第2章：制造系统基本原理3~4

现代制造系统第1章制造系统总论第2章制造系统基本原理第3章

先进制造模式第4章先进设计技术第5章先进制造装备及技术

第6章先进制造工艺技术第7章绿色设计与制造第8章典型产品的制造系统第9章制造系统展望∨∧∧第2章制造系统基本原理2.1制造系统的类型2.2AMS的组成

2.3AMS的性能原理2.4AMS的建模原理2.5AMS的决策属性

2.6AMS的设计原理

2.7AMS的运行原理

2.8制造系统的信息化

∨2.3AMS的性能原理2.3.1制造系统的基本特性

2.3.2AMS的性能指标2.3.3制造系统性能的基本原理

∧∨2.3.1制造系统的基本特性制造系统的8个特性：

1）转换性

2）分解性

3）集成性

4）动态性5）进化性

6）开放性

7）随机性8）复杂性这是由系统的特性决定的。

∧∨2.3.1制造系统的基本特性（1）转换性这是反映系统本质功能的最主要的特性。是由系统的整体性与目的性决定的。

资源问题是制造系统的核心问题。资源转换是贯穿制造模式的一条主线。制造系统的主要任务是：提供为环境所需的、价值更高的资源，即产品、服务和相关的社会责任。转换特性的优劣取决于前面所述制造系统的输入、输出、转换的技术方法、机制、约束和反馈这6大要素的综合作用。∧∨2.3.1制造系统的基本特性（2）分解性

是由系统的层次性与有界性决定的。

制造系统包含多个相互作用的层次，如经营决策、研究开发、市场开拓、技术准备、物料供应、加工生产、产品分销、售后服务等，又如物流、信息流、资金流和劳务流等。每个层次还可细分。这些层次形成了制造系统的子系统，子系统之间以一种十分复杂的关系进行交互作用。每个子系统都是制造过程的一个子过程。在制造系统与环境、以及子系统之间都有可辨边界。

层次性也体现为过程性。

∨∧2.3.1制造系统的基本特性（3）集成性

是由系统的集合性与相关性决定的。制造系统的各个环节是不可分割的，需要统一考虑。制造系统的决策优化必须通过集成途径解决。TCQSE是制造系统的总体优化目标。对内，制造系统的组织结构也应是一个集成系统。人（或组织）、技术和经营管理这三大要素应相互协调，共同发挥在制造系统中的重要作用。对外，企业级制造系统又是全球制造系统的一个子系统。制造系统与供应厂商、顾客和竞争者之间的生意关系，其利益是结合的，即合作多赢。∨∧2.3.1制造系统的基本特性（4）动态性

是由系统的目的性决定的。

制造系统的动态性主要表现：①制造系统总是处于生产要素（原材料、能量、信息等）不断输入和有形财富（产品）不断输出的动态过程；②制造系统内部的硬件和软件都处于不断地变化与更新③制造系统组织结构在市场竞争中总是处于不断地更新与完善的运动之中，直到制造系统组织结构的突变或重组，使其向更高的形式进化。目前制造网络时刻都在遭受动态扰动，经历着动态调整。∨∧2.3.1制造系统的基本特性（5）进化性是由系统的不可逆的生命周期性决定的。制造系统的进化性体现在制造模式的变迁、管理理念的发展、人员素质的提高和经营生产技术的进步上。从最初的手工作坊到大机器生产，从机械自动化、电气自动化到信息自动化;从刚性制造到柔性制造、集成制造、智能制造、纳米制造和生物制造，这些进化都是通过企业的学习功能实现的。企业级制造系统是由人群为主体组成的生物系统，是一个具有强大自组织能力的系统。面对新经济的兴起，制造系统将从被动进化向自动进化过渡，成为名符其实的智能生物体。∨∧2.3.1制造系统的基本特性（6）开放性

