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一、计算机集成制造CIM与计算机集成制造系统CIMS
为了使企业适应快速变化的国际化市场的要求，以便增强产品竞争能力，必须考虑不断的推出新产品，提高产品质量、降低生产经营成本、缩短产品开发周期和提供优质的售后服务。科学技术的进步，特别是信息、计算机和网络技术的迅速发展及其与生产技术的紧密结合，提供了采取高柔性和高生产率相结合的生产战略的可能性，为企业在动态多变的市场竞争中，提供了赢得胜利的手段。
1973年，美国的约瑟夫·哈林顿（Joseph·Harrington）博士提出了组织企业生产的一种哲理，即计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing）—CIM。我国经过几年的863 计划课题的研究及CIM实践认为：“CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理， 它籍助计算机硬、软件，综合运用计算机的管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部工程中有关人、技术、经营管理三要素集成起来，并将其信息流与物流有机地集成及优化运行，以实现产品上市快（Time）、高质量（Quality）、成本低（Cost）、 服务好（Service），简称T.Q.C.S，从而使企业赢得市场竞争”。对上述定义可进一步阐述为以下五点：
①、CIM是一种组织、管理与运行企业生产的哲理， 其宗旨是使企业的产品质量高、上市快、成本低、服务好、从而使企业赢得竞争。
②、企业生产的各个环节，即市场分析、经营决策、管理、产品设计、工艺规划、加工制造、销售、售后服务等全部活动过程是一个不可分割的有机整体，要从系统的观点进行协调，进而实现全局优化。
③、企业生产的要素包括人、技术及经营管理。尤其要重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用。
④、企业生产活动中包括信息流（采集、传递和加工处理）及物流两大部分，现代企业中尤其要重视信息流的管理运行及信息流与物流集成。
⑤、CIM技术是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、 自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。具体讲，它综合并发展了与企业生产各个环节有关的计算机辅助技术，包括计算机辅助经营管理与决策技术、计算机辅助分析与设计技术、计算机辅助制造技术、计算机辅助信息集成技术，计算机辅助建模、仿真、实现技术及计算机辅助质量管理与控制技术等。
CIM是组织现代化生产的一种哲理，一种指导思想。CIMS （Computer Integrated Manufacturing System）——计算机集成制造系统，便是这种哲理的实现。CIMS可定义为：“通过计算机硬、软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机集成并优化运行的复杂系统。”企业类型不同，例如单件生产的企业与多品种、中小批量生产的企业或大批量生产的企业，其生产经营方式是不同的；离散型制造业（电子、机械类）、连续流程工业（化工类）和“连续—离散”混合型制造业（冶金、陶瓷类）是不同的，因而实现CIMS也是不同的。就是在同一类型的企业，由于生产经营目标不同，企业的基础条件不同，原有计算机资源不同，其实现CIMS的方案、过程与结果也将是不同的。
二、准时生产系统JIT
准时生产系统JIT（Just In Time）是日本制造商在70 年代末石油危机的冲击下发展起来的，在日本汽车制造业得到应用与推广。这种生产方式的基本思想是在恰当的时间生产出恰当的零部件、产成品，把生产中出现的存储、装设和等待时间、残次品等视为一种浪费。JIT 生产以最终产品的取出拉动生产运行，成为Pull方式（拉式）。基于看板的生产控制方式，JIT达到了降低生产成本、减少生产浪费、 提高产品质量和缩短生产周期的效果。随着JIT生产在日本的成功应用， 世界上许多国家，特别是西方国家的大企业采用了这种生产管理技术与管理思想。基于JIT思想的生产调度的研究是一个新的活跃的研究领域。
