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制造系统工程读书报告 姓名：朱跃峰 学号：2010010022 现代制造系统是由众多制造理论、制造技术、制造过程、制造装备、制造资源以及组织体系等组成的有机整体，涉及机械工程、计算机与微电子工程、信息工程、控制工程、工业工程、管理工程等众多领域的知识和技术。按照老师的要求，通过读书籍、论文，上网查找等方式，完成制造系统工程课程的读书报告。一、 一些基本概念及制造系统工程概述1、 系统的概念：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。 -钱学森2、 系统的特性：整体性、目的性、层次性、相关性、环境适应性。3、 系统工程的概念：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。系统工程是一门组织管理的技术。 -钱学森系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术。 -日本工业标准（jis）4、 系统工程的主要特点：整体性（系统性）、关联性（协调性）、综合性（交叉性）、满意性（最优性）。5、 系统工程的基础理论与工具：运筹学、控制论、信息论、计算科学、计算机。6、 制造系统的概念：该概念描述较多，如日本京都大学人见胜人教授，英国学者j.peklenik,parnaby,国际生产工程学会（cirp）,通过综合可定义为“为达到预定制造目的而构建的物理的组织系统，是由制造过程、硬件、软件和相关人员组成的具有特定功能的一个有机整体。”7、 制造系统的特征：目的性、整体性、相关性、动态性、环境适应性。8、 制造系统的分类：按工艺类型（离散型制造系统、流程型制造系统、混合型制造系统），按品种和生产批量（少品种大批量制造系统、多品种小批量制造系统），按生产计划（订货生产式制造系统、库存补充式制造系统），按制造技术和管理模式（计算机集成制造系统、及时生产系统、敏捷制造系统、智能制造系统）。9、 制造系统工程的内涵：综合现有的文献和相关的研究成果，可将制造系统工程的内涵归纳为如下几点：制造系统工程是制造领域内的系统工程，它从系统的角度，应用系统工程的理论和方法来研究和处理制造过程的有关问题；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，对这些具体的制造系统进行分析、决策、规划、设计、制造、管理、运筹和评价等，重点研究和处理制造过程中的综合技术问题和相关的管理问题；制造系统工程从整体的角度和系统的角度研究制造系统，是一门多学科交叉的工程学科，它以制造系统为对象，以系统工程的理论和方法为纽带，形成一个多门学科密切结合、融会贯通的有机整体；制造系统工程追求的总目标是制造过程的整体最优。10、 制造系统工程的方法特点:思维综合性、知识的集成性、目标的最优性。11、 制造系统工程研究理论：制造系统“三流结构论”即物料流、信息流、能量流；制造系统的信息制造观。当前，信息制造观研究的一个重要方面是考虑如何有效建立起于制造系统功能相适应的制造信息系统，这除了涉及到信息系统的分析、设计与硬/软件实现技术之外，还涉及到制造信息的分类、描述与处理等问题；制造系统的人机一体论。基于人工智能的智能制造系统的研究，目前还存在以下方面的问题由于目前对人类思维机理的探索尚有很大的局限性，故模拟人思维的人工智能技术也存在局限性；应用人工智能的思路解决制造系统的决策问题，存在着当前计算机信息处理技术难以解决的制造系统信息组合爆炸问题；在制造系统中存在着难以解决的大量非结构化、动态的和随机解决的决策问题。完全无人化的自动化制造系统难以实现，即使实现也不是整体最优的系统。人的创造性行为和作用是机器永远无法取代的。“制造系统工程（mse,manufacturing systems engineering）”概念自20世纪70年代末最初由日本人人见胜人教授提出后，西方国家对mse的理论、方法、技术和应用进行了大量的研究，现已成为一个独立的学科，呈现出其强大的生命力，受到工业界的极大关注和支持。 二、 建模与仿真1、 常用的系统模型：物理模型、视图模型、概念模型、数学模型、仿真模型。2、 制造系统建模的意义：可缩短新系统的设计开发周期；可寻求最佳的决策或控制变量，获取系统最佳的运行效率；可对制造系统非常状态进行预测；可降低实验成本；简化操作，易于理解。3、 关于排队模型的基本知识：排队系统的组成：顾客到达。包括顾客的来源，以及顾客以何种方式到达排队系统；排队系统如何从排队队列中选取一个顾客作为下一个服务对象，这将涉及到排队的结构或排队规则。通常的排队结构有先到先服务（fifo）、后到先服务（lcfi）、随机服务（isor）、有优先权服务（pr）、最短处理时间先服务（spr）；服务机构。服务机构的特性主要是由服务台的数目、服务台排列方式、服务时间分布等来描述的。