是由系统的环境适应性决定的。

制造系统是环境的产物。系统环境分为宏观和微观宏观环境对企业系统及微观环境各因素具有较大影响的因素，包括政治、法律、经济、科技、社会、文化等；微观环境那些直接影响企业产品生产、经济条件与能力的客观因素，如行业性质、竞争者状况、消费者，供应商、中间商及其他社会公众。制造系统的开放性表现为：①企业之间的共生关系。企业间既有竞争、又有合作，特别是供应链上的企业尤为明显，形成了生态链结构。②社会资源的无限利用。制造系统的发展依靠资源。首选途径是企业内部充分挖潜。制造系统的内部资源总是有限的。如何变“有限”为“无限”，根本的一条就是充分发挥制造系统的开放性，立足社会、依靠科技与文化。∨∧2.3.1制造系统的基本特性（7）随机性有很多的偶然因素总是会使制造系统呈现一定的随机性。例如，产品的市场需求，生产的计划与管理，加工精度的控制，产品装配的质量、发生重大设备事故、新政策的出台等均有随机性。随机性的存在意味着不可能完全准确地预测制造系统的某些性能，使制造系统的控制非常困难。它生存在一个难以预测的变化环境中，必须具备“随机应变”的能力。∨∧2.3.1制造系统的基本特性（8）复杂性①企业的多样性没有两个制造企业是完全一样的。产品的多样性导致需要不同的制造系统。②技术的快速发展现代产品结构愈来愈复杂，制造工艺要求越来越精细。复杂的产品、精细的工艺极大地提高了制造系统的复杂程度。③内部制造模式的适应性刚性制造模式是对于自然过程的人为的、强制性的干预，是一种“机械的模式”，这种模式与个体间的矛盾决定了制造过程的复杂性。目前“以产品为中心”的生产正在转变为“以顾客为中心”的生产，这也增加了制造系统的复杂程度。④外部经济环境的变化世界正在进入知识经济时代。知识化、服务化及网络化。我国的制造业正在经历着从粗放型经营向集约经营转变。这些变化加剧了制造系统复杂化。∨∧2.3.2AMS的性能指标制造系统性能的表示：1）有些性能只需定性地表示即用词语描述，如易操作性、易维修性等。2）有些性能是易被度量的如在制品数、生产率等。3）有些性能直观上不易度量，但可用一些相应的评价或描述方法，如柔性、可靠性、集成度。∧∨2.3.2AMS的性能指标分析制造系统性能,要视系统概念涵盖的范围而定:对于单元级制造系统，人们可能关心它的生产率、可靠性、节能性、易维修性、耐用性、精度和柔性等诸方面因素；对于车间级或企业级制造系统，人们更关心的性能指标可能是在制品数、设备利用率、设备完好率、生产率、生产均衡性和集成度等。∧∨2.3.2AMS的性能指标下面介绍常用的一些项性能指标：1.制造系统与产品相关的性能指标2.制造系统与设备相关的性能指标3.制造系统与复杂性相关的性能指标4.AMS的制造能力∧∨2.3.2AMS的性能指标1.制造系统与产品相关的性能指标（1）生产率

狭义生产率产出与投入之比。它包括：劳动生产率单位工时的产品数量；原材料生产率单位材料消耗的产品数量；能源生产率单位能耗的产品数量。广义生产率指系统对资源有效利用的程度。∧∨2.3.2AMS的性能指标1.制造系统与产品相关的性能指标（2）通过时间

是指零件进入系统后直到加工处理完毕而离开系统所历经的时间。一般需知一个零件在某个加工系统中的平均通过时间。（3）等待队长

是在某一时刻在进入某加工系统进行加工之前等待加工的工件数。通常它是一个随机变量。需要求得平均等待队长。∨∧2.3.2AMS的性能指标1.制造系统与产品相关的性能指标（4）等待时间是工件在等待接受加工服务的队列中所逗留的时间。通常它是一个随机变量。也需要求得平均等待时间。（5）在制品数是投放到车间进行生产但尚未完成的零件数。在制品数多，不仅增加存储费用及输送费用，而且增加磕碰损坏的可能性，也给生产管理带来了困难，因此通常希望压缩在制品数。

∨∧2.3.2AMS的性能指标2.制造系统与设备相关的性能指标（1）设备利用率

是设备的实际开动时间占制度工作时间的百分比。制度工作时间系指在规定的工作制度下，设备可工作的时间数。（2）设备有效利用率

可用下式表示：式中，TW为有效工作时间；TD为设备故障时间。（3）设备完好率

是指无故障设备数在全部设备数中所占的百分比。设备利用率和设备有效利用率均是针对某台设备的。而设备完好率则针对特定范围（如工段、车间、工厂）内的一些设备的集合。∨∧2.3.2AMS的性能指标2.制造系统与设备相关的性能指标

