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中小企业计算机集成制造系统的设计与实现企业：一个案例研究
A.Gunasekaran，H.B.Marri，B.Lee
美国北达特茅斯马萨诸塞大学管理系;制造与工程部系统，布鲁内尔大学，Uxbridge，英国
近年来，人们对计算机集成制造（CIM）的实施越来越感兴趣。由于许多制造业组织在国际市场上竞争，在做出任何与先进技术相关的重大投资决策之前，公司战略应该是合理的。中小型企业（SME）实现CIM系统的瓶颈通常是缺乏有关如何设计CIM系统以及如何实施现有技术组件以提高制造性能的内部知识。有必要为中小企业CIM的设计和实施开发一个框架。回顾了有关CIM设计和实施的文献，开发了中小企业CIM设计和实施的框架，并进行了案例研究，其中包括收集和分析来自小型公司a公司的数据，以开发中小企业CIM实施的实用框架。
介绍
一般来说，中小型企业（SME）通常被归类为进行各种形式的中小型制造的企业。这些企业的员工不到500人，年营业额为2000万英镑。对于所有企业来说，长期目标是保持业务、增长和盈利。这对于制造企业来说尤其如此，它们必须了解商业环境中正在发生的动态变化。21世纪商业环境的特点是全球竞争不断扩大，产品种类越来越多，需求量越来越低。经济活动的全球化带来了顾客态度的变化。如今，客户认为最低成本和高质量都是理所当然的。然而，交付性能和定制等因素，以及废物产生等环境问题，在确定组织在增加市场份额和盈利能力方面的成功方面起着主导作用。对影响中小企业日益重要的因素进行了多次审查。
中小企业通常与大公司有不同的市场。它们通常更多地为国内市场制造消费品、投资品和供应商的产品和服务等物品，而大型企业主要为国外市场制造。商业周期显示国内外市场同步波动。因此，由于市场取向不同，小公司和大公司对生产的周期性影响不同。小企业的成本结构是周期性影响对中小企业的影响不同于大企业的另一个原因。中小企业生产的特点是工资成本和利润率相对较高，但它们在原材料、半成品和向其提供的其他产品和服务上的支出低于大企业。中小企业采取何种战略，也取决于其经营所在经济体发生的经济和结构变化，而实施何种战略都能保持中小企业的灵活性。小型自主创业者的资本成本相对较低，大多在竞争激烈的市场中运营，通过耗时的内部咨询，他们可以更加灵活。他们更能应对承包市场的机遇，并能调整价格以反映成本变化。此外，较低的间接成本使小企业家能够比大公司更早地实施降价，而不会立即面临严重损失的风险。
计算机集成制造（CIM）是对制造业进行根本性变革的一系列技术的标签。CIM是一门多学科的学科，是一个复杂的多层系统，旨在最大限度地减少浪费，创造最广泛意义上的财富。根据Lefebvre等人的说法，CIM致力于通过将自动化孤岛连接到分布式处理系统中，在制造业（和其他）的所有级别提供计算机辅助、控制和高级集成自动化。这些孤立的自动化生产孤岛包括数控机床、分布式数控（DNC）、计算机数控（CNC）、材料需求规划（MRP）、制造资源规划（MRP II）、CAD、计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、自动存储、计算机控制的材料处理设备和机器人。
为了保持竞争力，制造企业必须以尽可能低的成本、尽可能高的质量和最短的交付周期向客户交付产品，从产品概念阶段到最终交付、服务和处置。CIM的最终目标是在正确的时间生产正确数量的质量合格的零件。如果CIM技术完全集成，制造商可以快速响应产品设计、需求或产品组合的变化。它可以有效地服务于只需要少量零件的小客户和需要大量不同零件的大客户。混合料的质量一致，浪费最少。在制品（WIP）和计划外停机时间可以大大减少。所有这些活动都需要高度的整合。CIM是一个全自动化工厂的概念，在这个工厂中，上述所有元素都由计算机以集成方式控制。
CIM实施所需的高投资正成为中小企业的主要障碍。十年前，大多数中小企业认为CIM只具有很小的相关性。人们的看法是，只有较大的企业受到影响，只有它们才能从使用更先进的技术和采用新的匹配组织原则中受益。缺乏财政资源减缓了CIM的采用。然而，在过去十年中，很明显，要弥合中小企业和大型企业之间的差距，CIM技术的竞争优势是必要的。对所有类型的企业来说，技术管理都是公司的一项挑战。