排队系统常用的性能指标：l-系统中平均顾客数；q-系统平均等待队列长度；b-系统平均服务数；w-n个顾客在系统中平均逗留时间；d-n个顾客在系统队列中平均等待时间。4、 idef0方法建模基本知识：基本组成要素：活动；输入；输出；控制；机制。建模步骤：初始化；用户需求调查；确定系统边界，建立系统内外关系图；确定系统主功能，建立系统图；逐层分解，建立系统下层功能模型；评审功能模型；形成正式功能模型文件。5、 idef1x方法建模步骤：该方法适用于各种大型复杂信息系统的建模建模的准备；定义实体；定义实体间的联系；定义关键字和属性；协调性检查；模型文件的编制。6、 petri网模型有关知识特点：可方便描述制造系统的框架及系统的随机过程；容易观察到系统中相关活动及各要素间的相互关系；使用较严密的数学分析工具；以网络图形对系统进行描述，较为直观清晰；程序设计方便，有效节省了软件开发时间；存在状态空间组合爆炸，难以优化等不足。 基本性能：有界性、活性、复返性、排它性、可逆性、包容性、持续性。 建立基本方法步骤： 列出待建模系统中所需的每一种资源与活动，但不是全部，仅为建模所关心的；按先后次序关系对所列出的活动进行排序；确定库所或变迁表示每一个资源和活动；用有向弧对所确定的库所和变迁进行连接；根据系统所给条件和运行需要，给定系统模型的初始标记。 一个好的petri网模型只有在反复修改完善后才能获得。7、 制造系统的仿真基本概念：“仿真”一词源于英文单词simulation，也有人将仿真称之为“模拟”，它是对通过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计中的系统。根据仿真与实际系统配置的接近程度，可将其分为计算机仿真，半物理仿真，全物理仿真。目前制造系统仿真的内容：制造系统规划布局的仿真； 制造系统动态运行的仿真； 制造系统作业计划的仿真。计算机仿真的基本步骤：确立系统仿真目标； 建立系统仿真模型； 编制仿真程序； 进行仿真实验； 仿真结果的数据统计与分析。三、 设计方法与设计理论1、 制造系统设计的主要过程总体规划。分析用户对新系统提出的要求，针对总体规划的任务，进行调研和分析； 进行总体需求分析，确定系统的目标和功能； 制定系统的总体技术方案，拟订系统的开发计划； 对总体方案进行技术经济分析； 完成可行性论证报告； 进行总体规划评审，对存在的问题进行分析，找出产生问题的主要原因，对相关内容进行修正，重复有关过程，直至评审通过； 整理有关报告和文档，结束本阶段工作。初步设计。根据总体设计所下达的初步设计任务书开展调研，进行系统具体需求分析； 根据需求分析结果进行系统的总体结构设计； 建立各子系统的功能模型，进行子系统的初步设计； 进行初步设计评审，对存在的问题进行分析，找出产生问题的主要原因，对相关内容进行修正，重复有关过程，直至评审通过； 整理有关报告和文档，结束本阶段工作。详细设计。根据总体设计所下达的详细设计任务书开展调研，进行任务分解与协调； 对系统内外的各种接口进行详细设计； 根据初步设计阶段确定的功能模型，进行子系统结构设计； 根据确定的结构，对子系统进行详细设计； 进行详细设计评审，对存在的问题进行分析，找出产生问题的主要原因，对相关内容进行修正，重复有关过程，直至评审通过； 整理有关报告和文档，结束本阶段工作。工程实施。根据所下达的工程实施任务书，组织实施队伍，进行实施准备； 根据详细设计给出的技术文档，采购、安装有关设备，建立满足设计要求的新系统； 进行子系统联调和测试； 进行总系统联调和测试； 进行坚定与验收，对存在的问题进行分析，找出产生问题的主要原因，对相关内容进行修正，重复有关过程，直至验收通过； 整理有关报告和文档，进行系统交接，结束本阶段工作。制造系统运行和维护。根据制造系统运行任务的要求，制定有关操作规程和维护规程；对承担制造系统运行和维护任务的各类人员进行培训；将新系统投入实际运行，并进行日常维护；对新系统运行中的有关状态进行记录；对新系统的运行效果进行评价；整理并提交系统运行报告。2、制造系统的一些现代设计方法简介。 优化设计。优化设计英文名是optimization design，从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。第二次世界大战期间，在军事上首先应用了优化技术。1967年，美国的r.l.福克斯等发表了第一篇机构最优化论文。1970年，c.s.贝特勒等用几何规划解决了液体动压轴承的优化设计问题后，优化设计在机械设计中得到应用和发展。随着数学理论和电子计算机技术的进一步发展，优化设计已逐步形成为一门新兴的独立的工程学科，并在生产实践中得到了广泛的应用。通常设计方案可以用一组参数来表示，这些参数有些已经给定，有些没有给定，需要在设计中优选，称为设计变量。如何找到一组最合适的设计变量，在允许的范围内，能使所设计的产品结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低（即技术经济指标最佳），有市场竞争能力，同时设计的时间又不要太长，这就是优化设计所要解决的问题。