计算机集成制造
计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，CIM）的概念，最早于1974年由美国约瑟夫·哈林顿博士提出来的，其基本思想包括两个观点：
（1）企业生产活动是一个不可分割的整体，其各个环节彼此紧密关联；
（2）就其本质而言，整个生产活动是一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以视为信息的物质表现。
从集成的角度来看，计算机集成制造概念可以理解为，CIM 是一种组织、管理企业生产的新哲理，它借助计算机软硬件，综合应用现代化管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统技术，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和物料流有机地集成并优化运行，以实现产品高质、低耗、上市快、服务好，从而使企业赢得市场竞争。
计算机集成制造系统（Comptlter Integrated Manufacturing System，CIMS）是基于CIM思想而组成的系统。如果说CIM 是组织现代化企业的一种哲理，而CIMS则应理解为一种工程技术系统，是CIM 的具体实现。CIMS是通过计算机软硬件，并综合应用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将与企业全部生产过程中有关的人、技术和经营管理三要素及其信息流与物料流有机集成并优化运行的复杂的大系统。
CIMS的核心在于集成，包括企业各种经营活动的集成、企业各个生产系统与环节的集成、各种生产技术的集成、企业部门组织间的集成和各类人员之间的集成。从集成角度，可以将CIMS分为信息集成、过程集成和企业集成三个阶段。
（1）CIMS的组成及其功能。从系统的功能角度考虑，一般认为CIMS可由管理信息系统、工程设计自动化系统、制造自动化系统和制造保证信息系统四个功能分系统以及计算机网络和数据库两个支撑分系统组成，如图6-15所示。然而，这并不意味着任何一个企业在实施CIMS时都必须同时实现这六个分系统。由于每个企业原有的基础不同，各自所处的环境不同，因此应根据企业的具体需求和条件，在CIMS思想指导下进行局部实施或分步实施。
图6-15 CIMS的基本组成
（2）CIMS面向功能构成的系统结构。按照系统功能原理，作为大型复杂系统的CIMS，可以分解成不同的分系统，而分系统又可分解为更小的子系统。CIMS结构要求有合理的水平分解与集成，不应有冗余的分系统和子系统，其功能的冗余要尽可能少。下面以美国制造工程师学会计算机和自动化系统协会（CASA/SME）在1993年提出的轮式结构（如图6-16所示）为例，说明CIMS面向功能构成的体系结构。它把CIMS功能分解为“核”和内、中、外三层。其中，“核”为集成系统体系结构；内层为支撑分系统，公用数据、信息资源管理和通信；中层可水平分解为工程设计（产品/过程）、制造计划与控制以及工厂自动化3个分系统；外层则有市场、战略规划、财务及制造管理以及人力资源管理等分系统。在实现企业CIMS工程中，可以参照这种轮式结构的功能分解方案。当然根据实际情况可以作一些变动，如可以将质量管理、检测/测试等功能独立出来构成一个质量管理与控制分系统。
（3）CIMS面向控制的系统结构。CIMS是一个复杂的大系统，通常采用递阶控制体系结构。所谓递阶控制即为将一个复杂的控制系统按照其功能分解成若干层次，各层次进行独立控制处理，完成各自的功能。层与层之间保持信息交换，上层对下层发出命令，下层向上层回送命令执行结果，通过信息联系构成完整的系统。这种控制模式减少了全局控制的难度以及系统开发的难度，已成为当今复杂系统的主流控制模式。
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图6-16 面向功能构成的CIMS体系结构
根据制造企业多级管理的结构层次，美国国家标准技术研究所所属的AMRF 将CIMS分为五层递阶控制结构（见图6-17）。即工厂层、车间层、单元层、工作站层和设备层。在这种递阶控制结构中，各层分别由独立的计算机进行控制处理，功能单一，易于实现；其层次越高，控制功能越强，计算机处理的任务越多；而层次越低，则实时处理要求越高，控制回路内部的信息流速度越快。
工厂层是企业最高的决策层，具有市场预测、制定长期生产计划、确定生产资源需求、制定资源计划、产品开发以及工艺过程规划的功能，同时还应具有成本核算、库存统计、用户订单处理等厂级经营管理的功能。工厂层的规划周期一般从几个月到几年时间。
车间层是根据工厂层的生产计划协调车间作业和辅助性工作以及资源配置，包括从设计部门的CAD/CAM 系统中接受产品物料清单，从CAPP系统中接受工艺过程数据，并根据工厂层的生产计划和物料需求计划进行车间内各单元的作业管理和资源分配。其中作业管理包括作业订单的制订、发放和管理，安排加工设备、刀具、夹具、机器人、物料运输设备的预防性维修等工作；而资源分配是负责各单元进行各项具体加工时所需的工作站、存储站、托盘、刀具、夹具及材料。车间层的规划周期一般为几周到几个月。
图6-17 Cl MS递阶控制结构
单元层主要负责加工零件的作业调度，包括零件在各工作站的作业顺序、作业指令的发放和管理、协调工作站间的物料运输、进行机床和操作者的任务分配及调整。并将实际的质量数据与零件的技术规范进行比较，将实际的运行状态与允许的状态条件进行比较，以便在必要时采取措施以保证生产过程的正常进行。单元层的规划时间为几小时到几周。
工作站层的任务是负责指挥和协调车间中一个设备小组的活动，它的规划时间是几分钟到几小时。制造系统中工作站可分为加工工作站、检测工作站、刀具管理工作站、物料储运工作站等。加工工作站由机器人、机床、物料运储器和计算机控制系统组成，它主要完成工件调整、零件夹紧、切削加工、加工检测、切屑清除、卸除工件等顺序的控制、协调与监控任务。
设备层包括各种设备（如机床、机器人、坐标测量机、无人小车、传送装置及储存检索系统等）的控制器。
设备层执行上层的控制命令，完成加工、测量、运输等任务。其响应时间从几毫秒到几分钟。
在上述五层的递阶控制结构中，工厂层和车间层主要完成计划方面的任务，确定企业生产什么、需要什么资源，确定企业长期目标和近期的任务；设备层是一个执行层，执行上层的控制命令；而企业生产监督管理任务则由车间层、单元层和工作站层完成，这里的车间层兼有计划和监督管理的双重功能。
