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（清華大學自動化系，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印：
①  網(wǎng)絡技術促進了全球化制造的發(fā)展，引發(fā)了制造業(yè)的重新分工和資源的重新配置。
②  信息技術促進了敏捷制造的發(fā)展，形成了以虛擬制造和動態(tài)聯(lián)盟為特征的新型制造模式。
③  計算機技術促進設計制造的數(shù)字化，大大縮短設計周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本；生產(chǎn)過程優(yōu)化與自動化大幅促進企業(yè)效益的提高。
④  以互聯(lián)網(wǎng)和電子商務為主要特征的新經(jīng)濟的發(fā)展，加快了經(jīng)濟全球化進程。
⑤  隨著冷戰(zhàn)的結束，世界經(jīng)濟重組，金融、貿(mào)易、生產(chǎn)、科技的全球化已是大勢所趨。
圍繞著以知識為基礎的創(chuàng)新能力競爭，一場以信息技術為特征的全球化的制造業(yè)革命正波瀾壯闊地展開。在此環(huán)境下，以信息化為核心，以敏捷制造為代表的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（Contemporary Integrated Manufacturing System，CIMS）技術不僅成為制造業(yè)不斷推出新產(chǎn)品，快速響應市場并贏得競爭的主要手段，而且正深刻地改變著制造業(yè)，信息時代制造業(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)品開發(fā)、制造技術和能力的提高是競爭的核心要素。CIMS技術推動了國家的工業(yè)信息技術基礎設施發(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)新開發(fā)，支持了戰(zhàn)略性重大產(chǎn)品的制造，增強了制造業(yè)綜合競爭力；促進了以知識產(chǎn)權為核心的制造業(yè)信息化應用軟件產(chǎn)業(yè)和咨詢服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展，確保了獨占性技術在國際競爭中的制高點。因此CIMS技術是提高企業(yè)核心競爭力的戰(zhàn)略和前沿技術，在世界制造業(yè)起著制高點作用！
為了占領先進制造與自動化技術的制高點，世界各國在研究、開發(fā)與應用先進制造技術時均十分重視發(fā)展制造系統(tǒng)集成技術，許多國家都提出了跨世紀戰(zhàn)略報告，例如：
  美國：《美國國家關鍵技術報告》（1995年）中將CIM支持軟件列為制造領域的重要子領域；《先進制造技術計劃》（1992年）中有多個重大項目包含了系統(tǒng)集成技術。近幾年，該國又在實施一系列有關敏捷制造技術發(fā)展計劃，如由美國能源部發(fā)起的《敏捷制造使能技術（TEAM）研究戰(zhàn)略計劃》（1994年）、美國國防部的《敏捷制造與制造技術計劃》與《國家工業(yè)信息基礎設施協(xié)議NIIIP》計劃（1993年）等。《美國－俄羅斯虛擬企業(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)和民間合作實施的這些先進制造計劃大大促進了美國制造業(yè)的發(fā)展。
  歐洲：在歐共體的《尤里卡計劃（EUREKA）》和《信息技術研究發(fā)展戰(zhàn)略計劃（ESPRIT）》中，集成制造系統(tǒng)技術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(xù)開展了《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）中的研究重點幾乎無一不是圍繞著制造系統(tǒng)集成技術。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作用。
  亞洲：日本的《智能制造系統(tǒng)（IMS）計劃》（1990年）、韓國的《高級先進技術國家計劃》（G7計劃）（1991年）和《網(wǎng)絡化韓國21世紀》（1999年）計劃等均將制造系統(tǒng)集成技術列為重要研究內(nèi)容。
