摘 要： 根據(jù)對組成企業(yè)的各種制造單元進行哲學(xué)分析、解剖，可以組成由1個或多個“信息處理子系統(tǒng)”緊密相連的“信息倉庫”。這樣的哲學(xué)解剖有助于形成清晰、簡單的CIMS構(gòu)架和概念，為CIMS的研究推進、實施找到最佳的技術(shù)路線圖。
    關(guān)鍵詞： CIMS制造單元剖析；信息處理子系統(tǒng)；信息倉庫；CIMS定義

 　　計算機集成制造系統(tǒng)CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)自1979年起在全世界范圍內(nèi)掀起了空前的研究浪潮[1]，30年來計算機網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展成為全球性的互聯(lián)網(wǎng)，并向具有高度集成能力的網(wǎng)格(Great Grand Grid)邁進[2]，分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)日新月異、數(shù)控機床和機器人的大量普及，所有這些使得研究人員感到CIMS越來越近了。但是，同時又被龐雜的網(wǎng)絡(luò)種類、浩如煙海的自動化設(shè)備和千差萬別的計算機設(shè)計及管理信息系統(tǒng)蒙住了眼睛。本文將從哲學(xué)的角度深入分析CIMS制造單元的構(gòu)造和相互作用，目的是將復(fù)雜問題簡單化，為大多數(shù)人所熟知和掌握，有利于企業(yè)進行大面積的推廣。
    計算機是實現(xiàn)CIMS必不可少的工具，集成是關(guān)鍵、制造是目的。但必須有兩類以上的實體才可以集成，包括：CAD、CAPP、CAM、NC、CNC、PLC、Robot、ERP、PDM、
　　CRM等，統(tǒng)一稱為制造單元ME(Manufacturing Entity)。本文將從哲學(xué)抽象的視角分析它們的內(nèi)部構(gòu)造和相互作用，發(fā)現(xiàn)其共同部分，為明晰、闡明CIMS的定義和集成框架設(shè)計做好鋪墊。
1 CIMS制造單元
1.1 中小型ERP管理信息系統(tǒng)MICROSS的結(jié)構(gòu)剖析
    MICROSS是英國管理軟件公司開發(fā)的中小型生產(chǎn)調(diào)度和物料需求計劃管理信息系統(tǒng)，可以運行在局域網(wǎng)上或單臺PC機上，適合1 000人以下的中小型企業(yè)。
    從表1 MICROSS的“生產(chǎn)調(diào)度決策子系統(tǒng)”功能菜單上看，可以分為兩類：(1)信息查詢和更新(插入、更新和刪除)功能。表示信息倉庫的儲存和管理信息功能。信息倉庫包含在MICROSS內(nèi)部。(2)決策功能(生產(chǎn)調(diào)度運算和物料需求計劃運算)。表示生產(chǎn)決策能力，兩者連成一體，生產(chǎn)信息錄入后，生產(chǎn)調(diào)度和物料需求計劃運算決策系統(tǒng)可以從內(nèi)部使用這些信息。從信息處理的角度來看，生產(chǎn)調(diào)度決策程序(無論是基于常規(guī)算法，還是應(yīng)用人工智能)都可以被看成信息處理。在本文中，生產(chǎn)調(diào)度決策系統(tǒng)使用的信息：機器設(shè)備、人力資源、訂單、工作流程和加工狀態(tài)反饋，經(jīng)過運算后生成工作清單信息。

    因此，MICROSS“生產(chǎn)調(diào)度決策子系統(tǒng)”可以被認為是由“信息處理子系統(tǒng)”(生產(chǎn)調(diào)度)和一個緊密相連的“信息倉庫”組成。同樣，如果仔細檢查MICROSS的“物料需求計劃子系統(tǒng)”，依然由“信息處理子系統(tǒng)”(物料需求計劃)和1個緊密相連的“信息倉庫”組成，如表2所示。

    作為“制造單元”的決策系統(tǒng)需要各類信息，并儲存在緊密相連的信息倉庫中，然后運用所得到的信息進行運籌決策，決策的結(jié)果同樣以信息的形式儲存在信息倉庫中，決策過程完全可以被看成信息處理。
1.2 CAD計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)
    CAD是人機交互進行產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)，設(shè)計者與CAD軟件共同決策設(shè)計產(chǎn)品。在設(shè)計過程中，CAD經(jīng)常需要與CAPP工藝設(shè)計系統(tǒng)進行多次信息交換才能完成產(chǎn)品設(shè)計。產(chǎn)品設(shè)計生成的信息主要有產(chǎn)品的幾何拓撲信息、材料型號、表面光潔度和精度組成，同樣儲存在1個緊密相連的“信息倉庫”中。因此，從信息處理的角度來看，任何一個CAD系統(tǒng)也都可以被看成由1個或多個“信息處理子系統(tǒng)”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
