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CIMS总体集成分析与设计环境的研究

信息、计算机、自动化技术和现代管理理论的发 展给制造企业带来了严酷的生存环境。基于库存的大批量生产方式已不能满足多品种、小批量的市场要 求。因此，对于现代制造系统近来不断提出许多新的范式(Paradigm)，这些新范式不是对CIM的否定， 而是对CIM概念的进一步完善和发展。

CIMS之所以成为 21世纪制造业发展的趋势。 关键在于它能实现总体集成。 CIMS是一个典型的 复杂系统，需要在多层次上建立多个视图模型并对其进行分析、设计与实施。多模型间的集成是实现 CIMS总体集成的一个必要条件。模型间的联系和 对应关系是集成的具体表现形式。而只有在统一的软件环境中建立这些模型并以相同的数据格式对其 进行描述，才能实现模型间的映射(Mapping)，从而达到模型间的集成。因此将多种建模工具集成在一 起的软件环境是实现模型间集成的环境。针对中国 国情，我们对CIM方法论及不同的体系结构和分析方法做了大量深入的研究，研但其中值得企业关注的是：1、工业总量中权重最大的汽车产销量增速正在不断回升；2、机械工业重点联系企业累计定货额出现回暖制开发了一套适合于中 国现实环境的CIMS建模软件和分析工具，即CIMS 总体集成分析与设计环境。

1 CIMS方法论

CIMS 需要系统方法论的指导。 CIM方法论是 一组方法的有机结合，用来指导和帮助CIMS设计 人员进行CIMS分析、设计和实施。它包括三部分： (1)根据问题需要构成的参考模型体系结构；(2)一 组建模方法和支持工具；(3)保证逐步实现目标的结 构化进程。

1．1 参考模型体系结构

参考模型体系结构是一组代表整个集成企业或 CIM系统的各方面的多层次多视图的模型集合。 IFAC Task Force推荐了 CIM OSA、 Purdue企 业参考模型和IMPACS三种体系结构作为CIMS 分析、设计和实施的参考体系结构。归纳目前存在的体系结构中的视图模型，可以从以下几个侧面对集成 企业进行建模：(1)功能视图；(2)信息视图；(3)资源视图；(4)组织视图；(5)决策视图；(6)物理视 图；(7)经济视图等等。

但是，这些视图模型在内容上有些重叠，一般根 据具体要求选用。我们按最基本和最常用的原则，首 先选择功能视图、信息视图、决策视图和物理视图，用 来构成概念层上的集成企业模型。对此，我们给出如图1所示的集成企业参考体系结构。

1．2 建模方法

建模方法是CIM方法论的有机组成部分。这些 方法用来建立参考体系结构中的各种模型。IDEF0 方法用来建立功能视图和物理视图； GRAI方法用 来建立决策视图； E／R或IDEFlX用来建立信息视 图。

CIM 意义下的物理系统是以生产单元为基础的 生产车间的集合体。物理系统开发的工作量和投资 额，在整个CIMS开发中占有很大比重，所以一直得到理论界和工业界的极大重视。物流分析则是物理 系统设计的主要的理论基础和实用工具。在元件加 工部门，物流分析是最好的技术，用于完成从生产组织结构转换到产品组织结构的计划。但是，鉴于国内 对这方面的研究还较少，因此有必要进行系统深入的 研究。

1．3 结构化进程

结构化进程 般按四个阶段对CIMS的 发展过程进行分解：(1)初始化；(2)分析； (3)设计；(4)实施。这种分解方法与本文 的体在探索塑料造粒机技术的新型选矿设备发展道路时系结构存在明确的对应关系，真正起到 了把各种建模方法与分析方法有机组织起来 的作用，体现了CIMS方法的整体性。

2 ClMS总体集成分析与设计环境

CIMS 总体集成分析与设计环境是依据 CIM方法论所提供的参考模型体系结构、建 模方法、分析手段，以此辅助CIMS设计人员建立CIMS分析和设计阶段上所需的模型，并分析 模型间的不协调性与模型内的不一致性，对各种设计 方案的软件系统进行评估。它应包括各种建模工具、检测不一致性与不协调性的专家系统和评估各种方 案的专家系统。目的是实现模型间的集成和CIMS 的总体集成。我们根据CIM方法论，结合在CIM方法论方面所取得的研究成果，设计开发了 CIMSGIADE软件系统，实现了建模、分析、报告生 成、评估和模型间的映射(mapping)五个主要功能。下面介绍软件实现的几个方面的内容。

