現代集成製造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System）是計算機集成製造系統新的發展階段，在繼承計算機集成製造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中的相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處於核心地位。
基本介紹
- 中文名：現代集成製造系統
- 外文名：Contemporary integrated manufacturing system
- 內容：計算機集成製造
- 特點：自動化技術
系統簡介,系統定位,回顧與展望,
系統簡介
現代集成製造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System）是計算機集成製造系統新的發展階段，在繼承計算機集成製造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中的相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處於核心地位。具體地說，它將傳統的製造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機的結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和最佳化運行，在企業產品全生命周期中實現信息化、智慧型化、集成最佳化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立於不敗之地。從集成的角度看，早期的計算機集成製造系統側重於信息集成，而現代集成製造系統的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴展，除了信息集成外還實現了企業產品全生命周期中的各種業務過程的整體最佳化，即過程集成，並發展到企業優勢互補的企業之間的集成階段。
系統定位
現代集成製造系統的研究範圍應該介於國家攀登計畫和國家攻關計畫之間。與攀登計畫研究項目相比較，它更注重成果的套用性，儘可能將技術產業化，並推動我國製造業的現代化進程；與國家攻關計畫相比較，它更注重解決我國製造業發展中的關鍵的共性問題、前瞻性問題和示範性問題。
回顧與展望
近半個世紀來，製造業間的競爭日趨激烈。製造業市場已從傳統的"相對穩定"逐步演變成"動態多變"的局面，其競爭的範圍也從局部地區擴展到全球範圍。
製造企業間激烈競爭的核心是產品（p）。回顧歷史，隨著時代的變遷，產品間競爭的要素不斷隨之演變。在早期，產品競爭要素是成本（c），七十年代增加了質量（q），八十年代增加了交貨期（t），九十年代又增加了服務（s），近期又增加了環境清潔（e），預計下一世紀將增加"知識創新"（k）這一關鍵因素。另一方面，必須指出，當今世界已步入資訊時代並邁向知識經濟時代，以信息技術為主導的高技術也為製造技術的發展提供了極大的支持。上述兩種力量推動了製造業發生著深刻的變革，資訊時代的"現代製造技術"及其產業應運而生，其中，cims技術及其產業正是其重要的組成部分。
一、不斷拓展中的"現代集成製造系統"理念與內涵
70年代，美國約瑟夫.哈林頓（joseph harrington）博士首次提出cim（computer integrated manufacturing）理念。它的內涵是藉助計算機，將企業中各種與製造有關的技術系統集成起來，進而提高企業適應市場競爭的能力。但是基於cim理念的系統cims（ computer integrated manufacturing system）在80年代中期才開始重視並大規模實施,其原因是70年代的美國產業政策中過分誇大了第三產業的作用，而將製造業，特別是傳統產業，貶低為"夕陽工業"，這導致美國製造業優勢的急劇衰退，並在80年代初開始的世界性的石油危機中暴露無遺，此時，美國才開始重視並決心用其信息技術的優勢奪回製造業的霸主地位，認為"cims，no longer a choice!"。於是美國及其它各國紛紛制訂並執行發展計畫。自此，cims的理念、技術也隨之有了很大的發展。代表性的論點出自美國的製造工程師協會sme、歐共體esprit 及國際isotc184/sc5/wg1等；與此同時，許多學者還對各種發展模式冠以不同的名詞。863/cims 主題結合國際上先進制造技術的發展，特別是基於主題上萬名人員十餘年的實踐，提出了"現代集成製造"（contemporary integrated manufacturing）的理念，它在廣度上、深度上拓寬了傳統cim的內涵。863/cims主題提出：