其中值得注意的是，制造網(wǎng)絡技術在多個國家計劃項目都有體現(xiàn)。如：美國的CAMNet是在美國國防部資助下，由通用電器公司開發(fā)的模具計算機輔助制造網(wǎng)，參加產(chǎn)品開發(fā)與制造的合作伙伴在網(wǎng)絡上協(xié)調(diào)工作，擺脫距離、時間、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是德國的一個有關網(wǎng)絡化制造典型項目，包括面向個別企業(yè)的解決方案和整個行業(yè)的解決方案兩部分；PRODNET II是歐洲有關虛擬企業(yè)的一個多個國家聯(lián)合研究項目，其目標是設計和開發(fā)一個參考結構和一個開放平臺來支持工業(yè)VE（主要是中小規(guī)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)絡上的每一個企業(yè)都被看作一個節(jié)點，每個節(jié)點都可能扮演材料供給者、制造商、商品或服務的最終用戶等角色。
2  CIMS技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
國家863計劃CIMS主題在計算機集成制造系統(tǒng)的基礎上，通過15年的研究與應用實踐，并結合中國國情，提出了CIMS的概念是指“將信息技術、現(xiàn)代管理技術和制造技術相結合，按系統(tǒng)技術的理論與方法應用于企業(yè)產(chǎn)品全生命周期（從市場需求分析到最終報廢處理）的各個階段，通過信息集成、過程優(yōu)化及資源優(yōu)化，實現(xiàn)物流、信息流、價值流的集成和優(yōu)化運行，達到人（組織、管理）、經(jīng)營和技術三要素的集成。以加強企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的T（時間）、Q（質(zhì)量）、C（成本）、S（服務）、E（環(huán)境），從而提高企業(yè)的市場應變能力和競爭能力。”
目前，CIMS技術已經(jīng)應用在國內(nèi)外很多企業(yè)，成為制造企業(yè)帶動制造業(yè)發(fā)展的重要推動力。例如：
  數(shù)字化飛機 美國波音公司在波音777的研制中，通過采用“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，開發(fā)周期從過去的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％，用戶滿意度也大幅度提高。
  數(shù)字化轎車 美國通用汽車公司利用“數(shù)字化設計制造”、“虛擬樣機”等技術，將轎車的開發(fā)周期由原來的48個月縮短到了現(xiàn)在的24個月，碰撞試驗的次數(shù)由原來的100多次降到50次，另外 “全球采購和分銷”、“大規(guī)模定制”等新的生產(chǎn)模式也幫助它減少了10%的銷售成本。
  電子商務 Cisco公司85%的交易在線完成，每天網(wǎng)上銷售5000萬美元，電子商務使其銷售額增長500%，而人員僅增加10%，交貨期由3周降為3天，顧客滿意度上升52%；Dell公司每天網(wǎng)上銷售4000萬美元，Web收入超過50%；Intel公司每月網(wǎng)上交易10多億美元，占總收入的42%。據(jù)Jupiter公司統(tǒng)計和預測，B2B電子商務市場2000年是3360億美元，占世界交易總額3%，到2005年，將達到6.3萬億美元，占世界交易總額42%。目前B2B電子商務將朝著與企業(yè)信息化融合，面向動態(tài)聯(lián)盟和虛擬企業(yè)協(xié)作的動態(tài)企業(yè)電子商務系統(tǒng)方向發(fā)展，而XML、Web技術、基于中間件的EAI技術為電子商務的發(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(guī)模定制”、“敏捷供應鏈”等技術也是CIMS研究和應用的熱點。
在面向用戶，面向產(chǎn)品的競爭和面向信息時代科學技術的發(fā)展戰(zhàn)略下，CIMS技術的發(fā)展趨勢可概括為：“集成化、數(shù)字化、智能化、敏捷化、網(wǎng)絡化和綠色化”。
  集成化 CIMS已從當前的企業(yè)內(nèi)部的信息集成和功能集成，發(fā)展到過程集成(以并行工程為代表)，并正在步入實現(xiàn)企業(yè)間集成的階段(以敏捷制造為代表)。
  數(shù)字化 基于全數(shù)字化產(chǎn)品模型和仿真技術的虛擬制造技術將制造業(yè)帶入了數(shù)字化時代。
  智能化 智能化是制造系統(tǒng)在柔性化和集成化基礎上進一步的發(fā)展與延伸，它已從制造設備和單元加工過程智能化、工作站控制智能化發(fā)展到集成化智能制造系統(tǒng)和知識化制造。
  敏捷化 制造敏捷化是指制造企業(yè)通過組織動態(tài)聯(lián)盟、重組其企業(yè)過程以及在更廣泛范圍內(nèi)集成制造資源，以對不斷變化的市場需求做出迅速響應。