1.3 CAPP計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)
    CAPP計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求和現(xiàn)有的資源快捷地設(shè)計出經(jīng)濟的工藝流程。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，當零件初次完成設(shè)計后，產(chǎn)品設(shè)計信息要傳給CAPP系統(tǒng)，工藝人員要借助CAPP系統(tǒng)首先對零件進行工藝性檢查，如果不合格，則返回CAD系統(tǒng)進行重新設(shè)計[3]。CAPP還要使用到機器設(shè)備和人員工時信息，才能設(shè)計出滿意的工藝流程。以上使用和輸出的信息同樣儲存在1個緊密相連的“信息倉庫”中，因此，從信息處理的角度來看，任何一個CAPP系統(tǒng)也都可以被看成由1個或多個“信息處理子系統(tǒng)”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
1.4 數(shù)控設(shè)備和機器人
    在車間層面，現(xiàn)代機器：數(shù)控機床(NC和CNC)、機器人(Robot)和可編程控制器(PLC)都是由機電操縱系統(tǒng)和至少1臺用于控制的計算機組成?，F(xiàn)代機器完成加工的過程，實際上是改變現(xiàn)實狀態(tài)的過程，例如：工件被機器人從空間的一點移到另外一點、工件被數(shù)控的鉆床鉆孔，這些現(xiàn)實世界的狀態(tài)的變化是由機器控制器的程序運行來驅(qū)動的，狀態(tài)的變化由信息來表達，這些被執(zhí)行的程序經(jīng)常由上游的計算機傳送到機器控制器中，完成了工序后反饋信息給上游計算機，并儲存在1個緊密相連的“信息倉庫”中。因此，從信息處理的角度來看，任何1臺現(xiàn)代機器和橋梁的上游計算機系統(tǒng)作為1個整體也都可以被看成由1個或多個“信息處理子系統(tǒng)”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
1.5 自動質(zhì)量檢測設(shè)備
    自動質(zhì)量檢測設(shè)備(Automatic Testing Equipment)可以看成一種特殊的數(shù)控設(shè)備，大多數(shù)情況下只是檢測加工的尺寸、精度等數(shù)據(jù)，有時也改變現(xiàn)實的狀態(tài)，如：檢測電壓和電流。檢測指令來自上游計算機的信息倉庫，檢測結(jié)果同樣儲存在上游計算機中1個緊密相連的“信息倉庫”中。因此，從信息處理的角度來看，任何1臺現(xiàn)代自動質(zhì)量檢測設(shè)備和橋梁的上游計算機系統(tǒng)作為1個整體也都可以被看成由一個或多個“信息處理子系統(tǒng)”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
    通過對以上5類制造單元的分析：1個現(xiàn)代制造單元可以看成由1個或多個“信息處理子系統(tǒng)”(決策或改變現(xiàn)實狀態(tài))和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
2 制造單元的交互分析
    從系統(tǒng)集成的角度來看，可以用更通用的術(shù)語“應(yīng)用程序”來涵蓋“信息處理子系統(tǒng)”(無論是決策，還是改變現(xiàn)實狀態(tài))。所有的應(yīng)用程序都用信息交換相互作用。為了達到CIMS系統(tǒng)集成，1個企業(yè)可以被看成由多個應(yīng)用程序和多個信息倉庫組成，如圖1所示。

    任何企業(yè)的生產(chǎn)過程可以被看成由一系列離散和并發(fā)的數(shù)字信息改變現(xiàn)實狀態(tài)的過程。CIMS集成制造單元就是將各種各樣的應(yīng)用程序和信息倉庫集成起來。
    在人工集成的環(huán)境下，制造單元通過操作員進行交互作用。因此，仔細研究操作員的職責將決定自動化系統(tǒng)集成工具的功能要求。
    通過仔細檢查制造單元的應(yīng)用程序：市場預(yù)測、設(shè)計、管理和控制，得知它們之間的執(zhí)行是有先后次序限制的。市場預(yù)測通常首先進行，產(chǎn)品設(shè)計緊跟其后，然后接受客戶訂單。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，加工工藝流程設(shè)計同步進行，當主生產(chǎn)規(guī)劃和工藝設(shè)計完成后，物料需求計劃(MRP)可以開始執(zhí)行，隨后運行生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。然而，在辦公室環(huán)境下，決策順序?qū)崟r性通常并非要求很高，而且往往是同步進行的。