Anthony于1965 年提出生产计划与控制决策系统主要包含三个层次，即策略规划层，总体生产计划层和作业控制计划层。策略规划层主要确定企业的目标、规模，包含企业的仓库选择、新设备引进、信息网络建立等，对应于企业的长远规划，计划期为3～5年。总体生产计划层，要确保有效地利用企业资源，以实现企业目标。在确定的技术条件下，为满足市场需求，最有效地分配企业在计划期内变化的生产能力、劳动力、库存与资金。对应于企业的中期生产计划，计划期为六个月到二年。总体生产计划、主生产计划都属于中期生产计划。作业控制计划层，以中期生产计划为基础，制定每天的生产计划。生产任务在设备上分配与排序、库存控制都属于作业控制计划层。
三、精良生产LP
1985年美国麻省理工学院（MIT）成立了“国际汽车计划（IMVP ）”的专门机构，通过五年对美国、日本及一些欧洲国家汽车工业的全面、深入调研， 于1990 年写了“改变世界的机器（The Machine ThatChanged the World）”一书， 该书作者詹姆斯·沃麦克、丹尼尔·琼斯等总结了日本的制造业几十年来的成功经验，首先提出了“精良生产（Lean Production）”的概念， 以日本汽车工业为例说明了精良生产方式的要素和对整个工业未来发展将产生的深远影响，并预言，精良生产方式必将在整个工业领域中取代大批量生产方式及残存的单件生产方式。精良生产方式的特点是强调人的作用和以“人”为中心，生产线上的每一个工人在生产出现故障时都有权让一个工区的生产停下，以消除故障；企业里所有工作人员都是企业的终身雇员；职工是多面手，公司各部门间人员密切合作，并与协作户、销售商友好合作，这显著地提高了劳动生产率，同时使产品质量也得到了保证。精良生产方式第二个特点是以“简化”为手段排除生产中一切不产生价值的工作。它是需求驱动的简化生产，简化了产品的开发过程，采用并行开发方法，在产品开发一开始就将设计、工艺和工程等方面的人员组成项目组，各方面的人集中起来，大量的信息处理在组内即可完成，简化了信息的传递，使系统反应十分灵活，使产品开发时间和资源都减少。还简化了组织机构和减少了非生产的费用，撤掉了如修理工、清洁工、检验工和零件库存管理员等间接工作岗位和中间管理层，从而减少了资金积压，减少了大量非生产费用。精良生产不断改进，以“尽善尽美”为最终目标。把持续不断的改进生产、不断的降低成本，力争无废品、零库存和产品品种多样化为追求目标，它的核心是精简，精简产品开发、设计、生产、管理过程中一切不产生附加值的环节。它是多方面的管理，从管理角度解决T.Q.C.S.问题以赢得竞争。
四、灵敏制造AM的概念
灵敏制造（Agile Manufacturing）是美国里海大学（Lehigh University）亚科卡研究所于1991年提出的一种新的制造模式。80 年代以来，随着市场变化越来越快，竞争日益激烈，美国的产品在世界市场中所占的份额急剧下降，美国人清楚地认识到“美国在世界事务中的威望不仅取决于强大的国防态势，而且取决于强大的制造能力。为了保持其领导地位，美国应实施各种策略，重振其制造能力；”“制造业是一个国家国民经济的支柱”。美国国会在1991年国防授权法案会议报告中提出，要为国防部拟定一个更长期的制造技术规划，其基本结构要同时体现工业界和国防部的共同利益，要体现协作，而不是工业伙伴间的竞争。为了达到这个目的，国防部根据国会指令，委托亚科卡研究所提出一种能包括更长期的各种制造目标的概念，这就是既能体现国防部与工业界各自的特殊利益，又能获得他们共同利益的一种新的制造模式——灵敏制造。大规模生产系统是通过大量生产同样产品来降低单件成本，以实现规模效益。而要适应生产用户定做的数量很少的高质量的产品，并使单件成本相当低，要能迅速改变生产设备和程序，这是灵敏制造的目的。在大规模生产系统中即使提高及时生产能力和采用精良生产，各企业仍主张独立进行生产，企业间的竞争促使各企业不得不进行大规模综合生产。而灵敏制造系统促使企业采用较小规模的模块化生产设备，促使企业间的合作，每一个企业都将对新的生产能力作出部分贡献。由于竞争者、供应者和用户在它们相互关系中发挥着不断变化的作用，所以灵敏制造改变了工业竞争的意义。在这里，竞争、合作、供货、买方的关系随着项目经常变化，使得合作和竞争二者变得兼容。在灵敏制造系统中，竞争和合作是相辅相成的。在这种系统中，竞争优势取决于产品投放市场的速度、满足用户需要的能力以及对公众给予制造业的社会和环境关心的响应能力。灵敏制造企业和用户建立了一个完全崭新的“战略”依存关系，不断提供用户有关其购置的产品的有价值的信息，更新软件，提供诊断服务，并保持售后产品的档案，依靠有技术素养的工作人员来维持在整个产品生命周期内用户对产品的信心。