1、2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用1 第二章 CIM基础理论2.1 几个概念几个概念2.1.1 CIMS的组成的组成涉及人涉及人/机构、经营与技术三个方面要素的集成工程：机构、经营与技术三个方面要素的集成工程：经营人/机构技术(1)(2)(3)(4)(1)使用技术支持经营使用技术支持经营(2)使用技术支持人员的工作使用技术支持人员的工作(3)协调机构协调机构/人员工作以支持经营人员工作以支持经营(4)经营、人员、技术的集成经营、人员、技术的集成2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用2(1)使用技术支持经营使用技术支持经营 以计算机技术、自动化技术、生产技术、信息技术等领域的
2、成果为技术以计算机技术、自动化技术、生产技术、信息技术等领域的成果为技术手段来支持企业完成预期的经营目标手段来支持企业完成预期的经营目标(2)使用技术支持人员的工作使用技术支持人员的工作 利用技术为企业生产、管理与经营过程中各种人员的工作提供支持，使利用技术为企业生产、管理与经营过程中各种人员的工作提供支持，使他们能够协调一致地相互配合完成工作他们能够协调一致地相互配合完成工作(3)协调机构协调机构/人员工作以支持经营人员工作以支持经营 通过调整组织结构，提高人员的综合素质支持企业的经营活动通过调整组织结构，提高人员的综合素质支持企业的经营活动(4)经营、人员、技术的集成经营、人员、技术的集成
3、 统一管理追求经营、人员、技术等方面的集成和整体优化统一管理追求经营、人员、技术等方面的集成和整体优化2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用3 信息共享信息共享在正确的时间，将正确的信息，以正确的形式，交给正确的用户在正确的时间，将正确的信息，以正确的形式，交给正确的用户2.1.2 CIMS的主要特征的主要特征智能化与综合化的统一智能化与综合化的统一 人在工业生产中积累的知识加以抽象以特定的方式加以描述和表达，人在工业生产中积累的知识加以抽象以特定的方式加以描述和表达，总结成一定的推理逻辑、规则和算法，建立相应模型，将人的思维活动加以总结成一定的推理逻辑、规则和算法，建立相应模型，将人
4、的思维活动加以条理化和科学化条理化和科学化-人的部分智力活动将由各种类型的自动化系统代替。人的部分智力活动将由各种类型的自动化系统代替。智能化智能化 自动化的深度自动化的深度综合化综合化 涉及企业经营、管理、生产全部活动涉及企业经营、管理、生产全部活动的决策，是一种具有全局意义的企业的决策，是一种具有全局意义的企业综合自动化，自动化系统的广度综合自动化，自动化系统的广度2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用4 分布与集成的统一分布与集成的统一分布形式：分散化、单元化、模块化分布形式：分散化、单元化、模块化典型化和通用标准化的统一典型化和通用标准化的统一2.1.3 CIMS的功能构成的功
5、能构成4个功能分系统、个功能分系统、2个支撑分系统个支撑分系统(1)管理信息系统管理信息系统 以以MRPII为核心，从制造资源出发，考虑企业进行经营决策的战略层、为核心，从制造资源出发，考虑企业进行经营决策的战略层、中短生产计划编制的战术层，其功能覆盖市场销售、物料供应、各级生产中短生产计划编制的战术层，其功能覆盖市场销售、物料供应、各级生产计划与控制、财务管理、成本、库存和技术管理等部分的活动，是以经营计划与控制、财务管理、成本、库存和技术管理等部分的活动，是以经营生产计划、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间计划、车间生产计划、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间计划、车间
6、调度与控制为主体形成的闭环一体化生产经营和管理信息系统调度与控制为主体形成的闭环一体化生产经营和管理信息系统2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用5(2)工程设计自动化系统工程设计自动化系统 在产品开发过程中引入计算机技术，包括产品的概念设计、过程与结构在产品开发过程中引入计算机技术，包括产品的概念设计、过程与结构分析、详细实际、工艺设计与数控编程。分析、详细实际、工艺设计与数控编程。CAD、CAPP、CAM(3)制造自动化系统制造自动化系统 制造现代化系统是在计算机的控制与调度下，按照制造现代化系统是在计算机的控制与调度下，按照NC代码将一个毛坯代码将一个毛坯加工成合成的零件，再装配
