计算机集成制造系统指南

系统集成指南 公司生产特点分析与CIMS分类问题 东北大学控制仿真中心徐心和专家 一、引言 CIMS计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System),前还是一种鲜为人知的英语词组缩写。来,在国家863筹划的推动下,CIMS已经唤起越来越多的专家学者和工程技术人员的参与,引起越来越多的公司的关注,一批试点公司已经获得可喜的成果和明显的经济效益,一种CIMS推广开发的热潮正在各行各业悄然兴起。精确地讲,1974年约瑟夫哈林顿博士提出的CIM(计算机集成制造)是公司组织生产的先进哲理(philosophy)。她的基本观点是: (1) 公司的多种生产环节是不可分割的,需要统一考虑。 (2) 整个制造过程实质上是信息采集、传递和加工解决的过程。 按照CIM哲理构成的公司生产与管理的自动化系统可称之谓CIMS。显然,由于生产公司的不同,CIMS不会具有统一的模式。 值得注意的是,目前出版的有关CIMS的图书资料几乎都属于同一种模式,即CIMS由如下五大分系统构成: (1) 以MRP-为核心的管理信息系统; (2) 产品设计与制造工程设计自动化系统(CAD/CAPP/CAM); (3) 制造自动化或柔性制造系统(FMS); (4) 质量保证系统; (5) 计算机网络与数据库系统。 显然,这种CIMS模式比较适合于离散型的机械制造型公司。 CIMS模式的这种局限性有其历史因素和现实因素,从其被提出到实现这10近年时间里,CIMS重要集中在机械制造行业,而国内863筹划的示范工厂也是集中在机制行业。这种局限性尚有其行业上的因素,那就是机械制造行业比其他行业在信息集成方面要面临更多的困难,即除了有面向管理的数据流外,尚有面向几何的数据流。几何图形的表达、存储、转换、控制和检测等过程在设计、制造和管理之间导致了巨大的信息鸿沟,成为信息集成的难点。CIMS的中心议题是集成,其道理也在于此。 如今,CIMS已经走向各个行业,有人将公司粗略分为离散型、流程型和混合型。显然,其相应的CIMS也将是不同的模式与类别。 二、CIMS分类的本质要素 面对多种各样的公司和形形色色的CIMS方案,目前还缺少一种科学简要的分类措施。有人采用离散型、持续型(流程型)、混合型CIMS的分类措施,但除了使人结识到公司生产的区别外,很难感觉到CIMS的内涵差别。 CIMS分类的本质要素应是实现系统功能集成的技术难点所在,是影响CIMS发挥整体效益的技术核心所在。 前面谈到,CIM是一种哲理。CIMS是在这一哲理指引下,通过物理集成、信息集成和功能集成,将公司的多种生产与经营活动集成起来的一种高度自动化的整体。目的是将质量好、成本低的产品适时地推向市场,从而获得明显的经济效益。 所谓物理集成,是规定多种自动化设备的合理配备与到位。信息集成则规定通过计算机网络与数据库实现信息传递与共享,让多种信息在多种控制、信息管理与决策中发挥其应有的作用。功能集成则是要将公司重要的生产经营活动通过计算机协调实现。显然功能集成是目的,而物理与信息集成是实现功能集成的基本。 一般说来,如果公司具有一定的财力,实现物理集成与信息集成是不困难的,由于世界上各大计算机公司都在开发新产品和抢占多种市场。虽然对于某些自动化孤岛难以实现数据互换,那么,这种技术上的障碍也决非是公司自身可以逾越的。 公司面临的最大困难是功能集成的实现,也就是如何设计与开发适合本公司特点的应用系统。虽然是世界出名的计算机公司也无法提供普遍合用的应用系统(而不是应用平台),如果可以购得这样的应用系统(重要是软件系统),厂商的开价也将是难以接受的。 三、公司特点与CIMS分类 笔者从实现公司功能集成的难点与核心技术的角度,以很粗的线条勾划出三类公司的特点,并提出三种类型的CIMS。 1.离散型公司与CAD/CAM型CIMS 所谓离散型生产公司重要是指一大类机械加工公司。它们的基本生产特性是机器(机床)对工件外形的加工,再将不同的工件组装成具有某种功能的产品。由于机器和工件都是分立的,故称之为离散型生产方式。如汽车制造、飞机制造、电子公司和服装公司等。为了提高公司产品在市场上的竞争能力,人们早就注意到实现公司生产经营中各个环节的自动化与计算机化。如加工过程采用数控机床(NC)和柔性加工中心(FMC),工件的运送采用自动导引小车(AGV),尚有产品设计与编程(CAD/CAPP/CAM)、材料资源规划(MRP)、公司的生产管理与经营决策(MIS/DSS)也都可用计算机实现。