20世纪后期，随着科学技术的发展，尤其是微电子和信息技术的突飞猛进，信息知识社会开始兴起，全球市场逐渐形成，市场竞争日益加剧，消费者需求日趋多样化和个性化。传统的大批量生产方式受到了挑战。作为工业发达国家经济支柱的制造业，怎样适应这一变化是其面临的重要课题。针对制造业所面临的竞争形势，1973年，美国的约瑟夫·哈林顿博士提出了计算机集成制造（Computer
Integrated
Manufacturing， CIM）的概念，用全局观点（即系统观点）对待企业的全部生产经营活动，它基于两个基本出发点：（1）企业的各个生产环节是不可分割的、需要统一考虑；（2）整个制造生产过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。这一观点到80年代逐渐的被认识并付诸实施。
一、计算机集成制造生产方式的产生与发展
计算机集成制造生产方式的出现源于计算机技术在制造业的应用，它来自于两个动力：其一，计算机和网络技术发展的推动；其二，市场需求的拉动。
（一）计算机和网络技术发展的推动
计算机技术的每一次发展都带来生产技术的巨大飞跃，计算机集成制造生产方式的出现，首先源于计算机技术的推动。
（1）第一台电子计算机ENIAC于1946年问世，随之在工业生产中应用——1952年第一台数控机床诞生——为计算机辅助制造系统CAM的出现奠定了基础，为柔性自动化提供了条件。
（2）美国在1962年研制出世界上第一台工业机器人，此后日本于1967年引进机器人及其技术，并建立起生产车间，将其应用于生产制造业。
（3）计算机图形显示器和光笔计算机交互系统出现于1963年，随之计算机辅助设计系统CAD问世。
（4）计算机技术的发展中，1965年研制成功了集成电路，1967年便建成了计算机集成制造发展中的第一套柔性制造系统，解决了柔性和生产率相互矛盾的问题，提供了工业生产全面现代化的条件。
（5）1968年，IBM公司开发出第一个数据库管理系统，并最先研制出第一个物料需求计划软件MRP。
（6）1971年，英特尔公司首次宣布单片微处理机试制成功，西门子公司随之在1974年推出了微处理数控机床。
（7）1973年，哈林顿博士提出计算机集成制造概念，集散型控制系统于1975年问世。
（8）进入到80年代以后，超大规模集成电路计算机时代到来，计算机的硬件与软件技术都获得惊人了发展。多媒体技术的兴起更是引起计算机在制造业应用领域的革命：机械设计、工艺规程编制、车间调度、车间和工厂管理、成本核算等全部工厂生产管理都由计算机控制管理，达到全盘自动化的计算机集成制造系统设想。
综上所述，计算机技术的发展带来了制造技术的变革，每一次计算机技术的发展之后都会出现以计算机技术为基础的先进制造技术。所以，计算机和网络技术的发展及其运用为计算机集成制造生产方式的出现作了技术上的准备。
（二）市场需求的拉动
20世纪后期，随着科学技术的发展，尤其是微电子和信息技术的突飞猛进，企业市场竞争环境发生了以下巨大的变化：（1）信息知识社会开始兴起，全球市场逐渐形成，市场竞争日益加剧。（2）产品生命周期缩短，产品成本要求不断降低。（3）消费者需求日趋多样化和个性化。（4）劳动方式、组织结构不断发生变化。为了适应这些变化，企业必须不断提高生产率和生产柔性。计算机集成制造生产方式将信息、计算机和网络技术与生产技术紧密结合，提供了高生产率和高柔性相结合的生产战略可能性。美国最先倡导研究计算机集成制造生产方式，其他一些国家也随后跟上。从20世纪80年代起，计算机集成制造生产方式成为各国研究的热点。我国从1987年开始进行计算机集成制造生产方式的研究，到目前已经取得了很大的成果，其发展历程为：
（1）1988-1992，建立计算机集成制造系统工程研究中心，探索技术路线，解决总体集成等关键技术问题，培养队伍；
（2）1990-1993，建立计算机集成制造系统单元技术试验基地，形成研究开发环境；
（3）1990-1995，选择并支持若干重点应用工程（11家），进行计算机集成制造系统实践；
（4）1994-2000，逐步推广计算机集成制造系统，并形成我国计算机集成制造系统产业；
（5）2000底，S-863启动，计算机集成制造系统应用示范工程实践的深度、广度步入了更高、更新的阶段。
总之，计算机和网络技术的发展及其运用为计算机集成制造生产方式的出现作了技术上的准备，而市场需求的不断变化对计算机集成制造生产方式的发展产生了巨大的拉动力。
二、计算机集成制造的内涵
