《CIMS课程重点》课件

课程重点CIMS欢迎来到（计算机集成制造系统）课程本课程将系统地介绍计算机集成CIMS制造系统的基本概念、系统结构、关键技术及应用领域我们将深入探讨等核心技术，以及、、、等管理系统，CAD/CAM/CAE/CAPP MES ERP PDMSCM帮助您全面理解现代制造业的智能化转型过程通过本课程的学习，您将掌握的发展历程、技术体系和实施方法，了解前CIMS沿技术在制造业中的创新应用，为未来参与智能制造和工业建设奠定坚实基

4.0础课程概述CIMS定义计算机集成制造系统（）是以计算机技术为核心，集成现代CIMS制造技术、自动化技术和管理技术于一体的综合自动化系统，旨在优化企业制造全过程发展历程从世纪年代的技术萌芽，到年代概念正式2060CAD/CAM80CIMS提出，再到如今的智能制造和工业，经历了从点到面的

4.0CIMS全面发展历程课程目标使学生掌握理论体系和关键技术，理解在现代制造企CIMS CIMS业中的应用模式，培养制造信息化和智能化领域的专业人才基本概念CIMS定义特点优势计算机集成制造系统是以计算机为具有高度集成性、系统化、柔性化、能够显著提高产品质量、缩短产品CIMS CIMS CIMS核心，将企业从产品设计、工艺规划、生智能化的特点，能够贯穿产品全生命周期，开发周期、降低生产成本、提高企业响应产制造到经营管理等各个环节自动化系统实现各环节数据的无缝共享和业务流程的市场能力，增强企业核心竞争力，是现代有机集成，形成一个统

一、高效的整体，高效协同制造企业实现智能化转型的必由之路实现企业全面信息化和自动化发展历程CIMS120世纪60年代技术开始出现，计算机开始应用于产品设计和制造过程，为的发展奠CAD/CAM CIMS定了技术基础这一时期，主要以单机应用为主，系统间相互独立270年代柔性制造系统开始发展，自动化设备与计算机控制系统开始集成，实现了小批FMS量多品种生产的自动化，提高了制造系统的柔性380年代概念正式提出，美国开展了下一代计算机集成制造系统计划，中国也启动了CIMS计划中的项目，理论体系开始系统化863CIMS CIMS490年代至今随着网络技术、数据库技术和人工智能技术的发展，进入快速发展期，逐步向智CIMS能制造、数字化工厂和工业方向演进，实现更高程度的自动化和智能化

4.0系统结构CIMS计算机辅助设计（CAD）利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行产品设计的技术主要功能包括二维绘图、三维建模、工程分析、工程图生成、参数化设计等，可大幅提高设计效率和质量计算机辅助制造（CAM）利用计算机技术对制造过程进行规划、管理和控制的技术主要功能包括工艺规划、数控编程、刀具轨迹生成、后处理等，实现从设计到加工的无缝衔接计算机辅助工程（CAE）利用计算机技术对产品进行各种工程分析和优化的技术包括有限元分析、动力学分析、流体分析等，可在实际制造前对产品性能进行仿真和验证计算机辅助工艺规划（CAPP）利用计算机辅助制定工艺方案的技术包括工序规划、工序内容确定、工艺参数选择等，连接产品设计与制造的桥梁，提高工艺规划效率和质量系统结构（续）CIMS制造执行系统（MES）企业资源规划（ERP）产品数据管理（PDM）负责生产现场管理的信息系统，面向企业整体资源的管理信息管理与产品相关的所有数据和位于系统与控制层之间系统集成了财务、销售、采过程的系统实现产品数据的ERP主要功能包括生产调度、数据购、生产、人力资源等模块，集中管理、版本控制、流程管采集、质量管理、设备管理等，实现企业资源的统一管理和优理和权限控制，确保产品数据实现生产过程的实时监控和优化配置，提高企业整体运营效的一致性和可追溯性化率供应链管理（SCM）对供应链中物流、信息流和资金流进行计划、组织和控制的系统实现供需协调、库存优化、物流优化等功能，提高企业供应链整体响应速度和效率关键技术概述CIMS信息技术制造技术包括计算机网络、数据库、云计算、大数据、包括数控技术、柔性制造、快速成型等技术，人工智能等技术，是的核心支撑技术，CIMS是的应用基础，实现产品的实际制造过CIMS12实现信息的采集、传输、存储、处理和分析程系统集成技术管理技术43包括硬件集成、软件集成、数据集成等，是包括并行工程、精益生产、敏捷制造等，是实施的关键，实现各子系统之间的协同的运行机制，优化企业的组织结构和业CIMS CIMS工作务流程信息技术在中的应用CIMS1数据库技术2网络技术作为的数据基础，支持产品提供各子系统之间的通信基CIMS CIMS数据、工艺数据、设备数据等各础，实现数据交换和信息共享类数据的存储、管理和共享从从早期的工业现场总线到工业以关系型数据库到面向对象数据库，太网，再到如今的工业互联网和再到如今的数据库和图数技术，网络技术的发展大大提NoSQL5G据库，数据库技术不断发展，为高了的集成度和实时性CIMS提供更强大的数据支持CIMS3人工智能技术为注入智能因素，提高系统的自适应性和自主决策能力从早期的专家CIMS系统到机器学习、深度学习，再到如今的自然语言处理和计算机视觉，人工智能技术不断突破，推动向智能制造方向发展CIMS制造技术在中的应用CIMS数控技术柔性制造技术快速成型技术以计算机数字控制为核心的自动化加工技术，以适应多品种、小批量生产为目标的制造技基于增材制造原理的直接成型技术包括是重要的执行层技术包括机床、术包括柔性制造单元、柔性制造系统等，打印、选择性激光烧结、光固化成型等，CIMS CNC3D加工中心、数控线切割等设备，实现高精度、通过自动化设备和智能控制系统的集成，实能够直接根据三维模型快速制造出实体零件，高效率、复杂零件的自动化加工，为现快速换产和生产适应性，提高制造系统的大大缩短产品开发周期，为提供创新CIMS