近年来，中小企业采用CIM技术的研究有所增加，包括“硬”技术（如机器人技术）和“软”技术（如CAD）。这种无缝集成为中小企业在组织内部和与供应商之间提供了方便的沟通，使它们能够提高在全球市场上的潜力。过去，许多中小企业在其组织内独立地实现了各种业务的自动化。这些自动化孤岛提高了当地的生产力，但不足以提供必要的后勤支持，以提高整个组织的生产力和质量。制造商们开始意识到，采用结构化的方法引入这项技术至关重要。
根据Kochan和Cowan的说法，已经采用不同种类CIM技术的公司发现，由于连接不同it产品的线程，很难将其付诸实施。因此，必须尽早制定实施CIM的策略。对于一家公司来说，没有标准的方法来采用计算机来创建CIM工厂。所有公司在不同的市场以不同的方式运作，每个公司都必须制定自己的成功战略。因此，公司必须首先分析其业务并确定业务目标的优先级，然后才能开始制定CIM计划。一个好的质量策略将具有对优先级的任何变化做出反应的稳健性。
本文简要介绍了CIM和SME的背景，以及过去在SME中实施CIM的经验。还讨论了中小企业CIM的设计和实施框架。本文介绍了与一家小公司进行的案例研究的细节。最后，总结了研究结果和建议以及结论。
- 中小企业实施CIM的框架
基于对中小企业和大型企业特征的回顾，以及CIM设计和实施的报告框架和案例研究，开发了中小企业CIM设计和实施的概念框架，如图1所示。CIM的一个基本目标是优化指挥、控制和通信。
工程和制造自动化不可避免地涉及到广泛的社会、组织和管理问题。信息处理是实现组织内部沟通的重要因素，有效的信息管理是成功制造系统的主要优先事项。
该概念模型是中小企业CIM系统分三个阶段的开发顺序。
现状分析表明，该公司采用了CIM技术，并参考了其进行的理论框架，评估了运营信息分析，定义了现有的CIM技术。结果应反映任何CIM流程组织中确定的瓶颈。在设计阶段，实施CIM的目的和好处是在考虑业务和制造战略的情况下确定的，这些战略具有最短的生产时间或更好的产能利用率。然后，任何整改都将与必要的技术架构一起规划，从而达到商定的CIM复杂性水平。组织行为也被认为是为员工培训做准备，或在这一阶段使用必要的专业知识。组织的先决条件是组建一个项目团队，该团队伴随项目从规划到最终整合。该团队的任务是根据首要目标和战略控制开发过程。
最后，在一步一步、时间紧迫的实施阶段，任务范围应逐步展开，并从技术部门通过信息技术扩展到商业问题。对于SME来说，购买市场上可供使用的CIM模块，这些模块能够安装在公司内，并且与已安装或将要安装的其他系统的规格兼容，这一点至关重要。这是为了减少由于不同公司需求的多样性而可能需要进行的修改量。一旦系统被整合，它应该模拟中小企业的所有组织方面。
案例研究。A公司
本节介绍了案例研究的细节。上一节讨论的框架（见图1）已用于分析A公司（Co.A）在CIM实施方面的状态。本研究基于从案例公司收集的关于CIM实施情况的数据，并借助于使用问卷对管理人员进行的结构化访谈。本文介绍了当前系统的细节、CIM系统的设计和实现。
A公司是一家中型公司，约有200名员工，年营业额为800万英镑。向总经理汇报的有财务总监、技术总监、生产总监、质量经理和营销总监。生产总监和技术总监负责公司的大部分生产运营。制造过程经理向生产总监汇报，负责MRP系统，A公司将其视为主要的CIM技术。该公司的主要产品是小型电子设备，在许多工程行业有着广泛的应用。与欧洲和远东的一些竞争对手生产的竞争设备相比，该公司的产品具有技术优势。它最大的竞争对手是一家日本制造商。自1990年以来，这些设备的价格仅略有变动。A公司曾试图转嫁成本上涨，但在低迷的市场中，这被证明是不可能的。Co.A选择了以较低的销售利润率保持满负荷运行，而不是冒着以较高价格销售下降的风险。
对现行制度的分析
这是中小企业CIM设计和实施框架的第一阶段。在这个阶段，分析了公司的产品设计和开发以及现有的CIM技术，以及CIM设计和实施过程中出现的瓶颈情况。
3.1.1产品设计和开发
自1986年以来，A公司一直采用CAD，并在设计阶段使用计算机辅助建模来测试产品性能参数。绘图办公室拥有一个网络中超过45000幅图纸的数据库。该部门仍有大约2000张旧图纸。只有制图室的设计人员才能访问网络中的CAD软件。
公司的其他员工，如销售经理，必须通过设计部门获取数据的硬拷贝。绘图室收到带有特定要求的订单后，工作人员将提取特定文件并修改设计，以创建用于生产的物料清单。
根据制造过程经理的说法，所涉及的特定电子行业已经成熟，没有“真正的”产品革命，因此公司没有研发部门。然而，在过去的40年里，为了满足客户的需求，A公司开发了许多类型的特殊电子设备。当客户需要新规范时，首先，绘图办公室在设计阶段生成CAD图纸，用于计算机辅助建模，这是为了在“设计”之前进行“测试”。然后在第二次建模时生成一些样本。
