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

 　　計(jì)算機(jī)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(lái)計(jì)算機(jī)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(jìn)[2]，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)日新月異、數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人的大量普及，所有這些使得研究人員感到CIMS越來(lái)越近了。但是，同時(shí)又被龐雜的網(wǎng)絡(luò)種類(lèi)、浩如煙海的自動(dòng)化設(shè)備和千差萬(wàn)別的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)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(wèn)題簡(jiǎn)單化，為大多數(shù)人所熟知和掌握，有利于企業(yè)進(jìn)行大面積的推廣。
    計(jì)算機(jī)是實(shí)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(lèi)以上的實(shí)體才可以集成，包括：CAD、CAPP、CAM、NC、CNC、PLC、Robot、ERP、PDM、
　　CRM等，統(tǒng)一稱(chēng)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(jì)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(guó)管理軟件公司開(kāi)發(fā)的中小型生產(chǎn)調(diào)度和物料需求計(jì)劃管理信息系統(tǒng)，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)上或單臺(tái)PC機(jī)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(lèi)：(1)信息查詢(xún)和更新(插入、更新和刪除)功能。表示信息倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)存和管理信息功能。信息倉(cāng)庫(kù)包含在MICROSS內(nèi)部。(2)決策功能(生產(chǎn)調(diào)度運(yùn)算和物料需求計(jì)劃運(yùn)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(jì)劃運(yùn)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(lái)看，生產(chǎn)調(diào)度決策程序(無(wú)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(jī)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(guò)運(yùn)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(rèn)為是由“信息處理子系統(tǒng)”(生產(chǎn)調(diào)度)和一個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”組成。同樣，如果仔細(xì)檢查MICROSS的“物料需求計(jì)劃子系統(tǒng)”，依然由“信息處理子系統(tǒng)”(物料需求計(jì)劃)和1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”組成，如表2所示。

    作為“制造單元”的決策系統(tǒng)需要各類(lèi)信息，并儲(chǔ)存在緊密相連的信息倉(cāng)庫(kù)中，然后運(yùn)用所得到的信息進(jìn)行運(yùn)籌決策，決策的結(jié)果同樣以信息的形式儲(chǔ)存在信息倉(cāng)庫(kù)中，決策過(guò)程完全可以被看成信息處理。
1.2 CAD計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)
    CAD是人機(jī)交互進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者與CAD軟件共同決策設(shè)計(jì)產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，CAD經(jīng)常需要與CAPP工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行多次信息交換才能完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)生成的信息主要有產(chǎn)品的幾何拓?fù)湫畔?、材料型?hào)、表面光潔度和精度組成，同樣儲(chǔ)存在1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”中。因此，從信息處理的角度來(lái)看，任何一個(gè)CAD系統(tǒng)也都可以被看成由1個(gè)或多個(gè)“信息處理子系統(tǒng)”和1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”組成。
1.3 CAPP計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)
    CAPP計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)有的資源快捷地設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)的工藝流程。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)零件初次完成設(shè)計(jì)后，產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息要傳給CAPP系統(tǒng)，工藝人員要借助CAPP系統(tǒng)首先對(duì)零件進(jìn)行工藝性檢查，如果不合格，則返回CAD系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)[3]。CAPP還要使用到機(jī)器設(shè)備和人員工時(shí)信息，才能設(shè)計(jì)出滿(mǎn)意的工藝流程。以上使用和輸出的信息同樣儲(chǔ)存在1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”中，因此，從信息處理的角度來(lái)看，任何一個(gè)CAPP系統(tǒng)也都可以被看成由1個(gè)或多個(gè)“信息處理子系統(tǒng)”和1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”組成。
1.4 數(shù)控設(shè)備和機(jī)器人
    在車(chē)間層面，現(xiàn)代機(jī)器：數(shù)控機(jī)床(NC和CNC)、機(jī)器人(Robot)和可編程控制器(PLC)都是由機(jī)電操縱系統(tǒng)和至少1臺(tái)用于控制的計(jì)算機(jī)組成?，F(xiàn)代機(jī)器完成加工的過(guò)程，實(shí)際上是改變現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的過(guò)程，例如：工件被機(jī)器人從空間的一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)、工件被數(shù)控的鉆床鉆孔，這些現(xiàn)實(shí)世界的狀態(tài)的變化是由機(jī)器控制器的程序運(yùn)行來(lái)驅(qū)動(dòng)的，狀態(tài)的變化由信息來(lái)表達(dá)，這些被執(zhí)行的程序經(jīng)常由上游的計(jì)算機(jī)傳送到機(jī)器控制器中，完成了工序后反饋信息給上游計(jì)算機(jī)，并儲(chǔ)存在1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”中。因此，從信息處理的角度來(lái)看，任何1臺(tái)現(xiàn)代機(jī)器和橋梁的上游計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為1個(gè)整體也都可以被看成由1個(gè)或多個(gè)“信息處理子系統(tǒng)”和1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”組成。
1.5 自動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備
    自動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)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(cè)加工的尺寸、精度等數(shù)據(jù)，有時(shí)也改變現(xiàn)實(shí)的狀態(tài)，如：檢測(cè)電壓和電流。檢測(cè)指令來(lái)自上游計(jì)算機(jī)的信息倉(cāng)庫(kù)，檢測(cè)結(jié)果同樣儲(chǔ)存在上游計(jì)算機(jī)中1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”中。因此，從信息處理的角度來(lái)看，任何1臺(tái)現(xiàn)代自動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備和橋梁的上游計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為1個(gè)整體也都可以被看成由一個(gè)或多個(gè)“信息處理子系統(tǒng)”和1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”組成。
    通過(guò)對(duì)以上5類(lèi)制造單元的分析：1個(gè)現(xiàn)代制造單元可以看成由1個(gè)或多個(gè)“信息處理子系統(tǒng)”(決策或改變現(xiàn)實(shí)狀態(tài))和1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”組成。
2 制造單元的交互分析
    從系統(tǒng)集成的角度來(lái)看，可以用更通用的術(shù)語(yǔ)“應(yīng)用程序”來(lái)涵蓋“信息處理子系統(tǒng)”(無(wú)論是決策，還是改變現(xiàn)實(shí)狀態(tài))。所有的應(yīng)用程序都用信息交換相互作用。為了達(dá)到CIMS系統(tǒng)集成，1個(gè)企業(yè)可以被看成由多個(gè)應(yīng)用程序和多個(gè)信息倉(cāng)庫(kù)組成，如圖1所示。