一般来说，优化设计有以下几个步骤：建立数学模型。选择最优化算法。程序设计。制定目标要求。计算机自动筛选最优设计方案等。通常采用的最优化算法是逐步逼近法，有线性规划和非线性规划。 并行设计。并行工程是对产品设计及其相关过程（包括设计过程、制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。并行工程把计算机辅助设计、制造、管理和质量保证体系等有机地集成在一起，实现信息集成、信息共享、过程集成。这种工作模式力求使产品开发者在设计阶段就考虑到从概念形成到产品报废（甚至销毁）整个产品全生命周期中的质量、成本、开发时间和用户需求等所有因素。 并行工程把时间作为关键因素，它以缩短产品上市时间为主要目标，从产品设计阶段就开始最大限度地寻求新产品的可制造性、可装配性、可检验性、易维护性以便缩短上市周期和增强市场竞争能力。 并行工程系统包括工程技术人员的集成和并行工程环境的实现。工程技术人员的集成，要求集中涉及产品全生命周期的所有部门的工程技术人员，组成并行设计小组，共同设计制造产品，对产品的各种性能和制造过程进行计算机动态仿真，生成软样品或快速出样，进行分析评议，改进设计，取得最优结果，争取一次成功。并行工程环境是一种智能设计平台，支持产品设计和过程设计。并行工程环境必需具有：统一的信息模型，分布式环境，开发式界面和智能控制能力。统一的信息模型是实现工程技术人员集成的基础；分布式环境是实现并行的必要条件；开放式界面使工程技术人员从各自的角度对同一产品协同设计；智能控制具有调度设计、仿真、分析及协同设计中出现的冲突问题，提出改进设计的能力，它是实现并行工程的关键。 并行设计是并行工程的主要组成部分，也是并行工程的核心。并行设计要求产品设计及其相关过程并行进行，是设计及相关过程并行、一体化、系统化的工作模式。这种工作模式力图使产品开发设计从一开始就考虑到产品的全生命周期，在设计时就将下游环节的可靠性、技术性、生产性等作为设计环节的约束条件，以避免或减少产品开发进行到晚期才发现错误，再返回到设计初期进行修改。并行设计主要包括以下内容： 1）过程重构 由传统的串行产品开发模式转变成集成的、并行的产品开发模式，使下游设计过程中的需求及早地反馈给相应的过程； 2）数字化产品定义 包括数字化产品模型定义和管理、数字化过程定义和管理、数字化工具定义和信息集成，如dfq、dfa、dfm、cad/cam/cae集成等； 3）产品开发队伍重构 将传统的以功能部门为主要的产品设计，改变为以产品为主线，组织多功能集成产品开发团队，团队主管可以通过工作平台对团队的开发过程进行定义、规划和重组，并对之进行分析和优化，开发人员通过开发平台以预定角色进入具体开发活动。 4）协同工作环境 利用多媒体、网络等技术、组织协调工作环境，支持并行设计。并行设计改变了过去那种容易造成各自为政、效率低下的串行工作方式，改变了企业组织结构和工作方法，促进人们之间的相互理解，激励积极性，提高协同作战的能力，塑造良好的企业文化氛围，形成一个适合人类发展需要的技术系统。因此并行工程与传统的串行生产模式之间的本质区别在于并行工程把产品开发的各个活动看成是一个集成的过程，并从全局优化的角度出发，对集成过程进行管理和控制，同时对已有的产品开发过程进行不断的改进和提高，以克服传统串行产品开发过程大反馈造成的长周期与高成本等缺点。并行工程意味着产品开发过程重组，以便并行地组织作业。 并行工程的开发模式以开发周期短(time)、产品质量高(quality)、开发费用低(cost)、用户满意(service)为目标。为实现我们平常所说的t、q、c、s目标，并行工程具有如下特点: 为了设计出便于加工、装配、使用、维修、回收的新产品，并行工程的方法要求在产品设计阶段将涉及到产品整个生命周期各个过程的专家，甚至包括潜在的用户集中起来，形成专门的设计工作小组协同工作，集思广益对设计出的产品和零件从各个方面进行审查，并随时做出修改。从而得到最佳设计。 在并行工程中，设计、制造和管理等不再是被看成彼此相互独立的过程，而要将它们纳入一个整体的系统来考虑。很多工作是并行着进行的，如：一方面在设计过程中通过工作组和专家把关，可以同时考虑产品生命周期的各个方面的因素；另一方面是在设计阶段就可同时进行工艺（包括加工工艺、装配工艺、检验工艺等）过程设计，并对工艺设计的结果进行计算机仿真，用快速成型等方法制出样机。传统的串行设计模式下，产品设计变更都是在产品整个生命周期的后半部分出现问题时才进行的，这时变更设计造成开发周期增长，开发成本费用增高，流程与设计都难于改变；而并行工程强调在设计开始阶段就对设计结果随时进行审查，并及时反馈给设计人员。这样可以大大缩短设计时间，降低产品开发成本，还可以保证将错误消灭在萌芽状态。鲁棒性设计。鲁棒性原是统计学中的一个专门术语，20世纪70年代初开始在控制理论的研究中流行起来，用以表征控制系统对特性或参数摄动的不敏感性。