数控车床 >> 行业动态


轴瓦拉床设计及其分析

 

   1　轴瓦简介

　　轴瓦是用于发动机内曲轴轴颈等部位的滑动轴承，其构成是由一种以钢带为衬底、表面附着一层轴承合金的双金属钢带，并通过一系列的加工而成。这层轴承合金通常有三种：巴氏合金、铝锡合金和铜铅合金。本机是为绍兴纺织机械厂设计制造的用于加工EQ140-1主轴翻边瓦(图1)的内圆精加工拉床。此主轴翻边瓦的轴承合金为铝锡合金，拉床切削的部分即为轴承合金层部分。

1

图1　EQ140-1主轴翻边瓦

2　轴瓦内圆精加工工艺及特点

　　轴瓦内圆精加工主要有两种方法，一种是镗削加工，一种是拉削加工，其各自的特点见表1。

表1

2008/3/14 | 典型,数控,铣床,控制,软件,模块化,设计 | PDF
国内PVD技术应用与研究现状
2008/3/14 | 工艺,系统,变形,加工,精度,影响 | PDF
中小企业开发专用CAD的方法研究
2008/3/14 | 实现,几项,关键,技术 | PDF
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加工方法 镗削 拉削
壁厚精度
2008/3/14 | 轴瓦,拉床,设计,及其,分析 | PDF
虚拟制造技术与数字化工厂

 【摘要】本文介绍了虚拟制造技术的背景及其定义，讨论了虚拟制造的流派、相关技术、应用领域以及在数字化工厂中的实现与应用。
    
    随着全球化竞争的加剧，为了缩短产品的上市时间，在八十年代相继提出了FMS、CIMS、CE等新的概念，对它们的研究与应用，提高了产品的质量和生产效率。随着网络和生产技术的发展，在九十年代提出了敏捷制造(AM)、精良制造(LM)、分布式制造(DM)和虚拟企业(VE)等新的研究领域，在这种情况下，产生了虚拟制造VM（VirtualManufacturing）。虚拟制造建立了计算机化的制造活动这样一个关键概念，它概括了对真实制造世界的对象和活动的建模与仿真研究的各个方面。虚拟制造的基础是用计算机支持的技术对所有必要的制造活动进行彻底的建模与仿真，包括设计、仿真、优化、测试、工艺、分析等。本文详细地讨论了VM的定义、VM的流派、VM与其他相关技术的关系以及VM在数字化工厂中的实现与应用。

2008/3/14 | 虚拟,制造,技术,数字,化工厂 | PDF
典型数控铣床控制软件模块化设计

 

本文介绍的典型数控铣床主要由机床操作面板、X、Y、Z 三个直线坐标轴、上轴及机床的液压、润滑、冷却系统等机床辅助功能组成。机床的电气系统包括数字控制系统(CNC)、数字伺服驱动系统、主轴变频调速系统及机床输入输出PLC控制系统等。
本电气系统主要完成人机对话和对三坐标机床坐标的进给、主轴的运转以及机床的液压、润滑、冷却系统等的控制。该机床的三个坐标采用HEIDEHAIN直线光栅尺全闭环反馈方式，机床主轴为电主轴，使用施耐德变频器控制，针对该机床的结构特点，其电气控制系统配置了法国NUM公司的NUM1050全数字数控系统，伺服驱动配置相应的MDLUNUMDRIVE数控式伺服驱动系统。
这台三坐标机床的PLC 控制程序是利用NUM1050全数字数控系统的内置式PLC功能，并配以相应的软件平台开发出来的。因而PLC程序的灵活性和易维护性与NUM1050数控系统的高性能有密不可分的关系。

1 NUM1050数控系统

NUM1050是一种开放式的、功能强大的数字控制系统，采用64位的CPU68040，用于数据的处理和坐标的控制，具有处理速度快、位置控制精度高等特点。
系统中的图形功能管理CNC面板显示和键盘：内存用来存储操作程序、PLC程序和用户文件：强大的通讯功能使CNC既可通过RS232串口又可通过网络接口与上位机进行通讯：轴控板用于控制数字轴或模拟轴的运动：内置式PLC通过输入/输出模块管理机床：CNC软件则管理加工程序、机床数据、计算机轨迹和速度以及监控坐标轴的运动。

2 NUM1050内置式PLC特点

PLC使用NUM系统提供的输入/输出接口与外界进行数据交换，通过PLC的扫描周期刷新存储区内的数据，PLC读取数据是通过%I变量，而PLC输出给外界数据是通过%Q变量进行的。
内置式PLC与NC之间则通过交换区交换数据，交换区中的内容是NC与PLC之间输入/输出的数据。NC输出给PLC的数据，PLC通过%R变量从交换区读取，PLC发送到NC的数据是通过%W变量放入交换区，由NC去读取，其扫描周期由系统自动执行。%R和%W所有变量的各字节和位都有特定的含义，专门提供给PLC用来控制NC的运行，并协调外接设备与NC之间的动作。

3 NUM1050 PLC程序结构特点

NUM数控系统的PLC编程有梯形图、汇编语言和高级语言(C语言)几种方式，其程序都采用任务模块和子程序模块来设计。PLC程序的任务模块包括：%INI、%TS0～4、%TF0～15、%TH0～15。子程序模埠%SP0～255，这些子程序可以由任务模块调用或子程序间调用。各模块的功能如下：
  • 初始化任务%INI：系统每次上电时执行一次。
  • 循环任务%TS：系统先执行%TS0，再按顺序执行TS1～4。%TS0的执行周期等于每个RTC(实时时钟控制)周期，即20ms，%TS1～4每5个RTC周期(100ms)执行一次。
  • 后台任务%TS 比循环任务%TS和中断任务%TH的优先权低，可用于等待任务的使用。后台任务可持续数个RTC循环周期，可以被循环任务中断。
  • 中断(实时)任务%TH用于优先权较高的事件而不必等待RTC循环的结束。中断(实时)任务%TH比循环任务%TS和后台任务%TF的优先权高。
  • 错误信息表%9999.9：机床错误信息文件。