  網(wǎng)絡化 隨著“網(wǎng)絡全球化”、“市場全球化”、“競爭全球化”、“經(jīng)營全球化”的出現(xiàn)，許多企業(yè)正積極采用“全球制造”和“網(wǎng)絡制造”的策略。制造網(wǎng)絡化體現(xiàn)在信息高速公路及集成基礎設施支持下的網(wǎng)絡制造系統(tǒng)。
  綠色化 綠色制造、環(huán)境意識的設計與制造、生態(tài)工廠、清潔化生產(chǎn)等概念是全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)。綠色制造是一種綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。
3  863高技術計劃自動化領域的CIMS技術主題
3.1  CIMS技術主題的戰(zhàn)略目標
作為國家制造業(yè)信息化重大專項、先進制造與自動化領域的重要組成部分，CIMS技術主題的總體戰(zhàn)略目標是：根據(jù)“有所為、有所不為”的原則，采用系統(tǒng)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(zhàn)略性、前沿性和前瞻性的CIMS技術，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的CIMS和技術，力爭在具有相對優(yōu)勢的技術領域?qū)崿F(xiàn)突破和跨越，達到國際先進水平，形成我國CIMS理論方法與技術體系；以若干重大行業(yè)和典型區(qū)域的集成應用為突破口，用CIMS技術提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進我國制造業(yè)的創(chuàng)新與跨越，加快以信息化帶動工業(yè)化的進程，增強國際競爭力；促進形成我國的CIMS技術產(chǎn)業(yè)及服務業(yè)，打破國外的壟斷地位，并形成較大的市場規(guī)模和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢；建設一批研究開發(fā)基地，形成一套激勵創(chuàng)新、持續(xù)創(chuàng)新的體系，培養(yǎng)一批從事CIMS技術研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高級人才。
這里系統(tǒng)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)信息化問題，采用多學科、多領域集成的系統(tǒng)解決方式，將設計制造技術、過程自動化技術、管理技術、電子商務技術、系統(tǒng)集成與優(yōu)化技術等結合在一起，全方位整體考慮和綜合解決制造業(yè)信息化的關鍵問題，走出一條具有中國特色的以信息化帶動工業(yè)化的成功道路。
(2)  分形化技術集成方式 在CIMS技術發(fā)展中，強調(diào)基于分形的多層次系統(tǒng)集成。由系統(tǒng)技術帶動各單元技術的集成，而各單元技術系統(tǒng)內(nèi)也逐層集成，自成體系，即由小系統(tǒng)集成為大系統(tǒng)，由集成化的單元技術系統(tǒng)構成CIMS總體系統(tǒng)。在部署主題的創(chuàng)新研究與關鍵技術攻關項目時，應當注意按此集成關系處理好項目間的集成與結合關系，成體系地創(chuàng)新發(fā)展我國CIMS理論方法與技術。
(3)  集成化系統(tǒng)應用方式 在技術應用方面，以發(fā)展CIMS軟件產(chǎn)品與集成工具集和開展重大應用示范為主線。將CIMS技術和軟件系統(tǒng)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(nèi)外部整體集成的結合、單元技術應用與系統(tǒng)集成應用的結合、單一企業(yè)應用與行業(yè)性或區(qū)域性應用的結合、制造業(yè)應用與流通領域應用的結合，用CIMS集成方法與整體解決技術方案來解決制造業(yè)信息化應用問題。
(4)  系統(tǒng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式 在技術產(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(tǒng)地促進我國的CIMS應用軟件業(yè)和新興技術服務業(yè)的發(fā)展。其中，包括系列化應用軟件產(chǎn)品與專業(yè)化軟件公司的培育、CIMS技術服務“人件”與系統(tǒng)集成咨詢公司的培育、制造業(yè)信息化用戶與市場的培育，協(xié)同發(fā)展我國CIMS相關軟件產(chǎn)業(yè)與技術服務業(yè)。
(5)  協(xié)同化組織實施方式 在各類項目實施以及項目間的協(xié)調(diào)過程中，注意將CIMS關鍵技術攻關、軟件產(chǎn)品及工具集開發(fā)與企業(yè)應用緊密結合，配套組織項目及實施單位，相互促進，協(xié)同發(fā)展。