7、成部件以至产品，并将制造现场信息实时地反馈加工成合成的零件，再装配成部件以至产品，并将制造现场信息实时地反馈到相应部门。到相应部门。物流和信息流的结合点，最终产生经济效益的聚集地。物流和信息流的结合点，最终产生经济效益的聚集地。(4)质量保证系统质量保证系统 采集、存储、评价与处理设计、制造过程中与质量有关的大量数据，从采集、存储、评价与处理设计、制造过程中与质量有关的大量数据，从而获得一系列控制环，并用这些控制环有效促进质量的提高，以实现产品的而获得一系列控制环，并用这些控制环有效促进质量的提高，以实现产品的高质量、低成本、提高企业的竞争力高质量、低成本、提高企业的竞争力2023/1/17C
8、IMS和CIPS技术与应用6(5)计算机通信网络计算机通信网络 支持支持CIMS各个分系统的开放型网络通信系统，采用国际标准和工业标准各个分系统的开放型网络通信系统，采用国际标准和工业标准规定的网络协议，实现异种机互联、异构局部网络及多种网络互联。规定的网络协议，实现异种机互联、异构局部网络及多种网络互联。(6)数据库系统数据库系统 支持支持CIMS各个分系统并覆盖企业全部信息的数据库系统。在逻辑上是统各个分系统并覆盖企业全部信息的数据库系统。在逻辑上是统一的，在物理上是分布的，以实现企业数据共享和信息集成。一的，在物理上是分布的，以实现企业数据共享和信息集成。2.1.3 CIMS集成工作的三
9、个阶段集成工作的三个阶段CIMS集成集成 不等于不等于 各个单项技术简单叠加在一起各个单项技术简单叠加在一起全企业内全方位的综合过程被认为应该分为三个阶段：全企业内全方位的综合过程被认为应该分为三个阶段：物理系统的集成物理系统的集成 应用集成应用集成 经营集成经营集成2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用7(1)物理系统的集成物理系统的集成 将制造自动化设备和数据处理设施用通信网络互连起来，将自动化岛将制造自动化设备和数据处理设施用通信网络互连起来，将自动化岛沟通起来，使之能够互相交换数据和信息沟通起来，使之能够互相交换数据和信息物理系统互连物理系统互连网络配置与管理网络配置与管理数据
10、交换规则和惯例数据交换规则和惯例系统内部通信系统内部通信(2)应用集成应用集成 整个系统内各部分的应用软件及其用户之间的集成，包括人和机器之整个系统内各部分的应用软件及其用户之间的集成，包括人和机器之间的控制和信息的集成间的控制和信息的集成公共公共(共享共享)数据资源数据资源公共服务执行环境公共服务执行环境可移式应用与分布系统可移式应用与分布系统2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用8(3)经营和人的集成经营和人的集成从技术上实现包含三个方面：从技术上实现包含三个方面：生产和过程的仿真生产和过程的仿真 对底层的生产过程，能进行物理过程动态调度的仿真和优化，对上层对底层的生产过程，能进行
11、物理过程动态调度的仿真和优化，对上层生产计划的安排与调整，能进行仿真统计分析，给决策者提供参考信息。生产计划的安排与调整，能进行仿真统计分析，给决策者提供参考信息。自动化的经营过程监控自动化的经营过程监控 全企业范围内的综合数据采集和统计分析系统，具备数据统计和分析全企业范围内的综合数据采集和统计分析系统，具备数据统计和分析功能，使高层的经营人员能随时掌握整个过程的情况。功能，使高层的经营人员能随时掌握整个过程的情况。基于知识的决策基于知识的决策 数据库、模型库、知识库、方法库，帮助高层的决策者科学地完成决数据库、模型库、知识库、方法库，帮助高层的决策者科学地完成决策过程。策过程。2023/1
12、/17CIMS和CIPS技术与应用9 2.2 CIMS体系结构体系结构 CIMS是一个多层次、多结构的复杂系统，实施工作需要巨额投资和较是一个多层次、多结构的复杂系统，实施工作需要巨额投资和较长周期，面临巨大的风险，需要一个合理有效的长周期，面临巨大的风险，需要一个合理有效的CIMS系统结构和一指导工系统结构和一指导工程设计实施和运行的有效方法。程设计实施和运行的有效方法。CIM体系结构的研究工作通过研究系统各部分及其相互关系，提出标准体系结构的研究工作通过研究系统各部分及其相互关系，提出标准的、功能优良的的、功能优良的CIM体系结构、建模工具和集成基础结构，系统指导系统设体系结构、建模工具和
13、集成基础结构，系统指导系统设计、实施和运行中问题的解决计、实施和运行中问题的解决2.2.1 CIMS体系结构的作用体系结构的作用(1)能够清楚的表达企业能够清楚的表达企业CIM项目整个生命周期内的发展过程，解答阐明项目整个生命周期内的发展过程，解答阐明过程中一系列问题，提供方法比较不同的方案，选择最佳应用方案及过程中一系列问题，提供方法比较不同的方案，选择最佳应用方案及技术技术(2)降低企业开发工作的代价和风险降低企业开发工作的代价和风险(3)指导和帮助用户获得需要的技术和能力指导和帮助用户获得需要的技术和能力(4)用户利用体系结构的标准化、共性化的成果，构思企业特定结构，避用户利用体系结构的