    在辦公室環(huán)境下，1個生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)操作員的操作流程可以用來說明在人工集成的環(huán)境下，操作員所承擔的職責，步驟如下：
    (1)從CAD系統(tǒng)收集工件構(gòu)成清單(Bill of Material)；
    (2)從CAPP系統(tǒng)收集加工工藝信息；
    (3)從車間收集在途加工狀態(tài)(Work-in-Process)信息；
    (4)從物料需求計劃系統(tǒng)收集加工訂單信息；
    (5)用以上所收集的信息更新生產(chǎn)調(diào)度信息倉庫；
    (6)運行生產(chǎn)調(diào)度程序生成待加工清單(Work-to-lists)；
    (7)通知車間主任待加工清單(Work-to-lists)已經(jīng)完成，可供生產(chǎn)。
    步驟(1)～(5)與收集信息有關(guān)，步驟(6)執(zhí)行應(yīng)用程序生產(chǎn)調(diào)度，步驟(7)為車間使用提供生產(chǎn)任務(wù)信息。
    在車間層面，操作執(zhí)行順序比辦公室環(huán)境下的操作執(zhí)行順序更加嚴格且實時性要求也很高。
舉例如下：假設(shè)有3臺計算機控制的設(shè)備：(1)數(shù)控鉆床；(2)數(shù)控傳送帶；(3)插件機器人。分別由3個操作員負責操作，假設(shè)1塊PCB板已經(jīng)固定在數(shù)控鉆床上，這3個操作員可以按如下方式合作：
    (1)數(shù)控鉆床操作員開始啟動鉆孔程序，當鉆孔程序完成后，鉆床操作員通知傳送帶操作員，印刷電路板可以被輸送給插件機器人。
    (2)傳送帶操作員開始執(zhí)行傳送程序，當印刷電路板被傳送給插件機器人，傳送帶操作員通知插件機器人操作員可以插件了。
    (3)插件機器人的操作員開始執(zhí)行插件程序。
    辦公環(huán)境下的操作員職責與車間層面的操作員的職責略有不同。辦公環(huán)境下的操作員主要在制造單元之間傳送大量信息，設(shè)計和決策實時性并非要求很強，執(zhí)行的次序也不一定很嚴格，有時可以同時進行。而在車間層面，操作員必須實時且嚴格按次序執(zhí)行機器控制程序，并在機器設(shè)備制造單元之間快速地傳遞信息。然而，信息的量小但頻率非?？臁?br />     企業(yè)各級制造單元的操作員職責：
    (1)從相關(guān)的ME收集做決策或控制機器所需要的有用信息，更新相關(guān)的信息倉庫中儲存的信息。
    (2)按照符合邏輯的次序執(zhí)行應(yīng)用程序(設(shè)計、管理和控制等)。
    需要重視的是：并發(fā)操作可能產(chǎn)生，必須有一套機制將并發(fā)操作按先后順序執(zhí)行。
3 CIMS的定義
    分析了現(xiàn)代制造單元、它們之間的交互作用以及在人工環(huán)境下操作員的職責，從集成的角度來看，CIMS系統(tǒng)可以定義為：系統(tǒng)內(nèi)所有應(yīng)用程序能夠自動地通過信息倉庫交換信息，并且能隨時隨地自動地進行配合，從而達到更高水平的生產(chǎn)柔性和效率。與其他CIMS的定義相比，此定義著重強調(diào)了自動化的兩方面的要求：
    (1)應(yīng)用程序之間通過信息倉庫進行信息交換；
    (2)應(yīng)用程序之間的配合。
    本文通過剖析人工環(huán)境下制造單元的構(gòu)造極其相互作用，從信息處理的角度分析，企業(yè)ME由1個或多個“信息處理子系統(tǒng)”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。并確定了系統(tǒng)集成工具的功能要求，給出了CIMS定義。
參考文獻
[1] HARRINGTON J. Computer integrated manufacturing[M]. Krieger Publishing Company， 1979.
[2] 顏波，黃必清，鄭力，等.網(wǎng)格研究現(xiàn)狀及其在制造業(yè)中的應(yīng)用[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2004(9)：1021-1030.
[3] 蔡長韜.基于STEP/XML的集成化工藝信息描述方法研究[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2008(5)：912-917.