（4）设备可维修性

是指某台设备易于维修的程度。设备是否易于维修，在很大程度上取决于设备的设计，此性能指标难以用数量表示，通常只能定性地表达。（5）使用方便性是指一台设备或一个加工系统的调整准备工作及运行时操作的方便程度。实际中也只是定性地表达该性能。

∨∧2.3.2AMS的性能指标3.制造系统与复杂性相关的性能指标（1）柔性是制造系统适应环境和过程改变的能力。人们可以从不同的角度、不同的层面上去审视制造系统适应某种变化的能力，就有了柔性的分类（表2-1）。企业级制造系统的柔性是对市场变化作出快速有效响应的能力。它有内外之分。

外部柔性来自市场的要求，内部柔性来自工艺过程的技术革新。人们曾把柔性作为制造系统的决策要素之一，进行了大量的研究。随着许多先进制造模式的出现，认识到以设备柔性为目标的内部柔性受限于传统的制造技术，而敏捷制造、可重构制造等模式能够解决制造系统的外部柔性问题。因此，不再把柔性作为决策要素。∨∧2.3.2AMS的性能指标3.制造系统与复杂性相关的性能指标

表2-2柔性的分类名称含义时间机器柔性一台机器完成多种加工或操作的能力，以及在变换加工对象时机器调整的难易程度。特短期和短期流程柔性一个制造系统以可替代的机器、或以可替代的工作顺序、或以可替代的资源去完成某些加工或操作的能力。特短期加工柔性系统能同时生产多种产品或零件的能力。短期产品柔性系统快速而经济地生产新产品的能力。短期批量柔性系统按不同批量均可经济地进行生产的能力。短期扩展柔性根据需要对系统作进一步扩展的容易程度。中期或长期生产柔性在现有设备和主要资源条件下系统能生产的产品的范围。中期工序柔性系统改变零件加工或零件工步的顺序的能力。特短期注：特短期为几小时以内或几天以内，短期为几个月以内，中期为六个月到两年，长期为两年以上。∨∧2.3.2AMS的性能指标3.制造系统与复杂性相关的性能指标（3）集成度

是指子系统之间功能交互、信息共享及数据传递畅通的程度。集成的主要对象是信息。一个很自然的问题是如何评判集成的程度，目前人们多是以定性的语义去表述集成的程度。要用一个量化的指标来描述集成的程度，请参考有关文献。（4）生产均衡性这是指AMS各子系统所承担任务的松紧程度。它要求AMS的投料、生产及产出都能有计划有节奏地进行。目前它还无量化指标。均衡体现在三方面：①时间方面，在合理的时间间隔内完成相应的生产任务；②空间方面，产品中各种零件的投料、生产应均衡；③设备方面，任务分派也应该均衡。∨∧2.3.2AMS的性能指标4.制造系统的制造能力它是企业或工厂在时间上、技术上和物理上的限制。它通常包括生产能力、工艺能力、物理限制3个方面。（1）生产能力指某一层次（如工厂、车间、加工单元、设备）的制造系统在合理的条件下单位时间能够生产产品的最大数量。对于单一产品，可以用件/月或吨/周等来表示，而对于多元产品往往用可用的劳力数来表示。

生产能力可分为三种。设计能力指企业基本建设设计任务书和技术文件中所规定的生产能力；查定能力指企业经过重新调查核实后被认可的生产能力；计划能力指企业在某计划年度内实际可能达到的生产能力。∨∧2.3.2AMS的性能指标4.制造系统的制造能力（1）生产能力

计算生产能力时不考虑某些偶然因素（如物质供应中断、生产计划波动、劳动力变化等）的影响。单台设备的生产能力为e=Te/t式中Te为单台设备计划期（如年）内有效工作时间（小时）；t为产品的工序时间定额（台时）。车间生产能力的确定，建立在其设备生产能力的基础上。企业的生产能力在各车间生产能力综合平衡的基础上确定。注意：生产能力只反映企业在产品批量上的活动特征；制造能力反映企业在产品品种和产品批量上的活动特征。制造能力包含生产能力。∨∧2.3.2AMS的性能指标4.制造系统的制造能力