在实际问题中，系统特性或参数的摄动常常是不可避免的。产生摄动的原因主要有两个方面，一个是由于量测的不精确使特性或参数的实际值会偏离它的设计值（标称值），另一个是系统运行过程中受环境因素的影响而引起特性或参数的缓慢漂移。因此，鲁棒性已成为控制理论中的一个重要的研究课题，也是一切类型的控制系统的设计中所必须考虑的一个基本问题。对鲁棒性的研究主要限于线性定常控制系统，所涉及的领域包括稳定性、无静差性、适应控制等。鲁棒性问题与控制系统的相对稳定性（频率域内表征控制系统稳定性裕量的一种性能指标）和不变性原理（自动控制理论中研究扼制和消除扰动对控制系统影响的理论）有着密切的联系，内模原理（把外部作用信号的动力学模型植入控制器来构成高精度反馈控制系统的一种设计原理）的建立则对鲁棒性问题的研究起了重要的推动作用。当系统中存在模型摄动或随机干扰等不确定性因素时能保持其满意功能品质的控制理论和方法称为鲁棒控制。早期的鲁棒控制主要研究单回路系统频率特性的某些特征，或基于小摄动分析上的灵敏度问题。现代鲁棒控制则着重研究控制系统中非微有界摄动下的分析与设计的理论和方法。绿色设计。绿色设计（greendesign）也称生态设计(ecologicaldesign),环境设计（designforenvironment）,环境意识设计（environmentconsciousdesign）。在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性，可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。绿色设计的原则被公认为“3r”的原则，即reduce,reuse,recycle，减少环境污染、减小能源消耗，产品和零部件的回收再生循环或者重新利用。绿色产品设计包括：绿色材料选择设计；绿色制造过程设计；产品可回收性设计；产品的可拆卸性设计：绿色包装设计；绿色物流设计；绿色服务设计；绿色回收利用设计等。在绿色设计中要从产品材料的选择、生产和加工流程的确定，产品包装材料的选定，直到运输等都要考虑资源的消耗和对环境的影响。以寻找和采用尽可能合理和优化的结构和方案，使得资源消耗和环境负影响降到最低。在产品开发过程中，如果不重视环境意识，不考虑产品本身是否对环境造成污染和危害，而一味地关心它们的造型是否具有十足的创意，成本能否十足的低廉等等，从长远的角度看，只会给企业带来损失，更会给人类赖以生存的自然社会带来不可逆转的损失和灾难。绿色产品开发，应该从产品的绿色设计开始。绿色设计的设计理念和方法以节约资源和保护环境为宗旨，它强调保护自然生态，充分利用资源，以人为本，善待环境。绿色设计不应仅仅是一个倡议或提议，它应成为现实文明和未来发展的方向。面对当前全球的环境污染、生态破坏、资源浪费、温室效应和资源殆尽，每个地球人都应感到生存的危机。 社会可持续发展的要求预示着“绿色设计”将成为21世纪工业设计的热点之一。“绿色设计”在现代化的今天，不仅仅是一句时髦的口号，而是切切实实关系到每一个人的切身利益的事。这对子孙后代，对整个人类社会的贡献和影响都将是不可估量的。绿色设计的发展趋势： 产品的组合设计、循环设计以及产品与服务的非物质化设计已成为”绿色设计”的一种趋势，这样的设计能更好地体现节能与环保。”绿色设计”的主题和发展趋势大致体现在以下四个方面： 1）、使用天然的材料。以”未经加工”形式在家具产品、建筑材料和织物中得到运用。直接使用天然材料在产品中的设计不但节省了能源，而且缩短了生产环节，提高了生产效率。 2）、强调使用材料的经济性。摒弃无用功能和纯装饰的样式，创造形象生动的造型、回归经典的简洁。同时，在简洁中精心融入“高科技”、“高情感” 的因素。在使用产品时使人感受到时尚、亲近和温暖。 3）、多种用途的产品设计。可以使用增加乐趣的设计方法，避免因厌烦而替换的需求。这种产品还能够升级更新，通过尽可能少地使用其他材料来更新换代，以便达到实用且节能的目的。 4）、利用回收材料的产品设计。我们不可以简单地认为采用可回收材料的产品就一定是绿色产品，因为产品可回收性有可能成为加快产品废弃速度；人们对可回收材料的外观认可程度也可能会对产品的销售产生影响。3、发明问题解决理论-triz理论 triz意译为发明问题的解决理论.triz理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。它不是采取折衷或者妥协的做法，而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程， 而不再是随机的行为。实践证明，运用triz理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。 