4 三坐标数控龙门铣床PLC程序的设计与实现

PLC程序的设计离不开良好的软件平台和硬件环境，NUM1050数控系统为机床生产制造者提供了丰富的软件资源和强大的软件开发工具。如PLCTOOL，SETTOOL，PCTOOLKIT等。它们都是基于WINDOWS平台上使用，为机床电气控制系统开发带来了极大的方便。其中PLCTOOL可方便地进行PLC梯形图或高级语言C的编程，备有丰富的指令集与计时器、计数器单元，图形化的界面，使用操作灵活方便。这台三坐标数控龙门铣床的PLC程序正是在PLCTOOL软件平台上开发设计出来的。考虑到实际的应用，这台三坐标机床采用梯形图语言设计PLC程序，其优点是直观，可以动态显示，易于调试和维护。
利用NUM1050数控系统提供的输入/输出模块和机床操作面板，可以非常方便地控制机床的运动及其他功能，因为机床操作面板带有可供编程的自定义键。NUM系统提供的机床操作面板通过光缆与系统相连，提高了可靠性。
根据NUM1050的PLC程序结构特点，在设计这台三坐标机床的PLC程序时，将该机床的各项功能分配给不同的模块控制。因该机床无特殊的中断任务，所以设计程序时使用了初始化任务%INI、循环任务%TS和子程序模块%SP。%TS0的扫描周期为20ms，所以将重要的子程序放在%TS0中调用，机床的辅助功能如液压、冷却、润滑等则在任务模块%TS1～3中控制，机床的坐标、主轴及相关部分的控制由梯形图的子程序%SP模块承担。三坐标数控铣床的PLC程序结构及每一模块介绍如下：
  • %INI：系统在其它任务执行前调用，仅在PLC上电时执行一次，不受PTC循环控制，主要对一些变量进行初始化。
  • %TS0：调用子程序。%TS1：控制机床辅助功能导轨润滑和液压系统。其中导轨润滑周期由PLC程序中的定时器控制。%TS2：控制机床冷却系统。可以在机床操作面板上选择自动冷却和手动冷却。%TS3：控制机床主轴的松刀和刀具夹紧。
  • %SP0：用于控制机床操作面板上的指示灯闪烁。NUM1050系统提供的机床操作面板上的自定义按键大部分带有指示灯，在使用一些需要特别提醒的功能时，其按键采用指示灯闪烁的方式，以示醒目，如机床故障复位键、换刀完成键等等。%SP2：控制机床操作面板的自定义按键。操作面板的自定义键必须经过PLC编程才能生效，而按键的功能则根据机床的需要来定义。根据用户的要求，这台三坐标数控龙门铣床的操作面板上设计了机床启动、冷却控制、主轴启停、换刀完成、机床故障复位等功能。%SP3：控制坐标运动及坐标限位的安全检查。%SP4：M 功能译码，该模块用于定义换刀结束的M06功能。%SP5：控制坐标轴伺服使能。%SP6：该模块控制主轴部分的所有功能，包括主轴冷却、主轴润滑、刀具夹紧、主轴电机、主轴变频器等。%SP20：机床故障信息的显示控制。当机床出现故障时，在显示页面需要及时显示故障号和故障内容，当机床出现多条故障时，系统便可以按顺序显示故障，每条故障显示的时间在本子程序模块中设置。该模块被其它相关模块调用。
这台三坐标数控龙门铣床的所有功能和控制均由以上各模块实现，其中%SP2、%SP3、%SP5和%SP6更是这台机床PLC程序的核心。用模块化方式设计PLC程序，可以对每一模块进行单独调试，提高了机床调试的效率，当调试过程中出现问题时，可以很快找到问题所在，而且机床的不同功能用不同的子模块来表示，程序结构一目了然。通过对每一个子模块的单独调试和最终的机电联调，都证明了这套PLC程序的设计思想和方法是行之有效的。

5 小结

这台三坐标数控龙门铣床经过紧张调试后，机床工作正常，符合要求，机床达到验收标准。实践证明，这台三坐标机床的控制软件设计是成功的，并且设计开发的有些基本模块还具有良好的可移植性，在以后使用NUM1000系列数控的典型数控机床PLC梯形图设计中稍加改动使可加以使用，对以后同系列数控机床的PLC控制软件的设计打下了良好的基础。

 1 引言

    当前，制造业已发生了革命性的转变，以数控机床为基础的现代制造技术正朝着高速、干式切削加工的方向迈进。在该领域中，切削刀具制造技术的发展至关重要。由于刀具涂层技术可大幅度地提高切削刀具的综合性能，尤其是近年来超硬薄膜设计概念的提出，在理论上可有效地改善刀具的高温性能，使涂层刀具应用于高速、干式切削加工成为可能。在数控机床日益普及，现代先进制造技术概念逐渐形成及国家大力推进节能、环保制造模式的影响下，自2000年起，国内刀具涂层技术掀起了第二次发展热潮，发展的重点为各类PVD技术。大专院校以设计、表征超硬薄膜为主要研究方向，而社会兴办刀具涂层加工服务中心则成为国内刀具涂层业发展的主流。尽管国内刀具涂层技术水平依然落后，但应用市场的普及性及需求量已远远超出预计结果。因此，高水平、稳定的刀具涂层技术是国内工具行业极其渴望的，如果国内能开发出相应的原创技术，则短期内可在国内形成广泛的刀具涂层加工服务体系，并会带来巨大的社会经济效益。

2008/3/14 | 国内,技术,应用,研究,现状 | PDF
聚乙烯辐照交联的研究进展

 