CIMS提供基础的制造能力柔性和效率的制造手段管理技术在中的应用CIMS并行工程一种将产品设计和生产过程各阶段并行展开的工程方法，打破传统的串行工作模式通过多学科团队协同工作，实现设计、制造、测试等环节的并行化，大幅缩短产品开发周期，提高产品质量精益生产源自丰田生产方式的一种生产管理理念，以消除浪费、提高价值为核心通过价值流分析、准时制生产、看板管理、全面质量管理等方法，实现生产过程的持续改进，提高生产效率和产品质量敏捷制造面向动态市场需求的制造模式，强调快速响应和灵活适应通过模块化设计、柔性生产线、虚拟企业等方式，构建能够快速响应市场变化的制造系统，增强企业的市场竞争力系统集成技术数据集成1实现企业各系统间数据的统一和共享软件集成2实现各软件系统的无缝对接和协同工作硬件集成3实现各种制造设备和控制系统的互联互通系统集成是实施的关键技术，其核心是解决信息孤岛问题，实现企业内部各系统的协同工作硬件集成主要解决设备互联和数据采CIMS集问题，通过现场总线、工业以太网等技术实现各种制造设备和控制系统的互联互通软件集成则聚焦于应用系统间的协同，通过中间件、服务总线等技术实现等系统的无缝对接数据集成是最上层的CAD/CAM/CAPP/ERP集成，通过主数据管理、数据仓库等技术实现企业各系统间数据的统一和共享，为决策提供全面准确的数据支持技术概述CAD1CAD定义与发展2CAD系统功能3CAD软件分类计算机辅助设计是利用计算机现代系统主要包括几何造型、工按应用领域可分为机械、电子CAD CAD CAD及其图形设备帮助设计人员进行产品程图生成、工程分析、设计数据管理、建筑等；按功能可分为低CAD CAD设计的技术从世纪年代的二等功能通过这些功能，设计师可以端主要提供二维绘图、中端2060CAD维绘图系统，发展到如今的参数化设高效地进行二维绘图、三维建模、装提供三维建模和简单分析和高CAD计、协同设计和云设计平台，技配设计、仿真分析等工作，提高设计端提供完整的产品开发解决方CAD CAD术已成为现代产品开发不可或缺的工质量和效率案，满足不同行业和不同层次的设具计需求建模技术CAD实体建模1表达完整的几何和拓扑信息曲面建模2描述复杂自由曲面形状线框建模3仅表达模型的边界轮廓线框建模是最基础的建模方法，只表达模型的边界轮廓，通过顶点和边的集合描述物体，计算量小但表达能力有限，容易产生视觉歧义，主要用于简单模型的快速表达曲面建模主要用于描述复杂的自由曲面形状，通过参数曲面（如贝塞尔曲面、样条曲面、曲面）表达模型的外表面，广泛应用于汽车、船舶、飞机等B NURBS需要复杂曲面的产品设计实体建模是最完善的建模方法，能够表达完整的几何和拓扑信息，表达物体的内部和外部，常用的方法包括（构造实体几何）和（边界表示），是CSG B-Rep现代系统的主要建模方法CAD数据交换标准CAD标准名称适用范围特点主要应用二维三维几何数据最早的通用交换标不同系统间的IGES/CAD准，支持点、线、基础几何数据交换曲面等几何元素产品全生命周期数国际标准，支持几产品数据的长期存STEP据何、装配、材料等档和企业间协同设完整产品数据计二维图形数据由开发，二维工程图的交换DXF AutoCAD结构简单，普及率和共享高数据交换标准是解决不同系统之间数据共享和转换的关键（CADCADIGES InitialGraphics）是最早的通用交换标准，主要支持几何数据交换，但存在信息丢失和转换Exchange Specification不完整的问题（）是更全面的国际标准，不仅支持几何数STEP Standardfor theExchange ofProduct modeldata据，还支持产品结构、工艺、材料等完整产品信息，实现产品全生命周期数据的交换和共享DXF（）主要用于二维图形交换，特别是在工程图领域应用广泛Drawing ExchangeFormat技术概述CAMCAM定义与发展CAM系统功能CAM应用计算机辅助制造是利用计算机技术现代系统主要包括工艺规划、刀具路技术广泛应用于机械加工、钣金加工、CAM CAMCAM对制造过程进行规划、管理和控制的技术径生成、数控代码生成、加工仿真和优化电子制造等领域特别是在复杂零件加工、从最初的离线数控编程发展到现在的多轴等功能通过这些功能，工程师可以高效多轴联动加工、高速加工等场景中，CAM加工、高速加工和智能加工，技术不地将模型转换为可加工的数控程序，技术能够有效提高加工精度和效率，降低CAM CAD断推动制造技术的创新和发展提高加工效率和质量成本数控加工技术数控加工原理数控加工是基于计算机数字控制技术的自动化加工方法控制系统根据数控程序控制机床各轴运动，实现自动化加工现代数控系统采用开环或闭环控制，通过伺服系统和传感器实现精确定位和运动控制数控编程方法数控编程包括手工编程和自动编程两种方式手工编程直接编写代码，G适用于简单零件；自动编程利用软件自动生成刀具路径和代码，CAM G适用于复杂零件，大大提高编程效率后处理技术后处理是将系统生成的中间代码转换为特定数控系统可识别的代CAM G码的过程通过后处理器，可以适应不同机床和控制系统的特性，确保数控程序的正确执行，是到实际加工的关键环节CAM技术概述CAECAE定义与发展CAE分析方法计算机辅助工程是利用计算主要采用数值分析方法，如CAE CAE机技术对产品进行各种工程分析有限元分析、计算流体动力FEA的技术从最初的简单结构分析学、运动学分析等这些方CFD发展到现在的多物理场耦合分析、法将连续问题离散化，通过数值系统级仿真等，技术不断拓求解得到近似解，预测产品在实CAE展分析能力，提高分析精度际条件下的性能表现CAE应用广泛应用于结构强度分析、热分析、流体分析、振动分析、碰撞分析CAE等领域通过，可以在实际制造前对产品性能进行虚拟验证，减少物CAE理样机的数量，缩短开发周期，降低开发成本有限元分析（）FEAFEA基本原理FEA建模过程FEA应用案例有限元分析是将连建模包括几何建模、在汽车碰撞分析、FEA