863主題的“十五”重點研究、開發(fā)與應用目標是：研發(fā)基于三維產(chǎn)品模型的C4P系統(tǒng)、流程工業(yè)綜合自動化的ERP（企業(yè)資源計劃）/MES(過程執(zhí)行系統(tǒng))/PCS（過程控制系統(tǒng)）、基于先進中國管理模式的ERP/SCM/CRM/eB系統(tǒng)、支持整體解決方案的PLM系統(tǒng)與制造網(wǎng)絡平臺等系統(tǒng);  開發(fā)并提供應用軟件、系統(tǒng)集成平臺和制造網(wǎng)絡系統(tǒng)是全面提升企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、市場能力等國際競爭力的關鍵；結合國家重點行業(yè)和典型區(qū)域的戰(zhàn)略需求，實施10項左右具有帶動意義的重點行業(yè)CIMS和典型區(qū)域制造網(wǎng)絡系統(tǒng)，形成支持制造業(yè)信息化工程實施服務和制造企業(yè)群體制造協(xié)同的制造網(wǎng)絡系統(tǒng)，取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，提高了我國重要制造業(yè)的國際競爭能力；通過將主題研究開發(fā)成果在網(wǎng)絡環(huán)境下的系統(tǒng)集成和重大集成應用，促進形成制造業(yè)信息化實施的軟件產(chǎn)業(yè)。
通過“十五”863計劃CIMS技術主題和制造業(yè)信息化工程的研究開發(fā)和應用實施，初步形成支持制造業(yè)信息化工程實施服務和制造企業(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)絡系統(tǒng)，為最終構成國家制造網(wǎng)絡系統(tǒng)奠定堅實的基礎。
3.2  主要研究內(nèi)容與關鍵技術
 

圖1  CIMS結構圖

CIMS技術主題研究內(nèi)容的設立思路為以集成應用帶動系統(tǒng)研發(fā)，以系統(tǒng)研發(fā)帶動技術突破，以原始創(chuàng)新促進技術發(fā)展，以重大應用和軟件產(chǎn)業(yè)化工程促進制造業(yè)信息化高新技術產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展。
本主題的主要研究開發(fā)內(nèi)容包括：數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)、過程自動化系統(tǒng)、企業(yè)管理與電子商務系統(tǒng)、CIMS平臺、制造網(wǎng)絡系統(tǒng)以及多個重點行業(yè)CIMS、典型區(qū)域制造網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用。圖1為本主題的CIMS體系結構。
本主題的主要研究內(nèi)容為：
(1)  數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)
主要研究開發(fā)數(shù)字化設計制造系統(tǒng)（C4P）和重大典型應用系統(tǒng)。數(shù)字化設計制造系統(tǒng)包括以產(chǎn)品3D數(shù)字化模型為主要特征的產(chǎn)品結構分析、工藝設計、數(shù)控編程（CAx）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過程管理（PDM）、面向過程的優(yōu)化設計軟件工具（DFx）等軟件包。重大典型應用系統(tǒng)主要面向重大產(chǎn)品虛擬樣機、網(wǎng)絡化制造和制造業(yè)信息化中的共性關鍵技術，包括基于KBE的系統(tǒng)功能仿真、產(chǎn)品虛擬實驗的虛擬樣機技術、制造過程仿真與優(yōu)化的虛擬制造技術、網(wǎng)絡環(huán)境下產(chǎn)品協(xié)同設計與制造準備等共性關鍵技術和高級應用軟件系統(tǒng)。
(2)  過程自動化系統(tǒng)
主要研究開發(fā)生產(chǎn)MES、PCS和基于以太網(wǎng)技術的現(xiàn)場控制系統(tǒng)。其中，MES主要包括先進計劃與調(diào)度、先進建模技術與流程模擬、故障診斷與設備健康維護以及過程優(yōu)化與價值鏈分析等；PCS主要內(nèi)容包括先進控制與優(yōu)化軟件工具、實時數(shù)據(jù)庫與監(jiān)控軟件以及基于以太網(wǎng)和無線技術的現(xiàn)場設備、標準和控制系統(tǒng)等。
(3)  企業(yè)管理與電子商務系統(tǒng)
