（清華大學(xué)自動(dòng)化系，北京 100084）  范玉順

1  引言
21世紀，世界的政治、經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)生了前所未有的巨大變化，形成了全球化的經(jīng)濟。信息技術(shù)對制造業(yè)產(chǎn)生了極其深刻的影響，使制造業(yè)的發(fā)展打上了明顯的信息化烙?。?BR>①  網(wǎng)絡(luò )技術(shù)促進(jìn)了全球化制造的發(fā)展，引發(fā)了制造業(yè)的重新分工和資源的重新配置。
②  信息技術(shù)促進(jìn)了敏捷制造的發(fā)展，形成了以虛擬制造和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟為特征的新型制造模式。
③  計算機技術(shù)促進(jìn)設計制造的數字化，大大縮短設計周期，降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本；生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化與自動(dòng)化大幅促進(jìn)企業(yè)效益的提高。
④  以互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)為主要特征的新經(jīng)濟的發(fā)展，加快了經(jīng)濟全球化進(jìn)程。
⑤  隨著(zhù)冷戰的結束，世界經(jīng)濟重組，金融、貿易、生產(chǎn)、科技的全球化已是大勢所趨。
圍繞著(zhù)以知識為基礎的創(chuàng )新能力競爭，一場(chǎng)以信息技術(shù)為特征的全球化的制造業(yè)革命正波瀾壯闊地展開(kāi)。在此環(huán)境下，以信息化為核心，以敏捷制造為代表的現代集成制造系統（Contemporary Integrated Manufacturing System，CIMS）技術(shù)不僅成為制造業(yè)不斷推出新產(chǎn)品，快速響應市場(chǎng)并贏(yíng)得競爭的主要手段，而且正深刻地改變著(zhù)制造業(yè)，信息時(shí)代制造業(yè)新的變革正在發(fā)生！
在當今全球化的經(jīng)濟競爭中，制造企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造技術(shù)和能力的提高是競爭的核心要素。CIMS技術(shù)推動(dòng)了國家的工業(yè)信息技術(shù)基礎設施發(fā)展，為跨國公司和全球化制造提供了支撐平臺；加速了產(chǎn)品創(chuàng )新開(kāi)發(fā)，支持了戰略性重大產(chǎn)品的制造，增強了制造業(yè)綜合競爭力；促進(jìn)了以知識產(chǎn)權為核心的制造業(yè)信息化應用軟件產(chǎn)業(yè)和咨詢(xún)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，確保了獨占性技術(shù)在國際競爭中的制高點(diǎn)。因此CIMS技術(shù)是提高企業(yè)核心競爭力的戰略和前沿技術(shù)，在世界制造業(yè)起著(zhù)制高點(diǎn)作用！
為了占領(lǐng)先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)的制高點(diǎn)，世界各國在研究、開(kāi)發(fā)與應用先進(jìn)制造技術(shù)時(shí)均十分重視發(fā)展制造系統集成技術(shù)，許多國家都提出了跨世紀戰略報告，例如：
  美國：《美國國家關(guān)鍵技術(shù)報告》（1995年）中將CIM支持軟件列為制造領(lǐng)域的重要子領(lǐng)域；《先進(jìn)制造技術(shù)計劃》（1992年）中有多個(gè)重大項目包含了系統集成技術(shù)。近幾年，該國又在實(shí)施一系列有關(guān)敏捷制造技術(shù)發(fā)展計劃，如由美國能源部發(fā)起的《敏捷制造使能技術(shù)（TEAM）研究戰略計劃》（1994年）、美國國防部的《敏捷制造與制造技術(shù)計劃》與《國家工業(yè)信息基礎設施協(xié)議NIIIP》計劃（1993年）等?！睹绹砹_斯虛擬企業(yè)網(wǎng)（RA-VEN）》（1997年）將美俄虛擬企業(yè)的建立與發(fā)展列為全球制造基礎框架一部分。政府、企業(yè)和民間合作實(shí)施的這些先進(jìn)制造計劃大大促進(jìn)了美國制造業(yè)的發(fā)展。
  歐洲：在歐共體的《尤里卡計劃（EUREKA）》和《信息技術(shù)研究發(fā)展戰略計劃（ESPRIT）》中，集成制造系統技術(shù)項目占有相當大的比例。歐盟為了提高制造企業(yè)的競爭力，又連續開(kāi)展了《第四屆框架研究計劃》和《第五屆框架研究計劃》（1998年）。德國的《制造2000計劃》（1995年）中的研究重點(diǎn)幾乎無(wú)一不是圍繞著(zhù)制造系統集成技術(shù)。這些計劃對歐共體國家的制造業(yè)發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。
