CIM系统设计中的关键问题
王成恩
近10年来，制造概念和制造策略发生了很大的变化并不断地迅猛发展。现在，我们时常会耳闻，现代工业已经进入到后大批量生产时期，各个企业必须根据特定用户定单的多种需求进行产品的生产。企业在持续不断变化着的生产环境中展开竞争，要应付比以往任何时候都多的困难。不可预测的湍动变化给制造企业生存和发展构成了严重的挑战。于是，人们付出了巨大的努力，进行研究和开发高效制造技术和制造方法。因此，出现了很多制造策略，包括FMS（柔性制造系统）、CIM（计算机集成制造）、并行工程、精良制造、智能制造、敏捷制造等等。
因为与发达国家面临着同样的市场经济中各种各样的问题，我国也在先进制造的研究和推广方面进行了很大努力。除了存在与其它国家共性的问题外，我国的企业还为一些特殊问题所困扰，因此在激烈的全球化竞争中更显脆弱。为了改善这种状况，在国家高技术计划的支持下，我们进行了很多CIM推广工作。CIM引入中国之后，其概念和含义得到了很大的发展，已经不仅仅是为其它国家研究者一致公认的最初定义。目前CIM这一缩写更象是涵盖新出现的所有制造策略的通用术语。比如，通常要根据业务流重组形成的“预测”模型进行CIM的投资。在CIM系统的框架中，为了缩减产品开发周期和制造成本，往往要实施并行工程实施CIM。同时借鉴智能制造和其它类似制造策略提出的一些概念，还要努力提高制造单元的功能协作能力、自组织能力以及决策能力。一项CIM推广工程的最终目标总是提高企业的敏捷性，尤其是在市场投放周期、制造成本、产品质量、售后服务和技术支持方面。
今天，企业在更加分散的制造环境中运作。企业的不同制造车间和部门要负责不同的用户定单。这些制造单元在场地上是分散的，并且在分布式的信息系统支持下运作。对于完整的、现时的、整个企业的数据进行访问的能力对于各单元的正确决策非常关键。此外，还需要有完善精密的功能协作对这些单元的运作进行调度、解决可能的冲突。集成的方法可以解决分布式制造当中出现的这些问题。但是CIM实施的决定不可能在一夜之间发生，它们要建立在慎重的可行性分析和试点基础之上。CIM技术的推广一般要在由企业内外的专家工程师构成的联合工作组的指导下进行。CIM实施通常应当看作是企业发展的历程，而不仅仅是一项工程。
1业务过程重组
CIM项目实施之前要有周密的可行性研究。然后设计阶段以业务过程重组开始，CIMS的范围和功能要根据新过程而非老过程进行确定。CIM系统倾向于针对给企业竞争力造成不利的所有因素提供完整的解决方案。首先CIM应当在某个局部进行试点，然后再逐步推广到整个企业。从这种意义上讲，企业开始进行自我完善和不断发展进化的一个过程。
先前运行良好的业务过程可能随着环境的变化而变得过时、不适应现实的情况。为了保持竞争力，企业应当废弃不适时的业务过程，对其进行根本的变革。业务过程重组BPR为简化企业的业务过程、提高效率提供了有效的方法。尽管业务过程重组一词有很多定义，本文中认为它是指：为了实现企业运作性能上的显著提高，对业务流进行的基本的再思索和本质上的变革。通过强调业务流运作机制和人员责任这些以往CIM实施中没有给予足够重视的方面补充了CIM的实施举措。作为BPR的前提条件，需求分析主要是通过与企业员工的面谈实现的，上从企业高级管理人员，下至车间工程师。联合工作组进行密切地协作，企业工程师帮助外界人员对企业业务过程有一个深入本质的认识，外部协作实施人员则帮助企业构想出先进制造策略。需求分析的重点是要考虑特定方面与竞争对手、与未来目标间的差距。然后，根据CIMOSA的4个视图框架，非常周密地建立企业的“当前”模型。需求分析使企业有机会定义、分析、重新审视习以为常的业务过程。来自不同部门及具有不同知识背景的人员可以充分地交换各自的观点和想法。这就打破了传统递阶分级模式的种种限制，在递阶分级模式中，信息的往复传递只能在纵向层次间进行，而且低层具有很少的决策能力。