关于计算机集成制造，目前世界上还没有一个统一的定义。各个学者从不同的角度对计算机集成制造内涵提出了不同的看法：
1985年德国经济生产委员会（AWF）提出计算机集成制造的推荐定义：“计算机集成制造是指在所有与生产有关的企业部门中集成地采用电子数据处理。计算机集成制造包括了在生产计划与控制（PPC）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助质量管理（CAQ）之间信息技术上的协同工作，其中为生产产品所必需的各种技术功能和管理功能应实现集成。”这一定义着重强调计算机集成制造的集成性。
1990年IBM将计算机集成制造定义为：“应用信息技术提高组织的生产率和响应能力”。这一定义主要强调信息技术在企业产品制造中的作用。
1991年日本能源协会提出计算机集成制造的定义为：“为实现企业适应今后企业环境的经营战略，有必要从销售市场开始对开发、生产、物流、服务进行整体优化组合。计算机集成制造是以信息作为媒介，用计算机把企业活动中多种业务领域及其职能集成起来，追求整体效率的新型生产系统”。这一定义突出了计算机的集成功能。
1992年，国际标准化组织（ISO）提出了对计算机集成制造的定义：“计算机集成制造是把人和经营知识及能力，与信息技术、制造技术综合运用，以提高制造企业的生产率和灵活性，由此将企业的所有人员、功能、信息和组织诸方面集成为一整体。”这一定义将人及其能力与技术并重。
1998年，我国863计算机集成制造系统主题结合国际上集成制造技术的发展，提出了现代集成制造（ContemporaryIntegrated
Manufacturing
）的概念，这在深度和广度上拓展了传统计算机集成制造的内涵，其基本理念为：“将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品（P）全生命周期的各阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人、组织、经营管理和技术三要素的集成优化，以改进企业产品（P）开发时间（T）、质量（Q）、成本（C）、服务（S）、环境（E），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。”这一定义更加强调对制造全过程各方面的集成。
综上所述，计算机集成制造生产方式将现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等与传统的制造技术有机结合，借助计算机使企业产品全生命周期各阶段活动中有关的人、组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，实现企业制造活动的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、敏捷性、健壮性，使企业赢得市场，其中心思想可概括为以下几个方面：
（1）计算机集成制造是企业经营、生产组织与管理的指导思想；
（2）企业的各个环节是不可分割的整体，因此需要统一考虑；
（3）人、技术、经营是企业生产经营的三要素，尤其要发挥人在现代化企业中的作用；
（4）信息在企业生产经营中具有重要作用；
（5）计算机集成制造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。
三、计算机集成制造系统的构成
计算机集成制造是组织现代化生产的一种哲理、一种指导思想，CIMS——计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing
System）便是这种哲理的实现。
计算机集成制造系统是在自动化技术、信息技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造企业的全部生产活动统一管理起来，形成一个最优化的产品生产大系统。计算机集成制造系统一般可以划分为工程设计自动化子系统、管理信息子系统、制造自动化子系统、质量保证子系统四个功能子系统，以及计算机网络子系统和数据库子系统两个支撑子系统。
1.四个功能子系统
（1）管理信息子系统是管理人员运用计算机和经济数学方法，通过对管理信息的采集和处理，系统地实现企业生产经营目标的一种综合性管理系统，具有信息处理、事务管理、辅助决策等功能。它以MRPII为核心，包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、人力资源的管理信息功能。