FEAFEA续体离散为有限个单元，网格划分、材料定义、航空结构优化、电子产通过建立单元方程和整边界条件设置、求解和品热分析等领域有广泛体方程，求解未知节点后处理等步骤其中网应用例如，汽车行业参数的数值方法它基格划分是关键环节，网使用进行车身强度FEA于变分原理和权重余量格质量直接影响分析精分析、分析和碰撞NVH法，将偏微分方程转化度和计算效率常用的安全性分析，大大提高为代数方程组，是网格类型包括四面体、了汽车设计的安全性和CAE中最常用的分析方法六面体等可靠性技术概述CAPP1CAPP定义与发展计算机辅助工艺规划是利用计算机辅助制定工艺方案的技术从世CAPP20纪年代初期的变型工艺规划系统发展到现在的智能化工艺规划系统，70CAPP技术不断提高工艺规划的自动化程度和智能化水平2CAPP系统分类按工作方式可分为交互式和自动式；按工艺规划方法可分为变型CAPP CAPP和生成式交互式系统需要人机交互完成规划，自动式系统能够CAPP CAPP自动完成大部分规划工作，提高规划效率3CAPP系统功能现代系统主要包括工艺路线设计、工序内容确定、工艺参数选择、工时CAPP定额计算、工艺文件生成等功能通过这些功能，可以快速生成符合企业标准的工艺文件，提高工艺规划质量和效率方法CAPP变型工艺规划基于已有典型工艺方案进行修改和调整的方法系统首先检索相似零件的工艺方案，然后根据新零件的特点进行必要的修改，形成新的工艺方案这种方法实现简单，但创新性有限，主要适用于相似零件较多的场合生成型工艺规划基于零件特征和工艺知识自动生成工艺方案的方法系统通过特征识别、工艺决策和工艺综合等步骤，从零开始生成完整的工艺方案这种方法能力强但实现复杂，需要建立完善的工艺知识库和推理机制混合型工艺规划结合变型和生成型方法的工艺规划方法系统首先尝试基于相似性检索现有方案，如果找不到合适的方案，则采用生成型方法创建新方案这种方法结合了两种方法的优点，是目前应用较广的方法CAPP技术概述MESMES定义与功能MES系统架构MES与其他系统集成制造执行系统是连接企业管理层和典型的系统采用三层架构数据采集需要与系统、控制系统、质量系MES MESMES ERP工厂控制层的生产管理系统它按照层（与现场设备通信）、应用服务层（实统等进行集成与集成实现计划到执ERP定义的项功能模型，提供从生产现核心业务逻辑）和用户界面层（提供操行的闭环；与控制系统集成实现数据采集MESA11订单下达到产品完工的全过程管理，包括作界面）现代系统越来越多地采用和指令下达；与质量系统集成实现全面质MES资源分配、调度、数据采集、质量管理、微服务架构、云架构等新技术，提高系统量管理这种集成使企业形成完整的信息维护管理等的灵活性和可扩展性链核心功能MES生产调度是的核心功能，负责根据生产计划和现场实际情况，合理分配资源和安排生产活动，确保生产计划的有效执行现代调度系MES统越来越多地采用优化算法，如遗传算法、模拟退火算法等，实现更科学的调度决策数据采集实现生产现场数据的自动获取，包括设备状态、工艺参数、产量、质量等数据通过各种传感器、、系统等实现数据PLC SCADA的实时采集，为生产管理和决策提供数据支持质量管理和设备管理是保障产品质量和设备可靠性的关键功能，通过分析、管理SPC TPM等方法，实现全面质量控制和设备效率提升技术概述ERP1ERP定义与发展2ERP系统模块企业资源规划是集成企业典型的系统包括财务管理、ERP ERP所有业务流程和数据的管理信销售管理、采购管理、库存管息系统从世纪年代的理、生产管理、人力资源管理2060系统，到年代的Ⅱ等核心模块这些模块围绕同MRP70MRP系统，再到年代的系统，一数据库运行，实现数据的一90ERP最后发展到现在的云和智次录入、多次使用，确保企业ERP能，系统不断扩展功各部门使用统

一、一致的数据ERP ERP能范围和提高集成度3ERP实施方法实施通常采用阶段性方法，包括规划、蓝图、实现、准备和上线五ERP个阶段实施过程中需要注意业务流程重组、变更管理、数据迁移等关键问题，确保系统能够顺利上线并发挥预期效果与集成ERP CIMS数据交换2实现和间关键数据的双向流动ERP CIMS集成架构1通过中间件或集成平台连接和各子系统ERP CIMS业务流程协同确保从订单到交付的完整业务流程高效运行3与的集成是实现企业管理层和生产执行层无缝衔接的关键在集成架构方面，现代企业通常采用企业服务总线、服务导向架构或网关ERP CIMSESB SOAAPI等技术，构建灵活可扩展的集成平台，实现与等系统的互联互通ERP CAD/CAM/MES在数据交换方面，需要确定关键数据的传输内容、方向、频率和格式，如从到传递生产订单、物料信息，从到反馈生产进度、消耗报告等ERP MESMESERP在业务流程协同方面，需要明确各系统的职责边界，构建从客户订单到产品交付的完整业务流程，确保信息流、物流和资金流的顺畅流动技术概述PDMPDM定义与功能PDM系统架构PDM在产品生命周期中的作用产品数据管理是管理与产品相关的典型的系统采用客户端服务器或贯穿产品全生命周期，在设计阶段管PDM PDM/B/S PDM所有数据和过程的系统它集成了产品设架构，包括数据库服务器、文件服务器、理设计数据和版本，在制造阶段提供工艺计、工艺、制造等环节的数据，提供统一应用服务器和客户端现代系统越来和制造数据，在服务阶段提供维修和服务PDM的产品信息管理平台，是实现产品全生命越多地采用云架构，提供更灵活的部署方信息通过，企业可以实现产品数据PDM周期管理的基础式和更广泛的访问能力的全生命周期管理和追溯核心功能PDM文档管理管理产品相关的所有文档，包括文件、工程图、技术规范等提供文档检入检出、版本控CAD/制、查询检索等功能，确保每个人都能获取到正确版本的文档，防止文档丢失和混乱产品结构管理管理产品的层次结构和构成关系，支持（物料清单）的创建、维护和变更通过产品结构BOM管理，可以清晰地了解产品的组成和关联关系，为设计和制造提供准确的结构信息工作流管理管理产品开发过程中的各种流程，如设计审批、变更控制等通过预定义的流程模板，确保每个任务按照既定的规则和顺序进行，提高流程的规范性和可追溯性配置管理管理产品在不同阶段和不同配置下的状态通过配置管理，可以控制产品演化过程中的变更，确保产品在任何时间点的配置状态都是可知和可控的技术概述SCM1SCM定义与发展2SCM系统功能供应链管理是对供应链现代系统主要包括需求规SCM