通过需求分析，全局的业务运作机制变得清晰，人员的视野也得到极大地开阔。并且，需求分析可以定性和定量地确定企业在市场竞争中面临的问题。更进一步，联合工作组的成员决定用可行的方法如何解决这些问题以及解决到何种程度。通过彻底地需求分析，可以建立企业长期的战略目标。CIM框架中实施BPR的目的在于对功能行为进行分类，系统地划分成完善的业务过程。企业的管理和运作通常分成几个相互协作的业务过程。这些协作的过程再层层剥离成过程和子过程。BPR之后，员工将从企业全局的而非局部的观点进行工作，将面向过程而非基于功能。经过适当剪裁的经营业务过程形成了企业最初的“未来”模型将进一步被映射为计算机应用的视图。
2CIM功能体系结构
业务过程重组之后，人们自然就要考虑采用什么样的功能模块来执行业务过程。根据技术、投资以及人员等各种因素的影响，会出现多种的选择。在这个阶段，可能会出现各种各样的观点，为了达成集体的共同决策，需要进行多次讨论。CIM功能范围是在业务过程重组及综合分析后的模型基础之上建立的。一般地讲，CIM系统的功能范围几乎包括了所有的主要业务过程，包括客户定单管理、采购、MRP，计划调度，产品设计、制造和装配等等。从功能的观点，经过裁减的业务过程是一套由过程规则控制的功能序列集。业务过程的主要成分是各种应用系统实现的功能。所谓功能是诸如机器、计算机应用系统等这些物理实体的动态行为。由于功能与这些应用是密切相关的，因此，设计构造出系统组成部分的应用是非常关键的。CIM系统通常是由很多子系统构成，这些系统可能是成型的商业产品也可能是内部开发的系统。为了实现长期的任务目标和实施再工程之后的过程重组，本文认为CIM系统可以由以下4个主要的应用系统组成：
1）基于企业资源计划的MRPII系统（ERP）；
2）由CAD\CAPP＼CAM组成的，PDM支持的产品工程化系统；
3）ISO9000质量认证控制系统；
4）从物理上对产品物料进行加工以及生产产品的车间制造系统。
一个主要的功能系统由几个基于专业领域知识的子系统构成的。这些子系统通常分布在多个不同的物理位置、运行在不同的平台上。在这种分布式制造环境中对这些异构系统进行集成是极其复杂的。贯穿制造生命周期，使用一系列计算机辅助支持工具带来了一系列新的问题，那就是：如何在整个产品生命周期过程中以尽可能积极有效地综合利用这些工具。因此，为了便于各种工具（应用）进行交互，应该就各种共享界面和交互标准达成共识。集成的一个最富有创造性的工作就是对CIM功能体系结构的设计，通过它来对这些系统进行包容，可视化地定义它们之间的关系。实际上CIM的功能体系结构被看成是一种框架，在此基础上可以按功能构建起CIM系统。递阶结构显然对以往的CIM实施造成了过多的影响。近一个时期，由于递阶结构体现出主从式关系使得系统很不灵活，层与层之间存在过多的信息流，还有底层的决策能力太差，人们越来越认识到这种结构存在着问题。人们提出异构结构(heterarchical)使得系统结构变得更加扁平。尽管异构结构具有实体的高层自治性、信息流较少这些优点，在现实的CIM系统中实施纯粹的异构结构还为时尚早。在设计CIM体系结构时，为了综合两种结构的优点，更经常地是要作一些折中 。
3集成基础结构
人们认识到，一套制造工程的集成的工具集的体系结构是通过一套工具实现的，这套工具之间的交互要通过另置的软件或者专门开发用于此目的软件来实现。这种专门软件就是提供使能功能的集成基础平台，这些使能功能可以支持应用系统的集成。一般而言，信息基础设施是支持应用系统间信息访问、存储、检索、查询、表示以及信息交换的计算机平台。基础设施不是一种终端的应用，它是一种使能技术，既能对数据进行管理，也能对制造过程进行管理。信息集成基础设施连接异构设备和资源，定义计算机网络中的结构，目标和节点位置。它提供了数据服务，包括向节点发送数据和申请数据，转换数据格式，以及在节点间交换数据。