清华大学制造系统(全套课件374PP)-

制造系统1ppt课件制造系统1ppt课件第一章绪论1-1研究和发展制造系统的意义1-2发展制造系统技术的基础1-3制造系统的发展历史与现状

1-4制造系统的发展趋势

1-5本课程的主要内容2ppt课件第一章绪论1-1研究和发展制造系统的意义2ppt课件1-1研究和发展制造系统的意义

随着科学技术的进步和社会经济的发展，“制造”已由个人行为和孤立机器完成的简单过程演变为必须由众多制造要素组成的制造系统来完成的复杂工程。从系统科学与工程的角度看，完成现代制造任务的制造主体正在从简单系统发展为复杂大系统，具体体现在以下三方面：

3ppt课件1-1研究和发展制造系统的意义随着科学技术的进步1．结构复杂性

从制造领域自身的发展看，制造主体（如制造企业等）作为一个系统不但规模不断扩大，而且结构日趋复杂。在手工业生产时代，产品的设计、加工、装配和检验基本上都由个人完成，如果讲系统，这时的制造系统规模小、结构简单、易于驾驭。

18世纪的西方工业革命，虽然有力促进了制造技术和制造装备的发展，但制造作为系统仍很简单。4ppt课件1．结构复杂性从制造领域自身的发展看，制造主体（如1．结构复杂性

到了19世纪中叶后的大批量生产时代，通过劳动分工实现作业专业化，在机械化和电气化技术支撑下，进行流水线方式生产，形成了较大规模的制造系统，但此时制造系统的结构却并不复杂，其分析设计、信息处理、管理控制等问题也相对易于处理。

5ppt课件1．结构复杂性到了19世纪中叶后的大批量生产时代，1．结构复杂性

到了20世纪后半叶特别是近三十年来，市场需求朝多样化方向发展且竞争加剧，迫使产品生产朝多品种、变批量、短生产周期方向演进，由此形成柔性制造、计算机集成制造、敏捷制造等先进制造模式，按此构成的现代制造系统不但规模庞大，而且结构十分复杂，系统的分析与综合已具有相当的难度，系统的优化管理控制问题更是难以解决，已成为全球范围内具有挑战性的课题。

6ppt课件1．结构复杂性到了20世纪后半叶特别是近三十年来，2．关联复杂性

系统科学性：随着计算机技术和信息技术的发展，制造系统内部各组成环节间的信息联系以及制造系统与外部环境的信息联系，在广泛性和复杂性方面均在不断加强，系统中信息交换、信息处理的速度亦在迅速提高，从而使制造系统中各组成环节间的相互作用、相互依赖以及环境对制造系统的影响日益加强，“牵一发而动全身”的效应日益凸现。因此，注重关联，把握全局在制造过程中将变得越来越重要。这些结果使得制造活动和制造过程呈现出越来越强的系统科学性。7ppt课件2．关联复杂性系统科学性：7ppt课件2．关联复杂性

学科综合性：相关学科的理论与方法日益向制造学科渗透，对制造学科和制造系统的发展产生了深刻的影响。在制造系统的底层，机电一体化的制造装备和加工系统，大幅度提高了制造过程的柔性和效益；在管理控制层，随着计算机技术、现代管理理论和控制方法的应用，使制造系统的管理与控制不断发展、不断创新，走出了从MRP、MRPII到ERP的发展历程；在全局上，系统科学与工程的理论与方法使制造领域广大人员的思维模式、分析问题和解决问题的方法等都正在发生深刻的变化。8ppt课件2．关联复杂性学科综合性：8ppt课件3．环境复杂性

我国的经济体制正在从计划经济向社会主义市场经济转轨，众多制造企业失去了计划经济时代政府主管部门下达的计划指令。从系统与控制的角度看，即制造系统没有了确定的输入信息。

随着全球经济一体化进程的加快，国际市场需求不仅变化极快，而且还难以预测。这些不仅造成制造系统输入信息和运行环境的随机性越来越大，而且还要求制造系统的响应速度不断提高。9ppt课件3．环境复杂性我国的经济体制正在从计划经济向社会主对策：改变观念

由于上述众多因素的影响，“制造”正在由输入确定、过程和环境稳定、输出少变的简单系统演变为输入随机、过程和环境动态变化、输出和状态多变的复杂大系统。工程界和教育界都越来越清楚地认识到现代制造已成为一个复杂的系统工程，如果仅从孤立的制造方法、制造技术、制造工具和制造设备等方面去孤立地研究制造过程，将无法从全局上使“制造”这样一个复杂大系统运行于最优状态，发挥出最佳效益。

10ppt课件对策：改变观念由于上述众多因素的影响，“制造”正在对策：加强制造系统研究与发展

因此，面对上述现实，我们必须将“制造”作为复杂大系统来对待，加强从系统科学、信息技术与制造工程相结合的角度对现代制造过程进行研究，通过信息、控制与制造相融合的方法对制造系统的内在规律进行分析，努力探索先进的制造系统模式、体系结构和优化运行技术，从而从全局的角度促进制造科学、制造系统和制造工业的发展。

11ppt课件对策：加强制造系统研究与发展因此，面对上述现实，我对策：加强制造系统教学

同时，从教育的角度看，作为制造领域的高级专门人才――制造专业的本科生和研究生必须掌握制造系统的理论与技术，以从系统科学与工程的高度对现代制造过程有深刻的理解与把握，才能在今后的研究工作、技术工作和管理工作中更好地驾驭全局，为制造工业和国民经济的发展做出更大的贡献。

这也是开设本课程的目的。

12ppt课件对策：加强制造系统教学同时，从教育的角度看，作为制1-2发展制造系统技术的基础1.先进制造模式和相关理论制造模式决定了制造系统的体系结构、运行原理以及管理和控制方法，因此，要对现代制造系统进行深入研究，要使现代制造系统技术的发展保持正确的方向，就必须以先进制造模式为基础，以正确、先进的理论为指导。

13ppt课件1-2发展制造系统技术的基础1.先进制造模式和相关理论1-2发展制造系统技术的基础2.先进制造技术与装备制造技术与制造装备是构成制造系统的重要元素，要使制造系统发挥出高效益，必须有先进制造技术和先进制造装备作为支撑。例如,柔性制造系统和计算机集成制造系统的发展,必须以数控加工技术和先进数控机床为基础。14ppt课件1-2发展制造系统技术的基础2.先进制造技术与装备11-2发展制造系统技术的基础3.系统科学理论与系统工程技术

制造系统属于复杂大系统，并且为典型的离散事件动态系统（DiscreteEventDynamicSystem，简称DEDS），其状态变量数目巨大，不确定性因素和随机性影响突出，非线性和混沌（chaos）现象严重。因此，制造系统研究、开发和应用中所涉及的许多问题，都必须从系统科学与工程的高度去分析和解决。15ppt课件1-2发展制造系统技术的基础3.系统科学理论与系统工程1-2发展制造系统技术的基础4.现代管理控制理论与技术

