1.4 制造系統(tǒng)的發(fā)展

如前所述，制造系統(tǒng)是一個由制造過程、硬件、軟件和人員組成的輸入輸出系統(tǒng)。

早期的制造系統(tǒng)，如專用制造系統(tǒng)（如專用機(jī)床和專用裝配線）、柔性制造系統(tǒng)等主要面向企業(yè)的制造過程。隨著全球化競爭的加劇，制造系統(tǒng)向面向產(chǎn)品全生命周期、企業(yè)經(jīng)營全過程的資源管理方向發(fā)展，經(jīng)歷了計算機(jī)集成制造系統(tǒng)和現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)，發(fā)展到當(dāng)前基于智能制造模式的智能制造系統(tǒng)。

1.4.1 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基本概念

1．計算機(jī)集成制造的基本概念及定義

1）計算機(jī)集成制造的基本概念

工廠自動化技術(shù)的推進(jìn)和信息時代的到來，孕育了一種制造業(yè)的哲理——計算機(jī)集成制造。1973年，美國約瑟夫?哈靈頓(J.Harrington)在其所著的Computer Integrated Manufacturing一書中提出了計算機(jī)集成制造的理念，當(dāng)時就以英文字的開頭字母稱之為CIM理念。CIM是一種概念、一種哲理，是用來組織現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)思想。考慮到后面提到的現(xiàn)代集成制造也被簡稱為CIM的情況，有時就稱哈靈頓的CIM為“早期CIM”，以示區(qū)別。

信息技術(shù)在工業(yè)化國家的制造業(yè)中是不可能在統(tǒng)一的規(guī)劃下實施的，因此不同的研究單位和公司采用的是不同的標(biāo)準(zhǔn)，形成了各種不同的封閉系統(tǒng)，可以稱之為“自動化孤島”。不同的通信協(xié)議，使設(shè)備之間無法實現(xiàn)信息交換，不同的軟件之間無法實施信息的傳輸，不同的數(shù)據(jù)庫之間無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。“自動化孤島”阻礙了進(jìn)一步完善TQCS。一個企業(yè)無法實現(xiàn)“五個正確”，即“在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人（或機(jī)器），以做出正確的決策或操作”。因此，信息集成和系統(tǒng)集成是相當(dāng)一個時期以來，以至于今后人們努力實施的目標(biāo)之一。

計算機(jī)集成制造系統(tǒng)便是用集成的觀點、信息的觀點對待制造業(yè)，它把整個制造業(yè)推向一個新的發(fā)展階段。早期CIM概念包含系統(tǒng)和信息兩個基本的觀點：

（1）企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即從市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理直到售后服務(wù)的全部生產(chǎn)活動，形成了一個不可分割的整體，它們彼此緊密相連；單一的生產(chǎn)活動都應(yīng)在企業(yè)整個框架下作統(tǒng)一的考慮。這是一種系統(tǒng)的觀點。

（2）整個生產(chǎn)過程實質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)的采集、傳遞和加工處理的過程。最終形成的產(chǎn)品可以看作是“數(shù)據(jù)”的體現(xiàn)。這是一種信息的觀點。

2）早期CIM的定義

市場競爭全球化帶來的后果是競爭空前加劇，而競爭的焦點集中表現(xiàn)在：產(chǎn)品上市時間(Time to Market)、質(zhì)量(Quality)、成本(Cost)以及售前售后服務(wù)(Service)。TQCS是制造業(yè)的永恒主題，也是CIM哲理的根本宗旨。追求更完善的TQCS是永無止境的過程，它不斷促進(jìn)管理改革和技術(shù)進(jìn)步，其結(jié)果是全社會的進(jìn)步。

早期CIM的定義為：“CIM是一種組織、管理與運行企業(yè)生產(chǎn)的新哲理，它借助計算機(jī)硬軟件，綜合運用現(xiàn)代化管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)人、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息流與物流有機(jī)集成并優(yōu)化運行，以實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)、低耗、上市快，從而使企業(yè)贏得競爭”。

對上述定義可進(jìn)一步闡述如下：

?CIM是一種組織、管理與運行企業(yè)生產(chǎn)的哲理，其宗旨是完善TQCS，從而使企業(yè)贏得競爭。

?企業(yè)生產(chǎn)的全部活動過程是一個不可分割的有機(jī)整體，應(yīng)從系統(tǒng)的觀點進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)而實現(xiàn)全局優(yōu)化。

?企業(yè)生產(chǎn)的要素包括人、技術(shù)、經(jīng)營管理。其中，尤其要繼續(xù)重視發(fā)揮人在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)中的主導(dǎo)作用。

