武科大制造系统工程大作业Word格式文档下载.docx
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程学的领域,还涉及社会、经济和政治等领域,所以为了适当解决这些领域的问题,除了需要某些纵向技术外,还要有一种技术从横的方向把它们组织起来,这种横向技术就是系统工程。
4)钱学森定义:
系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法"
是一
种对所有系统都具有普遍意义的方法。
综上所诉,系统工程是一门工程应用技术,它提供了将用户需求成功转化为系统产品的逻辑思维方法,即方法论和系列具体方法。
它在应用中侧重于对系统总体问题,即系统构成要素'
组织结构、信息交换与反馈机制的研究。
其任务是在分解—集成思想的指导下,利用分析、综合、试验和评价的反复迭代过程,综合光、机、热、电、通信、可靠性、管理等多种专业技术,开展系统的需求分析、方案设计、制造与总装、验证和使用等工作。
其目标是通过系统工程技术及系统工程管理两大并行的优化过程,开发出满足系统
全寿命周期使用要求、总体优化的系统。
与其他专业技术相比,系统工程具有以下内涵:
1)多学科交叉,专业综合性强
系统工程是一门跨学科的边缘性交叉学科,要用到自然科学、系统科学、数学科学、社会科学等多个科学技术门类的知识,需要综合光、机、热、电、可靠性、仿真等多个工程专业的工程技术,需要不同专业、不同部门的专家共同参与,并且紧密配合,协同一致地开展工作。
2)突出系统总体,强调整体优化
系统工程把整个系统作为研究对象,并突出系统总体层面的研究。
充分强调系统的综合优化,而不
是单一目标或单个分系统的优化,同时还追求实现目标的具体方法和途径的优化。
3)以分解—集成思想为基础
系统工程按照从整体出发、分解综合的思路解决问题。
先根据任务需求,从整体出发确定系统的性能指标和功能结构;
然后再在总体指导下,对系统进行分解与分析研究,确定分系统/部件的技术要求和结构方案;
最后在分解研究的基础上进行综合集成,实现系统整体功能的涌现。
4)包含系统工程技术与系统工程管理两大过程
系统工程包含技术与管理两大并行优化的过程。
系统工程技术是制定系统工程流程"
并按系统工程流程,综合多种专业技术,运用适当的系统工程方法和工具开展系统工程活动"
最终成功获得系统的过程。
系统工程管理是运用技术状态管理、技术接口管理、技术数据管理、技术风险管理、技术评估管理等手段,对系统工程技术过程、活动及要素进行管理和控制,确保系统工程目标实现的过程。
1.2制造系统
制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)和制造信息等组成了一个具有特定功能的有机整体,称之为制造系统。
制造系统有以下三种特定的定义:
(l)制造系统的结构定义:
制造系统是制造过程所涉及的硬件(包括人员、设备、物料流等)及其相关软件所组成的一个统一整体。
(2)制造系统的功能定义:
制造系统是一个将制造资源(原材料、能源等)转变为产品或半成品的输入输出系统。
(3)制造系统的过程定义:
制造系统可看成是制造生产的运行全过程。
包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造实施、检验出厂、产品销售、回收处理等各个环节的制造全过程。
制造系统是制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员所组成的一个将制造资源转变为产品或半成品的输入/输出系统,它涉及产品生命周期(包括市场分析、产品设计、工艺规划、加工过程、装配、运输、产品销售、售后服务及回收处理等)的全过程或部分环节。
其中,硬件包括厂房、生产设备、工具、刀具、计算机及网络等;
软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)、管理方法、制造信息及其有关的软件系统等;
制造资源包括狭义制造资源和广义制造资源;
狭义制造资源主要指物能资源,包括原材料、坯件、半成品、能源等;
广义制造资源还包括硬件、软件、人员等。
1.3制造系统工程的定义和内涵
制造系统工程的定义和内涵主要包括以下几点:
1)制造系统工程是制造领域内的系统工程,它从系统的角度、应用系统的理论和方法来研究和处理制造过程中的有关问题。
制造系统工程的研究对象是各类具体的制造系统,如机械制造系统,电气制造系统等。
其主要内容是制造系统的分析、决策、规划、设计、管理、运筹和评价等,重点是研究和处理制造过程中的综合性技术问题及先关的管理问题,从整体的角度和系统的角度研究制造系统。
2)由于制造过程所涉及的硬件和软件,特备是现代制造设备、制造理论和制造技术,绝非单一学科知识能够支撑,一般涉及多门学科知识;
而制造系统工程从整体的角度和系统的角度研究制造系统,因此他必然是一门多学科交叉的工程学科;
而且它涉及的多学科不是简单的结合,而是以系统工程的理论和方法为纽带,以制造系统为结合对象形成的多学科密切结合、融会贯通的有机整体。
3)它追求的总目标是制造过程的整体最优。
2.通过文献检索并结合自己的理解,论述什么是服务型制造和服务型制造系统?