一方面，要使已有的制造系统运行于最佳状态，发挥出最佳效益，必须采用有效的管理控制理论、模式和方法；另一方面，要研究、开发性能优良的新型制造系统，也必须十分重视其管理控制子系统的研究开发。在管理控制子系统的研究开发中，最重要的就是要研究适合先进制造系统的新的管理控制理论与技术。16ppt课件1-2发展制造系统技术的基础4.现代管理控制理论与技术1-2发展制造系统技术的基础5.计算机与信息技术

现代制造系统的研究开发和运行已越来越多地与计算机和信息技术相融合。例如，制造系统研究中建立的复杂数学模型必须借助计算机进行分析和求解，制造系统的开发过程通常都要使用计算机进行仿真分析，制造系统的运行则更是需要通过先进的计算机系统和网络通讯系统进行信息化管理和数字化控制。

17ppt课件1-2发展制造系统技术的基础5.计算机与信息技术171-3制造系统的发展历史与现状

1.从技术层面看

经过数十年的发展，制造系统技术在总体上已形成基本的体系，并在实际应用中发挥着越来越重要的作用。

第一阶段：刚性制造系统

本阶段在20世纪50年代前已基本形成。

第二阶段：单机柔性加工系统

开始于20世纪50年代初，到70年代已基本成熟。

18ppt课件1-3制造系统的发展历史与现状1.从技术层面看181-3制造系统的发展历史与现状

第三阶段：多机柔性加工系统

出现于20世纪60年代末，70年代以后得到快速发展，如直接数控（DNC）加工系统、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线（FML）。

第四阶段：计算机集成制造系统

20世纪80年代以来得到迅速发展

其特征是制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竞争问题。19ppt课件1-3制造系统的发展历史与现状第三阶段：多机柔1-3制造系统的发展历史与现状

第五阶段：跨企业和全球制造系统

20世纪末提出，正在成为21世纪的发展方向。

基本概念是:根据全球化的产品需求，通过网络协调和运作，把分布在世界各地的制造工厂和销售点联接成一个整体，从而能够在任何时候与世界任何一个角落的用户或供应商打交道，由此构成具有统一目标的在逻辑上为一整体而物理上分布于全世界的跨企业和跨国制造系统。

20ppt课件1-3制造系统的发展历史与现状第五阶段：跨企业和全球制1-3制造系统的发展历史与现状

2.从学科发展看

制造系统诞生于20世纪70年代后期的日本。京都大学人见胜人（HitomiK.）教授发表著作《ManufacturingSystemEngineering》。

在美国，麻省理工学院90年代初即开设有制造系统课程，并出版了专著。

在西欧，一些一流大学亦开设了制造系统课程。总之，制造系统已成为国外一流大学相关专业和学科的科研与教学工作的重要组成部分。

21ppt课件1-3制造系统的发展历史与现状2.从学科发展看211-3制造系统的发展历史与现状

在我国，制造系统的研究和应用起步也较早，20世纪80年代中就已有柔性制造系统（FMS）在生产实际中应用。但制造系统作为一个学科和技术领域，在国家支持下开展有组织的深入系统研究和应用，是开始于国家的863计划。以CIMS为代表的研究项目十几年来取得一大批成果，并在许多类型的企业中得到广泛应用，有力推进了我国制造系统技术的发展。22ppt课件1-3制造系统的发展历史与现状在我国，制造系统1-3制造系统的发展历史与现状

清华大学制造工程研究所在多年制造系统研究和应用实践积累的基础上于1989年率先在国内为研究生开出《现代制造系统》课程。当时正值我国国企改革启动阶段，制造企业面临巨大的市场压力，迫切需要利用制造系统知识解决企业面临的生产经营与管理问题。课程开出后受到企业和学生的欢迎。23ppt课件1-3制造系统的发展历史与现状清华大学制造工程1-4制造系统研究和应用的发展趋势

1.对无人制造自动化进行了反思，提出了“人机一体化制造系统”的新思想。

2.智能制造系统将是未来制造系统的重要发展方向之一。3.单元级制造系统的研究仍然占有很重要的地位。4.平台技术的研究与平台软件的开发是近年来制造系统发展的主要动向之一。

24ppt课件1-4制造系统研究和应用的发展趋势1.对无人制造自动1-4制造系统研究和应用的发展趋势

5.现代制造模式的提出和研究，直接推动着制造系统的发展。6.分布式控制将是未来制造系统管理控制的重要发展方向之一。7.一种新的制造观即信息制造观正在孕育和发展之中。8.实施可持续发展战略正在成为制造系统发展的必然趋势。

25ppt课件1-4制造系统研究和应用的发展趋势5.现代制造模式的1-5本课程的主要内容

作为机械工程及自动化专业的专业课，《制造系统》将从系统科学的角度对现代制造过程进行研究，通过信息、控制与制造相融合的方法对制造系统的内在规律进行分析，以近十年来国际上制造系统领域的最新发展和我国在此领域的研究、开发和应用成果为案例，按照工程学科教学的客观规律和现代人才培养的要求实施教学。

26ppt课件1-5本课程的主要内容作为机械工程及自动化专业1-5本课程的主要内容

本课程内容分四个层次：1.基础理论：制造系统的基本概念、理论基础、体系结构；2.系统分析与综合：现代制造系统分析与综合的主要方法；3.管理与控制：制造系统的运行管理、调度控制和过程控制；4.信息环境：从信息与制造相融合的角度，介绍制造系统优化运行的信息环境。

27ppt课件1-5本课程的主要内容本课程内容分四个层次：271-5本课程的主要内容

通过本课程的教学，力图使机械工程及自动化专业的本科生掌握制造系统的理论基础与体系结构、管理与控制技术、分析与设计的基本方法，提高从系统的角度分析问题和解决问题的能力，为将来从事现代制造系统的分析与设计、管理与控制等方面的工作打好基础。在学习本课程时，应联系实际，在掌握理论知识的同时，逐渐学会从系统的角度去看待制造、研究制造、把握制造、发展制造。

28ppt课件1-5本课程的主要内容通过本课程的教学，力图使学习参考书

[1]HitomiK.,ManufacturingSystemEngineering,London,Taylor&Francis，1979[2]ChryssolourisG.,ManufacturingSystem:TheoryandPractice.NewYork,Springer-Verlag,1992[3]KusiakA.IntelligentManufacturingSystem.PrenticeHallInc.,1990[4]刘飞，张晓冬，杨丹.制造系统工程（第2版）.北京：

国防工业出版社，2000[5]郑力，陈恳，张伯鹏.制造系统.北京：清华大学出版社，2001

29ppt课件学习参考书[1]HitomiK.,Manufactu第二章制造系统的基本概念2-1概述2-2制造过程2-3制造模式2-4制造系统2-5制造系统的重要课题30ppt课件第二章制造系统的基本概念2-1概述30ppt课件2-1概述