14、标准化、共性化的成果，构思企业特定结构，避免从头构思实施和重复开发。免从头构思实施和重复开发。2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用10 2.2.2 CIMS体系结构的构成原则体系结构的构成原则(a)抽象化抽象化(b)模块化模块化 系统被分解为单个、独立的单元，它们与系统的其他部分中完成同系统被分解为单个、独立的单元，它们与系统的其他部分中完成同样功能的单元互换而不影响系统总的性能样功能的单元互换而不影响系统总的性能(c)开放性开放性 空间上将系统各组成部分有效的集成起来，能扩展新的功能，将新空间上将系统各组成部分有效的集成起来，能扩展新的功能，将新技术、新模块简易、有效的集成；时间上
15、有尽可能长的生命周期技术、新模块简易、有效的集成；时间上有尽可能长的生命周期(d)用户需求与系统实施分离用户需求与系统实施分离 规划设计与系统运行相分离，不必考虑控制系统实现用户要求功能规划设计与系统运行相分离，不必考虑控制系统实现用户要求功能时所用方法的特殊性时所用方法的特殊性 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用11 2.2.3 CIMS体系结构的共同要素体系结构的共同要素(1)模型集合模型集合四个共同要素：四个共同要素：(2)方法体系方法体系(3)建模方法和工具建模方法和工具(4)基础结构基础结构 模型是实际对象或系统的抽象及简化表示，是抽取了研究对象本质特征，模型是实际对象或
16、系统的抽象及简化表示，是抽取了研究对象本质特征，忽略或精简了次要的、非本质影响因素后，用文字、图表、符号、数学公式、忽略或精简了次要的、非本质影响因素后，用文字、图表、符号、数学公式、物理模拟装置等形式对所认识的客观对象描述表达方法物理模拟装置等形式对所认识的客观对象描述表达方法CIM复杂对象系统的模型，主要形式为：图形、表格、文字叙述2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用12(1)模型集合模型集合 人们有时将模型集合狭义地称为体系结构，它可以分为：人们有时将模型集合狭义地称为体系结构，它可以分为：a)狭义的企业参考体系结构狭义的企业参考体系结构在通用层上描述集成企业，它们是从不同角度
17、描述集成企业的模型集合在通用层上描述集成企业，它们是从不同角度描述集成企业的模型集合b)广义的企业参考体系结构广义的企业参考体系结构在企业的各个开发阶段从不同的角度描述企业在企业的各个开发阶段从不同的角度描述企业 狭义的企业参考体系结构可以作为一个部分包含在广义的企业参考体狭义的企业参考体系结构可以作为一个部分包含在广义的企业参考体系结构。系结构。2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用13(2)方法体系方法体系 是经过验证的、被确认为有效的指南、技术和过程的集合，包含下列内容：是经过验证的、被确认为有效的指南、技术和过程的集合，包含下列内容：参考模型：参考模型：全局地和一般地描述建立集
18、成化企业的工程结构全局地和一般地描述建立集成化企业的工程结构建模机理：建模机理：支持模型的建立和对其进行研究与评估支持模型的建立和对其进行研究与评估结构化方法：结构化方法：指出根据目标和特定约束的变化，将现有系统转化为未来系统的整个工指出根据目标和特定约束的变化，将现有系统转化为未来系统的整个工作程序步骤作程序步骤性能评价标准：性能评价标准：从几个角度从几个角度(经济性、可靠性等经济性、可靠性等)来评价系统来评价系统2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用14(3)建模方法和工具建模方法和工具 用来生成、开发和分析上面定义的模型。用来生成、开发和分析上面定义的模型。工具从属特定的方法体系
19、或参考体系结构，也可以是独立的工具从属特定的方法体系或参考体系结构，也可以是独立的(4)基础结构基础结构 是一个支持企业信息集成所需的处理功能和通信功能的系统。是一个支持企业信息集成所需的处理功能和通信功能的系统。2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用15 企业集成企业集成(1)面向局部的面向局部的CIM体系结构体系结构(2)面向全局的面向全局的CIM体系结构体系结构 描述工厂集成的组成或其中某部分的组成描述工厂集成的组成或其中某部分的组成(如计算机系统、通信系统等如计算机系统、通信系统等)的的体系结构或物理结构体系结构或物理结构 描述工厂集成工程全过程开发生命周期的体系结构描述工厂集