SCM中物流、信息流和资金流进行划、采购管理、库存管理、生计划、组织和控制的管理技术产规划、物流管理、供应商管从最初的物流管理，发展到全理等功能通过这些功能，企面的供应链协同管理，再到如业可以实现从供应商到客户的今的智能供应链管理，不全链条协同管理，提高整个供SCM断拓展范围和深度应链的效率和响应速度3SCM在企业中的应用广泛应用于制造业、零售业、物流业等行业企业通过实施系SCM SCM统，可以优化供应链网络，降低库存成本，提高客户满意度，增强市场竞争力，特别是在全球化和个性化需求日益增长的背景下关键技术SCM需求预测库存管理物流优化基于历史数据和市场情报预测确定最优库存水平和控制策略优化物流网络和运输方案的技未来需求的技术常用的预测的技术包括模型、术包括设施选址、车辆路径EOQ ABC方法包括时间序列分析、回归分类、安全库存等方法现代规划、运输方式选择等通过分析、机器学习等准确的需库存管理越来越多地采用、物流优化，企业可以降低物流VMI求预测是供应链管理的起点，等先进模式，降低库存成本，成本，提高配送效率和准时率，JIT直接影响后续的采购、生产和提高供应链响应速度提升客户服务水平库存决策供应商管理评估、选择和管理供应商的技术包括供应商评估、战略合作、系统等良好的供应SRM商管理可以确保原材料和零部件的质量和交期，降低采购成本，减少供应风险数据库技术CIMS面向对象数据库直接存储对象的数据库，更适合处理复杂数据2结构如、等，在中主ObjectStore db4o CIMS要用于系统的几何和拓扑数据存储，关系型数据库CAD/CAM支持复杂对象的直接存储和查询基于关系模型的数据库，用表来表示实体和关系如、、等，1Oracle SQLServer MySQL分布式数据库在中主要用于结构化数据管理，如、CIMS ERP数据分布在多个节点上的数据库系统如等系统的业务数据存储MES、等，在中主要用MongoDB CassandraCIMS于大规模数据存储和处理，如的实时数据、MES3设备数据等，支持高并发和横向扩展IoT在系统中，通常需要综合使用多种数据库技术，构建统一的数据管理平台例如，业务数据使用关系型数据库，产品数据使用面向CIMS对象数据库，大数据分析使用分布式数据库，通过数据集成技术实现这些异构数据库的统一管理和协同工作网络技术CIMS物联网技术1实现制造环境全面感知和互联无线通信技术2提供灵活的移动接入能力工业以太网3构建高可靠的工业网络基础工业以太网是的网络基础，它基于标准以太网协议，但增强了实时性、确定性和可靠性常见的工业以太网标准包括、、CIMS EtherCATPROFINET等，它们通过改进层或应用层协议，实现毫秒级甚至微秒级的通信周期，满足工业控制的严格时序要求EtherNet/IP MAC无线通信技术如、蓝牙、、等，为提供了灵活的移动接入能力，特别适用于移动设备监控、仓库管理、远程维护等场景物Wi-Fi ZigBeeLoRa CIMS联网技术则通过传感器、、等技术，实现制造环境的全面感知和互联，收集设备状态、环境参数、物料位置等数据，为智能决策提供基础RFID NFC支撑中的人工智能应用CIMS专家系统机器学习计算机视觉基于知识库和推理机的智能系统，模拟人通过数据学习自动提升系统性能的技术使计算机能够像人类一样看和理解图像类专家的判断和决策过程在中用在需求预测中用于提高预测准确性、在设和视频的技术在质量检测中用于外观缺CAPP于工艺规划、在中用于参数化设计、备维护中用于预测性维护、在质量控制中陷识别、在装配中用于零件识别和定位、CAD在质量管理中用于故障诊断等，将专家知用于缺陷检测等，通过挖掘数据中的模式在物流中用于条码和二维码识别等，提高识转化为计算机可执行的规则，提供专业和规律，提高系统的智能化水平自动化水平和效率决策支持数控技术在中的应用CIMSCNC加工中心DNC系统虚拟数控集成多种加工功能的高度自动化数控设备直接数控系统，通过网络将多台数控设备与在计算机环境中模拟数控加工过程的技术具有多轴联动、自动换刀、多工序集成等特计算机连接，实现程序集中管理和分发可以在实际加工前验证数控程序的正确性，点，能一次装夹完成多种复杂加工，大大提系统是中连接设计系统和制造设检查刀具轨迹、检测干涉碰撞，降低实际加DNC CIMS高加工效率和精度，是中重要的制造备的桥梁，实现数据向数控设备工风险，提高加工安全性和效率CIMS CAD/CAM装备的无缝传输柔性制造系统（）FMS1FMS定义与特点2FMS系统组成柔性制造系统是一种高度自典型的由加工设备（如加工FMS FMS动化的制造系统，能够快速适应中心、数控车床）、物料搬运系产品变化和生产批量变化统（如、自动传送带）、自FMS