  亞洲：日本的《智能制造系統（IMS）計劃》（1990年）、韓國的《高級先進(jìn)技術(shù)國家計劃》（G7計劃）（1991年）和《網(wǎng)絡(luò )化韓國21世紀》（1999年）計劃等均將制造系統集成技術(shù)列為重要研究?jì)热荨?BR>其中值得注意的是，制造網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在多個(gè)國家計劃項目都有體現。如：美國的CAMNet是在美國國防部資助下，由通用電器公司開(kāi)發(fā)的模具計算機輔助制造網(wǎng)，參加產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與制造的合作伙伴在網(wǎng)絡(luò )上協(xié)調工作，擺脫距離、時(shí)間、計算機平臺和工具的影響，可以在網(wǎng)上獲取重要的設計和制造信息；ICS是德國的一個(gè)有關(guān)網(wǎng)絡(luò )化制造典型項目，包括面向個(gè)別企業(yè)的解決方案和整個(gè)行業(yè)的解決方案兩部分；PRODNET II是歐洲有關(guān)虛擬企業(yè)的一個(gè)多個(gè)國家聯(lián)合研究項目，其目標是設計和開(kāi)發(fā)一個(gè)參考結構和一個(gè)開(kāi)放平臺來(lái)支持工業(yè)VE（主要是中小規模企業(yè)）的需求。在PRODNET II所提出的結構中，在潛在VE成員網(wǎng)絡(luò )上的每一個(gè)企業(yè)都被看作一個(gè)節點(diǎn)，每個(gè)節點(diǎn)都可能扮演材料供給者、制造商、商品或服務(wù)的最終用戶(hù)等角色。
2  CIMS技術(shù)的發(fā)展現狀與趨勢
國家863計劃CIMS主題在計算機集成制造系統的基礎上，通過(guò)15年的研究與應用實(shí)踐，并結合中國國情，提出了CIMS的概念是指“將信息技術(shù)、現代管理技術(shù)和制造技術(shù)相結合，按系統技術(shù)的理論與方法應用于企業(yè)產(chǎn)品全生命周期（從市場(chǎng)需求分析到最終報廢處理）的各個(gè)階段，通過(guò)信息集成、過(guò)程優(yōu)化及資源優(yōu)化，實(shí)現物流、信息流、價(jià)值流的集成和優(yōu)化運行，達到人（組織、管理）、經(jīng)營(yíng)和技術(shù)三要素的集成。以加強企業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的T（時(shí)間）、Q（質(zhì)量）、C（成本）、S（服務(wù)）、E（環(huán)境），從而提高企業(yè)的市場(chǎng)應變能力和競爭能力?！?BR>目前，CIMS技術(shù)已經(jīng)應用在國內外很多企業(yè)，成為制造企業(yè)帶動(dòng)制造業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力。例如：
  數字化飛機 美國波音公司在波音777的研制中，通過(guò)采用“虛擬設計制造”、“全生命周期設計制造PLM”、“并行工程CE”、“全球化的協(xié)作平臺EXSTAR”等技術(shù)，開(kāi)發(fā)周期從過(guò)去的8～9年縮短到四年半，縮短了40％以上，成本降低了25％，出錯返工率降低了75％，用戶(hù)滿(mǎn)意度也大幅度提高。
  數字化轎車(chē) 美國通用汽車(chē)公司利用“數字化設計制造”、“虛擬樣機”等技術(shù)，將轎車(chē)的開(kāi)發(fā)周期由原來(lái)的48個(gè)月縮短到了現在的24個(gè)月，碰撞試驗的次數由原來(lái)的100多次降到50次，另外 “全球采購和分銷(xiāo)”、“大規模定制”等新的生產(chǎn)模式也幫助它減少了10%的銷(xiāo)售成本。
  電子商務(wù) Cisco公司85%的交易在線(xiàn)完成，每天網(wǎng)上銷(xiāo)售5000萬(wàn)美元，電子商務(wù)使其銷(xiāo)售額增長(cháng)500%，而人員僅增加10%，交貨期由3周降為3天，顧客滿(mǎn)意度上升52%；Dell公司每天網(wǎng)上銷(xiāo)售4000萬(wàn)美元，Web收入超過(guò)50%；Intel公司每月網(wǎng)上交易10多億美元，占總收入的42%。據Jupiter公司統計和預測，B2B電子商務(wù)市場(chǎng)2000年是3360億美元，占世界交易總額3%，到2005年，將達到6.3萬(wàn)億美元，占世界交易總額42%。目前B2B電子商務(wù)將朝著(zhù)與企業(yè)信息化融合，面向動(dòng)態(tài)聯(lián)盟和虛擬企業(yè)協(xié)作的動(dòng)態(tài)企業(yè)電子商務(wù)系統方向發(fā)展，而XML、Web技術(shù)、基于中間件的EAI技術(shù)為電子商務(wù)的發(fā)展提供了強有力的支持。
此外，“虛擬企業(yè)”、“虛擬設計”、“虛擬制造”、“大規模定制”、“敏捷供應鏈”等技術(shù)也是CIMS研究和應用的熱點(diǎn)。
在面向用戶(hù)，面向產(chǎn)品的競爭和面向信息時(shí)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展戰略下，CIMS技術(shù)的發(fā)展趨勢可概括為：“集成化、數字化、智能化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò )化和綠色化”。
  集成化 CIMS已從當前的企業(yè)內部的信息集成和功能集成，發(fā)展到過(guò)程集成(以并行工程為代表)，并正在步入實(shí)現企業(yè)間集成的階段(以敏捷制造為代表)。
  數字化 基于全數字化產(chǎn)品模型和仿真技術(shù)的虛擬制造技術(shù)將制造業(yè)帶入了數字化時(shí)代。