为了提高整个系统的运营效率,获得明显的经济效益,通过计算机网络与数据库将以上这些功能集成起来,便形成了典型的计算机集成制造系统(CIMS),这也是近年来人们获得统一结识的CIMS模式。 由于机械加工公司是以产品的功能、外型与成本为重要竞争内容,面对多品种小批量的买方市场和越来越挑剔的顾客,产品的设计与制导致为生产的核心与核心。与否具有强大的适于本公司生产、研究与改型的CAD/CAM软、硬件,便成为公司能否适时推出新颖实用商品的核心。许多公司在产品构造调节中陷于困境,很大限度上也是受制于拿不出适销对路、开拓市场的产品。 鉴于此,可以将此类老式的CIMS称之为CAD/CAM型CIMS,以便与其他类型的CIMS相区别。 2.流程型公司与过程数模型CIMS 所谓流程型生产公司是指被加工对象不间断地通过生产设备,如化工厂、炼油厂、水泥厂、发电厂等,这里基本的生产特性是通过一系列的加工装置使原材料进行规定的化学反映或物理变化,最后得到满意的产品。由于生产过程是24小时持续不断的,人们也称此类生产为过程型或持续型。 不难看出,许多流程型公司都是重要的能源和原材料工业,产品品种稳定,生产量大。它们的产品常常不是以新取胜,而是以质和价取胜。因此,公司的自动化目的是如何有效地监测和控制生产过程,使生产过程处在最佳状态,节省原材料,减少能耗与其他消耗,提高产品的收得率与优质品率,提高设备的寿命等。由于全线设备的启动过程复杂,因此,除大中修外,很少中断生产过程。对于原材料等外部条件的随机变化,系统应有良好的抗干扰能力和性能鲁棒性。 流程型系统的控制管理已有了大量成功的典型,普遍采用的是集散控制系统(DCS),由34级(测量执行级、回路控制级、单元控制级及过程控制级)实现全过程的自动控制。显然,此系统正常而高质量的运营要借助于完好的过程模型,其中多数为数学模型,有时也可以是图模型、网络模型或非构造化模型。一般说来,只要有了良好的过程数模型,便可以实现系统的优化控制。 鉴于此,可以将此类CIMS称之为过程数模型CIMS。显然,产品的设计(CAD)在这里并不重要。公司为了获取更好的经济效益,根据市场价格的变化及时调节产品构造是完全必要的。为此,建立公司的最优产品构造模型也应是功能集成的重要内容。有人也将此类CIMS称之为CIPS(Computer Integrated Processing System)。 3.混合型公司与筹划调度型CIMS 所谓混合型公司是指其生产活动中既有流程型特性,又有离散型特性,如钢铁公司等。在这里,高炉炼铁或转(电)炉炼钢、持续锻造、热带连轧或冷带连轧等每道工序自身都可以看作是一种持续生产过程,但在各个工序间的衔接是靠分离的铁(钢)水罐、铸坯、铸锭、钢卷等实现的。作为公司的宏观运营不仅存在物流平衡和资源(设备等)平衡问题,并且由于是高温作业,还存在温度平衡和时间平衡(列车时刻表)问题。因此,此类公司实现CIMS时,不仅要解决好每道工序的自动化问题,并且要解决好各工序间的所有平衡问题。 钢铁生产的产品一般是规范化的。根据顾客的订货规格,只需从已有的工艺档案中找出其加工工艺方案即可,一般不需要CAD系统。如果各工序自动化系统稳定可靠,产品质量可以保证,那在系统功能集成中遇到的最大难题便是如何面向多品种小批量的大量订货合同而组织生产。这里涉及按钢种、规格和交货期的聚类组批;轧制筹划、连铸筹划与炼钢筹划的多种平衡;如何将几种不同的工序视为一种整体,实现一体化管理,做到前后工序筹划同步化,物流运营准时化;充足运用高温坯的潜热,取消或减少再加热过程,减少能耗,减少烧损,缩短生产周期,增长公司效益和市场竞争力。 由此可见,工序的过程控制是系统功能集成的基本与前提。而系统功能集成的技术难点与核心是如何取代或基本取代人的筹划与调度功能,这一点已经引起世界各国钢铁行业的关注。鉴于此,可以称此类CIMS为筹划调度型CIMS。 应当承认混合型公司也是多种各样的,集成的难点与核心也会不尽相似。因此,也不好一概而论混合型公司的CIMS都应归属为筹划调度型CIMS。 四、大型公司的CIMS分类问题 大型公司常常是综合性公司。总厂下面设有若干分厂,分厂中又有许多车间。随着功能的分工,一般均有不同类型的生产工艺,也必然遇到不同的技术难点与核心。这时,如果把一种总的CIMS分解成几种局部的CIMS,那就也许在上层的筹划调度型CIMS中具有下层的过程数模型或CAD/CAM型CIMS。随着公司的千变万化,CIMS的属性也会错综复杂。 