20、成工程全过程开发生命周期的体系结构2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用16 CIM系统两种分解方式：系统两种分解方式：横向分解横向分解 纵向分解纵向分解 横向分解横向分解 对对CIM系统进行正确、合理、精简而又充分的分解，不应有多余的分系统进行正确、合理、精简而又充分的分解，不应有多余的分系统、子系统和不必要的冗余系统、子系统和不必要的冗余 面向功能构成的体系结构面向功能构成的体系结构纵向分解纵向分解 确定合理的递阶控制层数，在保证有效的控制前提下，尽量减少递阶控确定合理的递阶控制层数，在保证有效的控制前提下，尽量减少递阶控制的层数制的层数 面向控制结构的体系结构面向控制结构的体系结
21、构2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用17 典型代表是美国制造工程师学会典型代表是美国制造工程师学会(SME)轮式结构轮式结构(CASA wheel)，很多，很多大的计算机公司都提出了类似的结构，但这种体系结构，从技术角度考虑问大的计算机公司都提出了类似的结构，但这种体系结构，从技术角度考虑问题较多。它能描述的与其说是题较多。它能描述的与其说是“集成集成”（integrating），还不如说只是），还不如说只是“互连互连”（interfacing）。）。80年代SME的轮式结构将将CIM系统功能分解为：系统功能分解为：核和里、中、外三层核和里、中、外三层90年代SME的轮式结构该轮图
22、由六层组成：该轮图由六层组成：(1)顾客顾客 (2)人、技术和组织人、技术和组织 (3)共享的知识和系统共享的知识和系统 (4)过程过程 (5)资源和职责资源和职责 (6)制造基础结构制造基础结构2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用18 美国美国NBS(现为现为NIST,国家标准与技术研究所国家标准与技术研究所)的递阶控制模型的递阶控制模型(1980)生生产产系系统统工工厂厂车车间间单单元元工工作作站站设设备备2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用19 国际标准化组织国际标准化组织(ISO)的递阶控制模型的递阶控制模型(1980)CIM(信息的集成和网络化)生生产产系系统统企
23、企业业工工厂厂工工程程单单元元控控制制站站设设备备装装置置FA(设备自动化和网络化)2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用20(1)通过把复杂系统纵向分解为分层控制，减少了全局控制和开发的难度通过把复杂系统纵向分解为分层控制，减少了全局控制和开发的难度(2)每层将上层的命令分解成在该层执行的指令或子命令发往下层每层将上层的命令分解成在该层执行的指令或子命令发往下层(3)分层控制结构限制了每层的职责和权限分层控制结构限制了每层的职责和权限(4)符合当时的企业组织结构，适应当时的计算机技术水平符合当时的企业组织结构，适应当时的计算机技术水平(网络、数据库网络、数据库)(5)复杂的计划是在较
24、高层作出的，命令逐级从上往下发，速度慢且最新复杂的计划是在较高层作出的，命令逐级从上往下发，速度慢且最新的信息发生在最底层，从最底层向高层逐级反馈速度慢，系统柔性差的信息发生在最底层，从最底层向高层逐级反馈速度慢，系统柔性差(6)某一层发生故障将可能引起下属系统停机某一层发生故障将可能引起下属系统停机(有冗余设计除外有冗余设计除外)(7)在工厂内导致了单块的、难以分布处理的规划系统，导致了车间和设在工厂内导致了单块的、难以分布处理的规划系统，导致了车间和设备两级处理能力差的问题，它们没有适当的信息或功能对其工作范围备两级处理能力差的问题，它们没有适当的信息或功能对其工作范围内的变化作出响应内的
25、变化作出响应2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用21 参差控制参差控制-对所有的活动都平等对待，以协商方式进行控制决策，信息在各方面间自对所有的活动都平等对待，以协商方式进行控制决策，信息在各方面间自由交换由交换-采用随机控制路径，克服了递阶控制中一个控制器只能做一件事的限制采用随机控制路径，克服了递阶控制中一个控制器只能做一件事的限制单元单元单元单元单元单元单元单元单元单元单元单元2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用22 多级多层控制多级多层控制适应适应优化优化调节调节适应适应优化优化调节调节适应适应优化优化调节调节适应适应优化优化调节调节N级N+1级N-1级 NIST与