  智能化 智能化是制造系統在柔性化和集成化基礎上進(jìn)一步的發(fā)展與延伸，它已從制造設備和單元加工過(guò)程智能化、工作站控制智能化發(fā)展到集成化智能制造系統和知識化制造。
  敏捷化 制造敏捷化是指制造企業(yè)通過(guò)組織動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、重組其企業(yè)過(guò)程以及在更廣泛范圍內集成制造資源，以對不斷變化的市場(chǎng)需求做出迅速響應。
  網(wǎng)絡(luò )化 隨著(zhù)“網(wǎng)絡(luò )全球化”、“市場(chǎng)全球化”、“競爭全球化”、“經(jīng)營(yíng)全球化”的出現，許多企業(yè)正積極采用“全球制造”和“網(wǎng)絡(luò )制造”的策略。制造網(wǎng)絡(luò )化體現在信息高速公路及集成基礎設施支持下的網(wǎng)絡(luò )制造系統。
  綠色化 綠色制造、環(huán)境意識的設計與制造、生態(tài)工廠(chǎng)、清潔化生產(chǎn)等概念是全球可持續發(fā)展戰略在制造業(yè)中的體現。綠色制造是一種綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現代制造模式。
3  863高技術(shù)計劃自動(dòng)化領(lǐng)域的CIMS技術(shù)主題
3.1  CIMS技術(shù)主題的戰略目標
作為國家制造業(yè)信息化重大專(zhuān)項、先進(jìn)制造與自動(dòng)化領(lǐng)域的重要組成部分，CIMS技術(shù)主題的總體戰略目標是：根據“有所為、有所不為”的原則，采用系統發(fā)展模式，從我國國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的需求出發(fā)，突破一批對提高我國制造業(yè)綜合競爭能力具有重要意義的戰略性、前沿性和前瞻性的CIMS技術(shù)，開(kāi)發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的CIMS和技術(shù)，力爭在具有相對優(yōu)勢的技術(shù)領(lǐng)域實(shí)現突破和跨越，達到國際先進(jìn)水平，形成我國CIMS理論方法與技術(shù)體系；以若干重大行業(yè)和典型區域的集成應用為突破口，用CIMS技術(shù)提升傳統產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)我國制造業(yè)的創(chuàng )新與跨越，加快以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的進(jìn)程，增強國際競爭力；促進(jìn)形成我國的CIMS技術(shù)產(chǎn)業(yè)及服務(wù)業(yè)，打破國外的壟斷地位，并形成較大的市場(chǎng)規模和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢；建設一批研究開(kāi)發(fā)基地，形成一套激勵創(chuàng )新、持續創(chuàng )新的體系，培養一批從事CIMS技術(shù)研究開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高級人才。
這里系統發(fā)展模式指：
(1)  整體化綜合治理方式 針對我國當前制造業(yè)的跨越發(fā)展和制造業(yè)信息化問(wèn)題，采用多學(xué)科、多領(lǐng)域集成的系統解決方式，將設計制造技術(shù)、過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)、管理技術(shù)、電子商務(wù)技術(shù)、系統集成與優(yōu)化技術(shù)等結合在一起，全方位整體考慮和綜合解決制造業(yè)信息化的關(guān)鍵問(wèn)題，走出一條具有中國特色的以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的成功道路。
(2)  分形化技術(shù)集成方式 在CIMS技術(shù)發(fā)展中，強調基于分形的多層次系統集成。由系統技術(shù)帶動(dòng)各單元技術(shù)的集成，而各單元技術(shù)系統內也逐層集成，自成體系，即由小系統集成為大系統，由集成化的單元技術(shù)系統構成CIMS總體系統。在部署主題的創(chuàng )新研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項目時(shí)，應當注意按此集成關(guān)系處理好項目間的集成與結合關(guān)系，成體系地創(chuàng )新發(fā)展我國CIMS理論方法與技術(shù)。
(3)  集成化系統應用方式 在技術(shù)應用方面，以發(fā)展CIMS軟件產(chǎn)品與集成工具集和開(kāi)展重大應用示范為主線(xiàn)。將CIMS技術(shù)和軟件系統地應用于我國制造業(yè)，注意企業(yè)設計/生產(chǎn)制造/管理/后勤的局部集成與企業(yè)內外部整體集成的結合、單元技術(shù)應用與系統集成應用的結合、單一企業(yè)應用與行業(yè)性或區域性應用的結合、制造業(yè)應用與流通領(lǐng)域應用的結合，用CIMS集成方法與整體解決技術(shù)方案來(lái)解決制造業(yè)信息化應用問(wèn)題。