AGV具有高度自动化、高柔性、高生动存储系统（如立体仓库）、计产率的特点，通过计算机集成控算机控制系统和辅助系统（如刀制各种制造资源，实现多品种、具系统、检测系统）等组成，这中小批量的高效生产些子系统通过计算机网络连接成一个有机整体3FMS调度与控制的调度与控制是保证系统高效运行的关键包括工件调度（确定工件加工FMS顺序）、设备调度（分配加工任务）、刀具调度（管理刀具使用）和物流调度（控制物料流动）等，通过优化算法实现系统资源的最优配置快速成型技术3D打印技术选择性激光烧结（SLS）光固化成型（SLA）基于逐层堆积原理的增材制造技术，如熔融利用激光能量使粉末材料熔融并相互粘结的利用紫外光使光敏树脂固化的技术系统将沉积成型（）将热塑性材料加热融化技术系统铺展一层粉末材料，激光按照切液态光敏树脂表面选择性照射，使其固化形FDM后，通过喷嘴按设计路径沉积形成零件具片数据扫描使粉末熔融，然后铺展下一层，成一层，然后工作台下降，再固化下一层，有设备简单、成本低、材料多样的特点，广循环往复直至完成可处理多种材料，零件直至完成具有精度高、表面质量好的特点，泛用于概念模型、功能原型的快速制造强度高，适合功能性零件制造适合高精度模型和模具制造并行工程实施方法2跨职能团队协作，信息共享，早期集成各方意见定义与特点1产品开发各阶段并行开展，打破传统串行模式应用效果缩短开发周期，提高产品质量，降低开发成本3并行工程是一种系统化的产品开发方法，将传统的串行开发过程转变为并行开发，使产品设计、工艺设计、生产准备等环节同步进行它的核心理念是同步设计，即在产品设计过程中同时考虑生产、装配、测试、维修等全生命周期因素，早期发现并解决潜在问题在实施方法上，并行工程强调跨职能团队协作，由设计、工艺、制造、质量、采购等不同部门人员组成联合团队，共同参与产品开发通过系统等工具实PDM现设计信息的实时共享，确保各方能够及时获取最新信息案例分析表明，并行工程可使产品开发周期缩短，开发成本降低，产品质量大幅30%-70%20%-40%提升精益生产精益生产理念源自丰田生产方式的管理理念，核心是消除一切不增加价值的浪费浪费包括七大类过度生产、等待时间、不必要的运输、过度加工、库存积压、不必要的动作和不良品通过持续消除浪费，实现资源的最优利用和生产效率的最大化价值流图（VSM）分析和优化生产流程的重要工具，通过可视化方式展示物料和信息流动绘制包括绘制现状图、分析识别浪费、设计未来状态图和制定实施计划VSM四个步骤，帮助企业识别增值活动和非增值活动，找出改进机会持续改进（Kaizen）精益生产的核心实践方法，强调通过员工参与的小步改进持续提高活Kaizen动通常采用循环法，即计划、执行、检查和改进PDCA PlanDo Check，形成持续改进的闭环，不断提高生产效率和质量水平Action敏捷制造敏捷制造定义与特点敏捷制造实施策略敏捷制造案例分析敏捷制造是一种面向动态市场需求的制造实施敏捷制造的关键策略包括建立模块公司的直销模式是敏捷制造的典型案Dell模式，强调企业快速响应市场变化和客户化产品架构，提高设计和制造的灵活性；例通过按单生产模式，直接面向客户需求的能力其特点包括高灵活性、快速采用快速响应的供应链管理，缩短供应周定制生产，消除库存积压；通过模块化设响应、高度客户化和持续创新，通过组织、期；利用先进制造技术，提高生产柔性；计和快速装配，实现高度客户化；通过供技术和人员的整合，构建能够适应不确定培养多技能员工，增强组织适应性；构建应商合作网络，实现组件的及时供应这环境的制造系统敏捷信息系统，支持快速决策种模式使能够快速响应市场变化，保Dell持竞争优势硬件集成CIMS设备互连控制系统集成实现各种制造设备之间的物理连接和实现不同层次控制系统的协同工作通信包括工业以太网、现场总线、包括、、、数控系统DCS PLCSCADA无线通信等技术，构建统一的设备网等控制系统的集成，通过标准通信协络平台通过标准接口和协议（如议和接口，实现控制指令的下达和状、等），实现不态数据的上传，构建统一的控制平台，OPC UAPROFINET同厂商、不同类型设备的互联互通，实现全厂级的协调控制消除信息孤岛传感器与执行器集成实现数据采集和控制执行的基础环节包括各种传感器（温度、压力、位置等）和执行器（电机、阀门、气缸等）的集成，通过信号调理和驱动电路，与控制系统连接，实现生产过程的感知和控制，是工业物联网的重要组成部分软件集成CIMS中间件技术服务导向架构云计算与CIMS集（SOA）成连接不同软件系统的桥梁，包括消息中间件、基于服务和服务组合的利用云计算提供的服务数据中间件、事务中间软件架构，将应用功能实现系统的集成CIMS件等如、封装为可复用的服务包括（如虚拟机、IBM MQIaaS等产品，通过提通过服务、存储）、（如数据TIBCO WebREST PaaS供标准的通信机制、数等技术实现，利用库、中间件）和API SaaS据转换和路由功能，实、、等（如、）等服SOAP XMLJSON ERPCRM现异构系统之间的数据标准协议进行通信，使务，通过云和集成平API交换和功能调用，降低系统更加模块化、灵活台，实现云上系统和本系统间直接耦合和可扩展，便于不同系地系统的无缝集成，提统间的集成高系统的可扩展性和灵活性数据集成CIMS1主数据管理（MDM）确保企业核心数据一致性和准确性的管理方法主数据包括产品、客户、供应商、员工等关键业务实体，通过建立统一的数据定义、数据治理流程和主数据库，解决MDM不同系统间数据不一致的问题，为提供可靠的数据基础CIMS数据仓库技术2面向分析的集成数据环境，将分散在各业务系统中的数据经过清洗、转换和整合，构建统一的数据模型数据仓库技术通过工具实现数据的抽取、转换和加载，通过ETL工具实现多维分析，为管理决策提供数据支持OLAP大数据分析3处理和分析海量、多样、高速产生的数据的技术利用、等大数据平台Hadoop Spark和机器学习、数据挖掘等算法，从生产、质量、设备、供应链等数据中发现模式和规律，实现智能预测和决策，为企业管理提供数据驱动的支持在离散制造业中的应用CIMS在汽车制造领域，实现了从设计到制造的全流程数字化技术用于车身设计和性能分析，和机器人技术用于车身焊接和装配，系统实现生产过程的CIMS CAD/CAE CAMMES实时监控和质量追溯智能化生产线能够同时生产多种车型，实现大规模定制化生产在电子产品制造中，支持快速更新换代的生产模式系统管理复杂的产品数据，系统生成和生产程序，机器视觉系统进行精确检测，柔性装配线适CIMS PDMCAM SMTPCB应多品种小批量生产，实现高度自动化和精细化的生产过程在航空航天制造中，解决了高精度、高可靠性的制造挑战系统进行复杂结构设计和仿真，五CIMS