工业工程导论第2章-系统的规划与系统工程基础2课件

第2章系统的规划与系统工程基础

基本要求（1）了解产品开发的规划内容以及规划方法。（2）掌握系统的定义及其基本问题、系统设计方法、系统建模与优化方法；（3）了解工业工程系统的组成、运作规划与控制、系统设计公理和规则等。（1）新产品开发的宏观特征

1）新产品的作用新产品是国家宏观经济的重要调控因素，是启动顾客需求与购买力的“发动机”。通过开发新产品提高就业率。新产品是国家经济发展的重要标志性指标，对GDP的贡献率标志着经济增长速度。产品与制造系统的创新成为新世纪提高企业竞争力的关键因素。3、产品开发的规划满足顾客需求和期望的新产品快速开发上市是使TSS以及企业生存与发展的根本要素。产品寿命期和新产品开发时间迅速缩短。

影响新产品开发成功的因素很多，其中经常出现的问题是晚交货、质量故障、成本增加和开发成本超支。不同产品开发阶段对投资回报率（ROI）的影响是不同的。它们对企业业绩的影响见表2-11表2-12

利用选拔、培训、考核与授权的交叉功能产品开发小组或相关组织形式解决产品开发中遇到的众多且相互冲突的问题或要求，对产品开发的成功有重要的保证作用。

利用风险分析、风险管理与控制是降低产品开发风险的有效手段。

在产品开发中，设计人员是关键因素。

（2）产品开发的战略及其规划产品开发的四种战略：技术领先战略；快速响应战略；打破传统战略；依赖母公司战略。与产品开发战略6种要素之间的关系:（3）总体规划

进行总体规划时，必须对市场特征进行认真分析：

1）现代市场的力量可以快速改变市场需求的产品；企业应该快速响应今天的市场新需求，同时能够利用新产品引导现有和潜在的顾客。

2）对手更具竞争力的新产品和新的服务可能会抢占你原来的市场。

3）商务竞争的失败经常与市场分析不足、战略规划与市场定位失误、技术储备不足相关。4）商务成败与企业的目标、战略规划和产品规划密切相关。

5）企业不能没有但也不能只有竞争，现代市场要求企业在信誉、实力的基础上发展基于竞争的内外部合作，共同分担风险，实现双赢。

6）引进—消化—在实践中改进与创新是发展中国家快速赶上先进水平的可行方案。

7）实施“以人为中心”的管理，激励员工积极参与。

8）产品开发及生产管理必须与系统集成规划相匹配。（4）产品规划

产品规划是战略规划的结果，它决定了企业制造的最终产品。包括新产品系统的研究、开发和决策。产品应该可以革新和改进，以适应市场的需求。产品规划的实质是把现在与潜在顾客的需求反映在产品研究、开发与设计中，并最终落实在制造、销售与服务中，实现TCS的目标。图2-16是产品规划系统实例。

（5）产品的快速开发（RPD）的目标

1）压缩上市时间；

2）借助于时间、成本和质量的优化开发革新产品；

3）提高质量，使之完善化。实现上述目标的产品快速开发的五个特征：

按照并行工程进行产品快速开发的全面规划，考虑完整的过程。组织的变革。全寿命的交叉功能流程。充分利用人力与技术资源。产品数据交换标准化。2.2系统工程基础1、与系统相关的概念（1）系统的概念

系统指为实现目标生成的多项事物有规律的交互作用和相互依赖的总体集合。所以一个系统是由两个或多个组元（元素、部分、单元或子系统）组成的有组织的整体。（2）系统的协同效应系统最本质的内涵：“整体大于部分之和”或称为“相乘效应”。由“相乘效应”组织起来，构成有机体的现象称为协同效应。

（3）系统的集成

系统的模块（Module）：具有强自治或独立特征的组成部分（单元或子系统）。

全系统（ATotalSystem）：按协同效应组织起来的自治模块集合体。全系统经常采取系统集成的模式，它具有三个特征：协调：不同自治领域的集成；协作：可以获得共生的增益；协同：建立协同效应可获得非线性放大的效果。

（4）系统的要点(六个方面)