(4)  系統化產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式 在技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面，依靠具有自主知識產(chǎn)權的CIMS系列軟件產(chǎn)品及工具集，系統地促進(jìn)我國的CIMS應用軟件業(yè)和新興技術(shù)服務(wù)業(yè)的發(fā)展。其中，包括系列化應用軟件產(chǎn)品與專(zhuān)業(yè)化軟件公司的培育、CIMS技術(shù)服務(wù)“人件”與系統集成咨詢(xún)公司的培育、制造業(yè)信息化用戶(hù)與市場(chǎng)的培育，協(xié)同發(fā)展我國CIMS相關(guān)軟件產(chǎn)業(yè)與技術(shù)服務(wù)業(yè)。
(5)  協(xié)同化組織實(shí)施方式 在各類(lèi)項目實(shí)施以及項目間的協(xié)調過(guò)程中，注意將CIMS關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、軟件產(chǎn)品及工具集開(kāi)發(fā)與企業(yè)應用緊密結合，配套組織項目及實(shí)施單位，相互促進(jìn)，協(xié)同發(fā)展。
863主題的“十五”重點(diǎn)研究、開(kāi)發(fā)與應用目標是：研發(fā)基于三維產(chǎn)品模型的C4P系統、流程工業(yè)綜合自動(dòng)化的ERP（企業(yè)資源計劃）/MES(過(guò)程執行系統)/PCS（過(guò)程控制系統）、基于先進(jìn)中國管理模式的ERP/SCM/CRM/eB系統、支持整體解決方案的PLM系統與制造網(wǎng)絡(luò )平臺等系統;  開(kāi)發(fā)并提供應用軟件、系統集成平臺和制造網(wǎng)絡(luò )系統是全面提升企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng )新、管理創(chuàng )新、市場(chǎng)能力等國際競爭力的關(guān)鍵；結合國家重點(diǎn)行業(yè)和典型區域的戰略需求，實(shí)施10項左右具有帶動(dòng)意義的重點(diǎn)行業(yè)CIMS和典型區域制造網(wǎng)絡(luò )系統，形成支持制造業(yè)信息化工程實(shí)施服務(wù)和制造企業(yè)群體制造協(xié)同的制造網(wǎng)絡(luò )系統，取得顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，提高了我國重要制造業(yè)的國際競爭能力；通過(guò)將主題研究開(kāi)發(fā)成果在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的系統集成和重大集成應用，促進(jìn)形成制造業(yè)信息化實(shí)施的軟件產(chǎn)業(yè)。
通過(guò)“十五”863計劃CIMS技術(shù)主題和制造業(yè)信息化工程的研究開(kāi)發(fā)和應用實(shí)施，初步形成支持制造業(yè)信息化工程實(shí)施服務(wù)和制造企業(yè)群體制造協(xié)同的多模式、分層次、不同形態(tài)的制造網(wǎng)絡(luò )系統，為最終構成國家制造網(wǎng)絡(luò )系統奠定堅實(shí)的基礎。
3.2  主要研究?jì)热菖c關(guān)鍵技術(shù)
 

圖1  CIMS結構圖

CIMS技術(shù)主題研究?jì)热莸脑O立思路為以集成應用帶動(dòng)系統研發(fā)，以系統研發(fā)帶動(dòng)技術(shù)突破，以原始創(chuàng )新促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，以重大應用和軟件產(chǎn)業(yè)化工程促進(jìn)制造業(yè)信息化高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展。
本主題的主要研究開(kāi)發(fā)內容包括：數字化設計與制造系統、過(guò)程自動(dòng)化系統、企業(yè)管理與電子商務(wù)系統、CIMS平臺、制造網(wǎng)絡(luò )系統以及多個(gè)重點(diǎn)行業(yè)CIMS、典型區域制造網(wǎng)絡(luò )系統的應用。圖1為本主題的CIMS體系結構。
本主題的主要研究?jì)热轂椋?BR>(1)  數字化設計與制造系統
主要研究開(kāi)發(fā)數字化設計制造系統（C4P）和重大典型應用系統。數字化設計制造系統包括以產(chǎn)品3D數字化模型為主要特征的產(chǎn)品結構分析、工藝設計、數控編程（CAx）、產(chǎn)品數據和過(guò)程管理（PDM）、面向過(guò)程的優(yōu)化設計軟件工具（DFx）等軟件包。重大典型應用系統主要面向重大產(chǎn)品虛擬樣機、網(wǎng)絡(luò )化制造和制造業(yè)信息化中的共性關(guān)鍵技術(shù)，包括基于KBE的系統功能仿真、產(chǎn)品虛擬實(shí)驗的虛擬樣機技術(shù)、制造過(guò)程仿真與優(yōu)化的虛擬制造技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下產(chǎn)品協(xié)同設計與制造準備等共性關(guān)鍵技術(shù)和高級應用軟件系統。
(2)  過(guò)程自動(dòng)化系統