[摘要]　简要介绍了辐照交联基本反应及原理，评述了在辐照作用下聚乙烯结构尤其是结晶形态的变化，讨论了辐照交联对聚乙烯机械力学性能的影响，并展望了辐照交联聚乙烯研究及应用前景。
关键词　聚乙烯　辐照　交联　结晶

Progress in Study of Crosslinking of Polyethylene by Irradiation

Zhang Jianfeng1　Zheng Qiang1　Zheng Caixia1　Yi Xiaosu1、2
(1Department of Polymer Science and Engineering,Zhejing University)

2008/3/14 | 聚乙烯,辐照,研究,进展 | PDF
工艺系统热变形对加工精度的影响

　一、概述

　　在机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，常产生复杂的变形，破坏了工艺系统间的相对位置精度，造成了加工误差。据统计，在某些精密加工中，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的 40％～ 70％。热变形不仅降低了系统的加工精度，而且还影响了加工效率的提高。

　　（一）工艺系统的热源

　　引起工艺系统热变形的热源大致可分为两类：内部热源和外部热源。

　　内部热源包括切削热和摩擦热；外部热源包括环境温度和辐射热。切削热和摩擦热是工艺系统的主要热源。

　　（二）工艺系统的热平衡

　

　　工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。与此同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。当单位时间内传入和散发的热量相等时，则认为工艺系统达到了热平衡。图 4— 23所示为一般机床工作时的温度和时间曲线，由图可知，机床开动后温度缓慢升高，经过一段时间温度升至 T衡便趋于稳定。由开始升温至 T衡的这一段时间，称为预热阶段。当机床温度达到稳定值后，则被认为处于热平衡阶段，此时温度场处于稳定，其热变形也就趋了稳定。处于稳定温度场时引起的加工误差是有规律的，因此，精密及大型工件应在工艺系统达到热平衡后进行加工。

　　二、机床热变形引起的加工误差

　　机床受热源的影响，各部分温度将发生变化，由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而引起了加工误差。

　　车床类机床的主要热源是主轴箱中的轴承、齿轮、离合器等传动副的摩擦使主轴箱和床身的温度上升，从而造成了机床主轴抬高和倾斜。图 4— 24所示为一台车床在空转时，主轴温升与位移的测量结果。主轴在水平方向的位移只有 lOμ m，而垂直方向的位移却达到 180～ 200μ m。这对于刀具水平安装的卧式车床的加工精度影响较小，但对于刀具垂直安装的自动车床和转塔车床来说，对加工精度的影响就不容忽视了。

 

 

　　对大型机床如导轨磨床、外圆磨床、龙门铣床等长床身部件，其温差的影响也是很显著的。一般由于温度分层变化，床身上表面比床身的底面温度高而形成温差，因此床身将产生弯曲变形，表面呈中凸状如图 4-25所示。

　　假设床身长 L= 3120mm，高 H= 620mm，温差Δ t= 1 ℃ ，铸铁线膨胀系数a=11× 10 -6，床身的变形量为

　　Δ =aΔ tL 2/8H=11× 10 -6× 1×（ 3120） 2 /8× 620= 0.022 mm

　　这样 ,床身导轨的直线性明显受到影响。另外立柱和溜板也因床身的热变形而产生相应的位置变化（见图 4-25）。

　　图 4-26所示为几种机床热变形的趋势。

 

　　三、工件热变形引起的加工误差

　　轴类零件在车削或磨削时，一般是均匀受热，温度逐渐升高，其直径也逐渐胀大，胀大部分将被刀具切去，待工件冷却后则形成圆柱度和直径尺寸的误差。

　　细长轴在顶尖间车削时，热变形将使工件伸长，导致工件的弯曲变形，加工后将产生圆柱度误差。

　　精密丝杠磨削时，工件的受热伸长会引起螺距的积累误差。例如磨削长度为 3000mm的丝杠，每一次走刀温度将升高 3℃，工件热伸长量为Δ＝ 3000× 12× lO -6 × 3＝ O .1mm(12× lO -6为钢材的热膨胀系数 )。而 6级丝杠螺距积累误差，按规定在全长上不许超过 0.02mm，可见受热变形对加工精度影响的严重性。

　　床身导轨面的磨削，由于单面受热，与底面产生温差而引起热变形，使磨出的导轨产生直线度误差。

　　薄圆环磨削，如图 4-27所示，虽近似均匀受热，但磨削时磨削热量大，工件质量小，温升高，在夹压处散热条件较好，该处温度较其他部分低，加工完毕工件冷却后，会出现棱圆形的圆度误差。

 

　　当粗精加工时间间隔较短时，粗加工时的热变形将影响到精加工，工件冷却后将产生加工误差。例如在一台三工位的组合机床上，通过钻 -扩 -铰孔三工位顺序加工套件。工件的尺寸为：外径Φ 440mm，长 40mm，铰孔后内径Φ 20H7，材料为钢材。钻孔时切削用量为： n＝ 3l 0r／ min， f＝ 0.36mm /r。钻孔后温升竟达 107℃，接着扩孔和铰孔。当工件冷却后孔的收缩量已超过精度规定值。因此，在这种情况下，一定要采取冷却措施，否则将出现废品。

　　应当指出，在加工铜、铝等线膨胀系数较大的有色金属时，其热变形尤其明显，必须引起足够的重视。

　四、刀具热变形引起的加工误差

　　切削热虽然大部分被切屑带走或传入工件，传到刀具上的热量不多，但因刀具切削部分质量小 (体积小 )，热容量小，所以刀具切削部的温升大。例如用高速钢刀具车削时，刃部的温度高达 700～ 800℃，刀具热伸长量可达 O.03～ O .05mm。因此对加工精度的影响不容忽略。图 4-28所示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。当车刀连续车削时，车刀变形情况如曲线 l，经过约 l0～ 20min即 f达到热平衡，此时车刀变形的影很小；当车刀停止切削后，车刀冷却变形过程如曲线 3；当车削一批短小轴类零件时，加工由于需要装卸工件而时断时续，车刀进行间断切削，热变形在 A范围内变动，其变形过程如曲线 2。