本章介绍系统与制造系统的定义和基本概念，以及制造过程、制造模式等与制造系统密切相关的一些基本概念，在此基础上进一步讨论制造系统研究、开发和应用中的主要问题。讨论顺序：制造过程

制造模式

制造系统

制造系统问题。

(1)制造过程：小制造

大制造

(2)制造模式：基本概念与典型制造模式

(3)制造系统：系统

制造系统

(4)制造系统研究和应用中的重要课题31ppt课件2-1概述本章介绍系统与制造系统的定义和基本概念，

制造过程是组成制造业的基本环节。

制造业是将可用资源，通过制造过程，转化为可供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。它涉及到国民经济的很多行业，如机械、电子、轻工、化工、食品、军工、航天等。因此，制造业是国民经济的支柱产业，对综合国力的提高具有举足轻重的作用。

随着技术的进步和生产力的发展，对制造过程的定义也产生了较大的变化。

2-2制造过程32ppt课件制造过程是组成制造业的基本环节。2-2制造过程32一、“小制造”概念及制造过程定义

1.

“小制造”概念：

“小制造”是指传统的“机械制造”，重点是加工和装配。

2.

“小制造”概念下，制造过程的定义为：

制造过程是通过机器和工具将原材料转变为有用产品的过程。

3.

“小制造”概念下制造过程的定义主要强调的是工艺过程。

2-2制造过程33ppt课件一、“小制造”概念及制造过程定义2-2制造过程33ppt二、“大制造”概念及制造过程定义

1.

“大制造”概念：

“大制造”是指产品生命周期中，从供应市场到需求市场整个供需链中的所有活动。

2.

“大制造”概念下，制造过程可定义为：

制造过程是将制造资源（包括制造信息、原材料、能源等）转变为可用产品并保证其正常使用的过程。

3.“大制造”概念下制造过程的定义强调的是产品的整个生命周期过程。

2-2制造过程34ppt课件二、“大制造”概念及制造过程定义2-2制造过程34ppt

根据“大制造”概念的制造过程定义，制造过程不仅包含了物质的转化，而且还包含了信息向物质的转化，即信息的物化。显然，这必须通过基于信息的管理和控制来实现。同时，制造过程的输出不仅是产品，而且还包括为保证产品正常使用所进行的服务等。

从信息的角度看，制造过程实质上是一个使原材料的熵降低，使产品信息含量增高的过程。4.“大制造”概念下，信息对制造过程的完成起着重要作用35ppt课件根据“大制造”概念的制造过程定义，制造过程不仅包含了下部的方框主要表示物质的转化过程，上部的长方形框主要表示信息的处理过程，上下两部分间的箭头表示信息对物质转化过程的作用，由此实现信息到物质的转化。

大制造概念下制造过程的组成框图

36ppt课件下部的方框主要表示物质的转化过程，大制造概念下制造过程的组成

由于产品制造过程的综合性，制造过程又可分为：

·基本制造过程：指直接将生产对象转换成产品的制造过程，其中加工、装配一般称为制造工艺过程。

·辅助制造过程：指为保证基本制造过程正常进行的各种辅助产品的制造过程，如工装的设计制造等。

·制造服务过程：指为基本制造过程和辅助制造过程中各种生产活动服务的过程，例如设计、采购、外协等。

·附属产品制造过程：在制造本系统主要产品的同时，一些附属产品的制造过程。37ppt课件由于产品制造过程的综合性，制造过程又可分为：37ppt课件一、制造模式的基本概念

1.

制造模式的定义：

制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作的模式。

2.制造模式的意义：

制造过程的运行、制造系统的体系结构以及制造系统的优化管理与控制均受制造模式的制约，必须遵循制造模式确定的规律。因此，对制造模式进行深入研究，为制造系统建立先进的制造模式对提高系统的总体效益具有重要意义。

2-3制造模式38ppt课件一、制造模式的基本概念2-3制造模式38ppt课件二、典型制造模式1.刚性制造模式2.柔性自动化制造模式

39ppt课件二、典型制造模式1.刚性制造模式39ppt课件3.计算机集成制造模式40ppt课件3.计算机集成制造模式40ppt课件4.敏捷制造模式41ppt课件4.敏捷制造模式41ppt课件5.JIT制造模式

JIT（JustInTime）是日本丰田汽车公司提出的一种制造模式。

JIT模式按“拉”式(Pull)方式组织生产。前一道工序工件库存量不是由预先制订的生产计划确定，而是当后一道工序发出请求后，该库存才存在。因此库存量极少，理想状态为零。

42ppt课件5.JIT制造模式JIT（JustIMC(ManufacturingCenter)：制造中心，OH(OutputHopper)：输出存储器，BB(BulletinBoard)：布告牌。基于JIT模式的制造单元

43ppt课件MC(ManufacturingCenter)：制造中心一、系统

1.系统的定义

系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体。

2.系统的基本特征第一，系统是由若干元素组成的；第二，这些元素相互作用、相互依赖；第三，由于元素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定的功能。

2-4制造系统44ppt课件一、系统2-4制造系统44ppt课件例1：简单构件组成高性能系统在建筑机械和结构工程中，常采用由简单构件组成的各类桁架系统。在这种力学系统中，通过组成要素间的合理联接，可以从整体上表现出很高的力学性能。例2：低精度元件组成高精度系统在计算机等数字设备中，采用以“0”和“1”两个状态工作的电子器件，通过非线性方法相联接，组成了高精度数字化系统。3.系统的目标—提高总体性能45ppt课件例1：简单构件组成高性能系统3.系统的目标—提高总体性能41.制造系统的定义

按一定制造模式将制造过程所涉及的各种相互关联、相互依赖、相互作用的有关要素组成的具有将制造资源转变为有用产品这一特定功能的有机整体，称之为制造系统。

2.制造系统的要素组成制造系统的要素不仅包括人员和生产设备、材料、能源及各种辅助装置等“硬件”，还包括制造理论、制造技术（制造工艺和制造方法等）和制造信息等有关“软件”。

二、制造系统46ppt课件1.制造系统的定义二、制造系统46ppt课件3.制造系统的基本类型

根据产品性质和生产方式不同，制造系统可分为两大类：(1)连续型制造系统

如石油、化工产品制造系统。(2)离散型制造系统

如机床、汽车、家电产品制造系统。

本课程仅涉及离散型制造系统。47ppt课件3.制造系统的基本类型根据产品性质和生产方式不同4.制造系统的典型结构

48ppt课件4.制造系统的典型结构48ppt课件5.

提高制造系统总体性能的途径

注重关联，把握全局，寻求总体优化影响关联的因素：

(1)硬件：系统结构

(2)软件：系统信息影响全局与总体的因素：

(1)系统运行管理与控制

(2)系统模式、指导思想49ppt课件5.提高制造系统总体性能的途径注重关联，把握全一、系统分析与综合

1.