主要研究開發(fā)支持企業(yè)現(xiàn)代管理與電子商務的基于主動成本控制/成本經(jīng)營模式的中國式動態(tài)可重構CERP系統(tǒng)和支持企業(yè)內(nèi)外部集成的基于XML的企業(yè)信息化集成平臺，并開發(fā)面向供應鏈管理的企業(yè)應用系統(tǒng)、面向企業(yè)客戶關系管理的企業(yè)應用系統(tǒng)、面向電子商務的企業(yè)過程重組的過程建模仿真與優(yōu)化軟件構件、面向產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量管理構件、商務智能和群體決策支持構件以及相關重點行業(yè)和典型區(qū)域應用等。
(4)  CIMS平臺
主要研究內(nèi)容包括面向形成行業(yè)整體解決方案，開展企業(yè)建模與診斷、過程管理與知識管理、集成平臺等共性與支撐技術研究，開發(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(tǒng)，在我國若干個重點行業(yè)進行CIMS重大集成應用，促進重點行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構調(diào)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。開發(fā)形成支持制造協(xié)同、資源共享、網(wǎng)絡化集成服務的制造網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)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、軟件系統(tǒng)、制造資源都可以通過網(wǎng)絡進行集成和應用，形成區(qū)域異地協(xié)同設計的制造網(wǎng)絡系統(tǒng)、區(qū)域動態(tài)聯(lián)盟與企業(yè)協(xié)同管理的制造網(wǎng)絡系統(tǒng)、區(qū)域和區(qū)域間資源共享和協(xié)作應用的制造網(wǎng)絡系統(tǒng)、區(qū)域制造業(yè)全球采購和產(chǎn)品銷售制造網(wǎng)絡系統(tǒng)、現(xiàn)代物流配送的制造網(wǎng)絡系統(tǒng)以及基于ASP的網(wǎng)絡化制造服務系統(tǒng)等，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間的資源共享，提高區(qū)域制造業(yè)創(chuàng)新能力，發(fā)揮區(qū)域制造業(yè)群體優(yōu)勢，促進產(chǎn)業(yè)鏈的形成，從而提高整個制造群體的競爭能力。圖2給出了制造網(wǎng)絡系統(tǒng)的系統(tǒng)體系結構圖。

 圖2  制造網(wǎng)絡系統(tǒng)的系統(tǒng)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(zhàn)略重點，近十多年來，我國對制造系統(tǒng)集成技術給予了充分重視并進行了大量研究開發(fā)與應用。自1986年以來，在863計劃的支持下，在發(fā)展CIMS技術研究、開發(fā)與應用方面取得了大量的研究成果和成功實施CIMS應用示范工程的經(jīng)驗。其中主要研究與應用成果體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)  圍繞著CIMS的相關單元技術、系統(tǒng)集成與優(yōu)化技術，攻克了從產(chǎn)品設計、制造到生產(chǎn)管理、企業(yè)經(jīng)營的異構環(huán)境下的信息集成技術；研制出了基于軟總線的CIMS集成平臺/框架系統(tǒng)；突破了產(chǎn)品實現(xiàn)過程集成的并行工程關鍵技術，許多研究成果達到了國際先進水平。
(2)  開發(fā)出了一批有市場競爭能力的目標產(chǎn)品，形成包括MRPII/ ERP、CAD、CAPP、PDM、RPM、數(shù)控、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、集成平臺/框架、流程行業(yè)生產(chǎn)過程先進控制系統(tǒng)等10個CIMS產(chǎn)品系列，重大目標產(chǎn)品已占國內(nèi)市場的5%～10%，登記版權的軟件產(chǎn)品34個，為促進形成中國的CIMS產(chǎn)業(yè)打下良好基礎。