"cim是一種組織、管理和運行現代製造類企業的理念。它將傳統的製造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術等有機結合，使企業產品全生命周期各階段活動中有關的人/組織、經營管理和技術三要素及其信息流、物流和價值流三流有機集成並最佳化運行，以達到產品（p）上市快（t）、高質（q）、低耗（c）、服務好（s） 、環境清潔（e），進而提高企業的柔性、健壯性、敏捷性，使企業贏得市場競爭。"
"cims"是一種基於cim理念構成的數位化、信息化、智慧型化、綠色化、集成最佳化的製造系統；它是資訊時代的一種新型生產製造模式。
cims通常由經營管理與決策子系統、工程分析與設計子系統、加工生產子系統及支撐平台子系統（如網路/資料庫/集成框架）組成。
這裡的製造是’廣義製造’的概念，它包括了產品全生命周期各類活動---市場需求分析、產品定義、研究開發、設計、生產、支持（包括質量、銷售、採購、傳送、服務）及產品最後報廢、環境處理等的集合。
其中，價值流是指以產品t、q、c、s、e等價值指標所體現的企業業務過程流，如成本流等 。
我國"現代集成製造系統"拓展傳統"計算機集成製造系統"的要點：細化了現代市場競爭的內容（p、t、q、c、s、e）；提出了 cims的現代化特徵：數位化、信息化、智慧型化、集成最佳化、綠色化；強調了系統的觀點，拓展了系統集成最佳化的內容：包括信息集成、過程集成和企業間集成最佳化；企業活動中三要素和三流的集成最佳化；以及cims相關技術和各類人員的集成最佳化；突出了管理與技術的結合，以及人在系統中的重要作用；指出了cims技術是基於傳統製造技術、信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術的一門發展中的綜合性技術，其中，特別是突出了信息技術的主導作用；擴展了cims套用範圍，包括離散型製造業，流程及混合型製造業。此外，這種提法更具廣義性、開放性和持久性。
二．持續發展中的"現代集成製造系統"技術
基於cims理念與內涵的不斷拓展，cims技術持續發展，主要表現在下述方面。
1．從設計、管理、加工生產等"技術孤島"發展為集成的cims技術體系：
（1）總體技術
系統總體模式：包括柔性製造、集成製造、並行工程、敏捷製造、智慧型製造、綠色製造、全能製造等模式；
系統集成方法論：包括信息集成、過程集成、企業間集成及知識集成等方法論；
系統集成技術：包括設計、生產、管理及後勤等子系統間的集成技術，企業三要素（人/組織、經營管理和技術）及三流（信息流、物流和價值流）的集成技術等；
標準化技術：包括產品信息標準、過程信息標準，數據交換與格式標準，圖形標準及零件庫標準等技術；
企業建模和仿真技術：包括企業功能、信息、工作流、資源及組織模型等建立、確認及其仿真技術；
cims系統開發與實施技術：企業診斷、需求分析、系統設計、組織實施、質量保證及效益評價等技術。
（2）支撐平台技術
包括網路、資料庫、集成平台/框架、計算機輔助軟體工程、產品數據管理（pdm）、
計算機支持協同工作（cscw）及人/機接口等技術。
（3）設計自動化技術
包括cad，capp，cam，cae，基於仿真的設計（sbd），面向下游工作的設計（dfx）及
虛擬樣機（vp）等。
（4）加工生產自動化技術
包括dnc，cnc，fmc，fms，虛擬加工及快速成形製造（rpm）技術等。
（5）經營管理與決策系統技術
包括mis，oa，製造資源規劃（mrpⅡ），準時生產（jit），caq，業務流程重組（bpr）,
企業資源規劃（erp）,動態企業建模（dem），供應鏈及電子商務等技術。
（6）流程製造業cims中生產過程控制技術
包括過程檢測、先進控制、故障診斷和面向生產目標的建模、最佳化集成控制技術等。
2．cims技術的發展階段
系統集成最佳化是cims技術與套用的核心技術，因此我們認為，可將cims技術的發展從系統（三要素和三流）集成最佳化發展的角度而劃分為三個階段：信息集成（以早期計算機集成製造為代表）、過程集成（以並行工程為代表）和企業間集成（以敏捷製造為代表）。前者是後者的基礎，同時，三類集成最佳化技術也還在不斷發展之中。我國863/cims主題分別於1987年、1993年和1997年啟動了這三個方面的工作。
（1）信息集成最佳化