试论述服务型制造的发展趋势?
2.1服务型制造
服务型制造是制造与服务相融合的新产业形态,是新的先进制造模式。
服务型制造是为了实现制造价值链中各利益相关者的价值增值,通过产品和服务的融合、客户全程参与、企业相互提供生产性服务和服务性生产,实现分散化制造资源的整合和各自核心竞争力的高度协同,达到高效创新的一种制造模式。
它是基于制造的服务,是为服务的制造。
服务型制造通过顾客全程参与,企业间相互提供生产性服务和服务性生产,为最终顾客提供符合其个性化需要的广义产品(产品+服务)。
服务型制造是知识资本、人力资本和产业资本的聚台物,是三者的粘合剂。
知识资本、人力资本和产业资本的高度聚合,使得服务型制造摆脱了传统制造的低技术含量、低附加值的形象,使其具有和以往各类制造方式显著不同的特点:
1价值实现上,服务型制造强调由传统的产品制造为核心,向提供具有丰富服务内涵的产品和依托产品的服务转变,直至为顾客提供整体解决方案;
2在作业方式上,由传统制造模式以产品为核心转向以人为中心,强调客户、作业者的认知和知识融合,通过有效挖掘服务制造链上的需求,实现个性化生产和服务;
3在组织模式上,服务型制造的覆盖范围虽然超越了传统的制造及服务的范畴·
但是它并不去追求纵向的一体化,它更关注不同类型主体(顾客、服务企业、制造企业)相互通过价值感知,主动参与到服务型制造网络的协作活动中,在相互的动态协作中自发形成资源优化配置,涌现出具有动态稳定结构的服务型制造系统;
4在运作模式上,服务型制造强调主动性服务,主动将顾客引进产品制造、应用服务过程,主动发现顾客需求,展开针对性服务。
企业间基于业务流程合作,主动实现为上下游客户提供生产性服务和服务性生产,协同创造价值。
2.2服务型制造系统
服务型制造系统是从传统制造模式演变而来的新的先进制造模式。
近百年来,经济发展、市场需求、科学技术、产业政策的演变,以及顾客对质量、成本、时间、环境和服务等关注点的演变,制造模式不断演化,先后涌现出大批量制造、柔性制造、精益制造、计算机集成制造、准时化制造、敏捷制造、虚拟企业、动态联盟、分散网络化制造、供应链管理、绿色制造等一系列制造模式。
总体来看,这些模式具有以下特点:
①在价值实现上,主要通过物质性实体(产品)的制造,实现有限的价值增值,较少关注通过服务等方式创造产品的差异化,以构建竞争优势;
②在作业方式上,仅关注产品的制造,而对于和产品制造密切相关,能创造更多价值的生产性服务环节,基本上很少涉及;
③在运作模式上,更多地强调分布制造资源的集成与优化,追求自上而下的完全控制,忽略了具有不同运作特性的企业(制造、服务)单元的动态互动、自发聚集和自下而上的协同。
服务型制造系统,企业问分工和协作进一步精细化:
①在制造价值链的上游和下游,独立的生产性服务部门为制造企业提供专业化的服务;
②在制造价值链的中游,制造企业采纳制造外包等服务性生产活动,实现专业化的生产,以敏捷的、柔性的、高效的、低成本的生产方式迅速适应市场需求的变化,创造更多价值,取得竞争优势
2.3服务型制造发展趋势
随着以产品制造为中心的制造业向服务增值延伸,制造业的结构也从以产品为中心迈向以提供产品和增值服务为中心,这是制造业走向高级化的重要标志。
实施服务化的制造企业不再仅仅关注产品的生产,而是将行为触角延伸至产品的整个生命周期;
不再仅仅提供产品,而是提供产品、服务、支持、自我服务和知识的“集合体”。
无论是在国内还是国外,服务型制造都成为大势所趋。
从国际来看,服务型制造已成为引领制造业产业升级和保持可持续发展的重要力量。
很多知名的跨国企业集团,如国际商业机器公司(IBM)、通用电气公司(GE)、罗尔斯一罗伊斯航空发动机公司(ROLLS-ROYCE)、耐克(NIKE)、米其林轮胎等,都已成功实现了主营业务由原来集中在制造业领域向服务业领域的转型升级,开创了当今制造企业向服务企业转型的先河,为其他优秀制造企业转型升级提供了示范。
在国内,服务型制造仍是一个刚刚起步和较为新兴的领域,但已呈加速发展态势。
目前,已陆续有一些企业明确提出从传统制造领域向制造服务业转向。
例如,2010年1O月,海尔集团明确提出,海尔将放弃大部分生产业务,采用外包的形式逐步实现向服务业转型,并把主要精力用在研发和渠道服务上。
