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

 　　計算機集成制造系統CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)自1979年起在全世界范圍內掀起了空前的研究浪潮[1]，30年來計算機網絡迅速發展成為全球性的互聯網，并向具有高度集成能力的網格(Great Grand Grid)邁進[2]，分布式數據庫技術日新月異、數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，同時又被龐雜的網絡種類、浩如煙海的自動化設備和千差萬別的計算機設計及管理信息系統蒙住了眼睛。本文將從哲學的角度深入分析CIMS制造單元的構造和相互作用，目的是將復雜問題簡單化，為大多數人所熟知和掌握，有利于企業進行大面積的推廣。
    計算機是實現CIMS必不可少的工具，集成是關鍵、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，統一稱為制造單元ME(Manufacturing Entity)。本文將從哲學抽象的視角分析它們的內部構造和相互作用，發現其共同部分，為明晰、闡明CIMS的定義和集成框架設計做好鋪墊。
1 CIMS制造單元
1.1 中小型ERP管理信息系統MICROSS的結構剖析
    MICROSS是英國管理軟件公司開發的中小型生產調度和物料需求計劃管理信息系統，可以運行在局域網上或單臺PC機上，適合1 000人以下的中小型企業。
    從表1 MICROSS的“生產調度決策子系統”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內部。(2)決策功能(生產調度運算和物料需求計劃運算)。表示生產決策能力，兩者連成一體，生產信息錄入后，生產調度和物料需求計劃運算決策系統可以從內部使用這些信息。從信息處理的角度來看，生產調度決策程序(無論是基于常規算法，還是應用人工智能)都可以被看成信息處理。在本文中，生產調度決策系統使用的信息：機器設備、人力資源、訂單、工作流程和加工狀態反饋，經過運算后生成工作清單信息。

    因此，MICROSS“生產調度決策子系統”可以被認為是由“信息處理子系統”(生產調度)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”，依然由“信息處理子系統”(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計算機輔助產品設計系統
    CAD是人機交互進行產品設計系統，設計者與CAD軟件共同決策設計產品。在設計過程中，CAD經常需要與CAPP工藝設計系統進行多次信息交換才能完成產品設計。產品設計生成的信息主要有產品的幾何拓撲信息、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系統也都可以被看成由1個或多個“信息處理子系統”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
1.3 CAPP計算機輔助工藝設計系統
    CAPP計算機輔助工藝設計系統是根據產品設計要求和現有的資源快捷地設計出經濟的工藝流程。在產品設計過程中，當零件初次完成設計后，產品設計信息要傳給CAPP系統，工藝人員要借助CAPP系統首先對零件進行工藝性檢查，如果不合格，則返回CAD系統進行重新設計[3]。CAPP還要使用到機器設備和人員工時信息，才能設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系統也都可以被看成由1個或多個“信息處理子系統”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
1.4 數控設備和機器人
    在車間層面，現代機器：數控機床(NC和CNC)、機器人(Robot)和可編程控制器(PLC)都是由機電操縱系統和至少1臺用于控制的計算機組成。現代機器完成加工的過程，實際上是改變現實狀態的過程，例如：工件被機器人從空間的一點移到另外一點、工件被數控的鉆床鉆孔，這些現實世界的狀態的變化是由機器控制器的程序運行來驅動的，狀態的變化由信息來表達，這些被執行的程序經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臺現代機器和橋梁的上游計算機系統作為1個整體也都可以被看成由1個或多個“信息處理子系統”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
1.5 自動質量檢測設備
    自動質量檢測設備(Automatic Testing Equipment)可以看成一種特殊的數控設備，大多數情況下只是檢測加工的尺寸、精度等數據，有時也改變現實的狀態，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臺現代自動質量檢測設備和橋梁的上游計算機系統作為1個整體也都可以被看成由一個或多個“信息處理子系統”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個現代制造單元可以看成由1個或多個“信息處理子系統”(決策或改變現實狀態)和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。
2 制造單元的交互分析
    從系統集成的角度來看，可以用更通用的術語“應用程序”來涵蓋“信息處理子系統”(無論是決策，還是改變現實狀態)。所有的應用程序都用信息交換相互作用。為了達到CIMS系統集成，1個企業可以被看成由多個應用程序和多個信息倉庫組成，如圖1所示。

    任何企業的生產過程可以被看成由一系列離散和并發的數字信息改變現實狀態的過程。CIMS集成制造單元就是將各種各樣的應用程序和信息倉庫集成起來。
    在人工集成的環境下，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集成工具的功能要求。
    通過仔細檢查制造單元的應用程序：市場預測、設計、管理和控制，得知它們之間的執行是有先后次序限制的。市場預測通常首先進行，產品設計緊跟其后，然后接受客戶訂單。在產品設計過程中，加工工藝流程設計同步進行，當主生產規劃和工藝設計完成后，物料需求計劃(MRP)可以開始執行，隨后運行生產調度系統。然而，在辦公室環境下，決策順序實時性通常并非要求很高，而且往往是同步進行的。
    在辦公室環境下，1個生產調度系統操作員的操作流程可以用來說明在人工集成的環境下，操作員所承擔的職責，步驟如下：
    (1)從CAD系統收集工件構成清單(Bill of Material)；
    (2)從CAPP系統收集加工工藝信息；
    (3)從車間收集在途加工狀態(Work-in-Process)信息；
    (4)從物料需求計劃系統收集加工訂單信息；
    (5)用以上所收集的信息更新生產調度信息倉庫；
    (6)運行生產調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)已經完成，可供生產。
    步驟(1)～(5)與收集信息有關，步驟(6)執行應用程序生產調度，步驟(7)為車間使用提供生產任務信息。
    在車間層面，操作執行順序比辦公室環境下的操作執行順序更加嚴格且實時性要求也很高。
舉例如下：假設有3臺計算機控制的設備：(1)數控鉆床；(2)數控傳送帶；(3)插件機器人。分別由3個操作員負責操作，假設1塊PCB板已經固定在數控鉆床上，這3個操作員可以按如下方式合作：
    (1)數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行插件程序。
    辦公環境下的操作員職責與車間層面的操作員的職責略有不同。辦公環境下的操作員主要在制造單元之間傳送大量信息，設計和決策實時性并非要求很強，執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行機器控制程序，并在機器設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常快。
    企業各級制造單元的操作員職責：
    (1)從相關的ME收集做決策或控制機器所需要的有用信息，更新相關的信息倉庫中儲存的信息。
    (2)按照符合邏輯的次序執行應用程序(設計、管理和控制等)。
    需要重視的是：并發操作可能產生，必須有一套機制將并發操作按先后順序執行。
3 CIMS的定義
    分析了現代制造單元、它們之間的交互作用以及在人工環境下操作員的職責，從集成的角度來看，CIMS系統可以定義為：系統內所有應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柔性和效率。與其他CIMS的定義相比，此定義著重強調了自動化的兩方面的要求：
    (1)應用程序之間通過信息倉庫進行信息交換；
    (2)應用程序之間的配合。
    本文通過剖析人工環境下制造單元的構造極其相互作用，從信息處理的角度分析，企業ME由1個或多個“信息處理子系統”和1個緊密相連的“信息倉庫”組成。并確定了系統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.網格研究現狀及其在制造業中的應用[J].計算機集成制造系統，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，2008(5)：912-917.