信息集成主要解決企業中各個自動化孤島之間的信息交換與共享，其主要內容有：
"cim是一種組織、管理和運行現代製造類企業的理念。它將傳統的製造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術等有機結合，使企業產品全生命周期各階段活動中有關的人/組織、經營管理和技術三要素及其信息流、物流和價值流三流有機集成並最佳化運行，以達到產品（p）上市快（t）、高質（q）、低耗（c）、服務好（s） 、環境清潔（e），進而提高企業的柔性、健壯性、敏捷性，使企業贏得市場競爭。"
"cims"是一種基於cim理念構成的數位化、信息化、智慧型化、綠色化、集成最佳化的製造系統；它是資訊時代的一種新型生產製造模式。
cims通常由經營管理與決策子系統、工程分析與設計子系統、加工生產子系統及支撐平台子系統（如網路/資料庫/集成框架）組成。
這裡的製造是’廣義製造’的概念，它包括了產品全生命周期各類活動---市場需求分析、產品定義、研究開發、設計、生產、支持（包括質量、銷售、採購、傳送、服務）及產品最後報廢、環境處理等的集合。
其中，價值流是指以產品t、q、c、s、e等價值指標所體現的企業業務過程流，如成本流等 。
我國"現代集成製造系統"拓展傳統"計算機集成製造系統"的要點：細化了現代市場競爭的內容（p、t、q、c、s、e）；提出了 cims的現代化特徵：數位化、信息化、智慧型化、集成最佳化、綠色化；強調了系統的觀點，拓展了系統集成最佳化的內容：包括信息集成、過程集成和企業間集成最佳化；企業活動中三要素和三流的集成最佳化；以及cims相關技術和各類人員的集成最佳化；突出了管理與技術的結合，以及人在系統中的重要作用；指出了cims技術是基於傳統製造技術、信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術的一門發展中的綜合性技術，其中，特別是突出了信息技術的主導作用；擴展了cims套用範圍，包括離散型製造業，流程及混合型製造業。此外，這種提法更具廣義性、開放性和持久性。
二．持續發展中的"現代集成製造系統"技術
基於cims理念與內涵的不斷拓展，cims技術持續發展，主要表現在下述方面。
1．從設計、管理、加工生產等"技術孤島"發展為集成的cims技術體系：
（1）總體技術
系統總體模式：包括柔性製造、集成製造、並行工程、敏捷製造、智慧型製造、綠色製造、全能製造等模式；
系統集成方法論：包括信息集成、過程集成、企業間集成及知識集成等方法論；
系統集成技術：包括設計、生產、管理及後勤等子系統間的集成技術，企業三要素（人/組織、經營管理和技術）及三流（信息流、物流和價值流）的集成技術等；
標準化技術：包括產品信息標準、過程信息標準，數據交換與格式標準，圖形標準及零件庫標準等技術；
企業建模和仿真技術：包括企業功能、信息、工作流、資源及組織模型等建立、確認及其仿真技術；
cims系統開發與實施技術：企業診斷、需求分析、系統設計、組織實施、質量保證及效益評價等技術。
（2）支撐平台技術
包括網路、資料庫、集成平台/框架、計算機輔助軟體工程、產品數據管理（pdm）、
計算機支持協同工作（cscw）及人/機接口等技術。
（3）設計自動化技術
包括cad，capp，cam，cae，基於仿真的設計（sbd），面向下游工作的設計（dfx）及
虛擬樣機（vp）等。
（4）加工生產自動化技術
包括dnc，cnc，fmc，fms，虛擬加工及快速成形製造（rpm）技術等。
（5）經營管理與決策系統技術
包括mis，oa，製造資源規劃（mrpⅡ），準時生產（jit），caq，業務流程重組（bpr）,
企業資源規劃（erp）,動態企業建模（dem），供應鏈及電子商務等技術。
（6）流程製造業cims中生產過程控制技術
包括過程檢測、先進控制、故障診斷和面向生產目標的建模、最佳化集成控制技術等。
2．cims技術的發展階段
系統集成最佳化是cims技術與套用的核心技術，因此我們認為，可將cims技術的發展從系統（三要素和三流）集成最佳化發展的角度而劃分為三個階段：信息集成（以早期計算機集成製造為代表）、過程集成（以並行工程為代表）和企業間集成（以敏捷製造為代表）。前者是後者的基礎，同時，三類集成最佳化技術也還在不斷發展之中。我國863/cims主題分別於1987年、1993年和1997年啟動了這三個方面的工作。
（1）信息集成最佳化
信息集成主要解決企業中各個自動化孤島之間的信息交換與共享，其主要內容有：
1）企業建模、系統設計方法、軟體工具和規範。
2）異構環境和子系統的信息集成。