    任何企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)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(shí)狀態(tài)的過(guò)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(cāng)庫(kù)集成起來(lái)。
    在人工集成的環(huán)境下，制造單元通過(guò)操作員進(jìn)行交互作用。因此，仔細(xì)研究操作員的職責(zé)將決定自動(dòng)化系統(tǒng)集成工具的功能要求。
    通過(guò)仔細(xì)檢查制造單元的應(yīng)用程序：市場(chǎng)預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)、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(chǎng)預(yù)測(cè)通常首先進(jìn)行，產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊跟其后，然后接受客戶(hù)訂單。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，加工工藝流程設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，當(dāng)主生產(chǎn)規(guī)劃和工藝設(shè)計(jì)完成后，物料需求計(jì)劃(MRP)可以開(kāi)始執(zhí)行，隨后運(yùn)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(shí)性通常并非要求很高，而且往往是同步進(jìn)行的。
    在辦公室環(huán)境下，1個(gè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)操作員的操作流程可以用來(lái)說(shuō)明在人工集成的環(huán)境下，操作員所承擔(dān)的職責(zé)，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(chē)間收集在途加工狀態(tài)(Work-in-Process)信息；
    (4)從物料需求計(jì)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(cāng)庫(kù)；
    (6)運(yùn)行生產(chǎn)調(diào)度程序生成待加工清單(Work-to-lists)；
    (7)通知車(chē)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(chē)間使用提供生產(chǎn)任務(wù)信息。
    在車(chē)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(yán)格且實(shí)時(shí)性要求也很高。
舉例如下：假設(shè)有3臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備：(1)數(shù)控鉆床；(2)數(shù)控傳送帶；(3)插件機(jī)器人。分別由3個(gè)操作員負(fù)責(zé)操作，假設(shè)1塊PCB板已經(jīng)固定在數(shù)控鉆床上，這3個(gè)操作員可以按如下方式合作：
    (1)數(shù)控鉆床操作員開(kāi)始啟動(dòng)鉆孔程序，當(dāng)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(jī)器人。
    (2)傳送帶操作員開(kāi)始執(zhí)行傳送程序，當(dāng)印刷電路板被傳送給插件機(jī)器人，傳送帶操作員通知插件機(jī)器人操作員可以插件了。
    (3)插件機(jī)器人的操作員開(kāi)始執(zhí)行插件程序。
    辦公環(huán)境下的操作員職責(zé)與車(chē)間層面的操作員的職責(zé)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(jì)和決策實(shí)時(shí)性并非要求很強(qiáng)，執(zhí)行的次序也不一定很?chē)?yán)格，有時(shí)可以同時(shí)進(jìn)行。而在車(chē)間層面，操作員必須實(shí)時(shí)且嚴(yán)格按次序執(zhí)行機(jī)器控制程序，并在機(jī)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(jí)制造單元的操作員職責(zé)：
    (1)從相關(guān)的ME收集做決策或控制機(jī)器所需要的有用信息，更新相關(guān)的信息倉(cāng)庫(kù)中儲(chǔ)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(jì)、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(jī)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(zé)，從集成的角度來(lái)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(dòng)地通過(guò)信息倉(cāng)庫(kù)交換信息，并且能隨時(shí)隨地自動(dòng)地進(jìn)行配合，從而達(dá)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(qiáng)調(diào)了自動(dòng)化的兩方面的要求：
    (1)應(yīng)用程序之間通過(guò)信息倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行信息交換；
    (2)應(yīng)用程序之間的配合。
    本文通過(guò)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(gè)或多個(gè)“信息處理子系統(tǒng)”和1個(gè)緊密相連的“信息倉(cāng)庫(kù)”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(xiàn)
[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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2004(9)：1021-1030.
[3] 蔡長(zhǎng)韜.基于STEP/XML的集成化工藝信息描述方法研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2008(5)：912-917.