总之,多种多样的CIMS虽然有着相似的哲理,却在内容与核心上存在着相称大的差别。承认和深刻结识这些差别,给出科学的分类措施,对于国内的CIMS推广工作将具有十分重要的意义。 SDAICIMS工程数据互换的核心技术 华北计算技术研究所娄勤俭马应章 一、SDAI的技术背景 SDAI(Standard Data Access Interface)是基于STEP(Standard for the Exchange ofProduct Model Data)的产品数据互换规范(Product Data Exchange Using STEP,PDES)原则(ISO 10303 Product Data Representation and Exchange)系列的一种重要的技术构成部分。PDES规定了产品从设计到制造完毕的全过程中,可以表达并提供通信互换的数据形式, 这种形式完整地表达产品数据,并适合中性的文献互换,且能达到产品数据共享及持久存档保存的目的。这样,产品数据一方面能在公司间或公司生产的各部分活动之间互换,以提高产品数据资源的应用效率;同步,另一方面,由于其描述的独立性和完整性,使该数据独立于应用它的软件系统,并能广泛支持波及产品数据应用的各个方面。 这里,产品数据是适合于人或自动化作业进行辨认、通信和解决的有关一种或一组产品的事实、概念及规定的形式化描述。在CIMS领域中,一般把基于计算机辅助的产品生命周期的某些工程过程,如CAD、CAPP、CAE、CAQ、CAM等(可统称为CAX),所产生和应用的数据称工程数据。工程数据事实上是产品数据的一种子集。工程数据的互换是CAX数据应用中要解决的中心环节,这种数据互换不仅发生在不同的CAX之间,并且也发生在同一CAX的不同设计版本或不同产品型号之间,甚至在产品的装配与零部件之间等。因此,工程数据互换在CIMS中占有特别重要的地位,是CIMS数据集成、实现数据互换共享的一种核心性的技术构成部分。 STEP支持CIMS工程数据的描述,提供了Express数据描述语言,并为实现数据互换操作提供了SDAI实行措施,使得所描述和管理的工程数据能在不同的工程环境中通过数据互换达到共享和应用数据资源的目的。目前,Express语言已较普遍地被装配在某些计算机系统上,SDAI在国内CIMS领域中的研究和开发工作已展开,它的应用对实现工程数据库将很故意义。 二、数据描述语言Express PDES提供了在产品设计、制造和使用的整个生命周期内,用于完全描述产品数据,并能保证其一致性而无二义性的统一的措施和工具,即Express语言。这是一种具有面向对象特性,可对产品数据描述的语言,它能容易地被人和计算机系统理解和辨认,是一种便于定义系统数据资源和支持开发应用的语言。Express语言有很强的体现能力,合用于CAX系统中所需要的多种工程数据的描述,具有丰富的数据类型及语言元素。Express语言是实行产品数据互换的基本。 Express是基于模式的语言。模式是Express语言为一致性的实现措施所提供的一种作用域,它是有关实体类型与顾客定义类型的集合。模式不仅能定义其中的实体及实体之间的?叵?并且还能定义对实体及其属性所施加的约束和操作。同步,模式还可以涉及函数、过程、全局规则或常数阐明等其他某些语言成分。模式可以通过接口实现一种模式对另一模式的某些成分的使用或引用。使用是对模式中阐明的实体所定义的数据类型而言,引用则是对?胶凸嬖蛑獾钠渌蠩xpress阐明的项的引用。 实体类型是Express语言的重要数据类型,它以ENTITY语句定义且赋予标记符,并可通过此标记符对其引用。实体类型表达了一类具有共同特性的对象,共同特性是通过属性和约束来表达的。实体类型也可以被嵌套使用,即可以作为上层实体类型的一种属性。 Express提供了表达实体属性的多种简朴、聚合和命名的数据类型。应用这些数据类型及语言提供的函数、过程、规则、常数等语言元素,通过有关的语句,可以完整地描述在CAX工程系统中所需要的数据。这些数据可以组织成相应的数据库或数据文献,系统中各CAX之间的数据可互换共享,由SDAI来实现。 三、SDAI构造设施 SDAI规定了实现数据互换原则的实行措施,是对使用Express语言所定义的数据进行互换操作的接口,它定义了对互换数据进行操作的一种操作集。接口所波及的某些设施及体系构造可用简化的图形表达,如图1所示。图中描述了应用数据、词典、会话数据、应用程序及SDAI操作之间的关系。 