制造系统分析

制造系统的分析是指通过理论方法、仿真方法、实验方法等对已有或处于设计阶段的制造系统进行分析，以了解该系统的行为举止和运行规律，并获取该系统的某些性能指标。系统分析的目的往往是为了对系统进行改进、对系统的运行进行优化，或作为系统设计中的一个环节（如对待建系统的性能进行评估）。

制造系统分析已有较多方法。其中计算机仿真方法应用较多。无论采用那种方法对制造系统进行分析，最关键的问题，就是建立系统的模型。

2-5制造系统的重要课题50ppt课件一、系统分析与综合2-5制造系统的重要课题50ppt课件2.制造系统综合

系统综合就是根据已知的对系统各方面的要求，通过系统科学的理论和方法，产生一满足所给要求的新系统。在很多情况下，这一过程是从无到有产生一符合给定要求的新系统。在有些情况下，也可在现有系统基础上，通过系统校正、系统重构等方法产生出比原系统性能更优良的新系统。

这一过程可看作为一种变换与处理过程，它在有关参考模型（如制造模式，管理范式等）的支持下，在相关信息的支持下，由系统设计人员借助于计算机和有关软件系统，对输入信息（对未来新系统的要求）进行变换、处理，最后产生输出信息（对未来新系统的描述）。

一、系统分析与综合

51ppt课件2.制造系统综合一、系统分析与综合51pp制造系统综合的实现过程52ppt课件制造系统综合的实现过程52ppt课件分阶段处理

制造系统的设计需通过从粗到精、由宏观到微观、由全局到局部的多阶段。是一个从需求出发，逐步细化，最终满足要求的过程。迭代求解

由于在每一个实施阶段中，所要解决的问题往往仍很复杂，而且很到问题是非结构化的。因此这些设计阶段中很多具体问题的解决，往往还需通过反复迭代、逐步获解。

制造系统综合方法：分阶段迭代设计53ppt课件分阶段处理制造系统综合方法：分阶段迭代设计53ppt课件二、系统管理与控制

制造系统的管理与控制是根据给定的目标和要求，发挥人的智慧，利用计算机作为手段，对制造系统的运行过程进行合理控制，达到优化生产的一门技术。

管理：上层，宏观，分析决策为主，实时性低；如经营管理、计划控制、静态调度等。控制：底层，微观，计算调节为主，实时性高；如动态调度、过程控制、设备控制等。2-5制造系统的重要课题54ppt课件二、系统管理与控制2-5制造系统的重要课题54ppt课件

从狭义角度看，制造系统管理与控制是通过对制造过程中的物料、人力、设备等生产资源的合理计划、调度与控制，以缩短产品的制造周期，减少在制品，降低库存，提高生产资源（特别是主要设备）的利用率，最终达到提高生产率的目的。

从广义上讲，管理控制系统的控制对象是制造系统运行中所涉及的所有过程。它包括从输入生产要素开始到输出产品和为用户服务的全过程，除涉及生产资源外，还包括对市场（销售市场、供应市场）、财务（资金来源与支出）和工程设计（产品结构和工艺路线的设计与工程设计改变）等的管理。

制造系统管理与控制的涵义55ppt课件从狭义角度看，制造系统管理与控制是通过对制造过程中的数

据

库反馈信息市场销售生产过程执行层控

制战术层控制战略层控

制指令订单产品信息流能源流物料流备件制造系统管理控制的实现过程56ppt课件数据库反馈信

在现代制造系统中，一方面生产过程必须按照制造模式确定的规律运行，即生产过程的运行是受制造模式约束的，另一方面，管理控制系统也将通过信息与生产过程进行沟通并左右生产过程的运行（施加影响）。

按照控制工程的观点，控制=约束+信息，因此可以认为，制造系统的管理也是一种控制。

管理控制的特殊性：对象为DEDS，信息处理量比一般自动控制大得多，系统状态空间的维数和变量的个数也比一般自动控制系统大得多。

现代制造系统的管理与控制必须强调人的作用，最好的制造管理控制系统应是人机最优组合的系统。

制造系统管理控制的特殊性57ppt课件在现代制造系统中，一方面生产过程必须按照制造模式确定第三章制造系统的体系结构与运行原理3-1概述3-2现代制造系统的总体结构3-3单元级制造系统的结构与运行原理3-4车间级制造系统的结构与运行原理3-5工厂级制造系统的结构与运行原理3-6跨企业与全球制造系统58ppt课件第三章制造系统的体系结构3-1概述58ppt课件3-1

概述

现代制造系统在结构上具有多样性是造成其问题求解复杂的主要原因之一。因此，如何从总体结构方面找出所具有的共性规律，具有重要意义。制造系统的体系结构是对制造系统在总体结构方面所具有的共性规律的描述，是现代制造系统理论基础的重要内容之一。研究体系结构的目的在于揭示制造系统在总体结构方面所具有的规律性和本质特征，从而为解决制造系统的分析、设计、管理和控制等问题提供必要的依据。59ppt课件3-1概述现代制造系统在结构上具有多样性是造成其问

另一方面，制造系统的复杂性还体现在它所具有的多层次性。因此，在掌握制造系统总体结构方面规律的基础上，进一步了解制造系统各组成层次上的体系结构和运行规律，对于我们更好地驾驭整个制造系统亦具有重要意义。本章内容包括：（1）现代制造系统的总体结构（2）单元级制造系统的结构与运行原理（3）车间级制造系统的结构与运行原理（4）工厂级制造系统的结构与运行原理（5）跨企业与全球制造系统的结构与运行原理60ppt课件另一方面，制造系统的复杂性还体现在它所具有的多层次性3-2

现代制造系统的总体结构

由于现代制造系统的复杂性，要清楚了解其体系结构，必须从多视角去观察。由此形成了描述制造系统体系结构的多种视图。其中使用较多的有功能视图、组织视图和资源视图。一、制造系统的功能视图

功能视图主要是以制造系统的功能为主线，来描述制造系统的体系结构。61ppt课件3-2现代制造系统的总体结构由于现代制造系统的图3-1现代制造系统功能的宏观描述制造模式其它资源政策现代制造系统（运行）市场信息客户信息制造物料法规标准规范输出信息服务合格产品废弃物设备软件组织图3-1展开后，可得图3-2所示的更详细的功能描述。62ppt课件图3-1现代制造系统功能的宏观描述制造模式其它资源政策现代

图3-2现代制造系统功能描述

63ppt课件图3-2现代制造系统功能描述63ppt课件图3-3经营管理功能描述

64ppt课件图3-3经营管理功能描述64ppt课件图3-4设计工艺功能描述

65ppt课件图3-4设计工艺功能描述65ppt课件图3-5生产管理功能描述

66ppt课件图3-5生产管理功能描述66ppt课件图3-6产品生产功能描述

67ppt课件图3-6产品生产功能描述67ppt课件二、制造系统的组织视图

组织视图描述了制造系统的组织结构。由于制造系统的组织结构是根据制造模式确定的，而近三十年来制造模式的研究非常活跃，成果层出不穷，因此许多制造企业都采用了更为先进的制造模式，使得近年来现代制造系统的组织结构已从传统的递阶结构发展成为多种形式的组织结构。68ppt课件二、制造系统的组织视图组织视图描述了制造系统1.递阶结构