五、减少工艺系统热变形的主要途径

　　( 一 )减少发热和隔热

　　切削中内部热源是机床产生热变形的主要根源。为了减少机床的发热，在新的机床产品中凡是能从主机上分离出去的热源，一般都有分离出去的趋势。如电动机、齿轮箱、液压装置和油箱等已有不少分离出去的实例。对于不能分离出去的热源，如主轴轴承、丝杠副、高速运动的导轨副、摩擦离合器等，可从结构和润滑等方面改善其摩擦特性，减少发热，例如采用静压轴承、静压导轨、低粘度润滑油、锂基润滑脂等。也可以用隔热材料将发热部件和机床大件分隔开来，如图 4-29所示为在磨床砂轮架 3和滑座 6之间加入隔热垫 5，使砂轮架上的热传不到滑座中；在快进油缸 7的活塞杆与进给丝杠副 9之间使用隔热联轴器 8，以防进给油缸中油温的变化影响丝杠。

( 二 )、加强散热能力

为了消除机床内部热源的影响，可以采用强制冷却的办法，吸收热源发出的热量，从而控制机床的温升和热变形，这是近年来使用较多的一种方法。图 4-30所示为一台坐标镗床采用强制冷却的试验结果。曲线 l为没有采用强制冷却时的情况，机床运行 6h后，主轴中心线到工作台的距离产生了 190μm(垂直方向 )的热变形，且尚未达到热平衡。曲线 2为采用了强制冷却后，上述热变形减少到 15μm，且在不到 2h内机床就达到了热平衡，可见强制冷却的效果是非常显著的。

　　目前，大型数控床机、加工中心机床都普遍使用冷冻机对润滑油和切削液进行强制冷却，以提高冷却的效果。

　( 三 )用热补偿法减少热变形的影响

　　单纯的减少温升有时不能收到满意的效果，可采用热补偿法使机床的温度场比较均匀，从而使机床产生均勾的热变形以减少对加工精度的影响。图 4-31所示为平面磨床采用热空气加热温升较低的立柱后壁，以减少立柱前后壁的温度差而减少立柱的弯曲变形。图中热空气从电动机风扇排出，通过特设的管道引向防护罩和立柱和后壁空间。采用这种措施后，工件端面平行度误差可降低为来的 1/3～ 1/4。

　　( 四 )控制温度的变化

　　环境温度的变化和室内各部分的温差，将使工艺系统产生热变形，从而影响工件的加工精度和测量精度。因此，在加工或测量精密零件时，应控制室温的变化。

　　精密机床 (如精密磨床、坐标镗床、齿轮磨床等 )一般安装在恒温车间，以保持其温度的恒定。恒温精度一般控制在± l℃，精密级为± 0.5℃，超精密级为 ± 0.0l℃。

　　采用机床预热也是一种控制温度变化的方法。由热变形规律可知，热变形影响较大的是在工艺系统升温阶段，当达到热平衡后，热变形趋于稳定，加工精度就容易控制。因此，对精密机床特别是大型精密机床，可在加工前预先开动，高速空转，或人为地在机床的适当部位附设加热源预热，使它达到热平衡后再进行加工。基于同样原因，精密加工机床应尽量避免较长时间的中途停车。

 

摘要：从中小企业开发专用机械CAD系统的必要性及局限出发，探讨了在现有条件下开发的方法，包括开发环境和开发工具的选择，开发中应遵循的原则和一些关键技术的处理，并给出了齿轮设计绘图的一个实例。

就大多数中小企业而言，如果具有完备的CAD系统软件，在进行产品的改良或开发时，从时间、效率以及资源方面都会起到事半功倍的效果，可极大地增强其竞争力。而大多数中小企业由于资金及人才的限制往往不具备这一点。那么，对于机械类的中小企业如何在现有条件下快捷的开发出这种专用机械CAD软件呢?

2008/3/14 | 中小企业,开发,专用,方法,研究 | PDF
热加工工艺模拟及优化设计技术

一、技术概述

　　热加工工艺模拟及优化设计技术是应用模拟仿真、试验测试等手段，在拟实的环境下模拟材料加工工艺过程，显示材料在加工过程中形状、尺寸、内部组织及缺陷的演变情况，预测其组织性能质量，达到优化工艺设计目的的一门崭新技术。它的研究范围一般可分为：

　　1．热加工过程的数值模拟。通过建立能准确描述某一热加工工艺过程的数理模型及对数理方程的简化求解，动态显示该过程并预测其结果。分为宏观（mm-m级）、微观（μm-mm级）、原子（nm-μm级）三个不同的模拟尺度。

2008/3/14 | 热加工,工艺,模拟,优化,设计,技术 | PDF
高能束流焊接技术的最新进展

 当前高能束流焊接被关注的主要领域是：①高能束流设备的大型化—功率大型化及可加工零件（乃至零件集成）的大型化。②新型设备的研制，诸如，脉冲工作方式以及短波长激光器等。③设备的智能化以及加工的柔性化。④束流品质的提高及诊断。⑤束流、工件、工艺介质相互作用机制的研究。⑥束流的复合。⑦新材料的焊接。⑧应用领域的扩展。


    1 、激光焊接的最新进展

2008/3/14 | 高能,焊接,技术,最新,进展 | PDF
实现CIMS的几项关键技术

本文对企业实施CIMS中的工业工程与管理的理论和方法进行了概述，接着结合具体企业的实践，就实现CIMS中工业工程与管理的几项关键技术进行了详细的阐述......