(3)  在全國20多個省市、10多個行業(yè)的不同規(guī)模、運行機制、生產(chǎn)模式的企業(yè)中成功實施200多個CIMS應用示范工程，有60%的國家重點企業(yè)已經(jīng)不同程度地建立了企業(yè)信息管理系統(tǒng)；有1萬多家企業(yè)通過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)的市場競爭力明顯增強。更重要的是，用CAD、CIMS技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和提高企業(yè)市場競爭力的作用已被國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)所認識，越來越多的企業(yè)開始自覺地應用CIMS技術實現(xiàn)企業(yè)技術升級。
(4)  我國在流程工業(yè)綜合自動化領域經(jīng)過多年特別是在“九五”計劃期間的研究和攻關，已積累了大量的科研成果，產(chǎn)生了大批具有產(chǎn)業(yè)化前景的高技術成果和產(chǎn)品，如集散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線技術、先進控制軟件、實時優(yōu)化軟件、過程管理與優(yōu)化軟件、企業(yè)管理和生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)軟件等，已大大縮短了與國際先進水平的差距，其中，DCS在國內(nèi)市場占有率已由過去完全被國外先進產(chǎn)品所壟斷到目前達到35％以上。部分成果達到國際先進水平，并廣泛應用于國內(nèi)眾多石化、化工、醫(yī)藥、冶金、建材、輕工等企業(yè)，產(chǎn)生了巨大的企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益。
(5)  在網(wǎng)絡化制造方面開展了深入的研究與應用，為進一步開展網(wǎng)絡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、開發(fā)與應用的基礎上，提出了“CIMS”的新概念及其技術方法體系，在國際上占據(jù)了一席之地，為制造業(yè)系統(tǒng)集成技術的進一步發(fā)展指明了發(fā)展方向。這些成績?yōu)椤笆濉逼陂g進一步發(fā)展CIMS技術打下了良好的基礎。
5  廣闊的發(fā)展前景
5.1  用CIM技術改造傳統(tǒng)制造業(yè)有著廣闊的前景
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(guī)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(nèi)的競爭和挑戰(zhàn)。眾所周知制造企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)、制造技術和能力的提高是競爭的核心要素，因此用高新技術，特別是信息技術改造我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)有廣闊的發(fā)展前景。近期啟動的國家科技部重大專項“制造業(yè)信息化工程”為用信息化提升和改造傳統(tǒng)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(shù)字化設計）、以NC、PCS為代表的制造信息化（數(shù)字化制造）、以ERP為代表的管理信息化（數(shù)字化管理）、以OA為代表的辦公管理信息化（數(shù)字化辦公）、以CIMS為代表的企業(yè)信息化（數(shù)字化企業(yè)）、以eB為代表的企業(yè)間協(xié)同信息化（數(shù)字化商務）。由此可見， CIMS技術是制造業(yè)信息化的高級階段，用CIMS技術改造傳統(tǒng)制造業(yè)有著廣闊的前景：
(1)  數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)技術 如基于3D數(shù)字化模型的產(chǎn)品設計、結構分析、工藝設計、數(shù)控編程、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過程管理管理技術等，將提高生產(chǎn)設備的數(shù)字化程度，不僅大幅度提高企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)和制造水平，增強企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新和技術創(chuàng)新能力，而且將大大提高原材料向產(chǎn)品轉(zhuǎn)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)  過程自動化系統(tǒng) 是提高流程工業(yè)企業(yè)效益的關鍵。流程工業(yè)過程優(yōu)化與執(zhí)行系統(tǒng)、過程控制軟件及新一代現(xiàn)場控制系統(tǒng)的研發(fā)與應用將直接決定我國過程工業(yè)參與國際競爭的能力。我國流程工業(yè)總體勞動生產(chǎn)率只及國外先進水平的20%～30％，因此“十五”期間將會大量應用高端先進控制技術、過程優(yōu)化與執(zhí)行系統(tǒng)軟件等。