综观国内外制造企业的服务化转型,主要表现为三种方式,其一是表现为依托原有制造业拓展生产性服务业,使得服务环节在制造业价值链中的作用越来越大。
发生在20世纪后期以来经济领域的一项革命性变化,就是制造业与服务业的融合发展,许多传统制造企业以卖服务取代卖产品,把服务看作创造差异化优势的工具,通过比竞争对手提供更好的服务来吸引消费者。
其二是表现为制造企业由“以生产为中心”向“以服务为中心”转型。
越来越多的制造企业由关注产品生产,转向涉及产品的整个生命周期,包括市场调查、产品开发或改进、生产制造、销售、售后服务,传统意义上的制造业与服务业边界日益模糊。
其三是表现为制造企业越来越多地进行“服务外包”或“服务剥离”。
许多制造企业将在产前、产中或产后的服务功能独立出来,原来的服务活动转而由其他企业完成。
这一转变促使提供生产服务的专门企业迅速发展。
这些企业提供从技术产品研发、软硬件开发,到人员选聘与培训、管理咨询、金融支持、物流服务、市场营销和售后服务等全过程的服务链,推动了现代服务业的迅速发展,成为新的经济增长点。
3.根据你自己的看法,从制造系统所涉及的范围来分析什么是“大”系统、“中”系统和“小”系统?
并建立各自的功能视图。
3.1制造大系统
制造系统的功能视图旨在描述制造系统的功能构成和功能联系。
从制造系统的功能定义可知,制造系统是一个输入制造资源(原材料、能源等)通过制造过程(这里的制造过程是广义的,包括产品设计、加工制造、装配出厂等)而输出产品(包括半成品)的输入输出系统,它同时产生废弃物。
根据结构-功能分析法和逐级考察法,按照制造系统的控制结构,可分为工厂层功能、车间层功能、单元层功能、工作站层功能和设备层功能,每一层功能又可细分为若干子功能。
基于上述功能构成分析,即可对制造系统功能活动之间的密切联系进行描述。
IDEF0建模方法是对系统功能活动进行描述的一种有效方法。
在用IDEF0进行功能视图描述时,一般按照功能分析的第一种方式进行功能的展开。
首先将制造系统按照其分工不同划分为若干分功能系统,再将各分功能系统细化为多个子功能系统,直到系统功能完全展开。
1.工厂层控制系统这是最高一级控制,履行“厂部”职能。
完成的功能包括进行市场预测、制定生产计划、确定生产资源需求、制定资源规划、产品开发及工艺过程规划、厂级经营管理(包括成本估算、库存统计、用户定单处理等)。
2.车间层控制系统车间层控制根据工厂层生产计划协调车间作业和有关的资源配置。
车间层控制主要有两个模块,即作业管理和资源分配。
3.单元层控制系统单元层控制负责将上级任务分解,完成本单元的作业调度和资源需求分析,决定零件加工路线并给工作站分配任务,监控任务进展情况。
4.工作站层控制系统此级控制系统负责指挥和协调车间中一个设备小组的活动。
5.设备层控制系统此级控制包括各种设备(如机床、机器人、坐标测量机、自动引导车等)的控制器。
此级控制向上与工作站控制系统用接口连接,向下与各设备控制器接口相通。
设备控制器的功能是将工作站控制器命令转换成可操作的、有顺序的简单任务运行各种设备,并通过各种传感器监控这些任务的执行。
3.2制造中系统
制造执行系统是对整个生产过程的管理与优化,它应具有对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理的功能,而不是单一地解决某个生产问题。
制造执行系统必须具备实时控制功能,即具备实时采集、分析、处理和反馈生产过程中的信息的功能,以便生产过程运行时,MES能对其及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对此进行指导和处理。
最后制造执行系统不仅必须与企业的计划层和车间底层控制进行信息交互,而且必须向企业中其它的工程活动、供应链提供有关生产过程的信息,即通过双向的直接通讯,构造企业的连续信息流以实现企业信息的全面集成。
根据IDEF0方法的基本原则,将制造执行系统的功能抽象为执行制造任务这一活动。
执行制造任务活动可以分解为生产计划、排产、任务监控、数据管理等4个子活动。
3.3制造小系统