triz是俄文 的英文音译teoriya resheniya izobreatatelskikh zadatch的缩写，其英文全称是theory of the solution of inventive problems（发明问题解决理论）triz是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。 triz是发明问题解决理论 1）为了取得创新解，需要解决设计中的冲突，但解决冲突的某些步骤是不知道的； 2）未知的解往往可以被虚构的理想解代替； 3） 通常理想解可通过环境或系统本身的资源获得； 4）通常理想解可通过已知的系统进化趋势推断。现代triz的研究进展：目前，其结果主要集中在4个triz模式上。 1）、iii（ideation international inc)模式 该公司主要核心研究力量是来自于前苏联kishnev的triz学校的专家# 他们认为, triz的许多方法分支太多,也过于复杂,因此必须提供一些方法和过程作为分析这些问题方法的统一入口。 根据有害和有用影响的区分，手工绘出问题中各部分因果关系网络图，利用软件工具对图中每一个节点能够自动列出问题的看法或者解决方法意见。每一个看法为使用者推荐了合适的传统triz工具。iii模式还开发了“创新环境调查问卷”以及预期失效判定和演变指导。iii模式的主要不足是得出的看法通常是节点的34倍，对于复杂问题有时会显得非常冗长。 2）、imc(inventive machine corp)模式 imc公司是由前苏联人工智能和triz专家tsourilov博士移民到美国后创建的。为了解决具有技术和物理矛盾的“困难”工程问题，imc努力将解决矛盾的创新原则、分隔原则、效果库等知识库工具集成为软件techoptimizer。由于引入了相应的现代软件开发和人工智能技术，该软件具有容易使用与界面友好的特点。该软件分为2个集合，包括5个模块。集合1：原则模块、预测模块、效果模块；集合2：techoptimizer模块、特征转换模块。原则模块负责从知识库给出类似的例子消除矛盾，效果模块允许从专利数据库获取类似的物理、化学和地理成果，而预测模块则是参照其演化趋势数据库中的22个演化趋势和200多个分模式对问题得出未来的解决方法。集合2个模块则负责对问题进行分析，使问题清晰化。3）、sit/usit模式 sit（systematic inventive thinking）模式原由移民到以色列的triz专家filkosky在1980年左右创立，目的是简化triz以便使其被更多人接受。1995年福特公司sickafus博士将sit模式进行结构化形成usit（unified strctured inventive thinking）模式，该模式能帮助公司工程师短时间内(3天培训期)接受和掌握triz，为实际问题在概念产生阶段快速地产生多种解决方法)，usit将triz设计过程分为3 个阶段：问题定义、问题分析和概念产生，它将解决方法概念的产生简化为只有4种技术（属性维度化、对象复数化、功能分布法和功能变换法），而不需要采用知识库或计算机软件。但usit解决问题的好坏依赖于问题解决人员知识的广度和深度。 4）、rli（renaissanoe leedership instiute）模式 该模式是由rli公司的分支机构leonadnda vinci研究院的一些专家开发的。rli模式对triz的贡献主要体现在：（1）针对triz的复杂性，开发了8个解决问题的算法；（2）针对物质场分析工具存在的缺陷，提出运用三元代替物质场的三元分析法（triad analysis）,并将其结合到所开发的8个发明算法中。应用案例：仿蝎变形履带搜救机器人 实物图 根据triz理论最终理想解的确定设计的目的：设计一款拥有良好越障能力，同时拥有较高工作效率的机器人。理想解：该机器人可以适应各种地形，高效率地完成预定工作任务。达到理想解的障碍：没有一种行进方式能够在满足越障能力强的同时，又满足行进速度快、效率高。例如，履带式机器人越障能力强，但是行进速度慢，效率低；轮式机器人行进速度快，效率高，行动灵活，但是越障能力弱。出现这种障碍的结果：一种行进方式无法同时达到越障能力和工作效率两方面的要求。不出现这种障碍的结果：要求机器人越障能力高时，机器人以履带式行进；要求机器人工作效率高时，以轮式行进解决方案：设计一款同时拥有轮式和履带式行进方式的机器人设计发明该机器人时应用了triz理论的核心思想：技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。该机器人同时拥有轮式和履带式行进方式，相当于同时拥有两种机器人的功能，既具有各自的优点，又弥补了相对的不足。设计过程中应用到的技术系统进化法则有：完备性法则任何产品的创新与进化都在遵循着一定的规律，而要实现其功能，一个完整的技术系统必须包含以下4个部分:动力装置、传输装置、执行装置、控制装置，它们最终的目标是使产品能够达到最理想的功能与状态。该机器人遵从这一法则，动力装置是锂电池，传输装置是轴，执行装置是车轮、履带，控制装置以atmega64为控制芯片，搭建控制电路。