計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，簡稱CIMS）是現(xiàn)代制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的核心體現(xiàn)。它并非一個單一的技術(shù)或設(shè)備，而是一個將企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動中的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、自動化設(shè)備、信息流、物流與管理決策進(jìn)行有機(jī)集成的復(fù)雜工程系統(tǒng)。其核心目標(biāo)是通過信息共享與過程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造到經(jīng)營管理全流程的高效協(xié)同，從而提升企業(yè)的整體競爭力。
一、CIMS的核心構(gòu)成與集成層次
CIMS的架構(gòu)通常基于經(jīng)典的“遞階控制”模型，自下而上包含以下幾個關(guān)鍵層次：
- 基礎(chǔ)自動化層：這是系統(tǒng)的“手腳”，由數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、自動化倉儲與搬運(yùn)系統(tǒng)（AGV）、傳感器與可編程邏輯控制器（PLC）等設(shè)備構(gòu)成，負(fù)責(zé)執(zhí)行具體的物理制造任務(wù)。
- 過程控制與監(jiān)控層：負(fù)責(zé)對底層設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集（SCADA系統(tǒng)）和單元級的生產(chǎn)調(diào)度，確保制造過程穩(wěn)定、可控。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是這一層的關(guān)鍵，它充當(dāng)了計(jì)劃管理與現(xiàn)場控制的橋梁。
- 生產(chǎn)管理與計(jì)劃層：以企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)為核心，整合了企業(yè)的物料、人力、設(shè)備、財(cái)務(wù)等信息，進(jìn)行中長期的產(chǎn)能規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃排程、庫存與供應(yīng)鏈管理。
- 工程設(shè)計(jì)層：以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）或產(chǎn)品生命周期管理（PLM）系統(tǒng)為平臺，集成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）等工具，管理從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品報(bào)廢的全部技術(shù)數(shù)據(jù)。
- 經(jīng)營決策層：這是系統(tǒng)的“大腦”，基于商業(yè)智能（BI）、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，為企業(yè)的戰(zhàn)略決策、市場預(yù)測等提供支持。
真正的“集成”意味著這些層次之間并非孤立，而是通過網(wǎng)絡(luò)（如工業(yè)以太網(wǎng)）和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如STEP、MTConnect），實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息向制造指令的無縫傳遞、生產(chǎn)狀態(tài)向管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋，以及市場變化向研發(fā)與生產(chǎn)體系的快速傳導(dǎo)。
二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成：CIMS實(shí)現(xiàn)的基石
“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成”是構(gòu)建CIMS的具體技術(shù)手段。它指的是根據(jù)企業(yè)需求，將原本異構(gòu)、分散的硬件設(shè)備、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組合成一個高效、協(xié)調(diào)、可擴(kuò)展的整體系統(tǒng)的過程。在CIMS背景下，系統(tǒng)集成面臨三大挑戰(zhàn)：
- 信息集成：消除“信息孤島”，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的互通與共享。這需要解決數(shù)據(jù)格式、語義不一致的問題，常通過建立統(tǒng)一的企業(yè)數(shù)據(jù)模型、采用中間件（如消息隊(duì)列、ESB企業(yè)服務(wù)總線）或?qū)嵤?shù)據(jù)中臺來實(shí)現(xiàn)。
- 過程集成：在信息集成基礎(chǔ)上，優(yōu)化和重組跨部門、跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程。例如，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變更自動觸發(fā)工藝、采購和生產(chǎn)計(jì)劃的聯(lián)動調(diào)整，即“設(shè)計(jì)-制造-管理”的一體化流程。
- 企業(yè)間集成：在全球化協(xié)作背景下，將CIMS的邊界向外延伸，通過供應(yīng)鏈管理（SCM）、客戶關(guān)系管理（CRM）等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與供應(yīng)商、合作伙伴及客戶的協(xié)同設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。
三、演進(jìn)與未來：從CIMS到智能制造
隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）和數(shù)字孿生（Digital Twin）等新一代信息技術(shù)的爆發(fā)，CIMS正在向更高階的智能制造系統(tǒng)演進(jìn)。
- 深度融合IT與OT：信息技術(shù)（IT）與運(yùn)營技術(shù)（OT）的邊界日益模糊，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)云、邊、端協(xié)同計(jì)算，使系統(tǒng)更具彈性與智能。
- 數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能決策：利用生產(chǎn)全流程產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)、質(zhì)量缺陷根源分析、動態(tài)優(yōu)化排產(chǎn)等，使系統(tǒng)具備自感知、自決策、自執(zhí)行的能力。
- 柔性化與個性化：高度集成的系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)市場變化，支持大規(guī)模定制生產(chǎn)模式，滿足消費(fèi)者個性化的需求。
###
計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)代表了制造業(yè)信息化的高級階段，其本質(zhì)是通過“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成”這一方法論，將制造全要素?cái)?shù)字化并連接為一個協(xié)同網(wǎng)絡(luò)。它不僅是技術(shù)的集合，更是管理理念與生產(chǎn)模式的深刻變革。面對工業(yè)4.0的浪潮，持續(xù)深化系統(tǒng)集成，擁抱智能化技術(shù)，是制造業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。