存储仓(Repository)是一种很重要的数据存储设施,它是能在内存中实现的单个或多种数据库、单个文献或文献集合,也可以是以任何其他措施实现的数据存储设施。存储仓中存储和管理着词典及应用数据,SDAI的所有数据的互换解决完全是在它的支持下进行的。它是数据库技术在新的应用环境中的一种新概念,其形成的内存数据管理系统在将来CIMS数据集成的应用中将发挥重要的作用。 SDAI的数据访问操作过程是在其会话状态下进行的。系统进入会话状态之后,须打开存储仓,然后才干启动事务。事务提供读写和只读两种访问方式。事务访问的对象是模式实例,它是系统中实体实例的逻辑集合。实体实例按照特性提成若干个SDAI模型,每个模型与一种存储仓相联系。如SDAI模型可涉及一种具体产品描述数据的某个分组。SDAI存储构造如图2所示。 图2 SDAI存储构造 事务由一系列操作构成,操作的效果可作为一种单位被保存或者被反做。在事务开始后,其读写方式容许应用访问和变化SDAI模型中的实例,而只读方式只容许应用访问,却不容许变化它们。 四、SDAI支持的数据模式 SDAI所操作的数据都是用Express语言所描述的一系列模式定义的。模式涉及词典模式、会话模式、集居(Population)模式、抽象数据类型模式和数据类型模式。这些模式共同构成了SDAI实现数据互换的程序设计环境。 词典模式定义了数据词典,它存储着由SDAI所操作的实例的模式信息,涉及类型定义、实体定义和数据定义的有关信息。 会话模式提供对SDAI会话管理的构造。它定义会话、访问方式及会话事件。基于会话模式的SDAI模型中的实体实例描述了一种SDAI会话的目前状态。SDAI会话模式中所声明的项应当都集居于用接口规范引用的SDAI词典中。SDAI会话模式的内容有类型定义(访问类?秃褪迪掷嘈?及实体定义,实体定义涉及SDAI会话、实现、SDAI存储仓、存储仓内容、事务、SDAI事件、事件及错误事件。 集居模式提供管理和创立Express实体实例的构造。该模式定义了SDAI模型和模式实例。通过SDAI会话模式接口,当该模式中所有的项集居于SDAI词典模式时,都被分解进入SDAI会话模式中。SDAI集成模式只有实体定义,涉及模式实例、SDAI模型、模型内容、实体范畴及作用域等。 抽象数据类型模式提供通过SDAI操作的数据的一般描述。该描述连同SDAI操作一起定义了数据的习性。SDAI抽象数据类型模式不需要SDAI服务实现,而它的存在自身支?侄許DAI操作的描述和其中存在实例的SDAI环境的定义,具体实现是通过引用SDAI模型的实体定义。该模式假定软件系统提供整数、实数、字符、二进制位以及其他逻辑数据类型的表达。类型定义涉及对基本数据、字串值、二进制值、整数值、实数值、数值值、布尔值及逻辑值等的定义。实体定义涉及对迭代算符、实体实例、应用实例、SDAI实例、词典实例、会话实例、属性值、选择值、枚举值、聚合实例、无序集合、集实例、数袋实例、列表实例和数组实例等的定义。 数据类型模式描述通过SDAI操作可管理的实体数据类型之间的继承关系。这些关系用于对该模式实体数据类型的操纵实例中可用的操作分类。对于作为SDAI操作的参数或返回值使用的实体实例类型,这种分类也规定其所有SDAI实现的具体习性。 SDAI的语言联编应当为这些实体提供数据类型,相称于语言实现了在该模式中定义的继承关系。在语言联编中,代表具体应用实例的类型应当是SDAI中每个应用实体的祖先;代表实体词典实例的类型应当是词典模式中每个实体的祖先;代表实体会话实例的类型应当是会话模式中每个实体的祖先。 SDAI数据类型模式唯一的目的是定义容许语言联编的多种实体数据类型之间的继承关系,并在对SDAI操作的行为规范中使用这些关系。 该继承关系在用于任何应用模式的SDAI词典模式的集居中不应当浮现,也不应出目前SDAI词典模式或SDAI会话模式中。 SDAI数据类型模式有实体定义,其中定义了实体实例、应用实例、SDAI实例、词典实例、会话实例。 五、SDAI操作 SDAI操作应当是在语言联编中定义的。这里简介在语言联编中SDAI操作的某些最基本的功能。 一种特定的SDAI操作能以某种联编映射成一种或多种函数,这些函数可以有一种或多种隐式传递的输入、输出或错误参数。 在SDAI操作中,实体实例的操作可以应用在SDAI中定义的任一实体数据类型的所有实例或对SDAI可用的应用模式的所有实例,而应用实例操作只能应用在SDAI可用的应用模式中定义的实体数据类型的所有实例。