主要研究開(kāi)發(fā)生產(chǎn)MES、PCS和基于以太網(wǎng)技術(shù)的現場(chǎng)控制系統。其中，MES主要包括先進(jìn)計劃與調度、先進(jìn)建模技術(shù)與流程模擬、故障診斷與設備健康維護以及過(guò)程優(yōu)化與價(jià)值鏈分析等；PCS主要內容包括先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件工具、實(shí)時(shí)數據庫與監控軟件以及基于以太網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的現場(chǎng)設備、標準和控制系統等。
(3)  企業(yè)管理與電子商務(wù)系統
主要研究開(kāi)發(fā)支持企業(yè)現代管理與電子商務(wù)的基于主動(dòng)成本控制/成本經(jīng)營(yíng)模式的中國式動(dòng)態(tài)可重構CERP系統和支持企業(yè)內外部集成的基于XML的企業(yè)信息化集成平臺，并開(kāi)發(fā)面向供應鏈管理的企業(yè)應用系統、面向企業(yè)客戶(hù)關(guān)系管理的企業(yè)應用系統、面向電子商務(wù)的企業(yè)過(guò)程重組的過(guò)程建模仿真與優(yōu)化軟件構件、面向產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量管理構件、商務(wù)智能和群體決策支持構件以及相關(guān)重點(diǎn)行業(yè)和典型區域應用等。
(4)  CIMS平臺
主要研究?jì)热莅嫦蛐纬尚袠I(yè)整體解決方案，開(kāi)展企業(yè)建模與診斷、過(guò)程管理與知識管理、集成平臺等共性與支撐技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)形成支持CIMS整體解決方案的產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）系統，在我國若干個(gè)重點(diǎn)行業(yè)進(jìn)行CIMS重大集成應用，促進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構調整、產(chǎn)品創(chuàng )新和管理機制創(chuàng )新，從總體上提高我國企業(yè)的制造水平和能力，增強綜合國力和行業(yè)的國際競爭力。開(kāi)發(fā)形成支持制造協(xié)同、資源共享、網(wǎng)絡(luò )化集成服務(wù)的制造網(wǎng)絡(luò )系統，實(shí)現全國制造企業(yè)協(xié)作，為全國制造業(yè)信息化工程提供使能平臺，使所有能夠上網(wǎng)的CIMS技術(shù)、軟件系統、制造資源都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行集成和應用，形成區域異地協(xié)同設計的制造網(wǎng)絡(luò )系統、區域動(dòng)態(tài)聯(lián)盟與企業(yè)協(xié)同管理的制造網(wǎng)絡(luò )系統、區域和區域間資源共享和協(xié)作應用的制造網(wǎng)絡(luò )系統、區域制造業(yè)全球采購和產(chǎn)品銷(xiāo)售制造網(wǎng)絡(luò )系統、現代物流配送的制造網(wǎng)絡(luò )系統以及基于A(yíng)SP的網(wǎng)絡(luò )化制造服務(wù)系統等，實(shí)現區域內和區域間的資源共享，提高區域制造業(yè)創(chuàng )新能力，發(fā)揮區域制造業(yè)群體優(yōu)勢，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的形成，從而提高整個(gè)制造群體的競爭能力。圖2給出了制造網(wǎng)絡(luò )系統的系統體系結構圖。

 圖2  制造網(wǎng)絡(luò )系統的系統體系結構

4  取得的研究和應用成果
制造業(yè)信息化是我國經(jīng)濟發(fā)展的戰略重點(diǎn)，近十多年來(lái)，我國對制造系統集成技術(shù)給予了充分重視并進(jìn)行了大量研究開(kāi)發(fā)與應用。自1986年以來(lái)，在863計劃的支持下，在發(fā)展CIMS技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)與應用方面取得了大量的研究成果和成功實(shí)施CIMS應用示范工程的經(jīng)驗。其中主要研究與應用成果體現在以下幾個(gè)方面：
(1)  圍繞著(zhù)CIMS的相關(guān)單元技術(shù)、系統集成與優(yōu)化技術(shù)，攻克了從產(chǎn)品設計、制造到生產(chǎn)管理、企業(yè)經(jīng)營(yíng)的異構環(huán)境下的信息集成技術(shù)；研制出了基于軟總線(xiàn)的CIMS集成平臺/框架系統；突破了產(chǎn)品實(shí)現過(guò)程集成的并行工程關(guān)鍵技術(shù)，許多研究成果達到了國際先進(jìn)水平。
(2)  開(kāi)發(fā)出了一批有市場(chǎng)競爭能力的目標產(chǎn)品，形成包括MRPII/ ERP、CAD、CAPP、PDM、RPM、數控、數據庫管理系統、集成平臺/框架、流程行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程先進(jìn)控制系統等10個(gè)CIMS產(chǎn)品系列，重大目標產(chǎn)品已占國內市場(chǎng)的5%～10%，登記版權的軟件產(chǎn)品34個(gè)，為促進(jìn)形成中國的CIMS產(chǎn)業(yè)打下良好基礎。