递阶结构是最为常见的制造系统组织结构。69ppt课件1.递阶结构递阶结构是最为常见的制造2.分布式结构

制造系统的一种分布式组织结构如下图所示。制造系统运行管理包括经营管理和宏观生产管理，具体的生产管理权限下放给独立制造岛。

......70ppt课件2.分布式结构制造系统的一种分布式组织结构如下图独立制造岛的基本结构71ppt课件独立制造岛的基本结构71ppt课件3.网络结构

72ppt课件3.网络结构72ppt课件4.动态联盟结构动态联盟组织结构是面向敏捷制造的一种新型组织结构

73ppt课件4.动态联盟结构动态联盟组织结构是面向敏捷制造的一种新型组三、制造系统的资源视图

制造系统的资源视图用于描述系统内资源的构成和流动。

现代制造系统的资源主要包括信息、物质、能量和资金等。这些主要资源在制造系统中的流动过程如图3-12所示。

在上述几种制造资源中，信息流和物料流相对比较复杂，本节将对其作重点介绍。

74ppt课件三、制造系统的资源视图制造系统的资源视图用于描述系统图3-12主要制造资源在制造系统中的流动过程

75ppt课件图3-12主要制造资源在制造系统75ppt课件1.制造系统的物料流

76ppt课件1.制造系统的物料流76ppt课件2.

制造系统的信息流77ppt课件2.制造系统的信息流77ppt课件3-3单元级制造系统的结构与运行原理

一、单元级制造系统的基本概念

单元级制造系统（或称制造单元）是最基层的制造系统。从广义上看，工段、班组、FMS、CIMS中的制造单元等，都可看作为单元级制造系统。由于单元级制造系统是组成更高级制造系统的基础，因此建立合理的单元级制造系统，并实现单元级制造系统的优化管理与控制对于使整个制造系统发挥出高效益具有重要意义。

78ppt课件3-3单元级制造系统的结构一、单元级制造系统的基本概念78单元级制造系统的功能

根据上级的指令信息和技术信息，完成从原材料到成品的物理转换。79ppt课件单元级制造系统的功能根据上级的指令信息和技术信息，完成从原

单元级制造系统的基本结构可用图3-16所示的模型表示。该系统由n个工作站（如加工工作站、清洗工作站、检验工作站等）、一个装工件站（包含若干工位及工人、机器人等）、一个卸工件站（包含若干工位及工人、机器人等）、一个集中缓冲托盘站（包含若干存放托盘和零件的缓冲工位及装卸装置），以及m个运输装置（如人力运输装置、自动小车、搬运机器人等）等组成。二、单元级制造系统的基本结构80ppt课件单元级制造系统的基本结构可用图3-16所示的模型表示

图3-16制造单元的基本结构

L：

装卸站（入）

U：装卸站（出）

P：托盘站W：工作站

V：运输装置

Q：工件队列

81ppt课件图3-16制造单元的基本结构L：装卸站（入）

零件在制造单元中的流动过程如下：（1）工件（毛坯或半成品）由系统外部送入系统输入端的输入缓冲区中，等待进入系统；（2）由装卸站的工人或机器人将零件（毛坯或半成品）装上夹具和托盘，等待运输装置送往工作站；（3）由运输装置将零件送往指定的工作站前的缓冲器，等待加工；（4）由工作站的装卸装置（如自动托盘交换装置、机器人等）将工作站缓冲器中的零件送上机床进行加工；（5）若零件完成所有加工工序，则由运输装置送往卸卡站缓冲器，等待出线，否则由运输装置送往下一工序工作站缓冲器或系统集中缓冲托盘站等待进一步加工，即转向（3）；

（6）由装卸站将已完成本次入线加工任务的工件从夹具和托盘上卸下，若该工件已完成全部加工任务，则将其出系统外，否则将其重新送回输入缓冲区等待再次进线加工，即转向（1）。

82ppt课件零件在制造单元中的流动过程如下：82ppt课件

单元级制造系统的运行过程包括物料加工和管理控制两条主线。

物料加工主线主要完成两方面任务：一是完成与单元级制造系统相关的物料输送任务，如将外部原材料输入系统、将加工好的成品零件输送出系统，将在制品在系统内各工作站间传递和输送等；二是根据控制指令和设计、工艺要求完成零件各工序的加工处理任务。

三、单元级制造系统的运行原理

83ppt课件单元级制造系统的运行过程包括物料加工和管理控制两条主

按照上级下达的生产指令，对单元级制造系统内的相关活动进行有效控制，以按规定的生产控制与管理目标高效益地完成全部生产任务。其主要内容包括：对给定生产任务的优化分批，实施单元内工作站和其它设备资源的合理分配和利用，对单元内的作业和资源进行动态调度，对系统的运行过程进行实时监控。此外，还需将单元级制造系统的运行状况向车间级管理控制系统实时反馈。

单元级制造系统管理控制的主要任务84ppt课件按照上级下达的生产指令，对单元级制造系统内的相关活动单元级制造系统的运行过程85ppt课件单元级制造系统的运行过程85ppt课件3-4车间级制造系统的结构与运行原理

一、车间级制造系统的功能

车间级制造系统的基本功能是组织和管理制造单元的运行，最优完成上级下达的生产任务。

86ppt课件3-4车间级制造系统的结构一、车间级制造系统的功能86p二、车间级制造系统的组织结构87ppt课件二、车间级制造系统的组织结构87ppt课件三、车间级制造系统的运行原理

88ppt课件三、车间级制造系统的运行原理88ppt课件

在大制造概念下，工厂级制造系统是一个完善的制造系统，它可完成将制造资源（包括制造信息、原材料、能源等）转变为可用产品并保证其正常使用的全过程。

一、工厂级制造系统的组织结构

随着制造模式的不同，工厂级制造系统的组织结构有较大差异，图3-21所示为一种典型结构。3-5工厂级制造系统的结构与运行原理

89ppt课件在大制造概念下，工厂级制造系统是一个完善的制造图3-21工厂级制造系统的组织结构90ppt课件图3-21工厂级制造系统的组织结构90ppt课件二、工厂级制造系统的运行原理

91ppt课件二、工厂级制造系统的运行原理91ppt课件3-6跨企业与全球制造系统的结构与运行原理92ppt课件3-6跨企业与全球制造系统的92ppt课件作业：完成一份研究报告题目：适合中国国情的制造系统模式与体系结构的研究93ppt课件作业：完成一份研究报告题目：93ppt课件第四章制造系统的数学模型4-1概述4-2投入产出模型4-3排队网络模型4-4活动循环图模型4-5Petri网模型4-6建模中应注意的问题94ppt课件第四章制造系统的数学模型4-1概述94ppt课件4-1概述一、建立制造系统模型的必要性