?企業(yè)生產(chǎn)活動包括信息流（采集、傳遞和加工處理）及物流兩大部分。現(xiàn)代企業(yè)中尤其要重視信息流的管理運行及其與物流間的集成。

?CIM技術(shù)是基于現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)的一門綜合性技術(shù)。具體地講，它綜合并發(fā)展了與企業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)有關(guān)的計算機(jī)輔助技術(shù)，即計算機(jī)輔助經(jīng)營管理與決策技術(shù)（如MIS、OA、MRP)，計算機(jī)輔助分析與設(shè)計技術(shù)（如CAD、CAE、CAPP)，計算機(jī)輔助制造技術(shù)（如DNC、CNC、工業(yè)機(jī)器人、FMC、FMS)，計算機(jī)輔助信息集成技術(shù)（如網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)化、CASE、AI)，計算機(jī)輔助建模、仿真、實驗技術(shù)，計算機(jī)輔助質(zhì)量管理與控制等。

CIMS是基于CIM哲理而組成的系統(tǒng)。概括地講，它就是以企業(yè)的全部經(jīng)營活動作為一個整體，對企業(yè)內(nèi)部的各種信息進(jìn)行加工處理，借助信息處理工具——“計算機(jī)”進(jìn)行“集成化”的制造、生產(chǎn)和管理。“計算機(jī)集成制造”一詞中的“計算機(jī)”僅是一個工具而已，“制造”是目的，而“集成”則是CIM區(qū)別于其他生產(chǎn)方式的關(guān)鍵所在，它是將計算機(jī)與制造生產(chǎn)聯(lián)結(jié)在一起的關(guān)鍵，是這種生產(chǎn)方式的核心。

2．計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的組成

1）CIMS的三要素

根據(jù)CIM及CIMS的定義，通常認(rèn)為系統(tǒng)集成包括以下3個要素：經(jīng)營、技術(shù)及人/機(jī)構(gòu)（圖1-8）。這3個要素互相作用、互相支持，使制造企業(yè)達(dá)到優(yōu)化。根據(jù)這3個要素相互間的關(guān)系可以看出存在4類集成的問題。它們是：

?利用計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、制造技術(shù)及信息技術(shù)等支持企業(yè)達(dá)到預(yù)期的經(jīng)營目標(biāo)，如縮短產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少庫存量等，即經(jīng)營目標(biāo)是企業(yè)建立集成的目的，而技術(shù)則僅僅是一種手段。

?利用技術(shù)支持企業(yè)中各種人員的工作，使之能互相配合，并協(xié)調(diào)一致。例如，通過共享數(shù)據(jù)庫，使產(chǎn)品設(shè)計人員能及時了解產(chǎn)品制造的可行性。

?通過改進(jìn)組織機(jī)構(gòu)、培訓(xùn)人員及提高人員素質(zhì)，支持企業(yè)達(dá)到經(jīng)營目標(biāo)，即人/機(jī)構(gòu)和技術(shù)一樣也是實現(xiàn)集成的一個重要手段。

?統(tǒng)一管理并實現(xiàn)經(jīng)營、人/機(jī)構(gòu)及技術(shù)三者的集成。

系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)是信息集成。系統(tǒng)集成的主要技術(shù)包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)集成平臺和產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)。

2）早期CIMS的組成

計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)是以計算機(jī)為工具，以集成為主要特征的自動化系統(tǒng)。圖1-9給出了一個關(guān)于早期CIMS組成的描述。由圖1-9可知，企業(yè)CIMS主要由生產(chǎn)經(jīng)營管理信息分系統(tǒng)、工程設(shè)計自動化分系統(tǒng)、制造自動化分系統(tǒng)、質(zhì)量保證分系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)六大部分組成。

?生產(chǎn)經(jīng)營管理信息分系統(tǒng)：一般來講，它是一個多級遞階系統(tǒng)。從上層的經(jīng)營決策、制造資源規(guī)劃(MRP-Ⅱ)到車間級調(diào)度與管理，包括市場預(yù)測、經(jīng)營決策、中長期生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷售、供應(yīng)、財務(wù)、成本、設(shè)備、工具、人力資源計劃等。

?工程設(shè)計自動化分系統(tǒng)：包括CAD、CAPP、CAM、CAE及CAT（計算機(jī)輔助測試）、可加工性設(shè)計及成本可計算性設(shè)計等。

?制造自動化分系統(tǒng)：這是CIMS中信息流和物流的結(jié)合點，隨行業(yè)的不同而具有不同的內(nèi)容。在離散行業(yè)，主要指機(jī)械加工車間、裝配車間、自動（數(shù)控）單元等；在連續(xù)行業(yè)，主要指流程生產(chǎn)線。

?質(zhì)量保證分系統(tǒng)：包括質(zhì)量規(guī)劃、質(zhì)量檢測（數(shù)據(jù)采集、評估）及質(zhì)量跟蹤。

?計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)：這是CIMS集成的支撐系統(tǒng)，是集成的主要工具平臺。

在人這個重要主題的參與下，在全局集成規(guī)劃指導(dǎo)下，各分系統(tǒng)之間正確的數(shù)據(jù)傳遞與信息交互構(gòu)成了CIMS有機(jī)集成的整體。