（2）产品设计与制造工程自动化子系统主要有计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工艺规程编制和数控程序编制等功能模块组成，用以支持产品设计和工艺准备，处理有关产品结构方面的信息，通过计算机来辅助产品设计、制造准备以及产品测试。
（3）制造自动化或柔性制造子系统是一个由计算机控制的、具有自动物料传输功能的加工系统，是计算机集成制造系统信息流和物料流的结合点，也是计算机集成制造系统最终产生经济效益的聚集地，由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分布式控制计算机等设备及相应的支持软件组成。根据产品工程技术信息、车间层加工指令，完成对零件毛坯的作业调度及制造。
（4）质量保证子系统是一个保证产品质量的全企业范围内的系统，该分系统通过采集、存储、评价与处理存在于设计、制造、检验到售后服务过程中与质量有关的大量数据，从而进一步保证和提高产品质量。包括质量决策、质量检测、产品数据的采集、质量评价、生产加工过程中的质量控制与跟踪功能，保证从产品设计、产品制造、产品检测到售后服务全过程的质量。
2.两个辅助子系统
（1）计算机网络子系统对内支持企业各分系统进行数据通信，对外通过网络接口设备与外部进行信息通信与交流。按照国际标准及网络协议，实现多计算机、控制机和多种网络的互联，为信息资源的共享、分布处理和控制提供支持。系统满足不同子系统对网络服务提出的不同需求，支持资源共享、分布处理、分布数据库和适时控制。
（2）数据库子系统是覆盖企业全部信息的数据库管理系统，按照统一的规范对企业的数据进行数据交换，对各功能分系统的数据进行有效的管理和维护，支持计算机集成制造系统各子系统的数据共享和信息集成，覆盖了企业全部数据信息，在逻辑上是统一的，在物理上是分布式的数据管理系统。
因此，计算机集成制造是组织现代化生产的一种指导思想，它通过中央计算机将高层管理、生产与作业管理、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动存储和检索系统和自动制导车、以及机器人有机地结合起来，建立一个具有提高整体效益、缩短产品开发与制造周期、提高产品质量、提高生产率和降低成本等优点的生产作业系统。
四、计算机集成制造生产方式的特征
通过以上阐述，计算机集成制造生产方式的特征可以分为主要特征和一般特征两个方面：
（一）计算机集成制造生产方式的主要特征
1.集成性
计算机集成制造生产方式从系统工程的整体优化观点出发，通过将计算机与生产活动有关的各种自动化系统有机集成，其主要特征表现在其集成性。集成是构成整体、构成系统的主要途径，是导致整个企业成功的关键因素。集成主要包括：信息集成？过程集成？企业间集成三个阶段。计算机集成制造的最早含义是侧重于信息集成（系统观和信息观），而过程集成和企业集成更多的是从系统优化的角度提出来的。现代集成制造涵盖了信息集成、过程集成和企业集成，同时在现代的系统化、信息化、集成化、网络化、虚拟化、智能化等方面是促进制造系统更快发展的新技术、新方法。
（1）集成的三个阶段
第一阶段，信息集成阶段。信息集成主要表现为企业内的信息集成：在全企业范围内（设计部门、管理部门、制造部门等）实现信息共享，资源共享。企业CAD/CAPP/CAM系统的信息集成提高了企业的设计自动化程度和水平；车间控制器和底层制造设备的信息集成则大大提高了企业的制造自动化；企业的信息集成还解决了企业由于各部门之间信息不共享、信息反馈速度慢、信息不全等造成企业决策困难、计划不正确、库存量大、产品制造周期长、资金积压等问题，提高了企业的现代化管理水平和整体经济效益。
第二阶段，过程集成阶段。过程集成是指利用计算机软件集成支持工具（如集成平台、集成框架、PDM等）高效、实时的实现计算机集成制造应用间的数据、资源的共享和应用间的协同工作，将一个个孤立的应用过程集成起来形成一个协调的企业计算机集成制造运行系统。过程集成的主要应用领域为：产品设计过程集成、经营管理过程集成和生产组织过程集成。
第三阶段，企业间集成阶段。企业间集成是通过网络实现不同的企业间的信息集成，而这些企业可能分布在全国甚至国外，从而实现敏捷制造和企业动态联盟的需要。所以，企业间集成对于计算机通信技术、网络技术、网络安全、系统的开放性提出了更高的要求。
（2）集成的优点
集成的优点是使整个计算机系统发挥整体效益。具体来说，集成的优点在于：