模型是研究系统的重要基础。制造系统模型是对制造系统某一方面本质属性的描述，它以某种确定的形式（如文字、符号、图形、实物、数学公式等）提供关于该系统的知识。在制造系统研究、开发和应用中使用系统模型具有以下重要意义：

1.有利于加速新系统的研究开发

2.可降低实验成本95ppt课件4-1概述一、建立制造系统模型的必要性95ppt课件一、建立制造系统模型的必要性

3.有利于保证安全

4.节省时间，提高效率

5.简化操作，易于理解二、制造系统模型的主要类型

在制造系统的研究中，应用较多的模型有物理模型和数学模型。

1.制造系统的物理模型主要有实体模型、比例模型和相似模型。

2.制造系统的数学模型主要包括解析模型、逻辑模型和网络模型。96ppt课件一、建立制造系统模型的必要性96ppt课件三、制造系统的数学模型

1.解析模型以一定的数学表达式去描述制造系统，它是对实际制造系统或系统某一个方面问题的数学抽象。通过解析模型，人们有可能分析系统的基本特征和性能参数。

2.逻辑模型表示制造系统逻辑关系的模型，如方框图、活动循环图等。

3.网络模型利用网络图来描述制造系统的组成元素以及元素之间的相互关系的模型。97ppt课件三、制造系统的数学模型97ppt课件一、简介

从生产的投入和产出关系看，制造系统各生产部门（子系统）输入输出间的联系可用下图表示。4-2制造系统的投入产出模型98ppt课件一、简介4-2制造系统的投入产出模型98ppt课件

制造系统各部门间的联系是错综复杂的，如何从宏观和全局的角度去揭示现代制造系统的内在联系和内在规律，是现代制造系统研究、开发和应用中的重要问题之一。投入产出模型为解决这一问题提供了一条有效的途径。投入产出模型是1978年诺贝尔经济学奖获得者，美籍俄罗斯经济学家瓦西里.列昂节夫(WassilyLeontief)在复杂经济系统研究方面所做出的重要贡献。4-2制造系统的投入产出模型99ppt课件制造系统各部门间的联系是错综复杂的，如何从宏观和全局二、投入产出方程

100ppt课件二、投入产出方程100ppt课件101ppt课件101ppt课件三、直接投入量、部门总产量和系统最终产量间的数学关系

102ppt课件三、直接投入量、部门总产量和系统102ppt课件103ppt课件103ppt课件四、总投入量计算公式

问题的提出：

按直接消耗系数矩阵求出的投入没有包含间接投入（间接消耗量），因而是不完全的。为此需找出求解总投入（完全消耗量）的计算公式。

104ppt课件四、总投入量计算公式问题的提出：104ppt课件105ppt课件105ppt课件总投入量计算公式推导

106ppt课件总投入量计算公式推导106ppt课件107ppt课件107ppt课件108ppt课件108ppt课件

(1)可全面地、定量地描述制造系统各部门间产品的流动；

(2)可深刻揭示制造系统各部门间的复杂相互关系；

(3)可发现制造系统组成结构的不合理之处，进而找出结构调整的方向；

(4)有助于制造系统的合理计划与控制，从而实现均衡协调运行，获得总体优化。投入产出模型具有以下重要意义：109ppt课件(1)可全面地、定量地描述制造系统各部门间产品的流一、简介

排队网络是对车间级和单元级等底层制造系统建模的一种常用方法。该方法所基于的理论基础是排队论，在对制造系统做出一定假设的基础上，可以从宏观角度给出制造系统某些性能指标的解析解，因此在制造系统的性能分析和规划设计等方面得到较多应用。

4-3制造系统的排队网络模型110ppt课件一、简介4-3制造系统的排队网络模型110ppt课件二、排队现象、排队系统与排队网络

排队现象：

城市交通中汽车通过路口的等待、货物储运中的顺序装卸、计算机系统中的多任务处理、生产车间中的作业调度等。排队论：

一种关于排队现象的理论。该理论揭示了排队现象和排队系统的内在规律，为研究排队现象，建立合理的排队系统，指导排队系统的优化运行等奠定了理论基础。111ppt课件二、排队现象、排队系统与排队网络排队现象：111ppt课件排队系统：由到达过程，排队规则和服务机构三个基本部分组成。

到达过程：描述顾客的来源和顾客依何种方式到达排队系统的过程。排队规则：确定如何从等待服务的顾客中选取下一个服务对象。常见的排队规则有：随机服务、先到先服务、按优先级服务。服务机构：完成对所有顾客的服务。一般一个服务机构由若干服务台组成，描述其特性的参数有：服务台数量、排列方式、服务时间分布等。112ppt课件排队系统：到达过程：描述顾客的来源和顾客依何种方式到

在许多情况下，进入排队系统的顾客有多种类型，而且所需的服务也是多种多样的。由此产生了更为复杂的排队系统---排队网络，也称为多节点排队系统(一个服务机构被视为一个节点)。

排队网络：可对多种顾客进行多种服务的排队系统113ppt课件在许多情况下，进入排队系统的顾客有多种类型，而且所需三、制造系统的排队网络模型

1．制造过程中的排队现象

2．制造系统的排队网络模型对于制造系统中的排队现象，同样可以通过排队理论进行描述和分析。例如，对于一台或一组相同功能的加工设备对相同类型零件进行加工的情况，可用排队系统进行描述，对于由多种类型设备组成的加工单元和车间对多种类型零件进行加工的情况，则可用排队网络进行描述。114ppt课件三、制造系统的排队网络模型1．制造过程中的排队现象11

制造系统的排队网络模型就是通过排队网络来对制造系统的某些特征和属性进行描述。例如，利用排队网络模型可以描述系统的宏观运行过程，由此可了解系统的宏观状态和性能指标，如系统中各设备的繁忙程度，负荷不均匀的程度，系统的生产速度、系统的运行效率等。作为一种模型，用排队网络对制造系统进行描述需做某些方面的假设，例如，认为零件以某种概率分布进入系统和到达各工位（服务机构）进行加工，并且工位前的缓冲存储空间足够大，可以容纳所有到达该工位等待加工的零件等。115ppt课件制造系统的排队网络模型就是通过排队网络来对制造系统的四、制造系统的排队网络建模实例

排队理论用于制造系统建模始于20世纪70年代末。柔性制造系统的排队网络模型就是其典型例子之一。一用于加工箱体类零件的柔性制造系统（FMS）由m台加工中心、一台自动运输小车、n个托盘和若干个分布于各加工中心处的缓冲存储装置等组成。该FMS的工作过程为，首先将零件（毛坯或半成品）安装于夹具上等待进入系统，当系统内送出一个加工完的零件时，装卸人员即将其从托盘上卸下，然后将等待进入系统的新零件固定于空出的托盘上，并随托盘一起进入系统，由自动小车运送到工艺规程规定的工位进行加工。一道工序加工完后再由自动小车运送到下一工序的加工设备处加工。若零件在该系统中的所有工序都已完成，则由自动小车将其送到系统外。