根据厂部生产计划和主生产计划、车间资源条件、制造BOM和工艺设计文件,按照车间生产能力最高、车间资源利用率最高和车间生产成本最低等优化目标,计划和调度车间生产任务和资源。
本活动可以进一步分解为编制月计划、求解周计划、制定日计划、调度资源和分配资源等5个子活动,如图2所示。
各个子活动的功能如下:
编制月计划:
根据厂部生产计划和主生产计划、制造BOM和工艺设计文件,编制车间月计划。
求解周计划:
根据车间月计划、制造任务优先级、车间资源条件和状态以及生产状态,按照车间生产能力最高、车间资源利用率最高和车间生产成本最低等车间生产优化目标,求解车间周计划。
同时应能针对诸如制造任务优先级变化、生产设备故障等生产突发事件生成替代的车间周计划。
制定日计划:
根据车间周计划、车间资源条件和状态制定车间日计划。
同时应能就替代的车间周计划生成其相应的车间日计划,以快速应对生产突发事件。
调度资源:
根据车间日计划、设备和生产资源运行状态、资源需求、制造任务单和车间资源状态,做出车间资源安排。
分配资源:
根据车间资源需求状况,作出完成车间日计划的人员安排。
用IDEF0方法描述的制造小系统功能视图
4.根据你的专业和研究方向,举出一实际决策问题并应用层次分析法进行决策。
4.1层次分析法介绍
1)产生背景
当对评价对象为单目标时,评价工作比较容易进行;
当评价对象为多目标时,这项工作比较困难。
评价的困难点有以下两点:
▪有的指标没有明确的数量表示,甚至只与使用人或评价人的主观感受与经验有关。
▪不同的方案可能各有所长,指标越多,方案越多。
问题越多。
2)层次分析法定义、特点及适用场合
层次分析法(analytichierachyprocess,AHP)是美国著名运筹学家T.L.Satty等人在20世纪70年代提出的一种定性与定量相结合的多准则决策方法。
具体地说它是将决策问题的有关元素分解成目标、准则、方案等层次,用一定标度对人的主观判断进行客观量化,在此基础上
进行定性或定量分析的一种决策方法。
这一方法的特点,是在对复杂决策问题的本质、影响因素以及内在关系等进行深入分析后,构建一个层次结构模型,然后利用较少的定量信息,把决策的思维过程数学化,从而为求解多目标、多准则货物结构特性的复杂决策问题,提供一种简便的决策方法。
多层次分析法把人的思维过程层次化、数量化,并运用数学分析、决策、预报或控制提供定量的依据。
十分适用于具有定量的、或定量定性兼有的决策分析;
它尤其适合于人的定性判断起重要作用、决策结果难于直接精确计量的场合,是一种十分有效的系统分析和科学决策方法。
3)原理
应用层次分析分析问题时,首先把问题层次化。
根据问题的性质和要达到的总目标,将问题分解为不同组成因素,并按照因素间的相互关系影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合,形成一个多层次的分析结构模型。
并最终将系统
分析归结为最底层(供决策的方案、措施),相对于最高层的相对重要性权值的确定或相对优劣次序的排序问题。
综合评价问题就是排序问题。
在排序计算中,每一层次的元素相对于上一层以某一因素的单排序问题又可简化为一系列成对因素的判断比较。
为此引入1~9标度法,并写成判断矩阵形式。
形成判断矩阵后,可以通过计算判断矩阵的最大特征值及相应的特征向量,计算出某一层相对于上一层某一个元素的相对重要性权值。
在计算出某一层相对于上一层各个元因素的单排序权值后,用上一层因素本身的权值加权综合,即可计算出层次总排序权值,总之,由上而下即可计算出最底层因素相对于最高层的相对重要性权值或相对优劣次序的排序值
4.2案例分析
武汉神龙公司由于业绩变好,利润增加,要同员工一同分享利润,要企业高层领导决定如何使用,经过实际调查与员工建议,现有以下方案可供选择。
▪作为奖金发给员工;
▪为员工办进修班;
▪修建图书馆、俱乐部等;
▪引进新技术设备进行企业技术改造
1)构造层次分析结构
通过分析,上述方案的目的都是为了更好的调动员工的工作积极性、提高企业技术水平和改善员工的物质水平,而这一切的最终目的是为了促进企业进一步发展,增强企业在市场经济中的竞争力。
层次分析图1-1
目标层
准则层
方案层
图4-1资金合理使用的层次分析结构图
建立问题的层次分结构模型是AHP法中最重要的一步。