26、与AT&T贝耳实验室提出贝耳实验室提出一种集分层递阶控制和参差控制优一种集分层递阶控制和参差控制优点的控制结构点的控制结构适应层：适应层：从上级调节层接受有时间限制的任务从上级调节层接受有时间限制的任务单和其它有关工作。单和其它有关工作。(1)在有限时间内完成生产计划在有限时间内完成生产计划 (2)考虑下级中未预测到的问题，更考虑下级中未预测到的问题，更新现有计划新现有计划优化层：优化层：(1)评价适应层提出的计划评价适应层提出的计划 (2)为下一级生成符合时间限制的任为下一级生成符合时间限制的任 务单务单 (3)解决调节层确定的当前调度中的解决调节层确定的当前调度中的各种矛盾和问题各种矛盾和
27、问题2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用23 多级多层控制多级多层控制(续续)调节层：调节层：是相邻两级间模块的接口：是相邻两级间模块的接口：(1)向下级释放任务；向下级释放任务；(2)监视下级有关工作的反馈情况监视下级有关工作的反馈情况 (3)指导下级修正错误指导下级修正错误有待于进一步研究解决的问题：有待于进一步研究解决的问题：(1)结构的准确级数确定结构的准确级数确定(2)动态重构动态重构(3)为适应和优化功能建立动态模型，协商策略等为适应和优化功能建立动态模型，协商策略等分布式控制结构分布式控制结构平面组织结构平面组织结构 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用24
28、理想体系结构应具备的完备性理想体系结构应具备的完备性(a)体系结构除对信息集成所需的决策、调度和控制进行建模外，还应使体系结构除对信息集成所需的决策、调度和控制进行建模外，还应使完成企业、工厂集成化任务的工程和计划的结构和发展模型化完成企业、工厂集成化任务的工程和计划的结构和发展模型化(b)体系结构应与方法体系相联系，方法体系指导用户在信息、物料流和体系结构应与方法体系相联系，方法体系指导用户在信息、物料流和产品集成的设计与实施产品集成的设计与实施(c)方法体系还应该包括可以在某种程度上描述和开发企业集成的计算机方法体系还应该包括可以在某种程度上描述和开发企业集成的计算机系统或其它支持工具，以
29、帮助用户设计和实施小组完成其期望的集成系统或其它支持工具，以帮助用户设计和实施小组完成其期望的集成任务任务(d)体系结构与相关方法体系的模型、技术和工具形式化定义的语法和语体系结构与相关方法体系的模型、技术和工具形式化定义的语法和语义应该是清楚的，且开发的体系结构应能适应当前计算机开放系统的义应该是清楚的，且开发的体系结构应能适应当前计算机开放系统的趋势，具有计算机可执行的形式趋势，具有计算机可执行的形式2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用25 计算机集成制造开放系统体系结构计算机集成制造开放系统体系结构(CIM-OSA)欧共体欧共体ESPRIT项目项目688、2422和和5288中
30、由来自多个国家的中由来自多个国家的22个公个公司、研究所和大学组成的欧洲司、研究所和大学组成的欧洲CIM体系结构委员会体系结构委员会AMICE经六年多时间经六年多时间开发的研究成果开发的研究成果 包括两个部分：包括两个部分：建模框架建模框架 (Modeling Framework)集成基础结构集成基础结构 (integrating infrastructure)2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用26 结构框架立方体的三个坐标分别表示：结构框架立方体的三个坐标分别表示：-逐步具体化逐步具体化(stepwise particularization)通用性层次通用性层次 -逐步推导逐步推
31、导(stepwise derivation)生命周期生命周期 -逐步生成逐步生成(stepwise generation)多视图角度多视图角度 刻划企业模型从一般到特殊的演化过程，有三个层次：刻划企业模型从一般到特殊的演化过程，有三个层次：通用层、部分通通用层、部分通用层、专用层。用层、专用层。通用层通用层 描述的内容广泛地适用于各类企业，是基本的描述的内容广泛地适用于各类企业，是基本的CIM-OSA构成成分的构成成分的一种参考目录，包括元件、约束、规则、术语、服务和协议等。一种参考目录，包括元件、约束、规则、术语、服务和协议等。2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用27 部分通用层部
32、分通用层 有一组适用于多类特殊制造企业的部分通用模型。部分通用模型包有一组适用于多类特殊制造企业的部分通用模型。部分通用模型包括按照工业类型括按照工业类型(如航空、航天、汽车、电子等如航空、航天、汽车、电子等)、企业规模、国别等不同、企业规模、国别等不同分类的典型结构分类的典型结构专用层专用层 仅适用于一个特定的企业，包含了企业必须的所有知识，它可以直仅适用于一个特定的企业，包含了企业必须的所有知识，它可以直接用来描述企业物理元件和信息技术的集成元件接用来描述企业物理元件和信息技术的集成元件三个建模层次：三个建模层次：需求建模定义、需求建模定义、设计说明建模、实施描述建模设计说明建模、实施描述