前 言

20世纪80年代以来，以蒋新松和吴澄两位院士为首的科学家们提出的863/CIMS计划已经实施了近15年。15年来，经过863/CIMS主题科学家们艰苦的探索和众多企业的实践，走出了一条具有中国特色的CIMS之路，对CIMS的内涵有了更深刻的认识和创造性的发展，进一步完善了CIMS是一种基于CIM哲理的计算机化、信息化、智能化集成优化的现代制造系统这一理念。

15年的CIMS应用示范工程，在各级组织的领导和众多科技人员的参与下，灵活应用CIMS主题专家组制定的“效益驱动、总体规划、分步实施、重点突破” 的十六字方针，使我国的CIMS应用示范工程从最初的四家试点企业，发展到现在的二百余家，覆盖了机械、电子、航空、航天、石油化工、烟草、纺织、服装、冶金和港口等各个主要行业，其中已有近80家通过验收，大部分取得了较好的经济效益和社会效益。这些企业的实践证明，通过CIMS的实施，促进了我国 CIMS技术及产业的发展，为我国企业实现向社会主义市场经济机制及集约化生产的根本转变，建立合理的信息化支撑环境，支持企业的管理变革以及提高综合竞争力，提供了一条基于管理和信息技术的有效途径。

但是，我们也应看到，有一小部分企业实施CIMS效果不明显甚至说是不成功的，企业在抓管理和练内功方面做得还很不够，总体来说，企业仍然存在一些较严重的问题，如企业领导人的决策失误、企业运行机制不合理、浪费问题严重、业务过程和组织机构重组障碍重重、采购和销售漏洞百出等。

出现这些问题的根源是企业的管理问题，也可以说企业缺少某种意识，这就是工业工程与管理意识。本文结合上述问题对企业实施CIMS中的工业工程与管理的理论和方法进行了概述，接着结合具体企业的实践，就实现CIMS中工业工程与管理的几项关键技术进行了详细的阐述。最后，展望了二十一世纪我国企业的信息化之路。希望能对新世纪我国企业CIMS的大面积推广应用和信息化的进一步发展，起到一点借鉴作用。

1、CIMS中工业工程与管理的理论和方法

1.1 集成机制

集成是CIMS中的重要内涵，是CIMS的核心。按集成的种类来划分，集成是企业各种经营活动的集成，是企业各种生产技术的集成，是企业各种生产数据的集成，是企业各个部门和组织间的集成，更是企业各类人员的集成。

在CIMS工程实施的早期，我们更看重各种生产技术的集成，这的确很重要。但是不久以后，企业现场工作的人们发现，完整、清晰、正确的生产数据的集成远比生产技术的集成重要。而到后来人们又体会到最重要的还是企业各类人员的集成，因为人毕竟是凌驾于生产数据与生产技术之上的。如果没有各个部门、多种专业背景人员的协同工作，是不可能做好生产技术和生产数据集成等其他集成工作的。按集成的阶段来划分，集成是信息的集成，过程的集成，而最终要达到的是企业的集成。信息集成是CIMS中最重要的，也是工作量最大的阶段。

然而企业中还包括各种生产活动和业务过程，也需要对它们进行必要的集成，企业业务过程重组和业务过程持续改善其实就是过程集成的体现。今天，很多人已经认识到，企业仅停留在信息集成和过程集成上仍然是很不够的。今后市场的变化越来越快，竞争也日趋激烈，这就在一定程度上要求一个企业在一定条件下与其他相关企业结成动态联盟，共同面对激烈的市场竞争，互惠互利，求得生存和发展。因此，作为比信息集成和过程集成更高形式的集成，企业间集成将是今后CIMS集成的一个重要的发展方向。供需链管理是企业间集成的体现之一[1]。

1.2 业务过程重组

20世纪90年代以来，经济全球化导致市场变化越来越难以把握，竞争压力要求企业自身的运作比竞争对手更加有效。因此，关于企业组织内部业务过程的研究就成为学术界和产业界共同关注的焦点。自从1990年Michael Hammer首次明确提出“业务过程重组（Business Process Reengineering，BPR ）”以来，BPR已成为各方面备受关注的术语[2]。关于BPR的定义，得到较多认可的是最早涉及此项研究的美国哈福大学教授Michael Hammer和James Champy给出的定义：“业务过程重组是指从根本上重新考虑并彻底重新设计业务流程，使得（企业）在成本、质量、服务和响应速度等主要（经营）业绩上取得突破性进展[3]。”

企业实施BPR，应该注意以下问题：（1）应该立即重组不需要信息系统支持的不合理业务流程；（2）对需要信息系统支持的业务流程，要注意信息资源的开拓和采集，考虑信息系统实现的可行性，在实施信息系统之后，再根据各种变化对业务流程进行重组，反过来，通过分析业务流程，也提出了对信息系统新的要求；（3）围绕一个明确的业务流程而不是按任务或行政职能来进行业务过程重组；（4）高度重视IT在实施BPR中的作用，IT在BPR的各个环节都能够起到重要作用，不仅在设计阶段和实施阶段，而且在新的企业管理过程的运行阶段也有着广泛的用途[4][5]。

1.3 全面质量管理

全面质量管理（Total Quality Management，TQM）是面向客户的质量管理，质量不是一次性的“验收”，而是持续不断地改进。今天的质量验收标准会随着客户期望值的提高而过时。全面质量管理的观念是：下一道工序是上道工序的客户，“客户满意”是质量标准，质量是生产出来的，不是检验出来的，要在物流过程中控制质量，在供需链的每一个环节：从产品的开发、供应、生产、销售、运输到售后服务全面控制质量，争取实现最大的客户满意度。正因为质量不是检验出来的，而是干出来的。因此，一定要树立全员的质量意识，人人为实现超出客户期望值的高质量产品和服务而做出努力[4]。