提高理想度法则这一法则规定技术系统应当沿着提高理想度的方向进化，贯穿其整个寿命的始终，趋向更加简单、可靠、有效，它是八大技术系统进化法则的首要法则。该机器人遵从这一法则，将原本两种机器人拥有的功能整合到一台机器人，提高了实现功能的能力。在设计发明过程中运用到的triz理论发明原理有：组合、合并原理与多用性原理的应用（应用部位：主轴电机）由于机器人体积空间的限制，使撑开杆的传动轴无法找到一个理想的位置，根据组合、合并原理和多用性原理，在空间上把相同或相近的物体或操作加以组合，一个物体执行多种不同功能，从而不需要其他物体。因此，将主轴电机进行巧妙的设计，使其同时兼备传动轴的功能。嵌套/套叠与中介物原理的应用（应用部位：撑开杆）传统的轮子无法实现轮履变换，因此，根据嵌套/套叠原理，一个物体通过另一个物体的空腔，将机器人的轮子进行设计，机器人有两个主动轮，每个主动轮又由内外轮组成，内外轮之间放置撑开杆机构。可伸缩履带附在内外轮上，进行轮履变换时，藏在内外轮之间的撑开杆机构撑开，行进方式切换为履带式。要实现轮履变换，必然需要一定机械结构来实现，根据中介原理，将内外轮之间设置了撑开杆，以实现轮履切换。预先反作用原理的应用（应用部位：履带预紧力）要实现履带式行进方式，必须将附在内外轮上的变形履带撑开，但是为防止掉带，同时为实现更好地将主动轮的力传送给履带，所以应用预先反作用原理，预先给履带施加预紧力。动态原则的应用（应用情况：轮履切换）该机器人设计的理想目标是使机器人能够具有较好的越障能力，并且效率较高。因此根据triz理论的动态原则：物体(或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的，对机器人的行进方式切换有以下要求：当地面情况复杂或者有障碍物时，机器人以履带式行进，越障能力强；当地面情况较好时，以轮式行进，速度快，效率高。 四、制造系统的运行及管理1、制造系统运行管理的任务与目标 保证制造系统按产品品种、质量、数量、生产成本和交货期要求，全面完成计划规定的生产任务； 合理配置和利用企业包括设备、人力在内的生产资源，不断提高生产率，降低物耗，降低成本，增加盈利； 合理组织生产过程，缩短产品生产周期，减少在制品，降低库存，加速资金周转；采用合理的生产组织形式和计划方法，使生产管理系统能适应市场环境的变化。2、制造系统运行管理流程 调查 决策 投入 转换 产出3、mrp（物料需求计划） 物资需求计划即（material requirement planning，mrp）是指根据产品结构各层次物品的从属和数量关系，以每个物品为计划对象，以完工时期为时间基准倒排计划，按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后顺序，是一种工业制造企业内物资计划管理模式。mrp是根据市场需求预测和顾客订单制定产品的生产计划，然后基于产品生成进度计划，组成产品的材料结构表和库存状况，通过计算机计算所需物资的需求量和需求时间，从而确定材料的加工进度和订货日程的一种实用技术。 其主要内容包括客户需求管理、产品生产计划、原材料计划以及库存纪录。其中客户需求管理包括客户订单管理及销售预测，将实际的客户订单数与科学的客户需求预测相结合即能得出客户需要什么以及需求多少。物料需求计划逻辑流程物料需求计划 mrp在产品结构的基础之上，运用网络计划原理，根据产品结构各层次物料的从属关系和数量关系，以每个物料为计划对象，以完工日期为时间基准倒排计划，并按提前期长短区别各个物料计划下达时间的先后顺序。这里“物料”一词是指为了产品出厂需要列入计划的一切不可缺少的物的总称，不仅是通常理解的原材料或零件，而且还包括配套件、毛坯、在制品、半成品、成品、包装材料、工装工具、能源等一切物料。通俗地讲，mrp是一种“既要降低库存，又要不出现物料短缺”的计划方法，其逻辑流程如图所示。 mrp逻辑流程图从逻辑流程图上看，mrp主要回答了4个问题：a、生产什么？b、要用到什么？c、已经有了什么？d、还缺什么？什么时候下达采购或加工计划？这4个问题是任何制造业在编制计划都要回答的问题，被人们称为“制造业的通用公式”。第一个问题指的是为了满足市场（或客户）需求需要出厂的产品，是独立需求件。产品的出厂计划是根据销售合同或市场预测，由主生产计划(master production schedule,mps)确定的。第二个问题指的是产品结构或某些在制造过程中必要的资源（如能源、工具等），由产品信息或物料清单来回答。物料清单（bill of material, bom）是计算机可识别的产品结构数据文件，是mrp的主导文件。第三个问题由库存信息，或者说，由物料的可用量来回答。物料的可用量不同于手工管理的库存台帐，它是一种动态信息。主生产计划、物料清单和物料的可用量是运行mrp的三项基本输入数据，它们都是手工管理中不曾用到的新概念。