33、建模2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用28 需求建模定义层需求建模定义层 描述一个企业做什么和怎样做的建模层次，用户需求定义为设计说明描述一个企业做什么和怎样做的建模层次，用户需求定义为设计说明层和实施描述层的系统设计和实施提供选择方案层和实施描述层的系统设计和实施提供选择方案设计说明建模层设计说明建模层 构造和优化由用户根据全局经营和系统约束来定义的经营需求，进行构造和优化由用户根据全局经营和系统约束来定义的经营需求，进行系统组织和设计，确定技术实现方案系统组织和设计，确定技术实现方案实施描述建模层实施描述建模层 阐明有效地实现企业运行的一套必需的组成元件，属于决策和系统实阐明有
34、效地实现企业运行的一套必需的组成元件，属于决策和系统实施的范畴施的范畴2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用29 定义了用以完整地说明企业不同侧面的四个相应的视图：定义了用以完整地说明企业不同侧面的四个相应的视图：功能、信息、功能、信息、资源和组织资源和组织信息视图信息视图 描述了功能视图中各个对象的信息、信息结构及其相互之间的关系描述了功能视图中各个对象的信息、信息结构及其相互之间的关系功能视图功能视图 描述了满足企业目标的功能结构和相关的控制结构。控制结构定义了描述了满足企业目标的功能结构和相关的控制结构。控制结构定义了控制顺序的规则或企业内部的活动流以及经营过程的规则控制顺序的规
35、则或企业内部的活动流以及经营过程的规则资源视图资源视图 描述了资源、资源与功能、控制结构的关系以及资源和组织结构的关系描述了资源、资源与功能、控制结构的关系以及资源和组织结构的关系组织视图组织视图 描述了企业的组织结构，以及和功能、信息、资源等对象的职责关系描述了企业的组织结构，以及和功能、信息、资源等对象的职责关系2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用30 InformationViewInformationViewInformationViewResourceViewResourceViewResourceViewOrganizationViewOrganizationViewOr
36、ganizationViewStepwise GenerationStepwise InstantiationStepwise DerivationGenericImplementationDescriptionBuilding BlocksPartialImplementationDescriptionModelsParticularImplementationDescriptionModelGeneric DesignSpecificationBuilding BlocksPartial DesignSpecificationModelsParticularDesignSpecificat
37、ionModelGenericRequirementsDefinition BuildingBlocksPartialRequirementsDefinitionModelsParticularRequirementsDefinitionModelFunctionViewFunctionViewFunctionView2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用31 集成基础结构为集成基础结构为CIM系统提供一整套公共服务、包括信息、功能、控制、系统提供一整套公共服务、包括信息、功能、控制、行为、资源和通信服务等，使不同的单元技术、异构的应用软件、人机接行为、资源和通信服务等，使不同的单元技
38、术、异构的应用软件、人机接口等等之间的互连和通讯，变得很方便口等等之间的互连和通讯，变得很方便。对企业模型的建立，企业。对企业模型的建立，企业CIM系系统设计、实施、运行和维护，提供有力的支持统设计、实施、运行和维护，提供有力的支持2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用32 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用33 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用34 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用35 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用36 j 面向系统全生命周期面向系统全生命周期k 规划设计与当前运行相分离规划设计与当前运行相分离l 标准化、规范