計算機(jī)集成制造理念提出之初，由于當(dāng)時計算機(jī)的應(yīng)用尚不普遍，市場競爭還未達(dá)到必須迫切發(fā)展CIMS的地步，因此，這一概念并沒有引起人們足夠的重視。直到20世紀(jì)80年代初，計算機(jī)集成制造(CIM)理念才逐漸被與制造業(yè)自動化相關(guān)的多個領(lǐng)域廣泛接受，CIM和CIMS技術(shù)逐漸成為制造工業(yè)的熱點。世界上很多國家和企業(yè)都紛紛制定和實施本國或本企業(yè)的CIM發(fā)展戰(zhàn)略，CIM基礎(chǔ)技術(shù)迅速發(fā)展、互相滲透。

1.4.2 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的基本概念

1．現(xiàn)代集成制造理念發(fā)展的背景與形成

1986年，我國的國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（簡稱863計劃）的自動化領(lǐng)域?qū)⒂嬎銠C(jī)集成制造系統(tǒng)列為一個主題，簡稱863/CIMS主題。在之后的15年中，CIMS領(lǐng)域取得了輝煌的成果。我國科技人員在總結(jié)前期CIMS實踐的基礎(chǔ)上，1999年由李伯虎、吳澄等提出了現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(Contemporary Integrated Manufacturing System，CIMS)的概念。現(xiàn)代集成制造(CIM)理念延升和拓展了計算機(jī)集成制造理念，它的形成與發(fā)展與20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的CIM一樣有著濃厚的時代背景。

1）全球化趨勢

信息技術(shù)的飛速發(fā)展打破了時間和空間對經(jīng)濟(jì)活動的限制，為國家間、企業(yè)間經(jīng)濟(jì)關(guān)系的發(fā)展提供了新的手段和條件。同時，隨著交通技術(shù)的發(fā)展，區(qū)域性經(jīng)濟(jì)組織開始形成和發(fā)展，使得市場沿地域合并、生產(chǎn)競爭日益全球化。經(jīng)濟(jì)的全球化，市場的國際化，貿(mào)易和投資的自由化，以及服務(wù)的世界化，促進(jìn)了競爭，提高了效率，鼓勵了革新，增加了新的資本投資，加快了經(jīng)濟(jì)增長速度。世界大市場逐步形成，國際間的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易交往與合作更加頻繁和緊密，競爭越來越激烈。這股全球化浪潮使得制造產(chǎn)業(yè)、技術(shù)和產(chǎn)品逐步走向國際化，導(dǎo)致制造業(yè)在全球范圍內(nèi)重新分布和組合。制造業(yè)已從對抗競爭的時代發(fā)展到今天的既有競爭又有合作、我贏你也贏的新時代。競爭的加劇將促使競爭對手利用一切可以利用的制造資源，主動積極地尋求市場機(jī)遇，聯(lián)合和競爭兩位一體，并超出國界，敏捷性成為制造業(yè)追求的目標(biāo)。當(dāng)今，以產(chǎn)品為龍頭，以資本為紐帶，通過市場形成具有較強(qiáng)競爭力的跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨所有制和跨國經(jīng)營的跨國公司和虛擬企業(yè)在全球范圍內(nèi)迅速增長，其目標(biāo)是通過資金、技術(shù)和人才的優(yōu)勢互補(bǔ)，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和更強(qiáng)的競爭力。國際上聯(lián)合研制生產(chǎn)高新技術(shù)產(chǎn)品的方式已相當(dāng)普遍，隨著企業(yè)之間跨越國界的貿(mào)易往來，將會孕育出嶄新的巨型企業(yè)，跨國經(jīng)營將成為未來企業(yè)的發(fā)展方向。

2）以客戶為中心的市場

我們正處在工業(yè)時代向后工業(yè)時代演進(jìn)的轉(zhuǎn)折點。工業(yè)化生產(chǎn)的特征是“標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上的規(guī)模經(jīng)濟(jì)”，而后工業(yè)生產(chǎn)是“個性化服務(wù)基礎(chǔ)上的規(guī)模經(jīng)濟(jì)”。這一特征在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)中被稱為大批量定制。消費者的價值觀念發(fā)生了根本的變化，表現(xiàn)為對商品多品種、變批量、高性能、高質(zhì)量、高可靠性、交貨期短、合理的價格、完善的營銷及售后服務(wù)等多方面的需求。由此導(dǎo)致制造業(yè)正面臨一個被消費者偏好分化，產(chǎn)品壽命期短、更新快、動態(tài)快速多變、穩(wěn)定性差和難以預(yù)測的買方市場。要求從傳統(tǒng)的集中化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和大型化等特征的制造模式向分散化、個性化、專業(yè)化和小型化的新型制造模式轉(zhuǎn)換。客戶驅(qū)動著市場，市場牽動著制造企業(yè)。制造業(yè)從以生產(chǎn)為中心轉(zhuǎn)向以市場需求為中心，從以企業(yè)為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以客戶為主導(dǎo)，以滿足客戶需求為目標(biāo)。這已成為制造企業(yè)贏得客戶、開拓和占領(lǐng)市場的重要因素。

