现代集成制造系统的技术构成及发展策略研究

现代集成制造系统的技术构成及发展策略研究

注意：本文已经在《组合机床与自动化加工技术》(1999,10:1～5)杂志发表
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陈晓川 刘晓冰
（大连理工大学CIMS中心，大连，116023）

内容提要：近几年新的先进制造技术模式和哲理层出不穷，本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与其它先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。

关键词：现代集成制造系统，并行工程，虚拟制造，分布式网络化研究中心

引言

信息技术的发展引起的革命使我们进入了信息时代。信息革命不仅引起人们的思想观念、生活方式的变化，而且导致了生产方式和制造哲理的巨大变化，可以说近十年来提出的新的制造哲理都离不开信息技术提供的支撑，以信息化制造技术为代表的先进制造技术正使制造业处于重要的历史性变革时期。多年来，我国的综合国力不断增强，入关在即，市场竞争十分激烈，国内市场已从卖方市场转化为买方市场，而且正在迅速成为国际市场的一部分，许多大中型企业在竞争中处于不利地位，甚至破产、倒闭。本文结合我国国情，通过分析现代集成制造系统与先进制造技术的关系，论述了我国现代集成制造系统的技术构成和发展策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。

现代集成制造系统的含义与定位

现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System）是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上，它不断吸收先进制造技术中的相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。具体地说，它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术进行有机的结合，通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。从集成的角度看，早期的计算机集成制造系统侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度上都有了极大的扩展，除了信息集成外还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化，即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。

现代集成制造系统的研究范围应该介于国家攀登计划和国家攻关计划之间。与攀登计划研究项目相比较，它更注重成果的应用性，尽可能将技术产业化，并推动我国制造业的现代化进程；与国家攻关计划相比较，它更注重解决我国制造业发展中的关键的共性问题、前瞻性问题和示范性问题【1】。

现代集成制造系统的技术构成

图1 现代集成制造系统的技术构成

先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）作为一个专有名词至今还没有一个明确的、一致公认的定义。通过对其内涵和特征的研究，目前共同的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称【3】。它具有如下一些特点：

从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要； 从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥； 从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节； 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量； 从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。 通过对先进制造技术的定义和特点的分析我们发现，现代集成制造系统拥有先进制造技术的绝大部分特点，只不过先进制造技术所涉及的的范围要比现代集成制造系统大，因此通过对先进制造技术的综合考察，我们提出了一个现代集成制造系统的技术构成模式。如图1所示，即在先进制造技术中，现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上，继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作深入进行，并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想，将它们进行推广应用，由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心，具体说明

1、并行工程（CE－Concurrent Engineering）：

并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。同时，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果，使其成为先进制造技术中的基础。

虽然并行工程在我国进行的研究工作中属于热点，也取得了一些成果，但是目前还存在以下一些问题：

(1)研究的广度和深度不够：虽然并行工程的研究工作已经广泛开展，但是无论从研究的内容上看，还是从研究的水平上说都明显存在差距。如：并行工程在成本和质量上的应用才刚刚起步，与供应商的集成问题还没有提上日程。

(2)与并行工程有关的技术实用化不够：在实用技术研究方面，目前还没有商品化软件诞生，而国外公司已经推出商品化软件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。

(3)并行工程的实施队伍不够：由于科研力量薄弱，在研究上还不能全面开花，并行工程的实施就更是难上加难了。而且，当前国内机械行业在激烈的市场竞争中经济效益不好，CAD/CAM技术还有待普及，全面实施并行工程还缺乏基本的物质基础。

由于并行工程所处的基础性地位及我国研究工作的不足，就决定了必须将它作为现代集成制造系统的基础性研究工作不断深入地进行。

2、虚拟制造（VM－Virtual Manufacturing）：

虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的【4】。

目前，虚拟制造技术已经在国外有所应用，例如：美国Boneing公司设计的一架VS-X虚拟飞机，可用头盔显示器和数据手套进行观察与控制，使飞机设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外观、内部结构及使用性能进行考察；日本Matsushita公司开发的虚拟厨房设备制造系统，允许消费者在购买商品前，在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能，按自己的喜好评价、选择和重组这些设备，他们的选择将被存储并通过网络送至生产部门进行生产；美国Coventry School of Art and Design开发的虚拟原型制作系统，设计者在设计的初始阶段能够在计算机中构造虚拟原型并对此原型进行评价【6】。

国内的研究刚刚起步，主要集中在三个方面