1.4 业务过程持续改善

Michael Hammer早期提出的BPR的“根本上的变化”属性已经遇到了挑战，出现的问题在于，企业面临的是不断变化的环境，企业的业务过程必须持续调整与持续改善，只有这样才能够在竞争中比对手做得更好。因此，以持续改善为定位的业务过程持续改善（Business Process Continuous Improvements，BPCI）的策略正成为今天产业界与学术界极为关注的前沿。

BPCI是一种管理方法，它与TQM等管理方法有很多相同或相似之处。它以提高业务过程的效率为定位，注重业务过程改善的持续性。与TQM一样，BPCI 也是以客户需求为问题对象，通过分析过程中的价值链研究改善的重点所在与阶段实施的策略。与TQM、BPR同样，BPCI也是以业务过程为定位，以过程中的构成要素（活动、过程、资源）为对象进行改善分析，以达到提高效率和效益的目标。与TQM相同、BPR相异的是，BPCI仍然强调改善的持续性，它的显效是增量型的，这与今天企业所面临的外部环境和内部环境是相吻合的。与BPR相同、TQM相异的是，BPCI也非常重视IT在业务过程改善中的作用和地位，通过它进行改善后的业务过程更多的是以IT为技术载体得以实施，这与TQM中比较多地强调人的作用而忽视了可操作环境是有区别的。BPCI综合了 TQM与BPR的优势，同时又最大限度地符合企业在今天环境中对管理改善的要求[2]。

1.5 供需链管理

随着经济全球化和市场竞争的日益激烈，单靠一流的产品质量，不再能够保证企业长期处于优势地位，这是因为顾客不仅对产品质量的要求日益提高，而且对服务水平的要求也越来越高，企业要保持并且扩大市场占有率，就需要提高企业对市场的反应能力，以保证企业在变幻莫测的市场条件下，能够及时地向顾客提供高质量的产品。供需链就是适应市场全球化和客户需求多样化而产生的，它强调供需链上各个企业及其活动的整体集成，供需链管理（Supply Chain Management，SCM）是企业有效经营的重要环节，通过物流、信息流、资金流、工作流和价值流将供应商、制造商、批发商和零售商等相关企业或组织集成在一起，对这些具有不同目标的企业或组织之间的行为进行协调，提高供需链的敏捷性，使企业能够以最低的成本、在准确的时间、准确的地点将高质量的产品送到顾客手中[6]。

1.6 客户关系管理

客户关系管理（Customer Relation Management，CRM）正在成为当前企业管理领域研究和应用的一个热点。每一个现代企业都已经认识到了客户的重要性，与客户建立友好的关系可以说关系到企业的生死存亡。另外，CRM的运用还直接关系到企业的销售业绩，它为企业新增的价值是看得见、摸得着的。因此，企业领导非常重视，企业管理方面的专家学者也对此项研究乐此不疲，软件公司也随即推出了不少相关软件产品。CRM给企业增加的价值主要从两方面来体现：（1）通过对用户资源的整合，在企业内部达到资源共享，从而为客户提供更快速和周到的服务，吸引和保持更多的客户；（2）通过对某些业务流程的重组，更有效地管理客户关系，降低企业成本。因此成功的CRM实施是系统资源和企业文化两方面的，只有这两方面同时满足，才能达到增加企业利润和改善客户关系的最优化效果。一个真正贯彻了CRM理念的企业一定也实现了销售文化的改变，即从以生产为中心转向以客户为中心，从以推销产品为目的转向为客户提供整体解决方案，而企业内部则从各部门的各自为战转向团队协作[7]。

2、实现CIMS中工业工程与管理的几项关键技术

在参与北京雪莲羊绒有限公司CIMS示范工程（BSL-CIMS）的过程中，我们针对该企业的特点，应用了上面提到的一些工业工程与管理的理论和方法，并解决了一些关键技术问题，下面详细介绍一下这几项关键技术。

2.1业务过程建模技术

建立企业的生产业务模型，对于企业的信息化建设及可持续发展的重要性是不言而喻的。企业的业务模型一般具有完整性、适用性和持久性的特点。在企业的建模过程中，经常会发现企业组织机构中的一些冗余的异常情况，这就需要对整个企业业务过程进行重组或不断改善。我们采用国际上流行的建模工具ARIS，结合先进的业务分析方法和对象抽取技术，解决了这一关键问题。

ARIS工具的理论基础是Architecture of Integrated Information Systems（ARIS）建模理念，ARIS建模理念主要从五个方面描述企业的业务，即：组织视图、功能视图、数据视图、控制视图和产品/服务视图，其中：（1）功能视图描述企业所执行的业务功能间的一种静态的层次关系；（2）组织视图描述执行企业业务的职能部门间的静态的层次关系；（3）数据视图描述与企业业务相关的数据以及它们之间的关系；（4）控制视图描述数据、功能及组织间的关系以及业务过程间的动态、时序以及逻辑关系；（5）产品/服务视图描述企业业务过程所涉及的所有物质的和非物质的输入输出的产品/服务的结构，主要涉及企业与销售有关的产品/服务[8]。

用ARIS建立企业模型主要从三个方面入手：企业增值链、增值链的支撑功能以及数据模型。企业增值链反映了实现企业增值的业务过程，在实际建模中，我们把企业的增值链作为企业模型的入口点。ARIS工具使用模型类型Value-added Chain Diagram（增值链图）指定影响企业整体效益的业务流程，并且可以进一步分解。我们认为在大多数的企业中，都存在着对该企业成功运作起关键作用的因素，为了使企业获得成功，这些关键因素必须特别认真地考虑。由此，我们首先分析出符合企业特点的关键增值链，再围绕关键增值链找出其支撑功能，最后再总结出生产业务的数据模型。在BSL-CIMS中，我们使用ARIS工具按照上述过程建立了企业的模型，这些模型是进行BPR、TQM、BPCI、SCM和 CRM的基础。