3）競爭新環(huán)境和新形式

世界上的每個企業(yè)都被各種經(jīng)濟(jì)紐帶更緊密地聯(lián)系在一起，既相互依存，又互相補(bǔ)充；同時，也使每個企業(yè)都有機(jī)會占領(lǐng)更大的市場，但也有可能因競爭失利而被市場淘汰。企業(yè)面對的將是日益激烈，甚至是殘酷的市場競爭。對市場瞬息萬變的需求的快速響應(yīng)成為競爭的焦點，而創(chuàng)新則成為在激烈競爭中取勝的重要手段。由于高新技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)難度與日俱增，面對多變且不可預(yù)測的市場，缺乏資源成為許多企業(yè)實現(xiàn)經(jīng)營目標(biāo)的主要障礙。這一切必然迫使企業(yè)的組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)朝高效、開放、合作與動態(tài)調(diào)整的方向演化，形成以競爭為基礎(chǔ)、以合作為主導(dǎo)、風(fēng)險共擔(dān)、利益共享、共存共榮的機(jī)制，積極有效、主動、快速響應(yīng)和適應(yīng)市場，奪取競爭的勝利。

4）知識經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)

據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織統(tǒng)計，20世紀(jì)90年代，該組織成員國的高技術(shù)產(chǎn)品在制造業(yè)產(chǎn)品中的份額翻了一番，達(dá)20%~25%；知識密集型服務(wù)部門（如教育、通信、信息等）的發(fā)展更為迅速。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織主要成員國GDP的50%以上是以知識為基礎(chǔ)的。專家估計，科技進(jìn)步對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)已從20世紀(jì)初的5%~20%提高到20世紀(jì)70年代—90年代的70%~80%，全球信息高速公路建成后將提高到90%。鑒于經(jīng)濟(jì)正逐步向知識密集型演變，知識將成為制造財富的主要資本，在該組織1996年的國際性文件中首次正式使用了“基于知識的經(jīng)濟(jì)”的概念，知識經(jīng)濟(jì)作為一種經(jīng)濟(jì)的新模式逐步得以確立。世界正走向知識經(jīng)濟(jì)時代，知識將成為最重要的經(jīng)濟(jì)力量，擁有知識，就擁有未來；世界科技發(fā)展速度加快，知識更新的速度加快，從技術(shù)革命到產(chǎn)業(yè)革命的周期將縮短，技術(shù)產(chǎn)品的市場生命周期也將縮短。隨著人們消費水平的不斷提高和消費觀念的日趨多元化，新產(chǎn)品蘊含的知識性日益突出。因此，現(xiàn)代制造企業(yè)激烈競爭的核心是以知識為基礎(chǔ)的新產(chǎn)品的競爭，而決定制造業(yè)競爭力的關(guān)鍵是新產(chǎn)品的快速開發(fā)能力。

5）互聯(lián)網(wǎng)的沖擊

互聯(lián)網(wǎng)為企業(yè)向客戶推銷自己的產(chǎn)品提供了全新的舞臺，成為商業(yè)競爭的新戰(zhàn)場。由互聯(lián)網(wǎng)的快速蔓延帶來的信息全球化、經(jīng)濟(jì)全球化必將導(dǎo)致生產(chǎn)制造的全球化。制造業(yè)正在變成一種越來越集成化的全球系統(tǒng)。信息、資金、材料、零部件、成員和工人（如技術(shù)、知識能力、制造能力、投資能力等）已打破國家和地區(qū)的界限，制造能力已發(fā)展成為一種商品。人們開始從價值流的角度重新審視制造業(yè)的運營模式以及制造資源的分布和配置，并由此派生出電子商務(wù)模式。聯(lián)合國貿(mào)易和發(fā)展會議2017年4月21日公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球電子商務(wù)市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到25萬億美元，美國和中國在這個市場占據(jù)領(lǐng)先地位。互聯(lián)網(wǎng)從商業(yè)基礎(chǔ)上給傳統(tǒng)商業(yè)模式帶來沖擊，原來的經(jīng)營管理平臺發(fā)生改變。而對于制造企業(yè)來說，互聯(lián)網(wǎng)改變了傳統(tǒng)的管理思想，實現(xiàn)了管理平臺上的實時性和互動性；企業(yè)管理需要考慮的問題更多，如：如何管理和優(yōu)化企業(yè)的外部資源，在世界經(jīng)濟(jì)環(huán)境中建立業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，拓展企業(yè)新的業(yè)務(wù)增長點；如何在各個業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中與客戶保持密切關(guān)系，在越來越復(fù)雜的供求關(guān)系中準(zhǔn)確及時地為現(xiàn)有的和潛在的客戶提供“個性化”的產(chǎn)品和服務(wù)等。