39、性和开放性标准化、规范性和开放性m 结构化的规划设计方法结构化的规划设计方法n 具有计算机可执行性具有计算机可执行性o 其应用范围主要在离散制造领域其应用范围主要在离散制造领域p 是各种体系结构中研究最充分且最广泛发表的一个，作为国际标准是各种体系结构中研究最充分且最广泛发表的一个，作为国际标准 化的化的 预标准而最受注目预标准而最受注目j 缺乏有效缺乏有效 的方法体系的方法体系k 缺乏计算机知识的用户难以掌握缺乏计算机知识的用户难以掌握2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用37 GRAI-GIM体系结构体系结构 由法国波尔多由法国波尔多(Bordeaux I)第一大学第一大学GRAI
40、实验室在实验室在ESPRIT计划计划418号号项目项目(开放式开放式CAM系统系统)和和2338号项目号项目(IMPCS-集成制造规划与控制系统集成制造规划与控制系统)等等范畴内开发的范畴内开发的GRAI集成方法体系集成方法体系(GIM，GRAI Integrated Methodology)1984GIM基本观点：基本观点：整个企业可以由以下四个部分构成：整个企业可以由以下四个部分构成：2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用38 GRAI制造系统宏观概念模型制造系统宏观概念模型2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用39 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用40 功能
41、功能视图视图物理物理视图视图决策决策视图视图信息信息视图视图功能功能视图视图物理物理视图视图决策决策视图视图信息信息视图视图信息信息技术技术制造制造技术技术组织组织理想理想CIM系统系统表示所需元素表示所需元素表示元素结构表示元素结构表示实际表示实际CIM系统画面系统画面实现参照体系结构实现参照体系结构概念参照体系结构概念参照体系结构结构参照体系结构结构参照体系结构2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用41 GRAI定义了三类参照体系结构：定义了三类参照体系结构：(a)概念参照体系结构概念参照体系结构(b)结构参照体系结构结构参照体系结构(c)实现参照体系结构实现参照体系结构通过对四个
42、视图的定义，导出系统需求模型，回答系统有关的通过对四个视图的定义，导出系统需求模型，回答系统有关的“什么什么”问问题题功能视图、物理视图的形式化工具：功能视图、物理视图的形式化工具：决策视图形式化工具：决策视图形式化工具：信息体系形式体系：信息体系形式体系：通过考虑各种标准与约束来表示概念参照体系结构中定义的元素的通过考虑各种标准与约束来表示概念参照体系结构中定义的元素的“理理想想”结构结构 用信息技术元件、制造技术元件和组织技术元件等术语表示用信息技术元件、制造技术元件和组织技术元件等术语表示CIM系统系统2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用42 方法的作用定义从参照体系结构导出企
43、业的特定结构，支持方法的作用定义从参照体系结构导出企业的特定结构，支持CIMS分析分析与设计的方法体系包括：与设计的方法体系包括：(1)带有各种参考模型的参考体系结构的使用带有各种参考模型的参考体系结构的使用(2)从模型导出的图形和计算机形式体系的使用从模型导出的图形和计算机形式体系的使用(3)结构方法的使用结构方法的使用(4)经济性评价经济性评价概念模型概念模型概念模型概念模型结构模型结构模型实现模型实现模型概念参照体系结构概念参照体系结构结构参照体系结构结构参照体系结构实现参照体系结构实现参照体系结构现存系统现存系统待实现系统待实现系统分析分析设计设计实现实现2023/1/17CIMS和C
44、IPS技术与应用43 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用44 特点：特点：(1)具有一套应用该体系结构的良好的方法体系，以及供用户在说具有一套应用该体系结构的良好的方法体系，以及供用户在说明描述阶段开发集成程序的有关工具和技术明描述阶段开发集成程序的有关工具和技术(2)描述文件一般限于讨论实现所期望的工厂集成而进行的计算机描述文件一般限于讨论实现所期望的工厂集成而进行的计算机系统及其相关的硬软件的开发系统及其相关的硬软件的开发(3)主要用于离散制造过程主要用于离散制造过程(4)具有可扩展性具有可扩展性(5)较易为无计算机知识的用户理解较易为无计算机知识的用户理解(6)具有结构化的规