(3)  在全國20多個(gè)省市、10多個(gè)行業(yè)的不同規模、運行機制、生產(chǎn)模式的企業(yè)中成功實(shí)施200多個(gè)CIMS應用示范工程，有60%的國家重點(diǎn)企業(yè)已經(jīng)不同程度地建立了企業(yè)信息管理系統；有1萬(wàn)多家企業(yè)通過(guò)CAD應用工程甩掉了圖板，產(chǎn)品的設計制造周期縮短30%以上，間接或直接取得經(jīng)濟效益達100多億元，這些企業(yè)的市場(chǎng)競爭力明顯增強。更重要的是，用CAD、CIMS技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)和提高企業(yè)市場(chǎng)競爭力的作用已被國內大多數企業(yè)所認識，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始自覺(jué)地應用CIMS技術(shù)實(shí)現企業(yè)技術(shù)升級。
(4)  我國在流程工業(yè)綜合自動(dòng)化領(lǐng)域經(jīng)過(guò)多年特別是在“九五”計劃期間的研究和攻關(guān)，已積累了大量的科研成果，產(chǎn)生了大批具有產(chǎn)業(yè)化前景的高技術(shù)成果和產(chǎn)品，如集散控制系統（DCS）、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、先進(jìn)控制軟件、實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件、過(guò)程管理與優(yōu)化軟件、企業(yè)管理和生產(chǎn)調度系統軟件等，已大大縮短了與國際先進(jìn)水平的差距，其中，DCS在國內市場(chǎng)占有率已由過(guò)去完全被國外先進(jìn)產(chǎn)品所壟斷到目前達到35％以上。部分成果達到國際先進(jìn)水平，并廣泛應用于國內眾多石化、化工、醫藥、冶金、建材、輕工等企業(yè)，產(chǎn)生了巨大的企業(yè)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
(5)  在網(wǎng)絡(luò )化制造方面開(kāi)展了深入的研究與應用，為進(jìn)一步開(kāi)展網(wǎng)絡(luò )化制造工程積累了寶貴的經(jīng)驗。
值得一提的是，我國在總結自己的CIMS研究、開(kāi)發(fā)與應用的基礎上，提出了“CIMS”的新概念及其技術(shù)方法體系，在國際上占據了一席之地，為制造業(yè)系統集成技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展指明了發(fā)展方向。這些成績(jì)?yōu)椤笆濉逼陂g進(jìn)一步發(fā)展CIMS技術(shù)打下了良好的基礎。
5  廣闊的發(fā)展前景
5.1  用CIM技術(shù)改造傳統制造業(yè)有著(zhù)廣闊的前景
經(jīng)濟全球化和信息化使制造業(yè)競爭環(huán)境、發(fā)展模式及運行效率與規模等發(fā)生了深刻變化。對于中國企業(yè)，加入WTO后，將面臨全球范圍內的競爭和挑戰。眾所周知制造企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造技術(shù)和能力的提高是競爭的核心要素，因此用高新技術(shù)，特別是信息技術(shù)改造我國傳統產(chǎn)業(yè)有廣闊的發(fā)展前景。近期啟動(dòng)的國家科技部重大專(zhuān)項“制造業(yè)信息化工程”為用信息化提升和改造傳統產(chǎn)業(yè)指明了努力的方向。制造業(yè)的信息化包括：以CAD為代表的設計信息化（數字化設計）、以NC、PCS為代表的制造信息化（數字化制造）、以ERP為代表的管理信息化（數字化管理）、以OA為代表的辦公管理信息化（數字化辦公）、以CIMS為代表的企業(yè)信息化（數字化企業(yè)）、以eB為代表的企業(yè)間協(xié)同信息化（數字化商務(wù)）。由此可見(jiàn)， CIMS技術(shù)是制造業(yè)信息化的高級階段，用CIMS技術(shù)改造傳統制造業(yè)有著(zhù)廣闊的前景：
(1)  數字化設計與制造系統技術(shù) 如基于3D數字化模型的產(chǎn)品設計、結構分析、工藝設計、數控編程、產(chǎn)品數據和過(guò)程管理管理技術(shù)等，將提高生產(chǎn)設備的數字化程度，不僅大幅度提高企業(yè)的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造水平，增強企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng )新和技術(shù)創(chuàng )新能力，而且將大大提高原材料向產(chǎn)品轉化的效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量、交貨期、成本等主要競爭要素。
(2)  過(guò)程自動(dòng)化系統 是提高流程工業(yè)企業(yè)效益的關(guān)鍵。流程工業(yè)過(guò)程優(yōu)化與執行系統、過(guò)程控制軟件及新一代現場(chǎng)控制系統的研發(fā)與應用將直接決定我國過(guò)程工業(yè)參與國際競爭的能力。我國流程工業(yè)總體勞動(dòng)生產(chǎn)率只及國外先進(jìn)水平的20%～30％，因此“十五”期間將會(huì )大量應用高端先進(jìn)控制技術(shù)、過(guò)程優(yōu)化與執行系統軟件等。