6）環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展呼聲日盛

20世紀(jì)60年代以來，全球經(jīng)濟(jì)以前所未有的高速度持續(xù)發(fā)展，但由于忽略了環(huán)境保護(hù)，結(jié)果造成了全球變暖、臭氧層破壞、酸雨、空氣污染、水源污染、土地沙化等惡果；大量失去使用價值的廢舊產(chǎn)品數(shù)量猛增，在歐洲，每年有80萬噸舊的電視機(jī)、計算機(jī)設(shè)備、收音機(jī)和測量儀器及300萬噸廢舊汽車設(shè)備被丟進(jìn)國家的垃圾場。20世紀(jì)90年代，全美國的垃圾填埋場有70%以上已失去功效；許多州的垃圾填埋場快要達(dá)到它們許可的容納量。據(jù)統(tǒng)計，造成環(huán)境污染的排放有70%是來自制造業(yè)，每年約產(chǎn)生55億噸無害廢物和7億噸有害廢物。必須從源頭上進(jìn)行治理，才能徹底解決環(huán)境污染問題。要考慮產(chǎn)品整個生命周期對環(huán)境的影響，最大限度地利用原材料、能源，最低限度地消耗自然資源，減少有害廢物和固體、液體、氣體的排放物，改進(jìn)操作，減輕對環(huán)境的污染。20世紀(jì)90年代以來，有關(guān)資源和環(huán)保的問題日漸成為制造業(yè)研究的熱點。

上述背景的形成，歸根到底是由于20世紀(jì)中葉以來，微電子、計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、信息、自動化等科學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)在制造領(lǐng)域中的廣泛滲透、應(yīng)用和衍生。制造業(yè)走向全球化、信息化、集成化和綠色化勢在必行。隨著計算機(jī)科學(xué)和電子科學(xué)的發(fā)展及滲入融合到現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，反映現(xiàn)代應(yīng)用科學(xué)理論的系統(tǒng)論、信息論、控制論的智能理論與控制技術(shù)有機(jī)地融為一體，形成了現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的理論與方法。

2．CIM/CIMS的定義與內(nèi)涵

1）CIMS集成的3個階段

早期現(xiàn)代集成制造（CIM）理念的兩個重要觀點之一是系統(tǒng)的觀點，由此“集成”成為CIM哲理的核心。CIM將“集成”這一核心理念進(jìn)行了延伸和拓展，認(rèn)為從系統(tǒng)論的觀點出發(fā)，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)的途徑是：由企業(yè)的信息集成入手，從信息集成向過程集成（過程重構(gòu)和優(yōu)化）及企業(yè)間集成的方向發(fā)展。這就是CIMS集成的3個階段：信息集成、過程集成與企業(yè)間集成。這3者之間存在下述關(guān)系。

（1）信息集成是過程集成的基礎(chǔ)。

只有在信息集成構(gòu)建的信息通道基礎(chǔ)上，各功能單元才能克服時間上、空間上以及異構(gòu)環(huán)境的障礙，進(jìn)行良好的溝通和協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)過程集成。

（2）信息集成和過程集成是更好地實現(xiàn)企業(yè)間集成的充分條件。

例如，在實現(xiàn)企業(yè)間集成的敏捷制造的關(guān)鍵技術(shù)中，廣泛地采用了信息集成和過程集成的技術(shù)成果，如通過信息集成實現(xiàn)的資源共享、信息服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)平臺等，通過過程集成實現(xiàn)的并行工程、虛擬制造等。敏捷制造是建立在信息集成和過程集成基礎(chǔ)之上的企業(yè)間集成。需要指出的是，信息集成和過程集成與企業(yè)間集成之間并沒有必然的因果關(guān)系，它們只是為制造企業(yè)實現(xiàn)企業(yè)間集成提供了技術(shù)支持和先進(jìn)的集成手段。

（3）企業(yè)間集成的發(fā)展促進(jìn)信息集成和過程集成向更高層次發(fā)展。

現(xiàn)代集成制造環(huán)境下的企業(yè)間集成，是從制造系統(tǒng)優(yōu)化的角度對信息集成和過程集成在深度和范圍上的擴(kuò)展，因此必然對信息集成和過程集成提出更高的要求，從而促進(jìn)兩者的發(fā)展。

總之，信息集成、過程集成與企業(yè)間集成是互為推動的關(guān)系，而不是一種誰替代誰的關(guān)系。另外，這3方面的集成技術(shù)都在不斷向前發(fā)展。