其中，主生产计划是最关键的输入信息，它必须能够准确地反映市场需求，它决定物料需求计划的必要性、可行性和稳定性；另外两项是计算需求数量和时间的基础数据，它们的准确性直接影响mrp的运算结果。mrp的性质与特点mrp的原理依据来源于企业生产管理实践，没有复杂的数学理论，只是直观的流程图解，很容易理解。一方面它从分析制造业的产品结构出发，建立“时间坐标上的产品结构”，提出了新的期、量标准概念，另一方面它按照“制造业的通用公式”进行逻辑运算。这两点是mrp最基本的概念和出发点。mrp的特点是由它的原理决定的。既然强调时间坐标，就意味着按照需求（交货）时间的先后顺序制订计划，是一种“优先级”计划。为了分辨优先顺序，时间段必须细化到周甚至天，是一种分时段的计划。为了快速响应市场，它必须是一种能借助计算机的强大功能进行快速修订的计划。为了正常运行mrp系统，需要准确把握市场需求，能制定稳定的主生产计划，且计划期要长于总生产提前期，否则无法根据mrp展开结果进行采购。4、mrp（制造资源计划）制造资源计划的逻辑流程闭环mrp系统的出现，使生产活动方面的各种子系统得到了统一。但这还不够，因为在企业的管理中，生产管理只是一个方面，它所涉及的仅仅是物流，而与物流密切相关的还有资金流。这在许多企业中是由财会人员另行管理的，这就造成了数据的重复录入与存贮，甚至造成数据的不一致性。于是，在20世纪80年代，人们把生产、财务、销售、工程技术、采购等各个子系统集成为一个一体化的系统，并称为制造资源计划（manufacturing resource planning）系统，英文缩写还是mrp，为了区别物料需求计划（亦缩写为mrp）而记为mrp。闭环mrp虽然是一个完整的计划与控制系统，但是它还没有说清楚执行计划以后能给企业带来什么效益；这效益是否能实现企业的总体目标。在制造资源计划mrp里，系统在处理物料计划信息的同时，同步地处理财务信息；把产品的销售计划用金额表示以说明销售收入；对物料赋予货币属性以计算成本并方便报价；用金额表示能力、采购和外协计划以编制预算；用金额表示库存以反映资金占用等等。也就是说，财会系统能同步地从生产系统获得资金信息，随时控制和指导经营生产活动，使之符合企业的整体战略目标。mrp在闭环mrp的基础上，把企业的宏观决策纳入系统，就是说，把说明企业远期经营目标的经营规划、说明产品系列和企业销售收入的销售与运作规划纳入到系统中来。这几个层次确定了企业宏观规划的目标与可行性，形成一个小的宏观闭环，是企业计划层的必要依据。同时mrp把对产品成本的计划与控制纳入到系统的执行层，企业可以对照总体目标，检查计划执行效果。总之，mrp把物料流动和资金流动结合起来，形成一个完整的经营生产信息系统。mrp中物流信息和资金流信息集成的方法是：1）为每个物料定义标准成本和会计科目，建立物料与资金的静态关系；2）为各种库存事务，即物料的移动（实际的或逻辑的）或数量、价值的调整，建立凭证，定义相关的会计科目和借贷关系，说明物流和资金流动态关系。在mrp系统中，每运行一次需求计划必须同时运行能力计划，保证所下达计划的可执行性。在销售与运作规划阶段，要同时运行“资源需求计划”。在宏观计划层次，“资源”的内容可以包括可能筹措的资金、供应商提供的关键材料、关键能源、关键工作中心等。要实现企业的战略计划，必须有相应的资源分配计划，说明使用企业资源的优先顺序和日程。mrp的模拟流程mrp系统与mrp的区别，除了实现物流信息和资金流信息的集成外，另一个特点就是它的模拟功能。因为mrp系统包罗了企业的主要管理业务，模拟能够反映企业内外环境变化对各个方面的影响，它才有应用的意义。模拟（或仿真）并不是mrp独有的功能，但在许多场合下，当环境发生变化需要作出响应时，有模拟功能可以利用，将是非常方便的。为了不影响业务的正常运行，通常是把当前的数据复制下来，在不影响系统的正常运行的情况下进行调整修订和模拟，如图所示。通常，在需要判断环境变动对计划或成本的影响的情况下，才有必要进行模拟运算。 mrp的管理特点mrp的主要特征是信息集成；由于信息集成带来一系列特点，每一点都含有管理模式变革和员工行为规范变革两方面的内容；这些特点是互相影响互为因果的，现归纳如下。计划的一贯性与可行性。mrp是一种以计划为主导的信息化管理系统，通过计划把企业的资源充分调动起来，实现企业的总体战略目标。计划层次从宏观到微观，从战略到战术，由粗到细逐层细化，但始终保持与企业总体战略目标一致。“一个计划”是mrp的原则精神。这一点下一节我们还要详细说明。为了做到这一点，企业全体员工都必须以实现企业的总体战略目标为准则，绝不允许各行其是。管理系统性。mrp把企业所有与生产经营活动直接相关的部门的工作通过信息集成联成一个整体，每个部门的工作都是整个系统的有机组成部分。因此，要求每一个员工都能从整体出发，十分清楚自己的工作同其它职能的关系。数据共享性。作为一种管理信息高度集成的系统，企业各部门都依照同一数据库提供的信息，按照规范化的处理程序进行管理和决策，数据高度共享。