（2）工艺能力

指企业拥有的制造工艺的集合。它与被加工的材料、物理工艺和完成工艺所需的经验有关。如：有的企业从事切削加工，有的从事压力加工，还有的从事整机装配。（3）物理限制

指制造设备、车间大小和物流系统对产品物理特性的限制。企业的硬件设施本身会限制产品的几何尺寸和重量。如：大型产品需要专门的厂房，重量大的产品需要车间有天车，大批量生产的小件产品通常需要传输带。

∨∧2.3.3制造系统性能的基本原理

（1）Little定律（2）复杂性与子系统数（3）可靠性与成本（4）柔性与生产率（5）集成度与可靠性∧∨2.3.3制造系统性能的基本原理

（1）Little定律

制造系统中的在制品数等于生产率与零件通过时间的积，即N＝PT式中，N为系统在制品数的平均值（个）；P为系统的生产率（个/min）；T为零件通过时间的平均值（min）。Little定律适用于制造系统的各个层次，如设备、加工单元、车间、工厂，唯一的假设条件是系统处于稳态。Little定律揭示了在制品数与生产率和通过时间之间的关系。缩短通过时间将导致在制品数的减少。

∧∨2.3.3制造系统性能的基本原理

（2）复杂性与子系统数。制造系统复杂性随子系统或元件数的增加而呈指数增长。如果一个系统有M个子系统，每个子系统有N个状态、则整个系统存在NM个可能的状态，在系统设计时尤其应注意这一点。（3）可靠性与成本。制造系统的可靠性越高，其成本越大。为了提高系统的可靠性，可以通过提高子系统或零部件的质量或者借助特别的结构（如冗余结构）。但提高可靠性的措施都会使成本增加。∨∧2.3.3制造系统性能的基本原理

（4）柔性与生产率制造系统的柔性越高，生产率越低。以零件加工为例，生产率是单位时间内加工的零件数量，柔性是系统能同时生产多种零件的能力。如同品种和批量之间的关系一样，柔性与生产率存在反比关系。一般来说，普通数控机床的柔性比柔性制造系统的柔性高，普通机床的柔性比数控机床的柔性还高，而普通机床的生产率最低。∨∧2.3.3制造系统性能的基本原理

（5）集成度与可靠性。若零部件的可靠性是一定的，则制造系统的集成度越高，参与工作的零部件数越多，系统可靠性越低。这里提到的“参与工作”，是考虑到冗余结构的情况，冗余结构是增加系统可靠性的措施之一，假设有两个FMS，其区别是在某工作站，其中一个FMS无冗余结构，另一个则有在n中取k的冗余结构（例如，两台完全相同的机床，二者取一）。显然，有冗余结构的FMS更大些，但其可靠性却高，似乎与该原理相悖。但是，可以认为前述两个FMS参与工作的子系统是一样的。即对于n中取k的冗余结构，其中n-k个子系统未参与工作。∨∧2.3.3制造系统性能的基本原理总之，无论是对于制造系统的设计还是运行，牢记上述基本原理都是非常必要的。有些性能之间是相互矛盾的，有时难以兼得制造系统各方面的性能。如,在通过时间不变的情况下、提高生产率会使在制品数增加；柔性与生产率之间、集成度与可靠性之间都存在着矛盾。当注重于提高系统某方面性能时，不忘对其他性能的影响。柔性本质上是和变化及不确定性联系在一起的。可靠性是产品或系统的主要质量特性，它是与寿命或工作时间联系在一起的。对系统集成度的评判本质上是模糊的。集成度的评判实质上是一种多因素的模糊综合评判问题。

∨∨∧2.3END∨∧2.4AMS的建模原理2.4.1模型的概念、分类与作用2.4.2AMS的模型分类2.4.3AMS建模的目的与方法2.4.4Petri网的基本概念2.4.5