2）對CIM/CIMS內(nèi)涵的新認(rèn)識

CIM在廣度上和深度上拓寬了早期CIM的內(nèi)涵。863/CIMS主題提出：“CIM是一種組織、管理和運行現(xiàn)代制造類企業(yè)的理念。它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，使企業(yè)產(chǎn)品全生命周期各階段活動中有關(guān)的人/組織、經(jīng)營管理和技術(shù)三要素及其信息流、物流和價值流三流有機(jī)集成并優(yōu)化運行，以達(dá)到產(chǎn)品(P)上市快(T)、高質(zhì)(Q)、低耗(C)、服務(wù)好(S)、環(huán)境清潔(E)，進(jìn)而提高企業(yè)的柔性、健壯性、敏捷性，使企業(yè)贏得市場競爭”。

CIMS是一種基于CIM理念構(gòu)成的數(shù)字化、信息化、智能化、綠色化、集成優(yōu)化的制造系統(tǒng)，可以稱之為具有現(xiàn)代化特征的，信息時代的一種新型生產(chǎn)制造模式。這里的“制造”是“廣義制造”的概念，它包括了產(chǎn)品全生命周期各類活動——市場需求分析、產(chǎn)品定義、研究開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、支持（包括質(zhì)量、銷售、采購、發(fā)送、服務(wù)）及產(chǎn)品最后報廢、環(huán)境處理等的集合。其中，價值流是指以產(chǎn)品T、Q、C、S、E等價值指標(biāo)體現(xiàn)的企業(yè)業(yè)務(wù)過程流，如成本流等。現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)細(xì)化了現(xiàn)代市場競爭的內(nèi)容(P、T、Q、C、S、E)；提出了反映CIMS現(xiàn)代化特征的五化；強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的觀點，拓展了系統(tǒng)集成優(yōu)化的內(nèi)容，包括信息集成、過程集成和企業(yè)間集成優(yōu)化、企業(yè)活動中三要素和三流的集成優(yōu)化，以及CIMS相關(guān)技術(shù)和各類人員的集成優(yōu)化；突出了管理與技術(shù)的結(jié)合，以及人在系統(tǒng)中的重要作用；指出了CIMS技術(shù)是基于傳統(tǒng)制造技術(shù)、信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)的一門發(fā)展中的綜合性技術(shù)，特別是突出了信息技術(shù)的主導(dǎo)作用；擴(kuò)展了CIMS應(yīng)用范圍，包括離散型制造業(yè)、流程及混合型制造業(yè)，使CIMS更具廣義性、開放性和持久性。

3．CIM理念的特征

與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的組織思想相比，現(xiàn)代集成制造理念體現(xiàn)出以下特征：

1）現(xiàn)代集成是面向21世紀(jì)的制造理念

CIM理念代表著制造技術(shù)的最新發(fā)展階段，體現(xiàn)了能夠有效地控制制造系統(tǒng)中的物質(zhì)流、信息流和價值流的工程技術(shù)。CIM理念反映了21世紀(jì)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)代化特征：數(shù)字化、信息化、智能化、集成優(yōu)化、綠色環(huán)保化。

2）以提高企業(yè)綜合效益為目標(biāo)的系統(tǒng)性

CIM理念旨在提高企業(yè)對多變市場環(huán)境的適應(yīng)能力和競爭能力，促進(jìn)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合實力的提高，且注重在工業(yè)企業(yè)中推廣應(yīng)用，并產(chǎn)生最好的實效。其目標(biāo)從提高各個部門的局部效益轉(zhuǎn)變到整體上適應(yīng)市場需求和提高整體的綜合效益，體現(xiàn)出其系統(tǒng)性特征。

3）覆蓋從產(chǎn)品市場研究到終結(jié)處理等制造活動的全過程

CIM理念的內(nèi)容覆蓋了市場需求、開發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)備、加工制造、產(chǎn)品銷售、使用維修及終結(jié)處理等全過程。

4）現(xiàn)代集成制造的多學(xué)科交叉融合性進(jìn)一步增強(qiáng)

CIM理念從早期CIM發(fā)展而來，更體現(xiàn)了各種專業(yè)、學(xué)科之間不斷的滲透、交叉、融合，其中的界限逐漸淡化，甚至消失，使現(xiàn)代集成制造趨于系統(tǒng)化、集成化，已發(fā)展成為集機(jī)械、電子、信息、材料和管理等技術(shù)于一體的新興交叉技術(shù)體系。

5）現(xiàn)代集成制造理念更加強(qiáng)調(diào)技術(shù)、管理、人員/組織的有機(jī)集成

CIM理念的方法和模式（如并行工程、準(zhǔn)時制造、全面質(zhì)量管理、精良生產(chǎn)、敏捷制造、大批量定制等）都比早期CIM更體現(xiàn)了技術(shù)與管理、人員三者緊密結(jié)合這一特點。在實施現(xiàn)代集成制造技術(shù)的過程中，要注重技術(shù)、管理、人員三者的有機(jī)集成，使制造全過程能夠達(dá)到優(yōu)化運行，組織管理模式更加靈活化、合理化。