CAD/CAE轴数控和增材制造技术加工复杂零件，数字化装配系统实现精确装配，系统管理产品全生命周期数据PLM在流程制造业中的应用CIMS石油化工食品饮料制药行业在石油化工行业实现了从工艺设计在食品饮料行业重点解决质量安全在制药行业满足要求和高质量CIMS CIMS CIMS GMP到生产控制的全过程管理系统用于和供应链管理问题系统管理原材料标准电子批记录系统记录生产全CAE ERPEBR工艺流程模拟和优化，系统实现生产采购和成品销售，系统跟踪生产过程过程数据，实验室管理系统控制质DCS MESLIMS过程的自动控制，高级过程控制技和批次管理，系统监控产品质量，自量检测，系统确保生产符合工艺规程，APC LIMSMES术优化操作参数，实时优化系统实动化包装系统提高生产效率全过程质量设备管理系统保证设备可靠性RTO EAM现全厂生产效益最大化系统实现生追溯系统实现从原料到成品的完整追溯，技术实现过程分析和质量控制，支持MES PAT产调度和能源管理，提高装置运行效率和确保食品安全连续制造和理念的实施QbD产品质量在服务业中的应用CIMS1物流配送2医疗服务理念在现代物流业得到广泛应用思想在医疗服务中体现为医疗信CIMS CIMS系统管理仓库库存和作业流程，息集成系统管理患者信息和医疗WMS HIS系统优化运输路线和车辆调度，记录，系统存储和传输医学影像，TMS PACS自动分拣系统提高货物处理效率，系统管理实验室检测数据，医疗设LIS和条码技术实现货物跟踪，大数备管理系统保障设备可靠性通过集RFID据分析优化网络布局和库存配置以成这些系统，实现医疗数据的共享和京东物流为例，通过智能仓储、智能协同，支持远程医疗、智能诊断和精分拣和智能配送系统，实现全链条数准医疗，提高医疗服务质量和效率字化管理，提高配送效率和准确率3金融服务思想在金融业表现为信息系统集成和业务流程优化核心银行系统处理交易数据，CIMS系统管理客户关系，风险管理系统评估和控制风险，智能决策系统支持信贷审批CRM通过这些系统的集成，实现数据的统一管理和业务的流程化处理，支持金融创新和风险控制，提高服务效率和客户体验实施方法CIMS系统规划明确企业战略目标和业务需求，制定总体规划和分步实施计划包括现状分析、目CIMS标定位、分析、方案设计和投资规划等内容，为实施提供战略指导和路线图，gap CIMS确保与企业战略一致CIMS需求分析收集和分析用户需求，建立详细的功能需求和性能需求通过工作流程分析、数据流分析和用户访谈等方法，明确各部门对的具体要求，形成需求规格说明书，CIMS为系统设计提供依据系统设计根据需求分析结果，进行系统总体设计和详细设计包括功能结构设计、数据结构设计、接口设计、硬件配置设计和网络结构设计等，形成设计规格说明书，为系统实施提供技术蓝图系统实施与优化根据设计进行系统开发、测试、培训和部署，并在运行过程中持续优化包括软件开发配置、硬件安装、系统集成、用户培训、试运行和系统上线等环/节，确保系统顺利实施并达到预期目标项目管理CIMS项目范围管理进度管理定义和控制项目包含和不包含的工作内容，确规划和控制项目按时完成的过程，确保项目在保项目完成所需的工作并且只完成所需的工作计划时间内完成包括活动定义、活动排序、12包括范围规划、范围定义、创建、范围确资源估算、工期估算、进度计划制定和进度控WBS认和范围控制等过程，明确项目边界和可交付制等过程，通过甘特图、网络图等工具进行进成果度计划和控制质量管理成本管理确保项目满足质量要求的过程，包括质量规划、规划、估算、预算和控制项目成本的过程，确质量保证和质量控制通过制定质量标准、实保项目在批准的预算内完成包括成本估算、43施质量审计和控制项目可交付成果，确保项目成本预算和成本控制等过程，通过挣值管理等成果满足用户需求和技术规范，达到质量目标方法跟踪和控制项目成本，及时发现和纠正偏差效益分析CIMS30%生产效率提升通过自动化和优化生产流程25%库存降低通过精准计划和实时控制40%设计周期缩短通过并行工程和仿真优化20%质量成本降低通过全流程质量控制CIMS实施给企业带来的经济效益主要体现在成本降低和效率提高两方面成本降低包括直接材料成本降低（通过优化设计和减少浪费）、直接人工成本降低（通过自动化减少人工干预）和制造费用降低（通过设备效率提高和能源优化）效率提高表现为生产周期缩短、设备利用率提高和产能提升管理效益体现在决策支持、流程优化和协同工作方面决策支持通过提供实时、准确的数据和分析工具，帮助管理者做出更科学的决策；流程优化通过规范化和自动化业务流程，减少错误和延误；协同工作通过打破部门壁垒，促进信息共享和跨部门协作技术效益则体现在技术创新能力提升、产品质量改善和知识积累等方面实施风险与对策CIMS风险类型主要表现应对策略技术风险技术选型不当、系统集成困充分调研、引入成熟技术、难、性能不达标分步实施、严格测试管理风险项目管理不善、流程再造失采用科学的项目管理方法、败、变更控制不力加强变更管理、合理规划流程人员风险用户抵制、人员技能不足、加强培训、有效沟通、建立团队协作不畅激励机制、强化团队建设实施面临的技术风险主要包括技术选型不当、系统集成困难和性能不达标等应对策略是充分CIMS调研市场和技术趋势，选用成熟技术和产品，采用分步实施策略，通过原型验证和严格测试确保系统性能管理风险包括项目管理不善、流程再造失败和变更控制不力等，可通过采用科学的项目管理方法、加强变更管理和合理规划业务流程来应对人员风险是实施最容易忽视但影响最大的风险，包括用户抵制、人员技能不足和团队协作不畅CIMS等应对策略包括加强用户培训、改善沟通机制、建立合理的激励机制和强化团队建设总体上，风险应对应该贯穿项目全过程，通过风险识别、风险评估、风险应对和风险监控形成完整的风险管理体系标准化CIMSISO10303STEP