第一，减少数据冗余，实现信息共享。在一个没有实现系统集成的单位，各个分离的子系统内部存在着大量的冗余数据，数据的冗余也带来数据的不一致性，因为不同地点存放的同一数据可能有不同的数值。经集成以后的数据库是一种集约化的数据库环境，其效果要比“应用数据库”好，从而减少数据冗余。
第二，便于对数据的合理规划和分布。信息管理说到底是管好整个单位的数据问题：在没有计算机的人工处理阶段，数据被散失于各个部门各个员工手中，存在着大量冗余的数据，领导难于找到决策用的综合数据；集中式数据库阶段，数据又被集中堆放在计算机室的主机上，各部门通过网络电缆频繁调用主机上的数据，网络不堪负荷、运行效率降低、传输速度缓慢、用户并不满意。数据的分散与集中应进行合理平衡，应当集中的就要集中、应当分散的就要分散。很显然，这只能在集成的环境下才能统一安排。
第三，有利于开展并行工程，提高工作效率与效益。并行工程采用并行方法，在产品设计阶段，就把产品研制周期中各有关的工程技术人员集中起来，同步地设计或考虑整个产品生命周期中的所有因素，包括设计、分析、制造、装配、检验和售后服务等，在并行工程网络中，每位设计人在各自工作站上进行独立设计，又可通过网络看到其他人设计的情况，随时调用公共数据库中大量的标准、材料等有用数据，这样多项设计工作可协调和并行地进行，这也只有在集成的环境下才能办得到。由于并行处理多项工作，大大提高了工作效率和效益。
第四，有利于人们之间彼此协调地工作。系统集成为人们之间及时沟通信息和商议问题带来便利条件，其实管理在某种意义上就是一种沟通和协调。只要是许可查询的信息，就可以在自己的微机上随时而方便地得到，大家还可通过网络及时交换意见。企业的组织机构模式有条件从递阶式的层次结构转向扁平型结构和工作小组的模式，充分调动每个职工的积极性。集成将对企业的组织机构和人们的思想观念带来冲击，有利于企业在激烈的市场竞争中随时调整机构和员工之间的人际关系。集成在这一方面带来的益处往往是无形和稳定的，这种无形利益是不可小视的。
2.柔性
计算机集成制造生产方式的另一个重要特点表现为其柔性——计算机集成制造生产方式下的制造系统能快速无消耗地适应新形势或环境变化。主要体现在以下三个方面：
（1）生产加工柔性
生产加工柔性指计算机集成制造生产方式下的制造系统能够减少设计时间和过程执行时间，协调功能得到增强，能够快速重新组合各种制造资源，从而优质高效的生产出多样产品，以满足市场需求的能力。设备柔性是实现生产加工柔性的一个至关重要的因素。
（2）生产组织柔性
企业的灵活性和应变能力不仅仅限于硬件设备，更重要的应体现在生产组织管理体系之中，即组织柔性。传统的组织结构下，追求的目标是结构稳定、分工明确、层次分明，这种结构在预定的运行过程中具有高效的特点。但随着内外部环境的不断复杂化，传统的刚性组织结构已无法满足要求。组织柔性追求的是多样性、灵活性和组织间隙适度冗余。在计算机集成制造生产方式下，生产组织已经从以输入为中心转移到以输出为中心，完全以产品为中心和出发点，以能够快速响应环境变化为目标来构造生产单元。
（3）人员柔性
人员柔性指生产人员能够掌握多种技能和能力，可以很容易的从一种工作调换到另一种工作——与专业化的工人相比，他们需要得到更广泛的技能培训。同时，在现场的管理者需要能够迅速调整工人的生产作业任务。
3.开放性
开放性是指在计算机集成制造的发展过程中，计算机集成制造本身不断吸收市场竞争中产生的各种涉及信息、管理的新概念、新技术。例如，精益生产，实质上是从企业管理的角度优化生产经营过程，简化一切不产生附加值的环节，适时生产（JIT）便是其中之一；并行工程，协调产品开发过程中的各种专业（包括用户）的人的集成和设计过程的集成。企业过程重组，是从企业体制调整的角度优化生产；敏捷制造，是各企业组成动态联盟，以专业化协作分工，优化生产，提高竞争力；虚拟制造，是将产品的制造全过程尽量采用信息技术，保证制造作到“一次成功”。新的概念不断涌现，它们都有新的内涵，更强调以某些方面去优化生产，提高企业的竞争力，可以看成是计算机集成制造的新的发展，新的补充。总之，各种新的生产制造模式相互融合、不断促进，这些新方法、新技术对应用计算机集成制造技术求得企业经营活动的总体优化有着不可低估的作用。
（二）计算机集成制造生产方式的一般特征
与计算机集成制造这种先进生产方式出现之前的其他生产方式相比，计算机集成制造生产方式具有以下特征：