早期信息集成的實現方法主要通過區域網路和資料庫來實現。近期採用企業網、外聯網、產品數據管理（pdm）、集成平台和框架技術來實施。值得指出，基於面向對象技術、軟構件技術和web技術的集成框架已成為系統信息集成的重要支撐工具。
相應地，在企業管理上套用了mrp-Ⅱ、jit等，進而帶動了企業文化和管理的最佳化。
（2）過程集成最佳化
傳統的產品開發模式採用串列產品開發流程；設計與加工生產是兩個獨立的功能部門 ；缺乏數位化產品定義、dfa/dfm 工具和產品數據管理；缺乏支持群組協同工作的計算機與網路環境。但是"並行工程"較好地解決了這些問題，它組成多學科團隊，儘可能多地將產品設計中的各個串列過程轉變為並行過程，在早期設計階段採用cax、dfx工具考慮可製造性（dfm）、可裝配性（dfa）、質量（dfq），以減少返工，縮短開發時間。並行工程的關鍵技術：信息集成技術；過程建模及重組；面向並行工程的計算機輔助工具，如cax、dfx (虛擬製造技術的一部分)；支持並行作業的多學科的協同工作小組以及計算機網路支持下cscw和集成框架等。
此階段中，在管理上引入bpr；項目管理（扁平組織）；將mrp-Ⅱ與jit結合，形成推、拉結合的生產管理模式；吸收精益製造思想等；這些進一步最佳化了企業的文化和管理。
（3）企業間集成最佳化
企業間集成最佳化是企業內外部資源的最佳化利用，實現敏捷製造，以適應知識經濟、全球經濟、全球製造的新形勢。
從管理的角度，企業間實現企業動態聯盟（virtual enterprise），形成扁平式企業的組織管理結構和"啞鈴型企業"，克服"小而全"、"大而全"，實現產品型企業，增強新產品的設計開發能力和市場開拓能力，發揮人在系統中的重要作用等。
企業間集成的關鍵技術包括信息集成技術；並行工程的關鍵技術；虛擬製造；支持敏捷工程的使能技術系統，基於網路（如internet/intranet/extranet）的敏捷製造，以及資源最佳化（如erp、供應鏈、電子商務）。
3．現代集成製造技術的發展總趨勢
（1） 集成化-- 從當前的企業內部的信息集成和功能集成，發展到過程集成(以並行工程為代表)、並正在步入實現企業間集成的階段(以敏捷製造為代表)。
（2）數位化/虛擬化-- 從產品的數位化設計開始,發展到產品全生命周期中各類活動、設備及實體的數位化。在數位化基礎上，虛擬化技術正在迅速發展，主要包括虛擬現實(vr)套用、虛擬產品開發(vpd)和虛擬製造(vm) 。
（3） 網路化--從基於區域網路發展到基於intranet/internet/extranet的分布網路製造,以支持全球製造策略的實現。
（4） 柔性化--正積極研究發展企業間動態聯盟技術，敏捷設計生產技術，柔性可重組機器技術等，以實現敏捷製造。
（5）智慧型化-- 智慧型化是製造系統在柔性化和集成化基礎上進一步的發展與延伸，引入各類
人工智慧和智慧型控制技術,實現具有自律、分布、智慧型、仿生、敏捷、分形等特點的新
一代製造系統。
（6）綠色化-包括綠色製造、環境意識的設計與製造、生態工廠、清潔化生產等；它是全球可持續發展戰略在製造業中的體現， 它是擺在現代製造業面前的一個嶄新課題。
值得指出， 1994年清華大學獲得美國sme的cims"大學領先獎" ，1999年華中理工大學又獲本年度的"大學領先獎" （一般每年在世界只評一名），表明我國已經處於這一領域的國際先進水平。
三．長足發展中的"現代集成製造系統"套用
"現代集成製造系統"套用的發展主要表現在下述方面:
相應地，在企業管理上套用了mrp-Ⅱ、jit等，進而帶動了企業文化和管理的最佳化。
（2）過程集成最佳化
傳統的產品開發模式採用串列產品開發流程；設計與加工生產是兩個獨立的功能部門 ；缺乏數位化產品定義、dfa/dfm 工具和產品數據管理；缺乏支持群組協同工作的計算機與網路環境。但是"並行工程"較好地解決了這些問題，它組成多學科團隊，儘可能多地將產品設計中的各個串列過程轉變為並行過程，在早期設計階段採用cax、dfx工具考慮可製造性（dfm）、可裝配性（dfa）、質量（dfq），以減少返工，縮短開發時間。並行工程的關鍵技術：信息集成技術；過程建模及重組；面向並行工程的計算機輔助工具，如cax、dfx (虛擬製造技術的一部分)；支持並行作業的多學科的協同工作小組以及計算機網路支持下cscw和集成框架等。
此階段中，在管理上引入bpr；項目管理（扁平組織）；將mrp-Ⅱ與jit結合，形成推、拉結合的生產管理模式；吸收精益製造思想等；這些進一步最佳化了企業的文化和管理。
（3）企業間集成最佳化