当一种操作需要访问在目前会话中未打开的SDAI模型中的一种实体实例时,对该SDAI模型的只读访问应当自动启动,且如果需要的话,涉及SDAI模型的存储仓也应自动打开。当一种操作因不成功而终结时,输入参数的值应当不变,而对输出参数的影响依赖于实现,这样,当浮现错误时,应用会忽视输出参数。 SDAI的操作只能在拟定的不同状态中进行。其中有会话状态、存储仓状态、读写事务状态、只读事务状态、只读SDAI模型状态和读写SDAI模型状态。状态之间会由于某些操作而引起状态过渡,即从一种状态变到另一种状态。 SDAI操作分为如下若干类: 环境操作涉及打开会话,初始化SDAI服务,记录会话事件。 会话操作涉及启动和停止SDAI会话的事件记录,打开存储仓,启动事务的只读或读写访问及交付或夭折,结束事务访问、交付和夭折,SDAI查询,关闭会话等。 模式实例操作包唇蜕境绞道?增长和取消SDAI模型,确认全局规则和唯一性规则,确认实例引用域等。 存储仓操作涉及创立SDAI模型,关闭存储仓。 SDAI模型操作涉及删除或重命名SDAI模型,启动和结束只读访问,升级SDAI模型为读写访问,启动和结束读写方式,获得实体定义,创立实体实例,保存变化和反做等操作。 作用域操作涉及增长、获得和测试作用域,把应用实例添入、移出输入列表或作用域,删除作用域,复制同一或不同的SDAI模型中的作用域,确认作用域引用的限制等。 类型操作涉及获得复杂实体,拟定子类型、SDAI子类型以及与否可互操作等。 实体实例操作涉及获得和测试属性,寻找涉及实体实例的SDAI模型,获得实例类型,测试拟定实例、类型种类、SDAI的类型种类等。 应用实例操作在同一种或向其他的SDAI模型复制及删除应用实例,设立属性,创立聚合实例,确认检查规则、显式属性、反相属性、显式属性引用、聚合大小、聚合的唯一性、数组不稀疏、实数精度及串和二进制位的长度等。 实体实例聚合操作涉及获得成员的计数,测试与否是聚合成员,创立和删除迭代算符,获得目前的成员,对迭代算符定位在开头或下一种等操作。 应用实例聚合操作涉及通过迭代算符创立嵌套的聚合实例,设立和移去目前的聚合成员等。 应用实例无序的集合操作涉及对集合增长值,创立嵌套的聚合实例。 实体实例有序的集合操作按索引获得集合元素,对迭代算符在集合中的定位进行操作。 应用实体有序的集合操作涉及按索引设立集合元素,按索引创立嵌套的聚合实例。 实体实例数组操作涉及按索引测试值和迭代算符测试值。 应用实例数组操作按索引和用迭代算符的不设立值操作。 应用实例列表操作用迭代算符在引用的列表成员之前或之后插入新成员,以及在列表的头和尾增长成员。 SDAI操作约有17类近百个操作,它能满足实现数据互换的所有操作规定。 三、公司应用系统的体系构造 1.CIM和CIMS CIM一词最早在1979年由美国Joseph Harrington博士提出的。直到80年代初,这一术语才被人们广泛接受。美国制造工程师学会的计算机和自动化系统(CASA/SME)一方面使用了计算机集成制造系统(CIMS)这个术语。但目前对于CIM和CIMS尚没有一种确切的且被普遍接受的定义。比较流行的一种说法为:CIM是指使工厂集成生产自动化。在这样的工厂中,每个生产过程都在计算机控制下完毕,并且每个过程之间仅有数字化信息互相联系。CIMS是一种闭合回路的反馈系统,它的重要输入是产品需求概念,重要输出是完全装配的、检测合格的、可以使用的成品。 目前,大多数人觉得CIMS定义中应涉及下列要素: CIMS合用于多种中、小批量的离散生产过程的制定工厂; 该系统应将制造工厂的生产经营活动都纳入到多模式、多层次、人机交互的自动化系统之中; CIMS是多种自动化子系统的有机集成; 该系统的目的是提高经济效益、提高柔性、追求动态总体优化。 对于CIM的概念,有两种观点: 公司的各个环节,即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的生产活动是一种不可分割的、彼此紧密有关的统一整体。 整个生产过程实质上是一种数据采集、传递和加工解决的过程。最后形成的产品可以看作是数据的物质体现。 虽然,CIM的概念是Harrington博士根据计算机技术在工业生产中的应用及其必然发展趋势而提出的,但当时并未引起人们广泛地注意。直到1981年,这一概念才作为制造工业的新一代生产方式而为人们广泛接受。毫无疑问,这一成果并不是偶尔的,它是科学技术的发展和市场需求的变化共同推动的成果。 计算机集成制造系统(CIMS),简朴地说,是工厂集成生产自动化的发展方向,是将来工厂的生产模式。