灵敏制造企业从战略上着眼于经济行为，它们的生产技术和管理组织都具有很高的柔性，权利不是集中的。其组织结构采取动态结构——多功能的项目组权利，扩散下放项目组，项目组有权随时、不失时机地在指定范围作出决定。这个多功能项目组不仅是企业内部的，还包含企业外部的。虚拟公司这种多变的动态组织结构把全球范围内的各种资源集成起来，从而在整个产品生命周期中最大限度地满足用户需求，提高企业竞争能力。灵敏制造的灵敏性是把三方面资源，即技术、管理和人集中成一个相互依赖、相互协调的系统中得到的。高柔性生产技术是构成灵敏企业的必要条件，但不充分，必须与组织结构及人相结合，以充分利用这些技术，实现企业目标。灵敏制造的实质是改变企业多层次递阶的复杂结构为平面式结构，从优化角度形成虚拟企业，即企业集成；其技术基础是网络化的工厂及便于在网络上交换的符合数据交流标准的信息。灵敏制造是一种技术与管理相结合的更深层次的集成。精良生产、灵敏制造的思想充实到CIMS中，使CIMS发展到了一个新阶段。
五、并行工程CE
从90年代到下世纪，制造业将使满足用户需求的新产品尽快上市而赢得市场竞争为第一要旨。由于传统的产品开发模式不能在设计的早期就对产品生命周期中的各种因素考虑周全，致使设计频繁更改，因而延长了开发周期，增加了产品成本，并且用户需求还得不到满足。并行工程的出现解决了这一难题。它是一种集成、并行地设计产品及其相关过程的系统化方法，通过组织多学科产品开发队伍、改进产品开发流程、利用各种计算机辅助工具手段，使产品开发在初期阶段就能及早考虑到下游的各种因素，以达到缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，从而增强企业竞争能力的目标。在国外，并行工程已成功地应用于航天、电子、汽车等领域，这对我国制造业既是挑战也是机遇。
1、并行工程核心概念
并行工程（Concurrent Engineering）是集成、并行地设计产品及其相关过程的系统化方法。它要求产品开发人员从设计的早期即考虑产品生命周期中的各种要素。其核心内容包括以下四个方面：
①、产品开发队伍重构：将传统的部门制或专业组变成以产品（型号）为主线的多功能集成产品开发团队（IPT），IPT被赋予相应的责权利，对所开发的产品对象负责。这样可以打破功能部门制所造成信息流动不畅的障碍。
②、过程重构：从传统的串行产品开发流程转变成集成的、并行的产品开发过程。并行过程不仅是活动的并发，更主要的是下游过程在产品开发的早期即参与设计过程；另一方面则是过程的精简，以使信息流动与共享的效率更高。
③、数字化产品定义：包括两方面内容：即数字化产品模型和产品生命周期数据管理（PDM）；数字化工具定义和信息集成，如：DFA DFM CAD/CAE/CAM等。
④、协同工作环境：用于支持IPT协同工作的网络与计算机平台。
其中每一步都是下一步的基础。通常第一步和第二步保证数据按照标准格式在企业各分系统和工具之间传递，无需手工重新输入。实现方法包括工程图档管理、工程数据库、异构数据库的集成与信息共享等。它们可以被看作是CIMS第一阶段集成平台。
第三步和第四步处理更复杂的问题，需要改变企业的组织结构和产品开发过程，建立一个跨平台、跨领域的集成框架，支持产品开发全过程的信息集成与过程集成。它是并行工程最重要的特征。
2、复杂产品开发涉及领域之间的集成
从企业功能和体系结构看，企业业务可划分为多个功能领域，其中包括：产品／过程涉及领域、经营运行领域、行政管理／办公自动化领域和监控领域等。对负责产品开发的并行工程来说，每个功能领域有相应的支撑系统，这些子系统间必须在完整的并行工程产品开发过程中进行相互通信和数据共享。近年来，基于面向对象技术和客户／服务器计算模式的集成框架的研究、开发和应用，为企业全过程、多领域的集成提供了技术基础。集成框架软件是一个软件系统，它提供了支持多厂商、多平台、异构网络、不同操作系统和已有的传统应用软件的集成即插即用的环境。它不仅要把企业的计算机辅助设计、制造、管理和质量保证等技术子系统有机地集成在一起，实现信息共享和集成，还要充分考虑人在企业中的作用，实现人、组织、经营管理和技术的集成，以及产品的生命周期中的信息流和物流的集成优化，使企业集成信息集成发展到过程集成。只有这样才能真正解决企业的产品上市快、质量高、成本低、服务好（TQCS）问题，以赢得市场竞争。
六、并行工程的产品开发过程
并行工程以CIMS信息集成为基础，通过一系列的方法和技术支持产品开发人员在设计一开始就考虑产品生命周期中的各种因素，实现产品开发过程集成，其主要目标是缩短产品开发周期、提高质量、降低成本。其中，对产品开发过程的监控和管理是系统化工作模式的集中体现。