为了做到这一点，要求企业员工用严肃的态度对待数据，专人负责维护，提高信息透明度，保证数据的及时、准确和完整。动态应变性。mrp是一种闭环的信息系统，它要求不断跟踪、反馈和控制瞬息万变的实际情况，使管理人员可随时根据企业内外环境条件的变化，迅速作出响应，满足市场不断变化着的需求，并保证生产计划正常进行。为此，必须树立全体员工的信息意识，建立必要的工作规范和准则，保证各个岗位上的业务人员能够及时准确地把变动了的情况输入系统。模拟预见性。mrp是生产经营管理规律的反映，按照规律建立的信息逻辑很容易实现模拟功能，可以模拟比较长远的时间内可能发生的问题，以便事先采取措施消除隐患。为此，管理人员必须熟练运用系统的查询功能，熟悉系统提供的各种信息，致力于实质性的分析研究工作，熟练掌握模拟功能，进行多方案比较，作出合理决策。物流信息和资金流信息的集成性。集成物流信息和资金流信息是mrp区别与mrp的主要特点。mrp包括了财务收支和管理会计的功能，可以由生产活动直接生成财务数据，把实物形态的物料流动直接转换成价值形态的资金流动，保证生产和财务数据的一致性。决策人员应会同财务人员及时运用从系统中得到的资金和成本信息，控制成本，随时分析企业的效益。这些特点表明mrp是实现制造业企业整体效益的有效管理模式，是提高企业竞争力的有力武器。5、erp（企业资源计划）随着市场全球化和大型企业的多元化经营，以及精益生产、敏捷制造、约束理论、供应链管理等先进管理思想的诞生，主要侧重于对企业内部的人、财、物等内部资源管理的mrp系统已经不能满足一些大型企业的管理需求。为了迅速响应需求并组织供应以满足全球市场竞争的要求，这些企业迫切需要扩大管理系统的功能，把“前端办公室”（市场与客户）和“后端办公室”（供应商与外包商）的信息都纳入到信息化管理系统中来，扩大信息集成的范围，以面对经济全球化的挑战。在这一背景下，mrp进一步发展为面向怎样有效管理和利用整个供应链整体资源的新一代信息化管理系统企业资源计划（erp）。erp系统的管理思想erp的核心管理思想就是实现对整个供应链的有效管理，主要体现在以下三个方面：体现对整个供应链资源进行管理的思想。现代企业的竞争已经不是单一企业与另一企业间的竞争，而是一个企业供应链与另一个企业的供应链之间的竞争；企业不但要依靠自己的资源，还必须把经营过程中的有关各方如供应商、制造工厂、分销网络、客户等纳入一个紧密的体系中，才能在市场上获得竞争优势。erp系统正是适应了这一市场竞争的需要，实现了对整个企业供应链的管理。体现精益生产、同步工程和敏捷制造的思想。erp系统支持混合型生产方式的管理，其管理思想表现在两个方面：其一是“精益生产lp（lean production）”的思想，即企业把客户、销售代理商、供应商、协作单位纳入生产体系，同他们建立起利益共享的合作伙伴关系，组成一个企业的供应链，消除一切不增值的作业活动，提高快速响应的能力。其二是“敏捷制造am（agile manufacturing）”的思想。当市场上出现新的机会，而企业的基本合作伙伴不能满足新产品开发生产的要求时，企业组织一个由特定的供应商和销售渠道组成的短期或一次性供应链，形成“虚拟工厂”，把供应和协作单位看成是企业的一个组成部分，运用“同步工程se（simultaneous engineering）”组织生产，用最短的时间将新产品打入市场，时刻保持产品的高质量、多样化和灵活性，这即是“敏捷制造”的核心思想。体现事先计划与事中控制的思想。erp系统中的计划体系主要包括：主生产计划、物流需求计划、能力计划、采购计划、销售执行计划、利润计划、财务预算和人力资源计划等，而且这些计划功能与价值控制功能已完全集成到整个供应链的管理系统中。另一方面，erp系统通过定义与事务处理（transaction）相关的会计核算科目和核算方式，在事务处理发生的同时自动生成会计核算分录，保证了资金流与物流的同步记录和数据的一致性；从而实现了根据财务资金现状可以追溯资金的来龙去脉并进一步追溯所发生的相关业务活动，便于实现事中控制和实时作出决策。erp同mrp的主要区别在资源管理范围方面的差别。mrp主要侧重对企业内部人、财、物等资源的管理，erp系统在mrp的基础上扩展了管理范围，它把客户需求和企业内部的制造活动以及供应商的制造资源整合在一起，形成一个完整的供应链并对供应链上所有环节如订单、采购、库存、计划、生产制造、质量控制、运输、分销、服务与维护、财务管理、人事管理、实验室管理、项目管理、配方管理等进行有效管理。在生产方式管理方面的差别。mrp系统把企业归类为几种典型的生产方式进行管理，如重复制造、批量生产、按订单生产、按订单装配、按库存生产等，对每一种类型都有一套管理标准。而在80年代末、90年代初期，为了紧跟市场的变化，多品种、小批量生产以及看板式生产等成为企业经常采用的生产方式，由单一的生产方式向混合型生产发展。erp能很好地支持和管理混合型制造环境，满足了企业的这种多角化经营需求。在管理功能方面的差别。erp除了mrp系统的制造、分销、财务管理功能外，还增加了支持整个供应