ISA-95产品数据表示和交换的国际标准，旨在企业控制系统集成的国际标准，定义了解决不同系统间的数据交换问企业管理系统与控制系统之间的接口CAD/CAM题包括多个应用协议，如包括五个部分，涵盖术语定义、对象模AP构型控制设计、汽车设型属性、活动模型、对象模型与属性交AP203AP214计等，通过统一的数据模型和交换格式，换和业务到制造事务等内容，为与ERP实现产品数据的无损交换和长期保存集成提供标准框架MESOPC UA工业通信与数据交换的统一架构标准，提供安全可靠的信息交换机制它采用面向服务的架构，支持多种通信协议和数据模型，实现从现场设备到企业系统的无缝集成，是工业物联网的重要基础标准除了上述标准外，标准化还包括许多其他重要标准，如用于数控编程的代码CIMS ISO6983G和，用于设备通信的和，用于制造执行系统的ISO14649STEP-NC PROFINETEtherCAT标准等这些标准共同构成了的标准体系，为系统集成和互操作提供了基础支撑MESA CIMS数字化工厂数字化工厂概念数字化工厂是对实体工厂的数字化表达和虚拟化运行，包括工厂的物理环境、生产设备、生产过程和业务流程的数字化模型通过这些模型，可以在虚拟环境中进行工厂规划、工艺验证、生产仿真和运营优化，实现先虚拟、后实施的工厂建设模式数字孪生技术数字孪生是物理实体在数字世界的精确映射，实现物理和虚拟的实时同步在制造领域，数字孪生可应用于产品、设备、生产线和工厂等多个层次，通过传感器采集实时数据，更新数字模型，进行仿真分析和优化决策，最后反馈到物理实体VR与AR应用虚拟现实和增强现实技术在数字化工厂中有广泛应用用于工厂VR ARVR布局设计、虚拟装配训练和产品展示等；用于设备维护指导、装配辅助和AR质量检测等，通过叠加虚拟信息，提供实时指导和辅助决策，提高工作效率和准确性智能制造1工业

4.02中国制造2025德国提出的制造业数字化转型战略，中国政府提出的制造强国战略，旨核心是将物联网、大数据、人工智在推动制造业由大变强战略重点能等技术融入制造业，构建智能工包括创新驱动、质量为先、绿色发厂和智能生产工业的关键技展、结构优化和人才为本，并确定

4.0术包括信息物理系统、工业了新一代信息技术、高档数控机床、CPS互联网、大数据分析等，通过这些航空航天装备等十大重点领域，通技术实现设备互联、数据分析和自过智能制造实现产业升级和转型主决策，提高制造系统的智能化水平3人工智能在制造中的应用人工智能技术在智能制造中发挥着越来越重要的作用机器学习用于预测性维护和质量预测；计算机视觉用于缺陷检测和机器人导航；自然语言处理用于人机交互和知识提取；强化学习用于生产调度和控制优化这些应用大大提高了制造系统的自主性和智能性绿色制造绿色设计清洁生产可持续制造在产品设计阶段考虑环境因素的设计方法采用先进工艺和设备，减少生产过程中的兼顾经济、环境和社会三方面的制造模式包括材料选择（优先使用环保材料）、结污染物排放和资源消耗包括工艺优化包括可再生能源利用、循环经济实践、供构设计（减少材料使用量）、性能优化（减少有害物质使用）、能源管理（提高应链可持续性管理和社会责任履行等方面（提高能源效率）和寿命设计（延长使用能源利用效率）、水资源管理（减少水消通过系统性思维和长期视角，构建环境友寿命）等方面通过生命周期评价耗和污染）和废弃物管理（减量化、资源好、资源节约、经济高效的可持续制造体LCA工具，评估产品在全生命周期内的环境影化、无害化）等方面，实现生产过程的清系，实现企业和社会的共同可持续发展响，指导绿色设计决策洁化和高效化服务型制造价值创新1创造全新的顾客价值解决方案提供2提供产品服务的综合解决方案+产品服务化3围绕产品提供增值服务产品服务系统是服务型制造的典型模式，将产品和服务作为一个整体提供给客户根据服务内容比重，可分为产品导向型（以产品为主，服务PSS为辅）、使用导向型（产品使用权而非所有权）和结果导向型（提供结果，而非产品或服务）如罗尔斯罗伊斯的动力小时模式，不销售发动机，·而是按使用小时收费，并提供全生命周期的维护服务制造服务化转型是传统制造企业向服务型制造转变的过程转型路径通常包括增加服务比重（提供安装、维护等基础服务）→服务产品化（将服务标准化、模块化）→解决方案提供（提供定制化的综合解决方案）→价值创新（创造全新的商业模式）成功案例如GE从设备制造商转型为工业互联网解决方案提供商，通过平台提供设备监控、预测性维护等服务，创造新的收入来源Predix云制造云制造定义与特点云制造平台架构云制造应用案例云制造是基于云计算、物典型的云制造平台采用多云制造已在多个领域得到联网和服务计算的新型制层架构，包括资源层（各应用如航空制造领域的造模式，将制造资源和能类制造资源）、感知层协同设计平台，集成力服务化、网络化其特（各类传感设备）、连接等工具，CAD/CAE/CAPP点包括制造资源服务化层（网络和通信协议）、支持分布式团队协同设计；（将设备、软件、知识等虚拟层（资源虚拟化和服定制家具领域的云平台，封装为服务）、按需使用务封装）、核心层（服务消费者在线设计家具，系（根据需求动态分配资管理、任务调度等核心功统自动生成加工指令，分源）、资源共享（跨企业、能）和应用层（面向不同配到最适合的工厂生产；跨区域共享资源）和协同用户的应用界面）通过打印服务平台，用户上3D制造（支持分布式协同工这种架构，实现制造资源传模型，平台选择最合适作）的集中管理和灵活调度的服务商打印并配送边缘计算在中的应用CIMS边缘计算概念边缘计算与云计算协同工业边缘计算案例边缘计算是在靠近数据源的网络边缘侧，边缘计算不是替代云计算，而是与云计算工业边缘计算已有多个成功案例如西门提供计算、存储和网络服务的分布式计算形成互补边缘侧负责数据采集、实时处子边缘计算解决方案，将数MindSphere模型相比云计算，边缘计算具有低延迟、理和本地响应，如异常检测、实时控制等；据分析能力下沉到工厂现场，实现设备状高带宽、本地处理的优势，特别适合对实云端负责大数据存储、深度分析和全局优态实时监控和预测性维护；边ABB