企業間集成最佳化是企業內外部資源的最佳化利用，實現敏捷製造，以適應知識經濟、全球經濟、全球製造的新形勢。
從管理的角度，企業間實現企業動態聯盟（virtual enterprise），形成扁平式企業的組織管理結構和"啞鈴型企業"，克服"小而全"、"大而全"，實現產品型企業，增強新產品的設計開發能力和市場開拓能力，發揮人在系統中的重要作用等。
企業間集成的關鍵技術包括信息集成技術；並行工程的關鍵技術；虛擬製造；支持敏捷工程的使能技術系統，基於網路（如internet/intranet/extranet）的敏捷製造，以及資源最佳化（如erp、供應鏈、電子商務）。
3．現代集成製造技術的發展總趨勢
（1） 集成化-- 從當前的企業內部的信息集成和功能集成，發展到過程集成(以並行工程為代表)、並正在步入實現企業間集成的階段(以敏捷製造為代表)。
（2）數位化/虛擬化-- 從產品的數位化設計開始,發展到產品全生命周期中各類活動、設備及實體的數位化。在數位化基礎上，虛擬化技術正在迅速發展，主要包括虛擬現實(vr)套用、虛擬產品開發(vpd)和虛擬製造(vm) 。
（3） 網路化--從基於區域網路發展到基於intranet/internet/extranet的分布網路製造,以支持全球製造策略的實現。
（4） 柔性化--正積極研究發展企業間動態聯盟技術，敏捷設計生產技術，柔性可重組機器技術等，以實現敏捷製造。
（5）智慧型化-- 智慧型化是製造系統在柔性化和集成化基礎上進一步的發展與延伸，引入各類
人工智慧和智慧型控制技術,實現具有自律、分布、智慧型、仿生、敏捷、分形等特點的新
一代製造系統。
（6）綠色化-包括綠色製造、環境意識的設計與製造、生態工廠、清潔化生產等；它是全球可持續發展戰略在製造業中的體現， 它是擺在現代製造業面前的一個嶄新課題。
值得指出， 1994年清華大學獲得美國sme的cims"大學領先獎" ，1999年華中理工大學又獲本年度的"大學領先獎" （一般每年在世界只評一名），表明我國已經處於這一領域的國際先進水平。
三．長足發展中的"現代集成製造系統"套用
"現代集成製造系統"套用的發展主要表現在下述方面:
（1）已遍及已開發國家及一些開發中國家；
（2）從機械製造業擴展到各類製造業；
（3）從多品種、小批量生產方式發展到多種生產方式；
（4）從簡單產品擴展到複雜產品；
（5）系統開發與實施技術更為成熟，成功率大大提高；
（6）有力地促進了cims技術和產業的發展。
美國未來學家認為：在2030年80%的美國企業實現cim。必須指出， 自1989年以來，863/cims主題已在我國機械、家電、航空、航天、汽車、石油、 紡織、輕工、冶金、煤 炭、化工、郵電、服裝等行業中的210家企業實施各種類型的cims套用示範工程。結果表明：cims套用示範工程的實施使企業顯著地增強了競爭能力，cims套用是我國企業實現兩個根本轉變的一種有效途徑。值得指出，1995年北京第一工具機廠榮獲美國sme的cims"工業領先獎。
四．前景良好的"現代集成製造系統"產業
cims產業包括系統集成產業及cims中單元技術產品的產業二類。發展前景良好。據美國frost&sullivan公司的調查報告，製造系統集成產業市場年增長率為15%，年營業額達到百億美元；一些單元技術產品如cad/cam/cae，fms，erp，pdm，rpm，vm等平均年增長率為15%～20%，各自的年營業額達10～50億美元。值得指出，我國已初步形成了10個系列的cims目標產品，覆蓋了cims工程所需產品的85%以上；863/cims目標產品已直接套用於50%的cims套用示範企業，99年cims主題支持的目標產品銷售額約1億2000萬元，2000年銷售額約3億元。國內cims產品開發單位已形成了一支有一定競爭力的生力軍。
四．前景良好的"現代集成製造系統"產業
cims產業包括系統集成產業及cims中單元技術產品的產業二類。發展前景良好。據美國frost&sullivan公司的調查報告，製造系統集成產業市場年增長率為15%，年營業額達到百億美元；一些單元技術產品如cad/cam/cae，fms，erp，pdm，rpm，vm等平均年增長率為15%～20%，各自的年營業額達10～50億美元。值得指出，我國已初步形成了10個系列的cims目標產品，覆蓋了cims工程所需產品的85%以上；863/cims目標產品已直接套用於50%的cims套用示範企業，99年cims主題支持的目標產品銷售額約1億2000萬元，2000年銷售額約3億元。國內cims產品開發單位已形成了一支有一定競爭力的生力軍。