116ppt课件四、制造系统的排队网络建模实例排队理论用于制造系统柔性制造系统的排队网络模型加工完了的零件被毛坯或半成品所取代，系统内的工件数量为常数，等于托盘数量n。117ppt课件柔性制造系统的排队网络模型加工完了的零件被毛坯或半成品所取代一、简介

对于制造系统某些本质属性的描述，目前还难以建立其精确的解析模型，因此建立系统的逻辑模型便成为分析和研究制造系统的另一种重要手段。活动循环图（ActivityCycleDiagram，简称ACD）即为一种建立制造系统逻辑模型的有利工具。4-4制造系统的活动循环图模型118ppt课件一、简介4-4制造系统的活动循环图模型118ppt课件

(1)实体：一个系统的边界内部的对象，如机床、工件、夹具、小车等。

(2)属性：实体的特征或特性，如机床的忙态、闲态等。

(3)状态：在某时间点上，对系统所有实体和属性的描述。

(4)活动：导致系统状态发生改变的进程，如机床加工零件的进程等。

(5)事件：系统状态发生的瞬间变化，如一项活动的开始或结束、一个实体的属性值的改变等。二、基本术语119ppt课件(1)实体：一个系统的边界内部的对象，如机床、工件、

(6)过程：由事件的时间序列及若干活动组成。三、实体行为模式的图解描述

(1)实体的状态：活动态(活动)，矩形框表示等待态(队列)，圆或椭圆表示

(2)实体的行为模式：由若干个活动态与等待态交替进行的循环。即：任何一类实体，其状态变化符合：

∙∙∙->队列->活动->队列->活动->∙∙∙实体到达事件服务开始事件服务结束事件活动过程120ppt课件(6)过程：由事件的时间序列及若干活动组成。三、实体行

(3)活动与队列的类型：

a)直联活动：如果在任何情况下，某一活动的完成，其后续活动都立即开始，则此后续活动称为直联活动。此时，这两活动间的队列称为虚拟队列。本例中的“准备好”队列就是虚拟队列。

b)合作活动：一个活动要求多于一类实体参加才能开始，则称其为合作活动。本例中的“安装”即为合作活动。

加工安装工人等待准备好机床停止实体：机床、工人121ppt课件(3)活动与队列的类型：加工安装工人准备机床实体：四、基于活动循环图的制造系统建模例有一简单加工系统，含有两类实体：机床和工人，机床是半自动的，工人安装工件。机床有两种活动：“安装”和“加工”。工人有一种活动：“安装”。

加工安装停止就绪等待机床(3)循环工人(1)循环D=10D=3122ppt课件四、基于活动循环图的制造系统建模加工安装停止就绪等待机床(3

(1)每一类实体的数量标注图上的圆括号中，活动周期（持续时间）标注于矩形框下方。

(2)如果一个活动要求多于一类实体参加，那么，只有当每一实体类中至少有一个实体在该活动的紧前队列中存在时，此活动才能开始。在本例的情况下，若活动“安装”能开始，则必须有一个工人在队列“等待”中和一台机床在队列“停止”中。如果其中之一不在而另一个在的话，则后者将被迫在队列中等待。建立活动循环图的规定：123ppt课件(1)每一类实体的数量标注图上的圆括号中，活动周期五、活动循环图的特点

(1)按照实体类的行为模式建立，与实体类中的实体数量无关。因此，同一活动循环图既可描述大系统也可描述小系统。

(2)活动循环图与实体类型和执行活动所要求的周期无关。

(3)从图上能立刻辨认出活动的类型，活动所要求的实体类型和数量，以及每类实体所要参加的活动。这为系统的逻辑过程讨论提供了直观、有效的基础。

(4)活动循环图模型的计算机算法简单，便于仿真等方法的实施。124ppt课件五、活动循环图的特点124ppt课件机床1机床3机床4机床2小车装卸区成品毛坯六、活动循环图建模举例柔性制造系统布局图125ppt课件机床1机床3机床4机床2小车装卸区成品毛坯六、活动循环图建模

装工件毛坯运到装卸站移下机床

卸工件成品外部交换开放车空机床空加工移上机床运离装卸站上台空上台满下台满下台空有空等待完毕原新工件工人装卸站托盘上台下台机床小车柔性制造系统的活动循环图模型

126ppt课件装毛坯运到移下卸成品外部交换开放车空机床加工移第五章制造系统性能分析5-1概述5-2基于排队理论的分析方法5-3计算机仿真分析方法5-4Petri网分析方法5-5基于随机过程理论的分析法127ppt课件第五章制造系统性能分析5-1概述127ppt课件5-1

概述一、系统分析的目的

1.对已有系统，了解其静、动态行为，求出其性能指标，以便对系统的运行状况进行改进（如计划、调度、控制等方面的改进）。

2.对于系统设计，作为其迭代流程中的一个环节，为方案、结构和参数优化等提供准确信息。128ppt课件5-1概述一、系统分析的目的128ppt课件二、系统分析方法

1.基于排队理论的分析方法从宏观角度分析系统的稳态性能

2.计算机仿真分析方法详细了解系统的静动态行为，全面分析系统性能

3.Petri网分析方法从宏观角度了解系统行为，分析系统性能

4.基于随机过程理论的分析方法从统计角度分析系统的稳态和动态性能5-1

概述（续）129ppt课件二、系统分析方法5-1概述（续）129ppt课件5-2

基于排队理论的分析方法一、系统模型工位1毛坯零件q1qmq2qm-1工位2工位m-1工位m130ppt课件5-2基于排队理论的分析方法一、系统模型工位1毛坯q1q

1.系统组成系统由M个工位组成，每个工位由多个服务台（机床、运输装置等）组成，第i个工位的服务台数用Si表示，第M工位为输送工位，称为网络的中央服务台。

2.假设条件

(1)系统是封闭的，加工完了的零件立即被毛坯所取代（由虚设工位完成），系统内的工件数量为常数，等于托盘数量N。

(2)工位前的队列可以容纳所有到达该工位的工件，即系统不会发生阻塞现象。131ppt课件1.系统组成131ppt课件二、系统参数

1.工位数量M2.每一工位的服务台数量Si3.托盘（工件）数量N4.访问频数q1，q2，…，qM

，取决于工件的加工路线，统计得出。也可假设为某种概率分布。

q1，q2，…，qM-1

表示输送装置向工位

1，2，…，M-1

输送工件的概率，

qM

表示工件加工完毕的概率。

5.工位i

的平均工作速率Wi

W1–WM-1

平均加工速率（件/分）

ti=1/Wi

平均加工时间

WM

平均输送速率（次/分）

tM=1/WM

平均输送时间132ppt课件二、系统参数132ppt课件三、系统性能分析

1.工位利用率Ui

定义1：在一个长的运行期间内，工位处于繁忙状态的时间比例称为工位利用率。定义2：在长的运行期间内，工位中处于繁忙状态的服务台数量称为工位利用率，即如果工位只有一个服务台，两种定义等效133ppt课件三、系统性能分析133ppt课件因稳态时，工位i的输出率应等于输入率，即所以式中因所以将其称为相对利用率。134ppt课件因稳态时，工位i的输出率应等于输入率，即134ppt课件

