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计算机集成制造系统

[拼音]:jisuanji jicheng zhizao xitong

[外文]:computer integrated manufacturing systems

把工厂的生产、经营活动中各种分散的自动化系统有机地结合成的高效益、高柔性的智能生产系统。英文缩写CIMS。CIMS追求的目标是整个工厂的自动化。系统的输入是市场信息、订货以及人的设计管理思想,系统的输出则是装配好的、经过检验的可用产品。应用CIMS可使资源的利用率提高2~3倍,生产率提高40~50%,缩短生产周期30~80%,节约劳动力30~60%。它代表了制造自动化的方向,是现代工厂自动化的主要研究课题之一。

发展简况

20世纪30年代以前,制造业全部是由人来操纵单台机床进行加工,用手动控制马达驱动传送带,实现物料的输送,生产率极低。后来应用了自动传送带和自动生产线,提高了大批量产品的生产效率,但由于转产困难,设备利用率低,生产周期长,库存量大,成本高,难以适应市场的需要。60年代以后,计算机开始在机械制造中应用,研制并采用了数控机床、加工中心和计算机数控的新型加工系统。70年代开始把数控机床、计算机数控、机器人等联接起来,采用计算机实时协调和控制,研制出适于多品种小批量生产的柔性制造系统。与此同时计算机辅助技术在制造业也得到广泛应用。计算机辅助设计 (CAD)实现了产品和零件的自动绘图和设计,并可进行多种工程分析和仿真试验。计算机辅助制造 (CAM)实现了数控机床、机器人的自动编程和计算机辅助工艺计划及其他工程准备工作。计算机辅助生产控制(CAPC)实现了计划生产和库存管理和生产控制。为了提高产品质量,采用了计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助质量控制 (CAQ)。虽然上述自动化系统本身已具有相当大的规模,并已有各种成套设备和商品软件,但它们仍局限于完成某些部门的功能。80年代,CIMS已被普遍接受和重视。一些发达国家投入大量资金和人力建立CIMS。1986年,中国也将CIMS列入了高技术发展规划纲要。

组成与功能

CIMS主要由经营决策管理系统(BDMS)、计算机辅助设计和辅助制造系统、柔性制造系统或柔性制造单元(FMS/FMC)等部分组成。经营决策管理系统完成工厂和车间两级的经营管理和决策,包括市场分析和预测、订货处理、中长期生产计划和能力计划的制订等,进而在制造资源计划的基础框架上增加辅助决策功能。CAD/CAM系统是CAD与CAM的集成,它通过建立产品二维、三维或实体模型完成产品和零件的设计,并进而实行工程分析、仿真试验,快速设计出合格的产品,图形可以修改、存储、运算,大大提高了设计效率。在设计的基础上进行工艺设计、编制数控机床和机器人的程序,完成生产工程的准备工作。FMS/FMC根据生产计划、产品设计和工艺设计选择部分零件种类,确定相应的配比和流量,并合理地组织自己的布局,将零件分配给各加工单元或工作站,同时决定各零件的路径和排队优先权,进行最优调度,协调各工作站和设备的准确运行,柔性地组织加工和装配。FMS/FMC中配有切削过程检验和产品测试装置,检测的信息经过处理后,用于对刀具进行补偿、设备维修和工艺修正等,形成了多级的质量保证系统。

CIMS主要用于各种制造业,如汽车、飞机、机床、机器人、家用电器、电子工业、服装工业等各种离散生产过程的自动化。另外近年来由于资源短缺和市场竞争加剧,在化工等连续过程和冶金等半连续过程也开始引用CIMS的概念和思想。

发展趋势

CIMS的难点在于总体集成技术。由于各子系统都是相当复杂的大系统,需要在庞大的计算机网络和数据库管理系统的支持下完成复杂的分布处理任务。另外系统中包含不同种类的计算机,有不同的操作系统和通信接口,处理的数据量大,处理的数据类型多,对速度要求也不同。为保证数据的完整性、一致性及系统工作的可靠性,需要进一步发展计算机网络技术、数据库技术和分布式处理技术。此外,制造业的资源分配问题,包括生产计划、调度安排和作业排序等组合优化问题,用一般的规划方法难以解决,需要建立一些适于CIMS分析的新方法,如排队网络、Petri网、摄动分析、极大代数等,形成了离散事件动态系统理论。此外,实现仿真语言与CIMS数据库的集成,在系统运行过程中进行仿真以及非结构化、半结构化决策等问题有待于采用离散事件的系统仿真和人工智能等方法来解决。

参考书目
  1. P.G.Ranky, Computer Integrated Manufacturing: An Introduction with Case Study, PHI, London,1985.

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文章名称:《计算机集成制造系统》
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