在满足用户需求的前提下，产品开发过程通过在产品开发的早期阶段考虑整个产品生命周期的所有因素来提高开发活动的并行度，从而实现时间、质量和费用的指标要求。
并行工程与传统生产方式之间的本质区别在于把产品开发过程中的各个活动视为统一的整体，从全局优化的角度出发，对该过程整体进行管理和控制。并行工程产品开发过程具有以下几个特点：
· 过程的实施由多学科开发工作组负责组织完成。
· 过程的建立以待开发产品的结构信息为基础。
· 过程之间存在着相互支持和约束及资源冲突。
· 过程受企业自身条件和产品性质的约束。
· 过程的建立是一个动态的非确定性的过程。
产品开发过程的重组和并行化是实施并行工程的关键。可以说产品过程是并行工程实施的引擎。对产品开发过程的规划、调度和管理是对并行工程实施的有效驱动。并行工程发展至今对产品开发过程的描述和定义很多，概括起来有以下几点：
· 并行工程中的产品开发过程是建立在计算机软件支持的信息共享基础上的。产品开发过程涉及从产品概念的形成开始，直到整个产品全生命周期内与产品（增值）相关的技术、活动以及对应的数据和信息。
· 产品开发过程源于Teamwork团队式工作模式的工作和组织方式，即多学科综合产品开发队伍的组织和实施。
· 产品开发过程在反映产品信息结构的同时，也反映了产品开发活动中信息的流动和增值关系，反映了信息的动态变化。
· 产品开发过程在实施过程中要满足企业的各种组织、资源和逻辑制约关系，并反映他们之间的相互作用。
可见，在并行工程中，产品开发过程是指以产品开发工作组为执行实体，以产品信息结构为操作对象，以企业资源为物质基础，以过程间逻辑和时序关系约束为执行纽带的产品开发活动。
1、信息共享
信息共享包括以下三方面的内容：
①支持并行设计的数据集成：支持结构分析以及后续的工艺设计和工装设计集成，把结构分析、工艺设计和工装设计所要求的修改迅速反映到结构设计中，确保设计质量。
②支持群组工作的集成框架系统：该系统用于计算机网络中各类设计人员协调和修改，传递设计信息和电子函件等，将信息在正确的时间送到正确的人手中，以便作出有效的群体决策，尽早发现小组间的矛盾，并加以解决。
③支持产品数据管理（Product Data Management,PDM）：对于支持多功能队伍共同完成产品以及相关过程的设计，控制产品整个生命周期中的活动起着至关重要的作用。在结构设计过程中，设计版本的管理、管理权限的变更、产品结构管理、工作进程管理，数据的传输与转换等方面都需要PDM的参与和支持。
2、多学科综合产品开发队伍
产品开发过程的一个重要特征就是将方案设立成一个组织单元。项目的成功依赖于全体参与者的协同工作。Teamwork是一种合作的方式，它由一组人员组成产品开发群组（Product Development Team）。根据产品的规模和复杂程度对设计人员进行分组，这些Team成员分别负责任务的执行、小组成员任务的分配、问题的解决、与其他组织单元的联络。
3、产品信息及其变化
产品开发过程和描述产品状态的信息是不可分割的。如果把企业的全过程分解成物料流和信息流来考察，那么，产品信息始终贯穿于信息流的全过程。产品信息是过程操作的对象，过程的执行对应着产品数据的变化，产品信息结构的不同划分决定了产品开发工作组的建立和划分。可以说，过程如果脱离了产品的信息也就成了无源之水、无本之木。
产品信息不仅应包括描述设计和制造的产品数据，也应包括产品开发过程中所产生的信息以及用于产品整个生命周期的企业知识（产品开发过程中逻辑约束推理和判断）。过程只有基于这种广义的产品信息模型，才能支持过程间的信息共享，才能获取产品状态的变换，了解产品当前开发过程的含义，进而改变已有过程，创造更有效的过程流。并行过程和串行过程的比较,从根本上讲是主模型（Master Model,MM ）的建立问题。主模型一般是产品全参数化三维模型，在产品开发活动中，还应表现为产品的各种技术文档，包括生产技术管理有关的资料。还需要把过程与产品的状态文件和状态变换放在一起考虑。主模型的建立需要在产品开发过程中不断对产品数据进行协调。过程模型与产品信息融为一体，主要表现为三个方面：
①、信息访问能力：指对当前、历史和相关设计信息的存取能力。
②、属性选择能力：指对所有监控的设计属性选择和对进一步信息分析路径的选择。
③、对所收集的设计信息的理解能力。
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