智能制造概论 课件 第三章-3.5 智能制造的体系工程

3.5智能制造的体系工程主讲人：焦建玲时间：2024年12月《智能制造导论》第1页内容提纲第三章智能制造的系统工程技术一、基本概念二、智能制造的体系工程方法三、基于建模仿真的智能制造体系工程第2页第三章智能制造的系统工程技术体系的概念什么是体系？体系通常被定义为系统的系统，即由多个系统或复杂系统组合而成的有机整体。这些系统之间的交互与协作产生的整体能力大于各部分能力之和，表现为涌现行为。随着系统层级的提升和系统数量的增加，体系的复杂性也呈几何级数增长。体系与复杂系统的区别是什么？体系与复杂系统的主要区别在于，体系中的成员系统能够独立运行和独立管理，每个系统具有其独特的功能和使命。这些系统通常在地理上分布广泛，并能通过系统间的组合产生新的行为或功能。第3页第三章智能制造的系统工程技术体系工程的概念什么是体系工程？体系工程是一种为实现某一动态需求和目标而对体系能力进行计划、分析、组织、集成和持续改进的过程。在这一过程中，体系工程通过设计和引导组分系统间的互联、互通和互操作，以形成独立系统无法实现的能力。体系工程与系统工程的关系是什么？体系工程是系统工程的继承与发展。体系工程源自系统工程，但在理论和实践上超越了系统工程。系统工程专注于解决产品的开发与使用问题，而体系工程则更着重于项目的规划与实施。传统系统工程通常追求单一系统的最优化，如某一产品的优化设计和控制，而体系工程则追求不同系统网络集成的最优化，以满足某一项目（即体系问题）的目标。第4页二智能制造的体系工程方法第三章智能制造的系统工程技术体系工程过程作为系统工程的进一步发展，体系工程过程通常也包括需求分析循环、设计分析循环以及设计验证循环。此外，它还涵盖对体系环境及其边界的详尽分析。体系环境与边界分析与需求分析循环、设计分析循环及设计验证循环是并行进行的。体系工程的这四个关键过程通过体系分析与控制活动相互平衡，以确定最适合的体系设计方案。体系工程过程第5页二智能制造的体系工程方法第三章智能制造的系统工程技术体系工程过程一个复杂的体系工程过程通常包括多个系统工程过程。体系工程的成果可能包括新系统成员的引入、现有系统成员的淘汰，以及系统结构技术的改进等方面。系统工程过程实现体系工程过程中确定的系统成员设计方案。从工程实践的角度来看，体系工程与系统工程存在包含与被包含的关系，许多研究采用扩展系统工程过程“Vee”模型的方法来建立系统工程过程和体系工程过程的综合模型。系统过程过程和体系工程过程第6页二智能制造的体系工程方法第三章智能制造的系统工程技术装备体系分析的CAIV方法CAIV（CostAsanIndependentVariable）方法，即独立变量成本分析方法，主要针对如何控制国防体系成本的飞速上升而提出。其本质是优化问题，目标是在系统数量、性能、成本以及系统的二级效能（MOE）四大约束条件下，实现体系效能的最大化。基于CAIV方法的体系最优化流程第7页二智能制造的体系工程方法第三章智能制造的系统工程技术实现体系工程的开放式系统方法实现体系工程的开放式系统方法采用开放式系统的基本原则，通过整合现有系统和新系统的功能，创造出一个整体性能超出各部分总和的复合体系。包括采用模块化设计原则构建可扩展、高适用、自包含且松耦合的体系。同时，利用开放式接口和自治原则，有效管理体系的各个过程和行为，建立体系的互操作性，简化系统集成、部件替换、新技术的添加及性能提升的流程。此外，依托开放式系统的共生和动态平衡原则，构建协作环境，以工程化不断演进体系。通过调节内部环境，维持系统治理、资源和操作的动态平衡。步骤一建立开放式系统使能环境步骤二定义体系能力和需求步骤三将体系能力分配给候选的组成系统步骤四开发开放的可执行体系结构步骤五仿真演变体系结构和涌现行为步骤六根据需要装配和重组体系第8页三基于建模仿真的智能制造体系工程第三章智能制造的系统工程技术建模仿真，作为一种深刻洞察客观世界的工具，为理解智能制造工程体系提供了强大的支持。通过精确映射现实世界的实体至虚拟空间，构建数字化模型，并结合高效算法与计算资源，能够模拟物理实体的真实属性。借助此技术，可在虚拟环境中反复推演智能制造工程体系的内在逻辑，从多个视角、粒度、分辨率和领域深入剖析体系模型。基于建模仿真的体系工程（Modeling&SimulationBasedSystemofSystemsEngineering，MSBS2E）的核心目标是实现复杂工程体系的全体系统一建模与仿真，力求顶层设计模型与底层仿真模型之间的高度一致性。MSBS2E代表了基于模型的系统工程（MBSE）与建模仿真技术的深度融合，为体系工程的建模与仿真提供了新的思路和方法。第9页三基于建模仿真的智能制造体系工程第三章智能制造的系统工程技术在迈向未来的数字智能时代，体系工程实践需要