2.1 开发环境

CIMSGIADE软件在PC 机上运行，它是在 Windows环境下用Borland C++语言开发的。之 所以选择这样的软硬件环境是因为：(1)用微机设计是一种更现实的比较容易取得效益的手段和方法，特 别适合于中小企业；(2)Windows环境能支持程序的并发运行，可支持复杂的图形输出，具有良好的交互 性、图形输出和标准接口对象等特点；(3)面向对象技术提供了对软件质量、软件重用性和开发过程的强 大支持。各种面向对象的C++语言都有自己的类 库，用户可磷铁以充分利用它们来提高工作效率对实验进程的控制是通过单片机自动控制来实现的。 Borland C++被公认为是编译速度最快的面向对象 语言，应用范围较广。

最后我们选用了大家都比较熟悉的Foxpro关 系型数据库作为辅助的开发工具，完成了数据字典模 块，实现模型间的间接映射。

2．2 技术设计

技术设计阶段的主要内容是：(1)模块化设计； (2)用户接口对象设计；(3)确定各模块中的对象和 它们之间的关系。其中，用户接口对象的设计将四个 图形器集成在统一的软件环境中。此软件框架结构如图2所示。

需要着重说明的模块是：

(1) 分析模块：分析模块是集成环境中很重要的 一部分。它主要依靠一套一致性与协调性检测规则， 对现存系统模型进行分析，纠正在建模过程中因对系统理解不够而造成的模型间和模型内形式上和语义 上的不一致性与不协调性，帮助用户找出系统中存在 的问题。其中，检测规则是根据图形工具的语法规则、经营管理理耐热材料论、决策理论、信息技术等理论知识及 各种经验知识总结提炼而成的。

(2)数据字典：对于一个企业，进行项目中的公 共数据与专用数据的统一管理是非常必要的，数据字 典是关于数据的数据，定义和描述所有数据项的辅助 工具。在CIMS中， GRAI格、 GRAI、 IDEFO、 IDEFlX等不同的模型，数据形式也各有不同。数据 字典提供了各个模型的公共接口，各模型的数据以同一种数据形式进行管理，间接实现模型间的映射。它 存储、管理项目中的模型信息，是研究各模型间的联 系与集成的基础。

3 应用实例

我们先后在郑州纺织机械厂和西安飞机公司做 了CIM方法论的试点应用。在郑州纺织机械厂，通 过方法论的应用，畅通了机二分厂第二生产单元与其它生产单元和管理部门的物流和信息流，提高了机二 分厂的生产率，解决了全厂的瓶颈问题，从而提高了整个企业的生产率，增强了对市场的应变能力。1993 年7月开始在西安飞机公司进行试点应用，建立了全厂和数控车间的决策模型、功能模型，进行了数控车间扩建的技术分析和构造设计工作，并试图建立现存 的和扩建后的数控车间的物理模型。

作为一种比较 通用 的总体集成环境软件，本方 法和软件得到了厂方的充分肯定，并得到了各方专家 的好评。特别是用GRAI方法建立的决策模型，简明易懂，深得用户喜爱，值得推广。事实证明，CIMS 总体集成分析与设计环境是一套非常直观有效的 CIMS建模分析设计的图形化工具。对CIMS在中国 的推广和应用可起到一定的推动作用。

4 结论

本文提出了适合中国国情的CIM方法论，强调 了物流分析的重要性，并阐述了我们开发的CIMS 总体集成分析与设计软件环境。该软件在技术和功能上的许多特点优于国内外的同类软件。我们所用 的多模型集成建模方法对现代制造系统模式形成了 更完整的认识，有助于改进组织管理结构，可以为推广CIMS技术提供工作程序和分析方法的指南。它 还可以为多模型集成等关键问题的研究提供方法和 软件基础，为复杂系统建模提供一套实用的方法。