（1）计算机集成制造生产方式由中央计算机控制，形成一个闭环反馈系统。计算机集成制造生产方式下，可以向中央计算机输入产品的需求和概念等信息，中央计算机经过对其他计算机集成制造系统构成系统的集成处理最终输出合格产品。在传统的生产方式下，各个部门都有自己的信息处理方式，采用的知识各不相关。所以，传统生产方式中的信息冗余量较大、传递速度较慢、共享的程度也较低。而计算机集成制造生产方式是由中央计算机控制的信息和知识共享的系统，它以中央计算机为基础，使信息形成一个连续、不间断的信息流系统，并且，它还具有操作方便和使用可靠等优点。
（2）计算机集成制造生产方式下，企业通过高层管理层合理配置资源，承担企业经营责任。高层管理层是企业中精干而卓有成效的一个组成部分，是计算机集成制造系统的中枢，指挥和控制各部门有条不紊地工作。其主要任务是依据市场研究结果、公司的技术及竞争优势、公司的战略计划和资金来源，决定生产什么样的产品，然后将各种生产要素作为投入去组织和管理生产，并将产品推向市场。高层管理层需要承担的责任，包括员工的利益和安全、投资者的合理回报、社会公共关系、政府法规和行业道德以及环境保护等。
（3）计算机集成制造生产方式通过计算机辅助设计子系统来设计产品并加以分析，以确保产品质量，输出用于安排生产程序、设计模块和工具以及编制机器程序所需要的数据资料。即，设计者向计算机输入根据设计要求建立的数学模型、设计参数等，通过计算机检索相关计算、优化，以图形方式显示设计结果，设计人员可对结果进行放大、缩小、旋转、平移、变换等处理，直到获得满意结果，最后将结果以图形或数据形式输出。一个完整的计算机辅助设计系统应该由科学计算、图形系统和工程数据库组成。
（4）
计算机集成制造生产方式的生产与作业管理。计算机集成制造生产方式通过生产与作业管理来控制整个生产过程，协调传入指令，申请零部件和原材料，对生产制造过程做出计划和安排，监督账目，并且安排产成品的运送，是指直接或间接地把计算机与工厂生产设备联系起来，实现将产品设计信息到加工信息的转换，并控制产品的加工、装配、测试、检验等全过程，实现用计算机系统进行生产计划、管理、控制和操作的过程。
其中，通过计算机辅助制造系统将原材料制成必要的零部件并传送到装备区；通过自动存储和检索系统和自动制导车系统传送收到的原材料、零部件、在制品和制成产品；最后由机器人将产品集中到一起，利用自动设备进行检验，然后将最终产品装箱以便运输。
（三）计算机集成制造特征与其他生产方式的比较分析
1.计算机集成制造模式与传统制造模式特征比较
计算机集成制造与精益生产既有相同之处，也有不同的地方。其相同之处表现为：计算机集成制造和精益生产都强调利用市场知识、集成供应链和缩短产品交货期。两种生产模式下所有业务都必须针对最终用户，如果没有充分挖掘市场的信息，则整个生产将承担一定的风险；两种生产模式下，业务流程必须协同工作以形成集成供应链，以满足最终用户的需求；两种生产模式都注重交货期的缩短，但精益生产号召消除一切浪费，通过消除对过程或服务不增值的任何东西，包括时间，缩短了产品交货期。而计算机集成制造则强调通过计算机系统对生产过程进行快速重构，生产过程对市场信息的变化作出快速响应，通过信息流和物料流来缩短交货期。两种制造模式明显的不同在于计算机集成制造将制造系统中的各种自动化孤岛用计算机进行有机的集成，使制造系统适合于多品种、中小批量的生产，提高制造系统的总体效益和柔性；而精益生产则通过市场知识和信息倒推计划使需求稳定。
五、计算机集成制造生产方式应用的效果
自20世纪70年代以来世界上一些公司开始尝试计算机集成制造生产方式，并在20世纪80年代取得了初步成功并取得了示范性的潜在效益，表现在以下几个方面：（1）降低成本；（2）提高生产力；（3）提高柔性（灵捷性）；（4）提高产品可制造性；（5）提高产品质量；（6）减少生产准备时间；（7）增加员工满足感；（8）增加用户满意度。
（1）早在1985年，美国科学院对美国在计算机集成制造系统方面处于领先地位的五家公司麦克唐纳-道格拉斯飞机公司、迪尔拖拉机公司、通用汽车公司、英格索尔铣床公司和西屋公司进行调查和分析，他们认为采用计算机集成制造系统可以获得如下收益：产品质量提高200%-500%；生产率提高40%-70%；设备利用率提高200%-300%；生产周期缩短30%-60%。
（2）自1989年以来，863/CIMS 主题已在我国100多家企业实施了 CIMS应用示范工程。
从已验收的企业CIMS工程的结果表明，采用CIM理念与技术构成局部或全局的CIMS能获得明显的经济效益和社会效益显著，提高企业竞争能力。