这一次，对半个样品进行拍照、存储在计算机中，并测试其具体性能标准。据设备开发经理介绍，该软件包对开发特定的产品需求非常有帮助，效率几乎达到95%。该软件位于公司网络上，但只有技术部门的员工才有权访问该软件。
3.1.2生产计划与控制（PPC）
在A公司，一个时间段的持续时间通常为一周。
然而，主生产计划（MPS）仅基于粗略的产能规划。因此，MPS和现有库存、生产订单状态、订单数量、交付周期和产品结构的信息是MRP系统的输入。MRP系统的输出准确地确定了在每个时期，每个项目中有多少是根据物料清单（BOM）制造的。然后，对数据进行分析，并通过计算机为生产部门制作不同批次的路线卡。
在该系统中，从设计到生产的数据传输会导致复杂的传输过程，因此会浪费时间。必须从图纸中读取并重新输入CAD系统中已包含且NC编程所需的几何数据。一般来说，电子产品的日常生产
设备数量在200到300台之间。材料清单主要由几个小型机械部件和一些指定的其他非金属材料组成。路线卡是从MRP系统发布的文件。它进入生产车间，由BOM和车间计划等信息组成。车间有三个部门：冲压车间、非金属车间和装配车间。他们都有生产责任，下文将对此进行解释。
该公司从供应商处购买散装金属片，这些金属片在冲压车间形成金属条。然后，它们被切割成不同的尺寸，以满足不同的产品性能要求。这种金属主要由手动控制的机器加工。有一台数控铣床和车床，但据压力机车间的技术人员说，没有大量涉及数控的生产。同样，非金属车间从供应商处购买的材料生产不同类型的管子。管子的生产是由自动化机器完成的。除了从供应商处购买的金属部件、管子和其他组装零件外，这些设备都是手工组装的，这是一项劳动密集型工作，需要熟练和半熟练的工人。然后将产品放置在干燥器中，在约200°C的工作温度下过夜，以排空管道。组装后，产品被运输到质量检验部门。
每件成品都用手工进行单独的条形码编码，在进行质量检查之前，这会给产品一个识别号。然后，该批货物准备好发送给客户。
3.1.3组织沟通分析
该公司已通过ISO 9001认证，涵盖文件控制、设计控制和总体管理体系。公司销售订单的通信网络图如图2所示。
可以看出，它是纸质系统和网络系统的混合体。该公司将其现有的CIM技术开发为SWAN网络（LAN），于1993年引入。在这方面，通过生产管理与客户订单有一个链接。采购要求和销售与账户系统相关联。客户发出订单后，销售部门将数据输入网络。然后，生产部门生成特定的产品库存文件，以便从供应商处购买必要的零件。然后，创建MPS，并为每批订单生成一张路线卡。
对于客户的价格设置，询问程序如下：销售人员首先为客户提供估价；但是，如果报价是基于超过100件的一批产品，则报价必须由总经理通过纸质文件授权。客户的交货时间可以通过Swan网络PPC获得，尽管有时不可避免的情况会导致流程无效，需要手动处理。
3.1.4瓶颈情况
1.CAD/CAM链接。研究发现，CIM涉及独立的自动化孤岛，如CAD和CNC加工。CAD和CNC机器之间的NC编码链接没有集成，因此技术人员必须花费60%的时间解释NC编码。如果将其完全集成，将有助于消除数控机床编程中的人为错误。
2.里海/天鹅网络连接。从图2可以看出，里海网络仅用于营销和销售部门。这是信息流的另一个瓶颈。然而，在这些部门，里海网络比天鹅网络更可取，因为其软件更适合存储客户详细信息。因此，营销总监必须每月与生产总监会面一次，召开营销预测会议。其主要目的是收集营销部门预测的订单。然后，手动解释收集的信息，并将其输入Swan网络进行PPC。由于大多数产品都是定制的，因此收集的信息主要用于生产计划。然而，如果在解释数据时存在人为错误，并且如果销售预测发生重大变化，可能会显著影响生产计划，这可能会产生问题，因为输入到Swan网络的数据可能无法反映现实。因此，生产部门可能会失去对计划的控制。
3.获取产品的CAD图纸。如上所述，除绘图室工作人员外，任何其他工作人员都必须通过绘图室获得图纸的硬拷贝。在通过销售人员回答客户有关图纸的问题时，这样做会浪费时间。
4.获取产品的计算机辅助建模。同样，如果客户希望详细讨论具体的性能要求和产品报价，他/她可能需要通过两名员工达成协议，一名来自技术部门，另一名来自销售部门。
5.销售订单。由
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