料的物料清单中各条路径来得到，即将各路径上所有低层项目提前期的最大累计值定义为该项物料的累计提前期。,闭环MRP： 20世纪70年代出现，MRP在计划执行过程中，加入了来自车间、供应商和计划人员的反馈信息，并利用这些信息进行计划的平衡调整。 从而围绕着物料需求计划，使生产的全过程形成了一个统一的闭环MRP系统。 与时断式MRP相比： 增加了生产能力的反馈， 形成闭环生产系统。,MRP： 20世纪80年代，企业的管理者们又认识到制造业要有一个集成计划，以解决阻碍生产的各种问题，而不是以
12、库存来弥补，或缓冲时间去补偿的方法来解决问题。 于是制造资源计划（Manufacturing Resource Planning，MRP）产生了。 与闭环MRP相比： 功能更全面，制定计划所考虑的因素更多， 增加了市场预测与财务（成本）分析。,MRP: MRP提出后一段时间，英国国际计算公司一套改进的计划系统，称为第二代制造资源计划（记作MRP）。 除了包含MRP的内容之外，MRP还包含了准时制生产（just in time，JIT）、并行工程和专家系统等一些先进管理思想和先进信息技术，但相对于MRP没有本质上的改变，因此这个概念并没有推广开来。,ERP： 20世纪90年代以来，企业信息处理量
13、不断加大，企业资源管理的复杂化也不断加大，信息的集成度要求扩大到企业的整个资源（客户关系、信息、文化等）的利用、管理，从而产生了新一代的管理理论与计算机系统。Gartner（高德纳）公司率先提出建立企业资源计划（enterprise resource planning，ERP）。 与MRP相比： 仍以MRP为核心，集成了更多内容。,ERP： 继ERP之后，2000年，Gartner公司又提出一个新的概念ERP。 ERP与ERP相比： 管理范围更加扩大， 继续支持与扩展企业的流程重组， 运用最先进的计算机技术。 近年来，又有一些国内外公司跟风提出了ERP，其中提出的创新概念五花八门，但都没有推广
14、起来。,MRP MRP ERP ERP 60、70年代 80年代 90年代 21世纪,MPS，MRP，CRP 库存管理 工艺路线 工作中心 BOM,MRP - MRP ERP ERP,Oracle （甲骨文）,SAP （思爱普）,世界10大ERP产品：,SAP的客户,全球500强企业,消费品,零售,航空与国防,汽车,机械工程建筑,高科技,化工,钢铁,采矿,石油天然气,制药,银行,批发,保险,媒体,专业服务,电信,电力,消费品/零售业,离散型制造业,流程型制造业,金融业,服务业,注意：全球500强企业不包括公共部门业 引自：财富杂志，2003年度全球500强；2005年度SAP分析,63%,0,
15、10,20,30,40,50,60,70,80,78%,81%,76%,47%,54%,100%,93%,86%,100%,90%,75%,87%,80%,40%,86%,100%,100%,全球500强企业背后的管理大师SAP：,国内ERP的发展历程： 20世纪80年代初开始应用MRP系统， 强调物料库存管理与生产计划， 大多采用的是主机/终端式计算机系统（单机系统）。 总结80年代的水平： 订货点法， 电子数据处理系统。,国内ERP的发展历程： 20世纪90年代以来，国家“863”高技术推广计划CIMS应用示范工程在很大程度上推动了我国制造业应用MRP/ERP系统的进程。 有覆盖十多个行业
16、的200多家企业在实施CIMS应用示范工程其中许多企业应用了MRP，系统也多采用了先进的客户/服务器结构。 总结90年度的水平： MRP, 管理信息系统。,国内ERP的发展历程： 近年来,一些应用MRP的企业又将其管理系统升级为ERP。 根据E-works的分析，ERP在我国2005年行业软件市场规模约27.85亿元年均增长速度约为16%。 2009年中国制造业ERP市场规模将达43.4亿元，比2008年增长14.8%，增速受整个制造业宏观环境影响有可能达到近10年的历史低点。 2010年已超过60亿元，2014年接近120亿元，依然在迅速增长。,国内ERP市场概述： 中国ERP市场呈现出以国