最高层只有一个元素,他表示决策者想要达到的目标;
中间层次一般为准则、子准则,表示衡量是否达到所要达到的目标;
最低一层表示要选用的解决问题的各种措施、决策、方案等。
注意:
层次之间元素的支配关系不一定是完全的,即可以存在这样的元素,它并不支配下一层所有的元素。
每一层元素一般不超过9个
2)构造判断矩阵
建立层次分析模型后,我们需要在各层元素之间进行两两比较,构造出比较判断矩阵。
对于n个元素来说,我们得到两辆比较判断矩阵C=
一般来说,形式如下:
显然矩阵C具有如下性质:
(1)
(2)
(3)
我们把这类矩阵C称为正反矩阵。
对正反矩阵C,若对于任意i,j,k均有,
此时称该矩阵为一致矩阵。
注意:
在实际问题时,构造的判断矩阵并不一定具有一致性,常常需要进行一致性检验。
下面给出1~9标度方法,如表4-1所示
表4.1标度方法
序号
重要性等级
赋值
1
i,j两元素同等重要
2
i元素比j元素稍重要
3
i元素比j元素明显重要
5
4
i元素比j元素强烈重要
7
i元素比j元素极端重要
9
6
i元素比j元素稍不重要
1/3
i元素比j元素明显不重要
1/5
8
i元素比j元素强烈不重要
1/7
i元素比j元素极端不重要
1/9
这些数字是人们进行定性分析的直觉和判断力而确定的。
实际上,凡是较复杂的决策问题,其判断矩阵是由多位专家填写咨询表之后形成的。
专家咨询的本质在于把渊博的知识和丰富的经验,借助于对众多相关因素的两两比较,转化成决策所需的有用信息。
对于上述例子,假设企业领导对于资金使用这个问题的态度是:
首先提高企业技术水平,其次是改善员工物质生活,最后是调动员工的工作积极性。
则准则层对于目标层的判断矩阵A-B为
。
相应的可以写判断矩阵B1(相对于调动职工劳动积极性准则,各种使用留成利润措施方案之间相对重要性比较)、B2(相对于提高企业技术水平准则,各种使用企业留成利润措施方案之间相对重要性比较)、B3(相对于改善职工物质及文化生活准则,各种企业留成利润措施方案之间相对重要性比较),如下:
3)判断矩阵的一致性检验
一致矩阵:
对于任意i,j,k均有
的正反矩阵根据矩阵理论Ax=λx,λ代表特征值,对所有的
有
当矩阵完全一致时
,其余特征值为0;
而矩阵A不具有完全一致性时,
,其余的特征值有以下关系:
上述结论知道,当判断矩阵不完全一致时,相应的判断矩阵的特征值也发生变化,因此我们引入判断矩阵最大特征值以外的其余特征根的负平均值,作为衡量判断矩阵偏离一致性的指标,即用
CI值越大,表明判断矩阵偏离完全一致性的程度越大:
CI越小,表明判断矩阵一致性越好。
当矩阵具有满意一致性时,
稍大于n,其余特征值也接近于0,下面对满意一致性给出一个度量。
表4.2平均一致性指标(RI)
0.58
0.9
1.12
1.24
1.32
1.41
1.45
当阶数大于2时,判断矩阵的一致性指标CI与同阶平均一致性指标RI之比称为随机一致性比率,记为CR。
当
时,即认为判断矩阵具有满意的一致性,否则就需要调整判断矩阵,使之具有满意的一致性
4)层次单排序
计算出某层次因素相对于上一层次中某一因素的相对重要性,这种排序方式称为层次单排序。
具体说就是根据判断矩阵计算对于上一层某元素而言本层次与之有联系元素重要性次序的权值。
层次单层次计算问题可归结为计算判断矩阵的最大特征根及其特征向量的问题。
但是一般来说,判断矩阵的最大特征值及相应的特征向量并不需要追求较高的精确度。
下面给出一种简单的计算矩阵最大特征值及相应的特征向量的方法。
(1)计算判断矩阵每一行元素的乘积:
(2)计算的
n次方根
:
(3)对向量
正规化:
则
即为所求得特征向量。
(4)计算判断矩阵的最大特征根
,其中
表示AW中第i个元素。
对于判断矩阵A来说,计算结果如下:
对于判断矩阵B1来说,其计算结果如下:
对于判断矩阵B2来说,其计算结果为:
对于判断矩阵B3来说,其计算结果为:
5)总层次排序
最底层因素相对于最高层的相对重要性或相对优势的排序值,即层次总排序。
也就是说,总层次排序是针对最高层目标
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