(3)  企業(yè)管理與電子商務(wù)系統 如ERP、CRM、SCM等，將幫助企業(yè)優(yōu)化配置各類(lèi)制造資源，實(shí)現集約化運行，并且提高與其它企業(yè)的合作能力；又如電子商務(wù)平臺系統將成為企業(yè)開(kāi)拓市場(chǎng)的有效手段。在網(wǎng)絡(luò )上尋找客戶(hù)、供應商和分銷(xiāo)商，完成原材料采購、產(chǎn)品銷(xiāo)售和交易結算將成為越來(lái)越多的國內企業(yè)開(kāi)拓市場(chǎng)和開(kāi)展商務(wù)的主要方式。
(4)  支持整體解決方案的PLM系統平臺和區域制造網(wǎng)絡(luò )系統 將集成企業(yè)系統的各個(gè)應用，幫助企業(yè)實(shí)現產(chǎn)品全生命周期內各階段功能活動(dòng)和資源的動(dòng)態(tài)集成，支持企業(yè)內部與企業(yè)之間的協(xié)作。企業(yè)內部軟/硬件資源的集成與優(yōu)化運行、建立企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟和企業(yè)間協(xié)作網(wǎng)絡(luò )都對PLM和制造網(wǎng)絡(luò )平臺提出了強烈的技術(shù)需求。
而基于以上幾個(gè)軟件系統的CIMS技術(shù)在重點(diǎn)行業(yè)和典型區域的重大集成應用將對我國制造業(yè)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用：
①  航空、航天、家電、信息、石化、冶金、船舶、汽車(chē)、重大裝備、模具等重點(diǎn)行業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱。重點(diǎn)行業(yè)CIMS的實(shí)施，將依靠數字化設計與制造、過(guò)程自動(dòng)化、企業(yè)管理與電子商務(wù)、CIMS技術(shù)、工具和集成平臺等技術(shù)，形成一套支持重點(diǎn)行業(yè)信息化的整體解決方案，促進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構調整、產(chǎn)品創(chuàng )新和管理機制創(chuàng )新，從總體上提高我國企業(yè)的制造水平和能力，增強綜合國力和行業(yè)的國際競爭力。
②  我國區域制造業(yè)存在小而全、資源重復分散、缺乏群體與規模優(yōu)勢、協(xié)作能力差、區域國際競爭力不強等問(wèn)題。根據區域制造業(yè)的特點(diǎn)和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，CIMS主題將一方面在其平臺等系統開(kāi)發(fā)的基礎上，選擇若干典型區域，結合區域特色，開(kāi)發(fā)區域設計制造的資源庫、知識庫和相關(guān)的應用工具及構件等，形成區域異地協(xié)同設計制造應用系統、區域動(dòng)態(tài)聯(lián)盟與企業(yè)協(xié)同管理應用系統、區域和區域間資源共享和協(xié)作應用系統、區域制造業(yè)全球采購和產(chǎn)品銷(xiāo)售應用系統、現代物流配送應用系統以及基于A(yíng)SP的網(wǎng)絡(luò )化制造服務(wù)系統等；另一方面結合典型區域進(jìn)行CIMS的集成應用，實(shí)現區域內和區域間的資源共享，提高區域制造業(yè)創(chuàng )新能力，發(fā)揮區域制造業(yè)群體優(yōu)勢，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的形成。從而促進(jìn)區域制造業(yè)資源空間配置效率的提高、促進(jìn)區域間制造業(yè)的聯(lián)合與協(xié)作、促進(jìn)具有競爭優(yōu)勢的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)群的形成，提高區域國際競爭能力，同時(shí)促進(jìn)制造業(yè)信息化軟件產(chǎn)業(yè)和咨詢(xún)服務(wù)業(yè)發(fā)展。
總之，用CIMS技術(shù)改造中國傳統制造業(yè)有著(zhù)廣闊的前景。在總體發(fā)展戰略和系統發(fā)展模式的指導下，以五個(gè)專(zhuān)題為核心，通過(guò)競爭驅動(dòng)、系統發(fā)展、信息帶動(dòng)、升級跨越，我們必將能夠用CIMS技術(shù)帶動(dòng)制造業(yè)信息化，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，最終實(shí)現制造業(yè)的信息化、工業(yè)化，從而增強綜合國力和制造業(yè)企業(yè)的國際競爭力。
5.2  CIMS對復雜制造系統的求解框架
CIMS為復雜制造系統求解提供了一個(gè)基本框架――多層面的綜合集成及綜合管（理）控（制），如圖3所示。

圖3  復雜制造系統的解決方案框架圖

其中管理層、方法論層、實(shí)現技術(shù)層、數學(xué)等理論工具層面分別是從宏觀(guān)層面、技術(shù)的宏觀(guān)層面和微觀(guān)層面提出的。
管理層主要是指先進(jìn)的管理理念，如集成制造、（推式）計劃的生產(chǎn)組織、精良生產(chǎn)與“拉式”生產(chǎn)組織、經(jīng)營(yíng)過(guò)程重組、協(xié)作生產(chǎn)的組織模式。這些理念與計劃經(jīng)濟的生產(chǎn)模式和管理方法是對立的。