6）現(xiàn)代集成制造理念的普遍性

CIM理念是由諸多具體的生產(chǎn)組織模式、方法等集中提煉、發(fā)展而來的。不同的企業(yè)，不同的時期往往需要不同的動作方法，既不能生搬硬套，忽視具體應(yīng)用的特殊性，也不能因為一兩次的失敗而否認(rèn)其具有普遍指導(dǎo)意義。

7）現(xiàn)代集成制造理念的發(fā)展性

CIM理念本身是從早期CIM發(fā)展而來的，必然也是吐故納新，不斷充實、不斷發(fā)展的，因此應(yīng)堅持跟蹤先進(jìn)、腳踏實地、著眼未來的原則，努力推動CIM理念的發(fā)展，保持CIM理念的先進(jìn)性、代表性、普遍性。

1.4.3 智能制造系統(tǒng)的基本概念

自美國20世紀(jì)80年代提出智能制造的概念后，一直受到眾多國家的重視和關(guān)注，紛紛將智能制造列為國家級計劃并著力發(fā)展。目前，在全球范圍內(nèi)具有廣泛影響的是德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略和“中國制造2025”戰(zhàn)略的智能制造概念。

1．智能制造的定義

智能制造的定義非常多，下面僅列舉了其中一些。

?1991年，日本、美國、歐洲共同發(fā)起實施的“智能制造國際合作研究計劃”中定義：智能制造系統(tǒng)是一種在整個制造過程中貫穿智能活動，并將這種智能活動與智能機(jī)器有機(jī)融合，將整個制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到市場銷售等各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)。

?在百度百科中，“智能制造”采用了路甬祥報告[14]中的定義：“智能制造(Intelligent Manufacturing，IM)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進(jìn)行智能活動，如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。”

?2001年6月，美國智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟(SMLC)發(fā)表了《實施21世紀(jì)智能制造》報告。智能制造是先進(jìn)智能系統(tǒng)強(qiáng)化應(yīng)用、新產(chǎn)品制造快速、產(chǎn)品需求動態(tài)響應(yīng)，以及工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)實時優(yōu)化的制造。智能制造的核心技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)化傳感器、數(shù)據(jù)互操作性、多尺度動態(tài)建模與仿真、智能自動化，以及可擴(kuò)展的多層次的網(wǎng)絡(luò)安全。

?在中國智能制造科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃中，智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期，實現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造，是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計過程智能化、制造過程智能化和制造裝備智能化等。智能制造系統(tǒng)最終要以人為主要決策核心的人機(jī)和諧系統(tǒng)向以機(jī)器為主體的自主運行轉(zhuǎn)變。

?2015年1月，光明科技指出，智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期，實現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造。智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計過程、制造過程和制造裝備智能化，是信息技術(shù)、智能技術(shù)與裝備制造技術(shù)的深度融合與集成。智能制造是信息化與工業(yè)化深度融合的大趨勢。

?在中國2015智能制造試點示范專項行動實施方案中，智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱，具有以智能工程為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征，可以有效縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低運營成本，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少資源、能源的消耗。

?2015年12月，“國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南2015版”提出了智能制造系統(tǒng)架構(gòu)模型[15]，該模型從生命周期、系統(tǒng)層級和智能功能3個維度闡述智能制造的內(nèi)涵，所構(gòu)建的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和重點行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3大部分，其中，關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括智能裝備、智能工廠、智能服務(wù)、工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5個部分。

從上述定義可看出，隨著各種制造新模式的產(chǎn)生和新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能制造的內(nèi)涵不斷變化，人工智能的成分在弱化，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等概念在強(qiáng)化，同時，智能制造的范圍也在擴(kuò)大，橫向上從傳動制造環(huán)節(jié)延伸到產(chǎn)品全生命周期，縱向上從制造裝備延伸到制造車間、制造企業(yè)，甚至延伸到企業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)。

人們對智能制造的理解存在一定分歧，例如，國家973項目高品質(zhì)復(fù)雜零件智能制造基礎(chǔ)研究中認(rèn)為，智能制造的科學(xué)理念集中體現(xiàn)在智能工藝和智能裝備上，是復(fù)雜工況下高性能產(chǎn)品制造的有效手段，這可視為智能制造的狹義理解。雖然“工業(yè)4.0”、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和“中國制造2025”都沒有給出智能制造的定義，但是，“工業(yè)4.0”強(qiáng)調(diào)智能生產(chǎn)(smart production)和智能工廠(smart factory)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)智能設(shè)備(intelligent devices)、智能系統(tǒng)(intelligent system)和智能決策(intelligent decision)三要素的整合，“中國制造2025”把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向。因此，也有一種觀點認(rèn)為這些戰(zhàn)略規(guī)劃就是在講智能制造，這實際上范化了，不利于理解智能制造的本質(zhì)特征。