但在CIMS的具体实现过程中,应当结合公司的具体状况和特点,因地制宜地加以实现,因此在实现CIMS的过程中,可有多种模式。由于众多实现模式不断涌现,对CIMS的确切定义也就可以从不同角度加以理解。在这里列举一二,以飨读者。 一种说法觉得,CIM是连接独立的计算机系统技术应用,将CIM定义为一种借助于信息系统技术实现多种技术集成的体系构造。她们觉得,从本质上讲,CIM应用系统的基本点就是互连计算机系统,用以发送、接受、传播和解决信息。 也有人将CIM描述为将分布式计算、网络和公共数据库结合起来并互相地构成一种具有产品设计、安排、购买、生产、检查、装配、解决、管理和对分散的消费者或生产者货源进行市场调查等功能的和谐的整体系统。它表白,CIMS不是一件工具或一种软件,可以购买,而更像一种方略和思想,一种生产方式。正如有的专家指出的:CIM是一种新型的公司范畴内的工业自动化管理过程,它仿佛一种特殊的程序。在其环境内可以规划、执行和集成工业自动化工程。 CIM就是这样一种复杂的、令人着迷的、对工业化世界有重大意义的哲理。 CIMS系统的宗旨是使一种工业公司的整体获益,而不是公司或公司通过某项技术,或生产中某一环节和管理机制的改善而局部地得到。集成之因此有效,核心就在于视公司为一种整体,一种有机的、统一的系统,而不是各自独立的若干个单项功能的简朴集合。集成在CIMS中是一种重要的概念。集成的是什么呢?一言以蔽之,集成的是信息。由于目前CIMS的概念较多,为了统一结识,我们觉得CIMS必须涉及下述两个特性: 在功能上,CIMS涉及了一种工厂的所有生产经营活动,即从市场预测、产品设计、加工制造、质量管理到售后服务的所有活动。CIMS比老式的工厂自动化范畴大得多,是一种复杂的大系统。 CIMS波及的自动化不是工厂各个环节的自动化或计算机及其网络(即自动化孤岛)的简朴相加,而是有机地集成。这里的集成,不仅是物料、设备的集成,更重要的是体现以信息集成为特性的技术集成,固然也涉及人的集成。 因此,我们觉得CIMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基本上,通过计算机及其软件,将制造工厂所有生产活动所需的多种分散的自动化系统有机地集成起来,是适合于多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造系统。 CIM是公司进行组织、管理生产过程的一种哲理、思想和措施,而CIMS则是这种思想的具本体现。CIM不同于老式的机器制造过程,CIM的核心是基于信息的集成。机器制造过程可以进行物理划分;而信息则像液体同样可流动、可溢出。因此,在理解CIM模块及其互相作用时,信息流及其分析是一种重要线索。 综合以上多种观点,我们觉得CIMS是运用计算机网络技术,将CAD/CAM、FMS、DSS、MIS等系统集成为一种有机的整体,以实现产品的订贷、设计、制造、管理和销售过程的高度自动化和总体最优化。在CIMS中尽量减少人在制造过程中的干预,从而大大提高了生产效率和减少人为差错。 换句话说,所谓计算机集成制造系统(Computer Inte-grated Manufacturing System,CIMS)是以集成数据库(Integrated database)为中心,借助计算机系统和计算机网络把数据传送到各个自动化设备上,并能有效地控制和监督这些自动化设备运营,形成一种涉及整个公司的设计、测试、制造、监控、生产管理、经营管理等所有活动的集成自动化系统。 如果对计算机集成制造系统用拟人法来阐明的话,那么可形象地对例如下: 人_CIMS 记忆_集成数据库 大脑_计算机系统 神经_计算机网络 血液_物料流 动作_信息流 由此可见,贯穿于CIMS的信息流的载体是计算机及其网络,物料流的载体是多种自动化生产线、自动搬运工具等,集成数据库作为CIMS的知识库,整个系统的活动受计算机系统的控制。因此,CIMS是一种集成的、先进的技术的融合体。倘若没有计算机技术、网络技术、通信技术、人工智能和多种制造业自动化技术的高度发展,那么CIMS只能是一纸空谈。 因此,我们总结CIMS的精髓为:不是一套产品(CNC、Robot等设备),也不是一套硬件(计算机系统、网络等),更不是一套软件(MRP-II、CAD/CAM等),而是一种思想、观念和哲理,是一种总体的、有环节的规划。 人们已普遍结识到,CIM是公司管理现代化的一种哲理,而CIMS是具体的实现。 