45、划设计方法具有结构化的规划设计方法(7)考虑了未来系统的经济技术评价问题考虑了未来系统的经济技术评价问题局限：局限：没有讨论人的关系、人员组织结构等问题，与没有讨论人的关系、人员组织结构等问题，与CIM-OSA一样一样将人看成是关于寻求的技能或物理能力的资源，没有讨论人将人看成是关于寻求的技能或物理能力的资源，没有讨论人的关系、培训持续、综合需要，人员组织结构细节等的关系、培训持续、综合需要，人员组织结构细节等2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用45 普渡企业参考体系结构普渡企业参考体系结构(Purdue Enterprise Reference Architecture，PERA)
46、80年代末期，美国普渡大学年代末期，美国普渡大学williams带领的工业控带领的工业控制实验室教授，在长期对连续型工业生产过程制实验室教授，在长期对连续型工业生产过程(钢铁和造钢铁和造纸纸)实施实施CIM的实践基础上，提出了一套旨在适用于各种的实践基础上，提出了一套旨在适用于各种类型工业过程的类型工业过程的CIM体系结构。体系结构。体系结构在生命周期方面规定了五个阶段：体系结构在生命周期方面规定了五个阶段：体系结构在系统分解方面阶段：体系结构在系统分解方面阶段：2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用46 普渡参考体系结构简图2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用47 人和机械
47、、人和计算机之间的分工及其职责人和机械、人和计算机之间的分工及其职责2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用48 普渡参考体系结构(企业活动举例)2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用49 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用50 特点：特点：(1)面向系统全生命周期的所有阶段的非形式化描述面向系统全生命周期的所有阶段的非形式化描述(2)具有规划设计与当前运行分离的特点具有规划设计与当前运行分离的特点(3)具有结构化规划设计方法的特点具有结构化规划设计方法的特点(4)具有一定的规范化具有一定的规范化(5)具有很强的可扩展性，可以覆盖各类工业过程具有很强的可扩展性，可以覆
48、盖各类工业过程(6)容易被非计算机领域的技术人员理解容易被非计算机领域的技术人员理解缺陷：缺陷：缺少用于计算机化的必要的数学建模技术缺少用于计算机化的必要的数学建模技术2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用51 Honeywell公司提出公司提出CIM体系结构体系结构经经营营战战略略经经营营原原则则系系统统原原则则功功能能集集成成化化模模型型信信息息集集成成化化模模型型功功能能子子系系统统与与指指南南信信息息子子系系统统与与指指南南原原则则集集成成化化模模型型体体系系结结构构指指南南工工程程设设计计与与路路径径映映射射工工程程实实现现与与操操作作2023/1/17CIMS和CIPS技术
49、与应用52 德国柏林弗劳恩霍夫生产设备和设计技术研究所的德国柏林弗劳恩霍夫生产设备和设计技术研究所的CIM参考模型参考模型企业模型可以分成两种主要的视图：企业模型可以分成两种主要的视图：所有的企业模型均可以由这两个核心模型加上其它附加模型构成。所有的企业模型均可以由这两个核心模型加上其它附加模型构成。通过对信息的处理和信息间的逻辑关系、拓扑关系描述企业的通过对信息的处理和信息间的逻辑关系、拓扑关系描述企业的 实际情况实际情况描述企业内部相互联系的数据的一个框架结构描述企业内部相互联系的数据的一个框架结构产品模块产品模块 +控制模块控制模块+资源模块资源模块2023/1/17CIMS和CIPS技
50、术与应用53 2023/1/17CIMS和CIPS技术与应用54 合并的方案合并的方案(1)由于最易于由用户实际开发组中那些没有计算机科学教育背景的人们由于最易于由用户实际开发组中那些没有计算机科学教育背景的人们所理解和接受，使用所理解和接受，使用PERA指导整个规划设计。指导整个规划设计。(2)使用使用CIM-OSA的建模框架为的建模框架为PERA的数据流、物料流和能量流提供分的数据流、物料流和能量流提供分析方法析方法(3)使用使用GRAI-GIM建模框架作为必要的参考检测，以保证需求的完备性建模框架作为必要的参考检测，以保证需求的完备性现有方法和工具的互补与结合现有方法和工具的互补与结合(