智能制造就是面向產(chǎn)品的全生命周期，以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造系統(tǒng)為載體，這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)和過程具有一定自主性的感知、學(xué)習(xí)、分析、決策、通信與協(xié)調(diào)控制能力，能動態(tài)地適應(yīng)制造環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)某些優(yōu)化目標(biāo)[16]。相關(guān)的解釋如下：

（1）智能制造面向產(chǎn)品全生命周期，而非狹義加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品的智能設(shè)計與研發(fā)、智能生產(chǎn)（加工和裝配）、智能服務(wù)等環(huán)節(jié)，而產(chǎn)品是智能制造的目標(biāo)對象。

（2）智能制造以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，包括互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等，是泛在感知條件下的信息化制造。

（3）智能制造的載體是制造系統(tǒng)，如圖1-10所示。制造系統(tǒng)從微觀到宏觀有不同的層次，如制造裝備、制造單元、制造車間、制造企業(yè)和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)等。制造系統(tǒng)的構(gòu)成包括產(chǎn)品、制造資源（如機(jī)器、生產(chǎn)線、人等）、各種過程活動（如設(shè)計、制造、管理、服務(wù)等）以及運行與管理模式。

（4）智能制造技術(shù)的應(yīng)用針對的是制造系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和過程，而不一定是全部。

（5）智能的制造系統(tǒng)必須具備一定自主性的感知、學(xué)習(xí)、分析、決策、通信與協(xié)調(diào)控制能力，這是區(qū)別于自動化制造系統(tǒng)和數(shù)字化制造系統(tǒng)的根本地方，同時，能動態(tài)地適應(yīng)制造環(huán)境的變化也非常重要，一個只具有優(yōu)化計算能力的系統(tǒng)和一個智能的系統(tǒng)是不同的。

（6）構(gòu)建智能的制造系統(tǒng)必然是為了實現(xiàn)某些優(yōu)化目標(biāo)。這些優(yōu)化目標(biāo)非常多，例如，增強(qiáng)用戶體驗友好性、提高裝備運行可靠性、提高設(shè)計和制造效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品制造周期、拓展價值鏈空間等。注意，不同的制造系統(tǒng)層次，制造系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)和過程，不同的行業(yè)和企業(yè)，其優(yōu)化目標(biāo)及其重要性都是不同的，難以一一列舉，必須具體情況具體分析。

近幾年，新技術(shù)革命的重大突破初顯端倪，某些重要產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域顯現(xiàn)出發(fā)生革命性突破的先兆，或?qū)⒁l(fā)若干領(lǐng)域的群體性和系統(tǒng)性突破。新技術(shù)的快速發(fā)展及其與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的跨界融合、滲透，正推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入新的階段，全球制造業(yè)的生產(chǎn)方式、生產(chǎn)組織模式和市場供需方式發(fā)生了重大變革。

智能制造的特征在于數(shù)據(jù)的實時感知、優(yōu)化決策、動態(tài)執(zhí)行3個方面。

（1）數(shù)據(jù)的實時感知。智能制造需要大量的數(shù)據(jù)支持，通過利用高效、標(biāo)準(zhǔn)的方法實時進(jìn)行信息采集、自動識別，并將信息傳輸?shù)椒治鰶Q策系統(tǒng)。

（2）優(yōu)化決策。通過面向產(chǎn)品全生命周期的海量異構(gòu)信息的挖掘提煉、計算分析、推理預(yù)測，形成優(yōu)化制造過程的決策指令。

（3）動態(tài)執(zhí)行。根據(jù)決策指令，通過執(zhí)行系統(tǒng)控制制造過程的狀態(tài)，實現(xiàn)穩(wěn)定、安全的運行和動態(tài)調(diào)整。

發(fā)展智能制造的核心是提高企業(yè)生產(chǎn)效率，拓展企業(yè)價值增值空間，其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）縮短產(chǎn)品的研制周期。通過智能制造，產(chǎn)品從研發(fā)到上市、從下訂單到配送的時間得以縮短。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測性維護(hù)，也減少了工廠設(shè)備的停機(jī)時間和生產(chǎn)中斷時間。

（2）提高生產(chǎn)的靈活性。通過采用數(shù)字化、互聯(lián)和虛擬工藝規(guī)劃，智能制造開啟了大規(guī)模批量定制生產(chǎn)，乃至個性化小批量生產(chǎn)的大門。

（3）創(chuàng)造新價值。通過發(fā)展智能制造，企業(yè)將實現(xiàn)從傳統(tǒng)的“以產(chǎn)品為中心”向“以集成服務(wù)為中心”轉(zhuǎn)變，將重心放在解決方案和系統(tǒng)層面上，利用服務(wù)在整個產(chǎn)品生命周期中實現(xiàn)新價值。

2．智能制造系統(tǒng)

智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能以一種高度柔性與高度集成的方式，借助計算機(jī)模擬人類專家的智能活動進(jìn)行分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等，從而取代或者延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動，同時收集、存儲、完善、共享、集成和發(fā)展人類專家的智能。