这里应强调指出的是,随着CIM和CIMS技术的发展,人们对它们的结识也将逐渐深化,其真实的含义和概念也必将逐渐清晰起来。更何况CIM的概念和CIMS技术也将随着现代生产技术的发展而发展。在这种状况下,并不阻碍人们努力实现规模不同、模式互异的CIMS。重要的是,不要总是纠缠CIM的概念,而是应当努力地去实行。 2.中国软件产业潜在的危机 软件危机是西方发达国家60、70年代信息产业的教训,应用软件的开发和维护不能满足顾客日益增长的需求。为解决软件危机问题,提出了软件工程措施。但是,目前人们已经意识到,老式的软件工程措施,如构造化生命周期法、战略数据规划法等,并没有主线解决软件危机。80、90年代,新的措施(如RAD法和面向对象措施)在西方流行起来。人们还意识到,软件危机是产业危机,光靠软件制造商是无法解决的。 中国的软件危机始于80年代初,当时公司各自为战,封闭开发。其特点是定点专用,低水平反复现象严重,软件通用性、应变性差。公司这样搞信息系统,往往感到后劲局限性,软件维护困难,既适应不了需求的变化,也跟不上技术的发展,更不也许形成产业规模。 80年代末至今,中国软件产业走上商品化、通用化、专业化和规模化的道路。会计电算化、字解决和中文化等软件产品迅速普及,制造业MRP-II、零售业物流和POS、金融电子化、电信业以及政府部门等领域的大型信息系统纷纷建立,逐渐形成了以软件供应商或行业为中心的客户群范畴的资源共享。 但新的危机接踵而至:这一次是软件供应商以及某些行业各自为战,高水平反复开发,导致新的更严重的资源挥霍。有人估计,中国目前财会软件供应商的增长速度已经超过了客户群的增长,这还不涉及西方发达国家软件供应商的入侵。买方市场的形成,对最后顾客来说是好事,然而,国内重要供应商的产品功能大同小异,有相称一部分甚至近亲繁殖,服务水平也旗鼓相称,闻不到一点分工协作、共享市场的声息。因此,虽然大多数供应商眼下还拥有一种不断增长的客户群,但潜在的危机是必然的: 一方面,中国的重要供应商面临内部的挑战,随着业务规模的发展和应用规模的大型化,产品和技术积累较多,公司资源失去控制,需要进行系统集成的组织,盼望先进的措施和工具来支持内部资源的全面管理。如何控制和合理运用内部的技术资源,成为目前每个供应商关怀的焦点,具体表目前: 产品(软件包)无法满足顾客不断变化和特殊的需求,应变能力差; 软件资源无法复用,可维护性差; 产品没有构造层次,可伸缩性差; 永远的后顾之忧,技术(如平台)落后; 无法提供高水准与完善的服务; 技术的载体究竟是软件开发人员,还是公司? 软件工程管理和工程项目的组织差; 缺少软件质量保证体系; 需要先进的软件开发措施论。 同步,公司外部环境竞争剧烈。随着越来越多的新供应商加入,每个供应商也许得到的市场份额相对减少,竞争将更趋剧烈,势必导致大公司兼并小公司,或者某些经营不善的供应商倒闭,而最后受害者是顾客; 另一方面,面对不断增长的供应商,最后顾客的选择余地事实上更小,最后导致顾客事实上并不注意供应商的实力以及产品的功能和服务的水平,而只能把自己拴在一种供应商身上,顾客所冒的风险不得而知。 由此可见,潜在危机不仅影响到广大最后顾客,更影响到所有供应商的切身利益。最后顾客和供应商迫切规定采用新思想、新措施、新技术,规定必要的合伙和合理的产业分工,以实现更大范畴内的资源共享,解决更深层次的应用需求。3.CARE的重要内容和解决的问题 软件产业的发展过程与老式制造业有一定的可比性。老式制造业是在手工业的基本上,逐渐发展成大规模自动化工业的。而这种大规模批量制造方式今天面临严峻的挑战:顾客需求多样化、个性化。90年代,西方国家制造业掀起柔性制造的热潮,提出了诸如敏捷制造、精良生产等制造方式,旨在缩短产品生产周期,减小批量,减少成本和提高服务水平。 今天,针对大公司的应用软件产品,如财会、MRP、CIMS等,同样面临挑战:如何满足顾客不断变化的需求?顾客评价一种应用系统,应变能力已成为首要的原则之一,例如,软件能否满足顾客的特殊规定?能否适应将来变化?如何实现应用系统的顾客化(Customization)?90年代,西方发达国家为迎接市场经济全球化的挑战,提高竞争力,在对公司提出再造工程(Re-engineering)的同步,相应用系统也提出了规模优化(Rightsizing)的规定。例如,老式的基于大型主机系统的MRP软件商,纷纷对其产品进行向下优化(Downsizing),向开放系统和Client/Server系统过渡,引入新的软件工程措施和技术,如OOT、GUI等,以增强其产品的竞争力。 