1）系统是一个整体，有一定的运行环境和一定的寿命期。2）事物可能有确定性、随机性、模糊性或不确定性的特征。3）在协同效应的作用下，系统的组元（模块或子系统）间存在非线性放大机制。4）系统与组成环境及其内部各组成部分之间界面交互作用是构成协同效应的关键，也是现代系统与工程设计的关键。5）在事物的相关性中存在因果关系。6）因果关系中最重要的特性是可测度性和可预测性。

2、系统的定义（1）从不同角度来定义系统抽象的定义：“系统是两个或两个以上相互关联、可以识别的要素的集合体”，强调系统的相关性。结构的定义：“系统是在一定的外部环境下，实现规定目标的若干个互相关联，可以识别的要素集合体”，强调系统的静态结构组成。功能的定义：“系统是一个接受某些输入，经作用后转换成某种输出的过程”。这是系统的转换特性。动态的定义：“系统是事物按逻辑、整体、时间进行处理的流程”，强调系统同环境的交互作用。（2）系统的特征与属性特征：系统具有大小、复杂性、整体性、层次性。基本属性集合性、相关性、层次性、目的性、适应性、可学习性。（3）系统方法的重要性随着社会的进步和科技的发展，系统方法成为越来越重要的方法论。（4）大系统的概念

按照系统中整体同时完成的功能数划定大系统与小系统。功能数大于m称为大系统，功能数小于或等于m（10或6）称为小系统。

3、系统的基本问题

系统包括产品系统、装备系统、硬件或软件系统、组织系统或商务系统等。制造系统可以看成将输入（生产资源）转换成输出（产品和服务）的系统。

五个基本问题：

系统分析：对I、O和T的研究和理解；系统运作/运行：已知T与I，求O；系统反演（反求）：已知T与O，求I；系统综合（或辨识）：已知I与O，求T；系统优化：挑选Ｉ、O或Ｔ以到达最优结果。4、系统的设计（1）系统设计过程

设计是根据对顾客和社会需求的辨识及规划要求的产品功能，创造或生成满足功能要求的参数以及满足功能要求的过程。这一时间经历的集合称为设计过程。系统设计网络、设计过程、设计流程图、系统开发过程如下各图。

（2）系统的表达系统通常用输入、输出和变换过程框图表示：a）开环控制系统b)闭环控制系统

c)多变量闭环系统d)人参与的控制系统图2-23系统控制的方式与表达

（3）控制系统

系统设计的基本特征是可操作性，有可控变量的系统称为控制系统。系统设计中应考虑的控制问题有：由设计者规定的可控变量的控制；不能由设计者控制的不可控参数；确定系统输出的定义域；反馈与修正活动；系统的鲁棒性。

5、系统建模与优化（1）系统的建模模型是利用合适的表达方式或简单的语言来扼要地表达研究对象的真实状态或特性。模型既要清晰表达“现实”，又要简单。

1）系统模型的表达方式物理模型、图解模型、数学模型、仿真模型

2）目标函数（2）系统的优化指为了实现系统目标的最高性能，选取合适的可控变量设定值。规定系统基本结构的要素：系统的目标；系统的约束。

1）系统优化的类型约束优化;无约束优化

2）优化技术/方法：极值法、数学规划法、多目标优化、网络理论（利用图论或网络求解）、函数分析法、隐式枚举法等。

2.3工业工程系统的设计

1、工业工程系统的组成工业工程系统包括：人活动的系统、组织的管理控制系统和公用服务三个子系统。（1）人活动的系统(HumanActivingSystem)，又称为组织的物理系统或技术系统。（2）管理控制系统（ManagementControlSystem）（3）公用服务系统

2、运作规划与控制（OPC）

3、系统设计公理

系统设计公理是在近百年的组织与工业工程实践和关于发明与设计原理的研究基础上总结而得的，其主要内容有九条公理：公理一（系统革新公理）的内容：一个人参与的系统总是可以改进的，除非它已经消亡或不值得再利用了。规则一：应该不断地使组织的动作科学化规则二：应该不断地改进和创新产品与服务规则三：应该从全局、全寿命的角度进行研究，分析系统中发现的问题。

公理二（系统发展公理）所有的工程系统服从相同的发展规律。公理三（需求冲突公理）

任何一种工程发明创造都是为了解决新需求与不能满足这些需求的工程系统间的矛盾冲突。公理四（解决冲突公理）

工程系统可以通过解决冲突而得到发展。公理五（发明途径公理）物理、化学与生物效应和跨领域的专业知识是解决冲突的指针和工具。

公理