2.2 核心业务过程重组实施技术

BSL-CIMS围绕企业快速响应市场所需要的合理化业务过程，充分利用企业良好的员工素质和文化氛围，在实施中坚持“走小步、不停步”的作法，以最大化企业效益、最小化不利因素为策略，对企业的核心业务过程进行重组。

作为以羊绒制品为主导产品的生产型企业，雪莲公司战略目标的制定与实施突出表现在对原料市场与客户市场的敏捷响应上。在原料市场方面，由于地理环境的制约，原料表现为资源的有限性和很强的季节性；另一方面，原料成本占了产品成本的75%左右。因此，原料采购过程的合理设计对于企业产品的竞争力有非常大的影响。在客户市场方面，有外销产品市场与内销产品市场之分。

外销产品是以定制产品为主，销售合同的订立过程有洽谈、试样、改样、封样，这时定单生产周期已经很短。因此，如何保证销售合同的订立过程能够及时向生产计划的制定过程提供规范化信息，是制约缩短外销合同生产准备周期、及时调度生产系统完成合同产品的关键；内销产品基本上是以预测生产为主，合理地利用多年来积累的市场数据基本上可以满足需求。

做好销售计划的严密论证，是内销产品销售过程的关键。在生产组织过程中，需要协调多道工序间的资源配置和制定调度外销产品与内销产品的计划，使得企业在变化的市场面前保持生产过程和生产计划的适应性、有序性和可控性。综上所述，为了雪莲公司的效率运行、效益运行、经济运行、稳健运行，在BSL-CIMS一期工程实施中以下面的业务过程作为企业的核心业务过程：产品营销过程、产品研发过程、生产计划调度过程和原料采购过程。核心业务过程重组，将从企业增值活动所涉及的组织、功能、数据、产品/服务方面分析上述各过程的价值链及其增值活动，特别注重于跨职能部门的增值活动，明确岗位的核心要素（时间、成本、质量、信息），明确定义一个过程的控制点（时间的、成本的、质量的），明确定义一个过程的最终评价。

2.3 简易业务过程集成框架与企业资源计划系统的集成

在BSL-CIM的建设中，BSL-CIMS/ERP被定义为BSL-CIMS/PIF的一个应用平台。在BSL-CIMS/PIF中，可以定义一个指定业务过程的控制点（即审批操作），同时也可提交相关的数据以支持这样的控制操作。然后，在BSL-CIMS/PIF与BSL-CIMS/ERP之间可以双向交互信息，通过这样的解决方案，使得BSL-CIMS/ERP下的运作流程得以规范。实现这样的集成（过程的和信息的），需要清楚地了解ERP平台的数据结构、接口协议等规范与信息；同时，所开发的集成框架应该本身具有很好的开放性。所以，在BSL-CIMS的实施中，认真考察了有关供应商的综合性能，特别是选择了正在进行有关开发尝试的供应商。

2.4 动态物流管理技术

在BSL-CIMS一期工程中，在商品化的MRP II应用软件中增加动态条码管理模块，以批次编码加序列号的可识别标识来管理每一件成衣，并实现与营销管理、生产计划管理、车间作业管理、库存管理、采购管理和财务管理等的信息集成。

雪莲物流管理信息系统是基于Windows DNA (Windows Distributed Internet Applications Architecture) 的Web应用。 Windows DNA是以“表示层/业务逻辑层/数据服务层”三层体系结构为构架的，并将COM概念应用于Internet，系统利用COM组件对象在中间层进行业务逻辑服务。Windows DNA使诸多应用易于交互操作和共享组件[9]。

Windows DNA的思想使应用系统的开发有了明确的分工。一部分人员专注于业务逻辑层COM组件的开发和测试工作，另一部分人员根据业务逻辑的需要选择和使用COM 组件, 使用组件提供的统一对外接口而无需了解其功能实现的内部细节，最终以精练的ASP脚本语言把组件集成到页面之中，从而有效降低了开发难度。

通过对雪莲公司物流系统的分析，我们提出了基于Windows DNA的物流管理信息系统体系结构。将应用逻辑组件集中置于中间层，COM组件对象的可重用性减少了应用系统整体的管理和维护费用。业务逻辑改变时，只须调整或替换中间层相应的COM组件，即可灵活适应业务逻辑的改变，避免了客户端应用程序版本控制和更新的困难。

而且，所有复杂的事务处理都在中间层进行，客户端只须配置最基本的浏览器。这种应用模式显著提高了系统的运营效率和安全性。在中间层，Windows IIS负责应用逻辑层Web页面的管理，Windows MTS负责应用逻辑层COM组件的管理。Windows MTS在多线程的支持下工作，实现对COM组件的分布式连接管理、线程池自动管理及高性能事务处理的监视。应用程序使用组件可以共享与数据库的连接，使数据库不再与每个活动客户保持一个连接，而是与若干个客户通过共享组件进行连接，这样就降低了数据库的负担，提高了系统性能。此外，当客户通过组件访问数据库时，MTS的安全管理可以按权限将特定组件授权给不同的用户组，使商务活动的安全性和系统结构有机地结合在一起。

在基于Windows DNA结构的系统中，数据层的处理一般是作为一个整体放在数据服务器上，这种集中的数据管理，不但增加了对数据服务器的要求，而且网络通讯量、并发访问冲突处理也大大增加。

通过对雪莲公司递阶管理机制的分析可见，大量的物流信息只涉及到整个物流系统的某个子过程（站点/班组），这种信息也主要为这个子过程的管理决策服务，这样就没有必要把这些数据放在公司一级的数据服务器上，如缝检站点的返修信息，公司决策层并不关心，只有车间一级才需要分析、控制返修比例之类的指标。为此，我们在各站点建立局域数据库，存储大量的局域信息。