美国软件业鹤立鸡群,其中有一种不可忽视的因素,就是产业的分工与合伙。Microsoft的方略就是鼓励许多ISV去开发其平台和原则上的应用产品,而不是自己干。 软件制造商也始终在努力提高软件生产效率和质量。老式的措施(构造化生命周期法SA/SD)已显得力不从心。引人注目的是,面向对象的措施(软件复用技术)已被软件商广泛采用。 提高应用软件应变能力的核心取决于应用的开发措施,即采用什么样的指引思想、开发工具和技术。在开发措施上,国际上可以借鉴的有SSA的AS/SET、Power-soft的Powerbuilder、Uniface的Uniface、Unify的Ac-cell、Oracle的CDE和CASE以及Informix的NewEra等,这些公司耗费诸多资源实现如下目的: 支持多种后端DBMS及NOS。 支持多种前端界面表达(如Windows、Motif、OS/2及CUI等)。 支持多种网络合同。 有多种集成接口(CASE、版本控制、测试工具)。 自行开发一种功能强大的4GL或3GL(有的支持OOP)。 重要支持软件生命期的设计和实现阶段。 可视化编程及应用程序自动生成等。 这些措施的共同特点是,强调以数据为中心,都支持中央应用源的概念(Repository)。Repository独立于应用(Application)和数据库管理系统(DBMS),成为90年代应用软件开发的核心技术。 图3是开发措施发展示意图。TB12137000.GIF;图3 开发措施的变迁。 重要内容 CARE涉及核心资源(APPs Repository)和外围环境两部分:核心资源有一种支持应用开发全过程的中心数据字典,并提供应用开发所需要的基本类库,重要由业务规则、界面表达规则及数据管理规则三部分构成;外围环境由资源管理工具、开发工具(如集成的VB、SQLAPI等)以及最后顾客工具(如集成的Excel)构成。以上这两部份均容许ISV和顾客自行扩展。CARE的重要目的是实现软件产业界的合理分工和协作。 APPs Repository的概念和集成电路芯片类似。多种不同的芯片可以构成显示卡、打印卡、主板等,进而构成各类计算机。一块芯片由陶瓷封装起来,其内部电路是不可见的,也是使用者不关怀的。芯片的使用者只关怀其引脚的个数、电气参数及功能。硬件工程师将不同的芯片引脚连在一起,就可以组装一种具有一定功能的产品。软件工程师通过使用Repository也能达到这个目的。 解决问题/设计目的 提高软件生产力,减少软件开发时间和费用。 支持迅速应用开发(RAD)。 保护在软件上的投资,从投入中获得最大产出。 应用集成接口。 应用使用弹性。 应用国际化。 保证应用质量及可维护性。 保证数据字典一致性。 数据I/O接口。 查询生成器、应用生成器的基本。 面向开发人员(应用供应商)和最后顾客(大型顾客)。 公司、供应商或产业范畴共享资源,分担风险。 CARE注释 CARE与CASE CARE的重要内容是应用源,并不支持软件生命周期的全过程,不能简朴的觉得CARE就是CASE工具。但是,CARE可以和CASE工具集成。 CARE与4GL 不能简朴觉得CARE是一种专用的应用软件开发语言。CARE集成先进的措施、思想、工具、技术、应用及软件工程,是一套完整的应用软件开发环境。 CARE与开发工具 CARE与通用的开发工具(如PowerBuilder)的作用完全不同样,CARE对每个ISV或最后顾客来说,是一种专用的应用开发环境。 CARE与应用开发原则 CARE底层支持多种工业原则和事实原则,在CARE的上层则努力倡导和实现多种应用开发原则。 (1)CARE设计原理 支持ISO/ANSI三级模式原则 应用源从应用和数据库系统中分离出来,完全支持ANSI/ISO应用三级模式构造体系,三级模式不仅为建立应用系统的数据字典提供一种有用的措施,也是面向对象的一种思路,如图4所示。TB12137001.GIF;图4 ISO/ANSI三级模式 支持Client/Server计算(平台集成的核心技术) Client/Server计算的目的就是在系统中实现功能和资源的均衡分布。一般觉得,应用由界面表达、解决逻辑和数据管理三部分构成,如图5所示。由此形成五种基本Client/Server实现模式: 分布界面,如X Window系统。 远程界面。 分布功能,资源运用最平衡,最佳C/S计算。 远程数据,一般是集中式数据管理。 分布数据,典型的分布式数据库。TB12137002.GIF;图5 C/S计算模式