它通过提供支持电子邮件的应用模块及程序库，以及超文本文件的发送来对信息进行管理。它还提供了信息导航能力来指导用户在网络中的畅游。信息集成基础设施的另一个重要作用是提供与业务相关的标准、协议、系统模型和界面。简言之，某个基础设施对工作流\过程进行了定义并进行管理，而且保证了对分布在多个场地上的信息进行适当的集成和访问。它提供了管理各种信息以及贯穿整个企业运作过程的一种手段。在实际的企业环境中不可能只使用一种通用基础设施来支持公司范围的信息集成，因为分布在多个场点上异类的、庞大的信息量。为了实现目标，必须采用一系列的信息集成平台，而且，某种信息集成基础设施也可以包括若干基于特定任务的组件。
目前，大多数CIM工程利用产品数据管理（PDM）作为集成基础设施的核心构件。人们普遍认为PDM是一种关键的使能技术，它可以用于支持各种项目的实施（包括CIM、并行工程和业务流重组等）。为了加速产品开发周期，提高产品质量以及缩短设计投产期，降低成本，过去几年中实施了很多PDM工程。
PDM看作是工程数据管理、工程文献管理、（产品信息管理PIM）、（技术信息管理TIM）等的一种通用扩展。PDM系统跟踪了设计、制造、加工以及产品维护、服务所需的大量数据和信息。更具体的，这些信息包括了零件说明，BOM，配置（结构），文档，CAD文件和授权信息等。PDM控制了所有与产品定义及管理相关的过程，包括授权及发布信息。PDM所包括的典型能力可以进一步概括如下：
1）数据管理：它为管理所有与制造相关的数据以及描述产品结构和加工方法的文件提供了电子手段。一些PDM系统甚至具有管理图象的能力。
2）过程\工作流管理：它们负责管理与产品开发与制造相关的过程\工作流，它是通过对检验\审批以及签发过程进行明确地定义和描述而实现的。
3）产品结构管理：它提供了控制零件和产品版本的能力，以及对产品结构BOM表和配制方式进行管理的能力。
4）分类：大多数PDM系统提供了对“对象”（如零件）的属性进行定义，以及通过这些属性搜索\识别零件（或其他对象）的能力。
5）客户化系统管理：这种能力用于对系统进行定置，比如用户界面和终端改动。这里通常使用开发工具对系统进行修改，并根据特定的用户需求加上有关的特性。
大多数PDM系统的实施是在现成的商业产品系统基础上的进行客户化。通常，PDM的安装采用了典型的客户\服务器结构。服务器包括了所有的用户要求的应用过程并对数据库进行维护。客户端主要包括处理用户要求、申请服务器事物提交的交互界面。多数PDM系统的服务器需要装在UNIX平台上，置于可集中访问的场地上。客户方则可以装在本地机的UNIX或WindowsNT操作系统中。企业管理人员使用WindowsNT平台上的PDM客户机，对数据进行分析、核对、确认和修改。工程人员使用UNIX平台上的客户机，进行设计和产品结构的改动，以及开发过程中数据的处理。PDM服务器通常成某个ORACLE服务器的客户机。在这种配置中，ORACLE服务器维护授权信息以及其它系统管理数据，PDM负责对应用数据进行管理。当某个PDM客户方发送一则请求时，ORACLE服务器先检查权限和可以访问性，然后PDM服务器对请求再进行处理。
4结论
为了应付难以预测的市场变化，企业需要对所有的相关领域进行集成，这些领域贯穿企业运作过程和产品的生命周期。CIM的出现给制造策略和制造技术带来了长足地发展。由此CIM的概念和实施方法持续地在进化发展。不断新出现的制造策略极大地丰富了CIM的理论。本文给出了CIM实施的一些关键问题。首先，我们认为业务流重组必不可少，因为CIM的实施不可能建立在已经失效的陈旧过程基础上。其次，设计优良的CIM功能体系结构应当能提供一种能包容各种功能组件的框架，而且应当能对其交互层作出确切的定义。最后，本文对信息集成基础设施所处的地位和PDM的应用进行了讨论。