案例：AMS的集成建模

∧∨2.4.1模型的概念、分类与作用1.模型的概念

2.模型的分类

3.模型的特点4.模型的作用

∧∨2.4.1模型的概念、分类与作用1.模型的概念

模型是利用适宜的方式对实际系统有用的真实状态和特征的抽象化。模型既要清晰明确地表达系统的“现实”，但又不能比“现实”更复杂。抽象化的形式可以多种多样，所以模型的形式也有多种。模型形式的简单程度取决于对系统抽象的程度，抽象程度越高，模型可能越简单。而一个模型的抽象程度又取决于这个模型的应用目的。例一个机械零件的成组（GT）编码，是该零件的一种模型。适用于制造中的生产计划和工艺设计。而工程图也是一种零件模型。它作为加工的依据，需要详细地描述零件的每个尺寸、公差、粗糙度等。∧∨2.4.1模型的概念、分类与作用2.模型的分类根据模型描述实际系统的方法，可分为四类：（1）物理模型（2）图解模型（3）分析模型（4）知识模型∨∧2.4.1模型的概念、分类与作用2.模型的分类（1）物理模型：是以某种代用材料按一定的比例缩小或放大做成的实体模型。可以是一比一的模型（如导弹模型）也可以是比例缩放的模型（如机床床身的模型）。如果某些部件还能运动，即成为物理实体仿真模型。例对于一个柔性制造系统，其机床、小车等等均可按比例缩小，做成塑料实体，小车上可装上微型马达，使小车可以沿轨道运动，甚至托板交换也可以模拟。这类模型的应用取决于研究要求和经济性。∨∧2.4.1模型的概念、分类与作用2.模型的分类（2）图解模型：是利用各种图表的形式来描述系统或部件。分为两种：1）视图模型：机械制图的视图，视图可以是二维的，也可以是三维的。这种模型已在工程中广泛使用。2）概念模型：以一般的框图或特殊规定的图表示。这种模型适合于表达系统的体系结构、功能活动、信息流等。常用于系统的概念设计。例生产流程图，控制系统方块图，特性曲线图。∨∧2.4.1模型的概念、分类与作用2.模型的分类（3）分析模型用于对实际系统或系统某一个方面问题的分析。包括以下三种：1）数学模型：以一定的数学表达式去描述系统的科学本质和规律。例通过微分方程，可以知道系统的基本特征。如。优化数学模型使我们有可能选择最佳的决策变量。2）启发式模型是基于一定的规则和步骤去求解问题。它一般不追求最优解。它在实际中常与数学模型或仿真模型一起组成混合模型，可兼有几种模型的优点。3）仿真模型：是用计算机程序来模拟实际系统的事件或活动的描述方式。它可以基于一定的控制逻辑，也可基于一定的数学模型（如排队模型），利用计算机编程语言来表达系统的参数、控制变量、约束条件的时序变化和可行方案的组合。∨∧2.4.1模型的概念、分类与作用2.模型的分类（4）知识模型是建立在某种知识表示（如规则、框架、实例等）和一定的推理机制基础之上的模型。实际工程系统中，很多问题难以用物理模型、图解模型或分析模型去描述，而是凭借一些经验知识去求解，如制造工程中的工艺规划问题。知识模型解决此类问题，则具有明显的优点。知识模型现已应用于系统设计、系统控制、系统诊断等方面。实际上，它也常与其他模型混合使用。∨∧2.4.1模型的概念、分类与作用3.模型的特点模型是集中反映系统信息的整体。模型具有下述特点：①它是客观事物的模仿或抽象；②它由与分析问题有关的因素构成；③它体现了有关因素之间的联系。∨∧2.4.1模型的概念、分类与作用3.模型的作用

模型在制造系统的设计和运行过程中起极为重要的作用：①模型为定量分析提供了依据。在制造系统设计阶段，模型可为决策者确定设备类型、数量和布局等。模型都作了假设或简化，因此，认为生产中的大量问题可以通过模型去解决，过分依赖模型是错误的。②模型有助于决定一些基本的设计方法。例是集中存储还是局部存储，是推式生产还是牵引式生产，是共享资源还是分布资源等。认为靠实际经验知识就可以解决生产中的各种问题，是忽视了理论作用。③模型有利于对实际生产进行定性分析。在制造系统运行阶段，性能模型可以帮助在突发故障时寻找最优路径，预测增加、删除资源和零件的效果，在意外事件发生时获得最优调度策略，避免死锁。认为模型在实际生产中没什么作用的认识也是片面的。∨∧2.4.2AMS的模型分类1.按描述的对象分