17、外软件厂商为主导、国内软件企业纷纷参战的局面。 以SAP为龙头的外资ERP厂商拥有雄厚的资本和丰富的市场运作经验，其市场份额占比很高。 Oracle公司则在全球ERP业绩飙升的情况下，加大了对中国国内市场的投入。 相比之下，国内厂商多是在这些软件巨头的市场夹缝中生存和发展。,Gartner提供,烟草业,家电制造业,个人电脑业,汽车业,物流业,银行业,到2003年SAP在中国就拥有850多个客户。,石油业,国内主要ERP软件厂商：,用友的发展历程：,高端 中端 中低端,财务通,U8 ERP,财务,进销存,分销,制造,CRM,NC 解决方案,财务,制造,HR,IFS-EAM,iUFO,财务,存货,
18、证券/银行/财政/基金,烟草,财政,供应链,MS 平台,Java 平台,用友ERP软件产品：,用友U8 ERP系统：,第6章 计算机集成制造系统 6.1 计算机集成制造系统概述 6.2 企业资源计划简介 6.3 制造执行系统简介 6.4 其它相关理论与方法,6.3 制造执行系统简介,制造执行系统（manufacturing execution system，MES），有的文献也翻译成生产实施系统， 是面向车间的生产过程管理与实时信息系统。 它主要解决车间生产任务的执行问题。,制造执行系统的发展历程： 20世纪80年代末，美国先进制造研究机构（AMT）首先提出MES的概念； 1992年，美国成立
19、以宣传MES思想和产品为宗旨的贸易联合会MES国际联合会（MESA International）； 1997年，MESA发布修订后的6个关于MES的白皮书，对MES的定义与功能、MES与相关系统间的数据流程、应用MES的效益、MES软件评估与选择以及MES发展趋势等问题进行了详尽的阐述； 1999年，美国国家标准与技术研究所（NIST）在MESA白皮书的基础上，发布有关MES模型的报告，将MES有关概念标准化。,MES产生的背景： （1）车间层生产管理系统本身发展的需要。 在MES出现之前, 车间生产管理依赖若干独立的单一功能软件： 如车间作业计划系统、工序调度、工时管理、设备管理、库存控制、
20、质量管理等软件来完成。 这些软件之间缺乏有效的集成与数据共享，难以达到车间生产过程的总体优化。 为了提高车间生产过程管理的自动化与智能化水平，必须对车间生产过程进行集成化管理，实现信息集成与共享。,MES产生的背景： （2） MRP/ERP进一步发展的需要。 MRP/ERP强调企业的计划性，好的计划应该建立在实时、准确、全面信息的基础之上。 MRP/ERP无法及时获取车间生产现场的实时信息，造成“生产计划”与“生产信息”不同步，使得计划的合理性大打折扣。 因此，必须把“生产”与“计划”实时关联起来。但MRP/ ERP本身无法直接与生产现场的控制层相联系，作为连接两者的桥梁，MES应运而生。,M
21、ES填补了计划与控制之间的鸿沟： 完善了CIMS的三层控制结构：,DNC: Distributed Numerical Control，分布式数控； MDC：Manufacturing Data Collection & Status Management，制造数据采集与状态管理。,MES产生的背景： （3）其它先进制造与管理模式发展的需要。 计算机集成制造系统（CIMS）：对车间层制造过程及管理自动化以及与其它分系统集成的需求； 精益生产：对生产现场实施“零库存”控制的需求； 网络化制造：对车间生产过程及数据管理信息化、集成化、网络化的需求。,MES产生的背景： （4）相关技术的发展为MES
22、提供了技术支撑。 计算机网络、数据库及计算机软件技术的发展：大型分布式数据库，分布式对象计算、软总线及组件技术等； 自动控制与传感检测技术：智能仪表，数字传感器，网络数控技术等； 计算机辅助生产管理技术的普及与发展：生产计划与控制，设备管理，工具管理，质量管理与控制，过程管理及工作流技术等。,MES的功能（参考）： 随着研究和应用的深入， MES的功能还在不断地扩充。,课程要求（6.1-3）,知道计算机集成制造系统的三个要素和四个部分。 知道MRP、MRP、ERP的含义和出现顺序。 知道BOM的含义； 会计算累计提前期。 知道国内和国外最著名的ERP厂商各2个， 国内：用友、金蝶； 国外：SAP、Oracle。 知道MES的主要应用层次为车间层。 简单了解MES产生的背景（4点）。,