(3)  企業(yè)管理與電子商務系統(tǒng) 如ERP、CRM、SCM等，將幫助企業(yè)優(yōu)化配置各類制造資源，實現(xiàn)集約化運行，并且提高與其它企業(yè)的合作能力；又如電子商務平臺系統(tǒng)將成為企業(yè)開拓市場的有效手段。在網(wǎng)絡上尋找客戶、供應商和分銷商，完成原材料采購、產(chǎn)品銷售和交易結算將成為越來越多的國內(nèi)企業(yè)開拓市場和開展商務的主要方式。
(4)  支持整體解決方案的PLM系統(tǒng)平臺和區(qū)域制造網(wǎng)絡系統(tǒng) 將集成企業(yè)系統(tǒng)的各個應用，幫助企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)各階段功能活動和資源的動態(tài)集成，支持企業(yè)內(nèi)部與企業(yè)之間的協(xié)作。企業(yè)內(nèi)部軟/硬件資源的集成與優(yōu)化運行、建立企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟和企業(yè)間協(xié)作網(wǎng)絡都對PLM和制造網(wǎng)絡平臺提出了強烈的技術需求。
而基于以上幾個軟件系統(tǒng)的CIMS技術在重點行業(yè)和典型區(qū)域的重大集成應用將對我國制造業(yè)產(chǎn)生巨大的推動作用：
①  航空、航天、家電、信息、石化、冶金、船舶、汽車、重大裝備、模具等重點行業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱。重點行業(yè)CIMS的實施，將依靠數(shù)字化設計與制造、過程自動化、企業(yè)管理與電子商務、CIMS技術、工具和集成平臺等技術，形成一套支持重點行業(yè)信息化的整體解決方案，促進重點行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構調(diào)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(qū)域制造業(yè)存在小而全、資源重復分散、缺乏群體與規(guī)模優(yōu)勢、協(xié)作能力差、區(qū)域國際競爭力不強等問題。根據(jù)區(qū)域制造業(yè)的特點和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，CIMS主題將一方面在其平臺等系統(tǒng)開發(fā)的基礎上，選擇若干典型區(qū)域，結合區(qū)域特色，開發(fā)區(qū)域設計制造的資源庫、知識庫和相關的應用工具及構件等，形成區(qū)域異地協(xié)同設計制造應用系統(tǒng)、區(qū)域動態(tài)聯(lián)盟與企業(yè)協(xié)同管理應用系統(tǒng)、區(qū)域和區(qū)域間資源共享和協(xié)作應用系統(tǒng)、區(qū)域制造業(yè)全球采購和產(chǎn)品銷售應用系統(tǒng)、現(xiàn)代物流配送應用系統(tǒng)以及基于ASP的網(wǎng)絡化制造服務系統(tǒng)等；另一方面結合典型區(qū)域進行CIMS的集成應用，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間的資源共享，提高區(qū)域制造業(yè)創(chuàng)新能力，發(fā)揮區(qū)域制造業(yè)群體優(yōu)勢，促進產(chǎn)業(yè)鏈的形成。從而促進區(qū)域制造業(yè)資源空間配置效率的提高、促進區(qū)域間制造業(yè)的聯(lián)合與協(xié)作、促進具有競爭優(yōu)勢的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)群的形成，提高區(qū)域國際競爭能力，同時促進制造業(yè)信息化軟件產(chǎn)業(yè)和咨詢服務業(yè)發(fā)展。
總之，用CIMS技術改造中國傳統(tǒng)制造業(yè)有著廣闊的前景。在總體發(fā)展戰(zhàn)略和系統(tǒng)發(fā)展模式的指導下，以五個專題為核心，通過競爭驅(qū)動、系統(tǒng)發(fā)展、信息帶動、升級跨越，我們必將能夠用CIMS技術帶動制造業(yè)信息化，以信息化帶動工業(yè)化，最終實現(xiàn)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(tǒng)的求解框架