2.按描述的过程分

3.按建模方法分

∧∨2.4.2AMS的模型分类1.按描述的对象分制造系统建模的对象主要是围绕物流、资源或产品问题。制造系统的模型有：1）物流模型物流包含材料流、工件流、工具流。生产计划调度模型、工艺过程模型、设备配置模型、质量控制模型都与物流有关。有些模型尽管形式上是信息的，如某知识模型，但从解决问题的对象上而言仍是针对物流的。2）资源模型例子有设备故障诊断模型。3）产品模型有产品设计模型、零件加工精度控制模型等。∧∨2.4.2AMS的模型分类2.按描述的过程分制造系统模型有4种：①设计过程模型又可分为一般设计过程模型和特定设计过程模型。前者是对一般设计过程的解剖。后者是针对某类产品的，例如可以建立用于减速箱设计的特定模型。②生产过程模型是对产品的生产活动（加工、装配、输送及其调度控制）的描述。③工艺过程模型是对零件加工活动及所需资源的规划。④加工过程模型是对加工（如切削）动态的描述。

∨∧2.4.2AMS的模型分类3.按建模方法分先进制造系统是一类复杂的离散事件动态系统

DiscreteEventDynamicSystem，DEDSDEDS是指离散事件按照一定的运动规则相互作用来导致状态演化的一类动态系统。可以将DEDS模型分为两类：（1）功能模型它又称为定性模型。它主要抓住系统变化逻辑方面，如可控制性、稳定性、系统操作是否存在死锁等。（2）性能模型它又称为定量模型。它强调系统性能的量化值，如产量、交货周期等。∨∧2.4.2AMS的模型分类3.按建模方法分（1）功能模型它主要描述集合顺序、数据结构等方面的特征，描述一个数据集合向另一个数据集合的转换，转换与数据集之间的输入输出关系，执行一个转换的时间，在故障环境下执行一个转换的可靠性和可行性。最常用的功能模型有：1)有限状态机模型2)功能层次模型3)Petri网模型

∨∧2.4.2AMS的模型分类3.按建模方法分（1）功能模型

1）有限状态机模型

它包括：一个输入集X，一个输出集Y，一个状态集S，一个初始状态集，一对分别用于规定对于一个输入、输出和状态的转换。转换是规定在一个输入下，对于每一种可能的状态向下一个状态的转换。该模型是计算机科学的基本模型。它在本质上是串行的。它假设在下一个输入到来之前，在本次输入上的所有处理已经完成。在处理复杂问题时，它的描述非常琐碎、庞大和难以理解。∨∧2.4.2AMS的模型分类3.按建模方法分（1）功能模型

2）功能层次模型

在制造系统设计中用于功能需求分析。例IDEF（集成化计算机辅助制造的定义方法）模型

IntegratedComputerAidedManufacturingDefinitionMethod美国空军于1981年提出的一种结构化系统分析与设计的方法IDEF模型是一种图解模型，其特点是：先标识出系统功能、所有可能的输入和所有可能的输出数据，然后将系统功能分解为一个相互作用的功能集合，每个功能块都有它的输入/输出关系。该模型既可作为一个描述工具，又可作为一个分析工具，适合于对复杂系统的描述；还可以与数据流图DF结合使用。但它只能表示数据流，不能表示控制流，且对系统描述不够精确。∨∧2.4.2AMS的模型分类3.按建模方法分（1）功能模型

3）Petri网模型

提供了对制造活动之间关系的精确描述Petri网可用于精确地定义顺序选择、并发、同步的概念，可用来分析是否产生正确的结果，是否存在死锁。Petri网是图示概念与数学解析相结合的混合模型。它等效于有限状态机，而描述能力则超过有限状态机。Petri网本身只描述了控制流；而对Petri网的扩展，可使Petri网容纳大量制造系统的数据，同时也能描述数据的转换过程。

Petri网概念见2.4.4节。

∨∧2.4.2AMS的模型分类（2）性能模型

包括两类：1）仿真模型是具有轨迹和结构行为或其中之一的模型。常见模型有：离散事件仿真、加工过程仿真和Petri网仿真。2）分析模型它不可能抓住制造系统的每个细节，在建立一个分析模型之前，关键是决定该模型应包括多少细节，细节太多会使得模型难以求解，太少又使得模型太脱离实际。分析模型的研究始于20世纪70年代，大多数工作是基于排队理论的。典型的方法有马尔可夫链、排队网络模型和随机Petri网模型。马尔可夫链构成离散事件系统最基本的随机过程模型。排队网络模型和随机Petri网模型都是基于马尔可夫链的高级描述。