方法論層主要是體系結構的概念（系統結構）、開(kāi)放系統的概念標準化。企業(yè)建模的方法論包括如功能模型、信息模型、決策模型、組織模型、資源模型、動(dòng)態(tài)模型等。方法論不在數學(xué)層次解決問(wèn)題，重要的在于將問(wèn)題納入一個(gè)正確的方向。多數情況下，方法論主要還在定性階段。
實(shí)現技術(shù)層主要用于解決如何建立一個(gè)現代化的制造企業(yè)。CIMS的“現代”是指：數字化、網(wǎng)絡(luò )化、虛擬化、智能化、綠色化與集成化?！傲笔恰艾F代”的主要技術(shù)特征。實(shí)現技術(shù)主要包括：基礎信息化、信息集成、并行工程(過(guò)程的重建和優(yōu)化)、虛擬制造和敏捷制造。
5.3  CIMS應用實(shí)施中值得注意的問(wèn)題
CIMS技術(shù)作為863高技術(shù)計劃自動(dòng)化領(lǐng)域的主要研究目標是開(kāi)發(fā)提高制造業(yè)企業(yè)競爭力的戰略和前沿技術(shù)，10多年以來(lái)在企業(yè)應用中取得了顯著(zhù)的成果，有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景。如何用CIMS 技術(shù)實(shí)現制造業(yè)的跨越發(fā)展？在研究和實(shí)施CIMS時(shí)需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1)  我國企業(yè)面臨嚴峻形勢 系統觀(guān)點(diǎn)，即“綜合治理”和“系統發(fā)展模式”，是觀(guān)察、分析和提高企業(yè)競爭力的有效方法。制造業(yè)的競爭力問(wèn)題是個(gè)綜合性問(wèn)題，各種有效的辦法一起上，不能分散的各行其是。
(2)  我國企業(yè)競爭力的提高既要借鑒發(fā)達國家的經(jīng)驗，更應該結合國情和廠(chǎng)情 企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的瓶頸分析必須做好。
(3)  在CIMS的需求分析與實(shí)施過(guò)程中，加強理論和方法上的指導，充分重視對實(shí)施過(guò)程的管理 如充分利用企業(yè)建模、診斷技術(shù)和工具，對企業(yè)的現有業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模與分析，并對BPR方案進(jìn)行仿真優(yōu)化，為企業(yè)管理層的決策提供科學(xué)的依據。
(4)  對我國多數企業(yè) 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力弱，管理粗放是主要問(wèn)題。因此宜于采用旨在提高產(chǎn)品設計能力和現代管理的各種技術(shù)，車(chē)間層宜“適度自動(dòng)化”。提倡針對企業(yè)的實(shí)際需求和關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題，有選擇地應用CAD/CAM、PDM、CE、VM、MRPⅡ、ERP、BPR、AM等先進(jìn)技術(shù)。從整體上說(shuō)，應用CIMS技術(shù)是實(shí)現我國傳統產(chǎn)業(yè)工業(yè)化與信息化相結合的良好切入點(diǎn)，也是實(shí)現信息化帶動(dòng)工業(yè)化的一條有效途徑。
(5)  要轉變觀(guān)念 科技界要從國民經(jīng)濟、國家安全的急需去尋找思路，克服計劃經(jīng)濟的影響。從技術(shù)到技術(shù)，解決不好我國制造業(yè)的生存和發(fā)展問(wèn)題。領(lǐng)導部門(mén)和企業(yè)界也要擺脫計劃經(jīng)濟模式的影響，要從現代化管理和高技術(shù)中尋找企業(yè)生存發(fā)展的道路。十多年863計劃的實(shí)踐，我們在技術(shù)與經(jīng)濟的結合中學(xué)到并實(shí)踐了幾條最主要的認識，這是觀(guān)念上的重大進(jìn)步：基于國情――我國企業(yè)的瓶頸分析使我們走了一條與美國既有相同之處又有許多不同的創(chuàng )新之路；樹(shù)立“企業(yè)說(shuō)好，才是真好”的應用技術(shù)評價(jià)標準；以企業(yè)效益、企業(yè)競爭力作為技術(shù)實(shí)施的最終目標。
(6)  要避免不問(wèn)市場(chǎng) 單純提高裝備及工藝能力，花巨資引進(jìn)，導致技改“早改早死，晚改晚死，不改等死”――傳統的技改觀(guān)念造成的對技術(shù)進(jìn)步的誤解；避免“小而全”、“大而全”的生產(chǎn)模式，“肥水不流外人田”；避免只依靠基于“廉價(jià)勞動(dòng)力和批量生產(chǎn)”的價(jià)格戰，而不依靠產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及科技進(jìn)步；避免制造學(xué)科中部分存在的與經(jīng)濟建設脫節，狹隘的門(mén)戶(hù)觀(guān)念以及保守性，妨礙了學(xué)科和技術(shù)的滲透、集成。
(7)  加強產(chǎn)學(xué)研的結合 充分發(fā)揮集成與協(xié)作的優(yōu)勢是符合我國當前現狀的有效方法，也是提高企業(yè)CIMS實(shí)施的成功率和效益的可行方法。