CIMS為復雜制造系統(tǒng)求解提供了一個基本框架――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(tǒng)的解決方案框架圖

其中管理層、方法論層、實現(xiàn)技術層、數(shù)學等理論工具層面分別是從宏觀層面、技術的宏觀層面和微觀層面提出的。
管理層主要是指先進的管理理念，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)營過程重組、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(tǒng)結構）、開放系統(tǒng)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、動態(tài)模型等。方法論不在數(shù)學層次解決問題，重要的在于將問題納入一個正確的方向。多數(shù)情況下，方法論主要還在定性階段。
實現(xiàn)技術層主要用于解決如何建立一個現(xiàn)代化的制造企業(yè)。CIMS的“現(xiàn)代”是指：數(shù)字化、網(wǎng)絡化、虛擬化、智能化、綠色化與集成化。“六化”是“現(xiàn)代”的主要技術特征。實現(xiàn)技術主要包括：基礎信息化、信息集成、并行工程(過程的重建和優(yōu)化)、虛擬制造和敏捷制造。
5.3  CIMS應用實施中值得注意的問題
CIMS技術作為863高技術計劃自動化領域的主要研究目標是開發(fā)提高制造業(yè)企業(yè)競爭力的戰(zhàn)略和前沿技術，10多年以來在企業(yè)應用中取得了顯著的成果，有著廣闊的發(fā)展前景。如何用CIMS 技術實現(xiàn)制造業(yè)的跨越發(fā)展？在研究和實施CIMS時需要注意以下幾個問題：
(1)  我國企業(yè)面臨嚴峻形勢 系統(tǒng)觀點，即“綜合治理”和“系統(tǒng)發(fā)展模式”，是觀察、分析和提高企業(yè)競爭力的有效方法。制造業(yè)的競爭力問題是個綜合性問題，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情 企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的瓶頸分析必須做好。
(3)  在CIMS的需求分析與實施過程中，加強理論和方法上的指導，充分重視對實施過程的管理 如充分利用企業(yè)建模、診斷技術和工具，對企業(yè)的現(xiàn)有業(yè)務流程進行建模與分析，并對BPR方案進行仿真優(yōu)化，為企業(yè)管理層的決策提供科學的依據(jù)。
(4)  對我國多數(shù)企業(yè) 新產(chǎn)品開發(fā)能力弱，管理粗放是主要問題。因此宜于采用旨在提高產(chǎn)品設計能力和現(xiàn)代管理的各種技術，車間層宜“適度自動化”。提倡針對企業(yè)的實際需求和關鍵瓶頸問題，有選擇地應用CAD/CAM、PDM、CE、VM、MRPⅡ、ERP、BPR、AM等先進技術。從整體上說，應用CIMS技術是實現(xiàn)我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)工業(yè)化與信息化相結合的良好切入點，也是實現(xiàn)信息化帶動工業(yè)化的一條有效途徑。
(5)  要轉(zhuǎn)變觀念 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。從技術到技術，解決不好我國制造業(yè)的生存和發(fā)展問題。領導部門和企業(yè)界也要擺脫計劃經(jīng)濟模式的影響，要從現(xiàn)代化管理和高技術中尋找企業(yè)生存發(fā)展的道路。十多年863計劃的實踐，我們在技術與經(jīng)濟的結合中學到并實踐了幾條最主要的認識，這是觀念上的重大進步：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；樹立“企業(yè)說好，才是真好”的應用技術評價標準；以企業(yè)效益、企業(yè)競爭力作為技術實施的最終目標。
(6)  要避免不問市場 單純提高裝備及工藝能力，花巨資引進，導致技改“早改早死，晚改晚死，不改等死”――傳統(tǒng)的技改觀念造成的對技術進步的誤解；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“廉價勞動力和批量生產(chǎn)”的價格戰(zhàn)，而不依靠產(chǎn)品開發(fā)及科技進步；避免制造學科中部分存在的與經(jīng)濟建設脫節(jié)，狹隘的門戶觀念以及保守性，妨礙了學科和技術的滲透、集成。
(7)  加強產(chǎn)學研的結合 充分發(fā)揮集成與協(xié)作的優(yōu)勢是符合我國當前現(xiàn)狀的有效方法，也是提高企業(yè)CIMS實施的成功率和效益的可行方法。