∨∧2.4.3AMS建模的目的与方法1.AMS建模的目的

2.AMS建模的要求与步骤3.AMS建模的方法∧∨2.4.3AMS建模的目的与方法在AMS的研究、开发和应用中，有两大重要课题：一是分析与综合，二是管理与控制。分析是指对已有的或处于设计阶段的制造系统进行分析，以判断该系统的某些性能指标的过程。为了对性能进行评价，一般有两种方法：1)测量法，用于现有的系统，对一些关键变量进行监视，通过频繁的数据采集和分析作为管理信息系统报告的一部分。2)建模法。建模过程是对制造系统进行分析的过程。∧∨2.4.3AMS建模的目的与方法1.AMS建模的目的1）优化

寻求最佳的决策或控制变量。例设计物流系统决定最佳配置，以使物料输送成本最低。2）预测

对系统非常工作状态的性能或敏感因素的分析。例若某一机床因故障而停机，生产任务将会如何？仿真是预测的常用手段。3）控制

选择合适的控制规则或变量。例调整生产计划，加工精度控制，生产质量控制。4）识别便于更深入地了解和发现制造系统各种的问题。

例模型可以作为诊断问题原因的工具。5）证实帮助或支持对系统性能的证实。分析模型适合于解决问题，仿真模型适合于证实系统的性能或求解的正确性。例带有动画的仿真，对于推销产品是至为重要的。∨∧2.4.3AMS建模的目的与方法2.制造系统建模的要求与步骤

对模型的要求是：⑴应该能反映原系统在某一方面的基本属性，要抓住主要因素；⑵要求模型比较简洁，对无关大局的次要因素要适当处置，使模型易于理解，易于分析计算；⑶要求模型与其他的模型易于衔接，模型的详尽程度与数据来源、数据程度能够匹配。

∨∧2.4.3AMS建模的目的与方法2.制造系统建模的要求与步骤

一般建模步骤是：①明确系统的目的与功能；②选择变量与参量；③建立粗模型；④将系统化分为子系统；⑤建立子系统模型；⑥建立衔接与关联部分模型；⑦归纳并建立系统总体的细模型；⑧通过仿真等手段进行实验，发现问题重复上述步骤，直到满意为止。所以，建模也是一个带反馈的过程。

∨∧2.4.3AMS建模的目的与方法3.制造系统建模的方法

建模是DEDS研究中一个最基本的问题。因此，要研究先进制造系统的管理和控制也必然要从建模方法开始。AMS的建模方法也就是DEDS的建模方法。从不同视角和用不同数学工具来描述DEDS，形成了研究DEDS的多种方法体系。

（1）排队网络分析法（2）离散事件仿真分析法（3）基于DEDS理论的扰动分析法∨∧2.4.3AMS建模的目的与方法3.制造系统建模的方法

（1）排队网络分析法

排队网络模型是较早用于DEDS研究的，其目的是研究服务台与顾客之间的效益问题，希望服务台效益高，而顾客的等待时间又不太长。其理论基础为排队论，又称为随机服务理论。系统中的每个顾客都要经过到达、排队等待和服务过程。该方法的优点是能考虑随机因素、阻塞状态，且能够很好地描述系统的复杂关系。

∨∧2.4.3AMS建模的目的与方法3.制造系统建模的方法

（1）排队网络分析法

将该方法应用于FMS时，系统中的加工中心为服务台，流动的工件为顾客。在该模型基础上，人们提出了多种系统分析方法，如：随机分析法、运行分析法、平均值分析法、近似分析法、扰动分析法和仿真分析法。这些方法往往是以一些假设（如稳态、独立性等）为前提的，因此不能保证结论的正确性。这些方法对系统的动态过程只作了统计运算，不能用于实际的动态调度和控制研究，也导致了其应用上的局限性。∨∧2.4.3AMS建模的目的与方法3.制造系统建模的方法

（2）离散事件仿真分析法仿真技术是制造系统分析的重要工具。在制造系统的设计阶段，通过仿真可以选择系统的最佳结构和配置方案，可以检查单元控制器的计划调度系统的设计是否合理，以保证系统既能完成预定的生产任务，又具有很好的经济性、柔性和可靠性；在制造系统建成以后，通过仿真试验可以预测系统在不同调度策略下的性能，为系统运行控制选择较好的调度方案，确定高效的作业计划，从而充分发挥制造系统的生产能力。

∨∧2.4.3AMS建