2.系统生产率P

单位时间内输出加工完毕的零件数量称为系统生产率，其计算公式为

3.极限生产率Pm

极限生产率由系统中的“瓶颈”工位出现的饱和所限制。设“瓶颈”工位的编号为b，则其极限利用率为只有一个服务台时135ppt课件2.系统生产率P135ppt课件只有一个服务台时136ppt课件只有一个服务台时136ppt课件

“瓶颈”工位的确定：因为最易达到饱和的将是具有最大相对利用率且服务台数最少的工位，所以ri/Si

最大的工位就是“瓶颈”工位b。制造系统输出输入4.工件平均通过时间T

设系统内有N个工件，从稳态上看，有以下关系平均通过时间137ppt课件“瓶颈”工位的确定：制造系统输出输入4.工件

(3)实际平均通过时间T：随着N增加，工件开始相互竞争资源，各工位前出现排队现象，工件通过系统所耗费的时间越来越多（因排队等待时间越来越长）。因此，工件在系统内的平均通过时间为N的函数，即

5.系统效率

(1)畅流时间T*：工件通过各工位不需排队，

T*等于各工序加工处理时间和输送时间之和。

(2)理想生产率P*：理论上，如果工件互不干扰，系统内具有N个工件时，系统的理想生产率为138ppt课件(3)实际平均通过时间T：5.系统效率138ppt

(5)系统效率E：

(4)实际生产率P(N)：139ppt课件(5)系统效率E：(4)实际生产率P(N)：139(6)关于系统效率的评述：

E表达了实际生产率接近理想生产率的程度；

E也度量了有效生产时间（加工和输送等时间之和）与系统内总耗费时间的比例；由于系统效率的降低是工件拥挤相互影响而引起的，因此E也是系统拥挤程度的综合指标。140ppt课件(6)关于系统效率的评述：140ppt课件141ppt课件141ppt课件5-3计算机仿真分析方法一、基本概念

1.

仿真的定义：在建立系统模型的基础上，借助于在计算机上的实验，对系统模型按一定规则由一个状态变换为另一个状态的动态行为进行描述。

2.仿真的特点：仿真是一种“人造的”实验手段。通过仿真实验，可以对所研究的系统进行类似于物理实验的实验。它与现实系统实验的主要差别在于：仿真实验依据的不是实际系统本身及其存在的实际环境，而是作为实际系统的映象—系统模型及其相应的“人工”环境。因此，仿真结果的正确程度取决于仿真模型和输入数据正确反映实际情况的程度。142ppt课件5-3计算机仿真分析方法一、基本概念142ppt课件二、制造系统仿真分析的步骤：

(1)问题描述、原始数据收集（如生产计划、工艺路线、设备数据等）。

(2)仿真建模根据系统结构、问题描述和原始数据，建立尽可能符合实际的仿真模型。

(3)实验设计确定仿真方案、仿真次数、仿真时间、初始状态等。

(4)仿真运行编程、输入参数、运行、数据统计。

(5)结果分析根据仿真运行过程的统计数据，计算系统的性能指标，如设备利用率、队列长度、系统生产率、工件平均通过时间等。

143ppt课件二、制造系统仿真分析的步骤：143ppt课件三、基于活动循环图的仿真算法

1.输入信息

(1)每一活动的活动周期（持续时间），如机床的加工时间等。

(2)每一队列的排队规则，如FCFS、SPT。

(3)系统的初始状态，如初始队列长度等。

2.仿真算法最小时钟原则三阶段离散事件仿真算法

A阶段（时钟推进）：检查每一活动的活动时间剩余值，选择最小值作为时钟推进量，进行时钟推进。进行数据处理和动态图形显示。若仿真时间未到终值，转入B阶段，否则结束。144ppt课件三、基于活动循环图的仿真算法144ppt课件

B阶段（状态更新）：检查每一活动，终止那些活动时间剩余值等于零的活动，有关变量置终止状态（实体转入队列等），转入C阶段。

C阶段（活动扫描）：检查每一活动，看其开始条件是否满足，如满足，则计算该活动的活动时间，有关实体进入活动状态，转入A阶段。145ppt课件B阶段（状态更新）：145ppt课件3.仿真算法的运行过程例三台机床和一个工人组成的加工系统初态：停止队列有3台机床等待队列有1个工人安装活动停止加工活动停止加工安装停止就绪等待机床(3)循环工人(1)循环D=10D=31.2.31146ppt课件3.仿真算法的运行过程加工安装停止就绪等待机床(3)工人仿真运行过程第一遍A阶段：时钟推进=0时钟=0B阶段：无活动终止，无状态更新C阶段：一号机安装开始，活动时间=3加工安装停止就绪等待机床(3)循环工人(1)循环D=10D=32.3147ppt课件仿真运行过程加工安装停止就绪等待机床(3)工人(1)D=10第二遍A阶段：时钟推进=3时钟=3B阶段：一号机安装结束，活动时间=3-3=0C阶段：二号机安装开始，活动时间=3

一号机加工开始，活动时间=10加工安装停止就绪等待机床(3)循环工人(1)循环D=10D=33148ppt课件第二遍加工安装停止就绪等待机床(3)工人(1)D=10D=3加工安装停止就绪等待机床(3)循环工人(1)循环D=10D=3第三遍A阶段：时钟推进=3，时钟=6B阶段：二号机安装结束，活动时间=3-3=0

一号机加工继续，活动时间=10-3=7C阶段：三号机安装开始，活动时间=3

二号机加工开始，活动时间=10149ppt课件加工安装停止就绪等待机床(3)工人(1)D=10D=3第三遍第四遍A阶段：时钟推进=3，时钟=9B阶段：三号机安装结束，活动时间=3-3=0

一号机加工继续，活动时间=7-3=4

二号机加工继续，活动时间=10-3=7C阶段：三号机加工开始，活动时间=10

停止队列空，安装不能开始加工安装停止就绪等待机床(3)循环工人(1)循环D=10D=31150ppt课件第四遍加工安装停止就绪等待机床(3)工人(1)D=10D=3第五遍A阶段：时钟推进=4，时钟=13B阶段：一号机加工结束，活动时间=4-4=0

二号机加工继续，活动时间=7-4=3

三号机加工继续，活动时间=10-4=6C阶段：一号机安装开始，活动时间=3加工安装停止就绪等待机床(3)循环工人(1)循环D=10D=3