这种分布式数据管理方式，将数据按管理需求分层，充分发挥了客户端计算机的处理能力，使系统负载在服务器端与客户端达到均衡，不但降低了系统需求，提高了系统运行效率，而且为规范管理、各级别的分析决策提供了良好的依据。同时，现代企业业务适应市场变化持续改善的需要，使业务过程重组成为系统设计中必须考虑的因素，这种系统结构易于扩充，使重组导致的系统变更局限在尽可能小的范围内。

2.5基于Internet/Intranet的信息集成技术

网络正直接改变着企业现有的生产方式，Internet的迅速发展和基于Internet的电子商务会有助于企业进行营销决策、产品开发决策、原料决策、降低库存、加快信息传递和反馈的速度，使企业经营成本大大降低。作为生产高中档羊绒制品的雪莲公司，在BSL-CIMS的实施中，采用了基于 Internet/Intranet的网络信息集成技术，这与本企业的生产对象的市场定位、企业内部练好内功的战略是相适应的。解决办法如下：

(1) 从实际需求出发，坚持需求的牵引力为驱动原则，讲究应用系统的实用性和可行性，不片面追求技术和设施的先进性，重要的是根据实际情况开发出能解决实际问题的系统。当然要适当考虑技术储备和超前性，又要考虑本公司的实际需要和实际承受能力，这样才能设计和开发出既能解决实际问题，又具有一定技术水平的系统。

(2) 系统的建造采用了分阶段实施的方案。首先着手创建几个见效快、容易实施、应用价值大的Intranet应用，如雪莲的动态物流系统。通过动态信息和讨论组等交互性的简单网络应用迅速调动组织内部对Intranet的使用热情，使之进入应用阶段。

(3) 重视人员的培训。Intranet有非常好的灵活性，其生命力在于可以不断发展。一定要培养一个自己的系统开发、维护和管理队伍。Intranet的客户端非常简单，每个部门或科室培养一两个兴趣浓厚、有一定维护能力的骨干份子对于应用的迅速展开会大有帮助，而且也便于调动用户的使用积极性，便于系统的进一步完善。

(4) Intranet系统开放性的特点，采用了分步滚动式开发实施。与其他系统的开发策略相同，不应期望系统的一步到位，而是分阶段的实施，一边应用，一边扩大功能。

2.6信息分类编码技术

对BSL-CIMS信息实施分类编码标准化，是雪莲公司实现现代化管理的重要基础工作，它能统一协调公司各职能部门的信息收集工作，使之符合系统整体的需要，同时又能满足各部门的需要，减少对信息的重复采集、加工和存储，最大限度地消除因信息命名、描述、分类和编码所造成的误解、分歧和信息混乱现象，使事物名称和术语含义统一化、规范化，确定代码与事物或概念之间的一一对应关系，确保信息的可靠、可比和适用。同时，信息分类编码是BSL-CIMS实现集成的必要基础技术条件之一。

建立BSL-CIMS信息分类编码体系必须遵守的原则：

(1) 对BSL-CIMS信息的分类应遵循约定的分类原则和方法，按照雪莲公司全部信息的内涵、性质及管理的要求，将所有信息按一定的结构体系分门别类加以整合。为了满足雪莲公司事物或概念不断出现或变化的需要，需要在建立信息分类体系时留有足够的空位，以便安置新出现的信息，不至于打乱已建立的分类体系。

(2) 在BSL-CIMS的产品分类编码体系进行研制开发时，对营销部门、设计部门、制造部门、生产管理部门从各自的应用目的出发提出的意见和要求都必须一一予以考虑和最大限度予以满足。应综合各部门的要求，注意信息系统的整体优化。

(3) BSL-CIMS的编码，首先应选用现有的标准，并尽可能采用国家标准和行业标准。

(4) 随着BSL-CIMS的建立，各信息分类编码标准需要协调一致，从而使得信息分类编码和类目设置在经过技术性的处理以后满足系统间信息交换的要求。

(5) BSL-CIMS的分类编码应充分考虑雪莲公司物流系统的需求。

根据目前雪莲公司的战略规划，BSL-CIMS的分类编码体系包括：产品数据分类编码，经营数据分类编码，基础数据分类编码，信息描述数据分类编码以及其它数据分类编码。

3、总结和展望

本文概述了工业工程与管理的一些理论和方法，详细阐述了具体企业实现CIMS中工业工程与管理的几项关键技术。具体企业的实践表明，工业工程与管理对于企业更好地运用当前先进的信息技术有很大的推动作用。我国的企业，特别是大中型国有企业，经济结构不合理、企业冗余人员多和管理不善是普遍存在的问题，要解决这些问题，就必须应用先进的、实践性强的管理技术——工业工程与管理技术。

展望新的世纪，市场全球化的浪潮势不可挡，WTO也正向我们走来，企业间的竞争会更加激烈。如何面对这样激烈的竞争，是摆在我国企业面前的最紧迫的问题。实现管理现代化和信息化已不仅仅是我国企业进一步发展的需要，而且是生存的需要。管理技术和信息技术的发展使得企业实施CIMS工程的范围会进一步扩展，以知识为基础、网络为环境、专项技术综合应用为支撑的制造业将成为现代制造业的基本形态。

它立足于863/CIMS已有基础，采用系统化、知识化、集成优化的思想方法和形式化的先进适用技术，通过数字化技术推动企业创新，提高企业的市场竞争能力，以信息化带动工业化，实现生产力的跨跃式发展。为了进一步推动科技进步与创新，促进高新技术产业与传统产业的共同繁荣，实现国民经济的可持续发展，需要我国学术界和产业界继续积极探索一条符合我国国情的企业创新之路。