Ability时性要求高、数据量大的工业场景，如机化，如预测性维护、生产计划优化等两缘计算平台，支持工业设备的实时监控和器视觉检测、实时控制等者通过协同工作，形成云边端一体化架控制，减少数据传输延迟；--GE Predix构，提供现场数据处理和分析功能，支Edge持离线操作和本地决策区块链技术在中的应用CIMS1区块链基本原理2供应链溯源3智能合约应用区块链是一种分布式账本技术，通过密区块链技术在供应链溯源中的应用是最智能合约是区块链上自动执行的程序，码学保证数据的不可篡改性和可追溯性广泛的场景之一通过记录产品从原材可用于自动化执行合同条款在制造业其核心特性包括去中心化（无需中央机料采购到制造、物流、销售的全过程数中，智能合约可用于供应商管理（自动构）、不可篡改（一旦记录难以更改）、据，实现产品全生命周期的透明化和可化支付和交付验证）、设备租赁（按使可追溯（所有交易可追溯）和智能合约追溯如沃尔玛使用区块链追踪食品供用量自动结算）、知识产权保护（自动（自动执行的程序）这些特性使其在应链，平台帮助追踪食执行许可费支付）等场景如航空制造IBM FoodTrust需要多方共同维护数据完整性的场景中品来源，大大提高了食品安全问题的追商空客使用智能合约管理复杂的供应链具有独特优势溯效率网络，自动化采购和付款流程技术在中的应用5G CIMS5G特性与优势工业互联网5G+工业应用案例是第五代移动通信技术，具有高速率工业互联网是新一代信息技术与制造业深度在工业领域已有多个成功案例如博世5G5G（最高）、低延迟（最低毫秒）、融合的产物，是其重要的连接基础在其工厂部署网络，实现的无线控20Gbps15G5G5G AGV高可靠（可靠性达）、大连接（每的大带宽特性支持工业现场的高清视频监控制和协同作业；三一重工使用远程控制

99.999%5G平方公里万连接）等特性这些特性使和远程指导；低延迟特性支持精密设备挖掘机，操作员可在千里之外精确操作设备；100AR特别适合工业场景，能够支持高清视频的远程控制和协同操作；网络切片技术支持海尔利用网络打造柔性生产线，实现生5G5G传输、精确实时控制和大规模物联网应用，不同业务的差异化服务保障，确保关键业务产设备的无线互联和数据实时传输，支持大解决传统工业无线网络的性能瓶颈的通信质量规模定制化生产人才培养CIMSCIMS专业知识体系跨学科人才培养是一门跨学科的综合性学科，其专培养人才需要跨学科教育模式可CIMSCIMS业知识体系包括制造技术（机械、材料、通过专业综合改革、开设交叉课程、组工艺等）、信息技术（计算机、网络、建跨学科教学团队等方式，打破传统学数据库等）、控制技术（自动控制、机科壁垒如设置机械计算机或自动化++器人等）、管理技术（运筹学、系统工管理的双学位项目，培养学生的跨学科程等）和集成技术（系统集成、标准化思维和综合解决问题的能力，适应CIMS等）这种多学科交叉的特点要求人才的需求特点CIMS人才具备广泛的知识背景产学研合作加强高校与企业、科研院所的合作，是培养应用型人才的有效途径可通过共建CIMS实验室、联合培养学生、开展项目合作等方式，将企业实际问题引入教学，让学生参与真实项目，提高实践能力和创新能力如与制造企业合作开展系统开发，让学生CIMS在实践中学习和应用知识CIMS未来发展趋势CIMS制造智能化随着人工智能技术的发展，将向更高程度的智能化发展未来的制造系统将具备感知、学习、推理和决策能力，能够自主适应环境变化、自主优化生产过程和自主CIMS解决问题人工智能技术将深入的各个环节，如智能设计、智能调度、智能质检和智能维护等，实现制造过程的高度智能化CIMS系统自主化将从人工干预为主向系统自主运行为主转变通过自主感知、自主分析、自主决策和自主执行，形成闭环自主系统系统能够自动发现异常、诊断原因、制定对策CIMS并实施纠正，大大减少人工干预这种自主系统将显著提高制造系统的可靠性、稳定性和效率生态协同化的边界将超越单个企业，形成产业生态协同体系通过产业互联网平台，实现设计资源、制造资源、服务资源的共享和协同，打破企业间的信息壁垒，形成开放、CIMS共享、协同的产业新生态这种生态协同模式将重塑制造业的组织形态和价值创造方式关键技术发展方向CIMS新一代信息技术与制造融合

2、区块链、边缘计算赋能制造5G人工智能与大数据融合1从数据中挖掘知识，实现制造智能跨领域集成与协同打破信息孤岛，实现全产业链协同3人工智能与大数据的融合是发展的重要方向通过收集制造全过程数据，利用机器学习、深度学习等人工智能技术进行分析和挖掘，发现隐藏的模式和规CIMS律，为制造决策提供支持如通过大数据分析预测设备故障，通过深度学习识别产品缺陷，通过强化学习优化生产调度，使制造系统具备更强的智能性和自适应性新一代信息技术与先进制造技术的深度融合将创造新的制造模式技术为工业物联网提供高速、可靠的连接；区块链技术保证供应链数据的可信和可追溯；5G边缘计算满足工业场景的实时性需求；量子计算解决复杂优化问题通过这些技术的融合应用，重塑制造系统的基础架构和运行模式，实现制造能力的全面提升课程总结与展望本课程系统介绍了的基本概念、系统结构和关键技术从等设计制造技术，到等管理技术，再到各种集成技术，构建了完CIMS CAD/CAM/CAE/CAPP MES/ERP/PDM/SCM整的知识体系通过对不同行业应用案例的分析，展示了在提高企业竞争力方面的重要作用CIMSCIMS展望未来，将向智能化、自主化和生态化方向发展人工智能、大数据、、区块链等新技术的应用，将为注入新的活力，创造新的价值作为学习者，建议CIMS5G CIMS在掌握基础理论的同时，关注新技术发展，加强实践能力培养，具备跨学科思维和创新精神，为未来参与智能制造建设做好准备不仅是一门技术，更是一种思维方CIMS式，它将引领制造业走向更加智能、高效和可持续的未来。