《系统工程理论在某卷烟厂实际生产过程中的应用案例探析》7900字（论文）

第1章绪论1.1研究背景及研究意义在社会日益发展的今天，各种制造业逐渐兴起，如何在各个领域制造业的生产过程中更好地运用系统工程理论，是当今世界诸多学者都在研究的一个重要课题。在科技飞速发展的今天，人们所需要处理的系统问题也愈发的复杂与庞大，因而系统工程理论思想也就在研究系统问题中显现得越来越重要。在如今的许多学科领域，系统工程理论已经成为了其中不可或缺的一部分。1.2研究对象据调查，造成福建省某市的某卷烟厂产线上的设备老化最主要的原因是厂内生产设备长时间超负荷运转。为了解决工厂生产设备老化问题，达到所要求达到的新标准，进一步提升某卷烟厂所生产出产品的品质，则需要在原有的工艺水平基础上做出相应的改进。对于该项改造工程的资源分配、合理优化、工期缩短以及增大效益，使网络计划的优势得到充分的发挥，本文所提出的方案中，由于依照物料特性的不同进行分类，再按照相应的程序进行加工成为最终的符合标准的产品，是某卷烟厂的工作流程。因此，可根据该厂独特的工作流程的特点，结合系统工程理论，在保证质量与工厂利益的前提下，进行相关工程作业的工期缩减工作。此种方案用到了系统工程理论中的计划评审技术与关键路线法。第2章系统工程理论与研究方法概论2.1系统工程使命简述系统工程最重要的使命就是将人类现实生活之中的各种问题集合起来看成一个整体，将其当作一个系统，与社会科学以及自然科学相结合，从而发现各种问题之间的内在联系，利用系统工程理论以及系统工程方法论，去解决所面临的问题。2.2系统工程的基础理论运筹学、信息论、控制论和计算机科学四个学科分支组成了系统工程理论最重要的部分。在实际应用中，运筹学主要处理静态系统的问题；相应地，控制论处理动态系统的问题，二者相得益彰，而信息论则是将由运筹学或者控制论所处理的问题总结出一般规律，加以提炼整合，通过计算科学得出最终的具体结论。2.3系统工程的研究方法系统工程的主要思想方法在于通过定量以及定性结合分析的系统想法去解决在现实生活中难以用定量分析的问题。其基本方法大致可以概括为：系统分析、系统设计与系统的综合评价。在系统工程方法论研究发展的过程中，1962年霍尔在《系统工程方法论》中提出了系统的“三维结构”，即从三个不同的维度解决系统的各种问题。除霍尔的“三维结构”之外，钱学森曾在1989年提出“综合集成法”，也被世人所认可。

第3章图与网络的分析和优化3.1网络计划法用于工程项目的计划与控制的管理方法之一为网络计划法，在二十世纪五十年代末得到迅速的发展。按照网络计划法的起源，其主要分为计划评审法（PERT）与关键路径法(CPM)。主要原理是通过相关的逻辑分析与数学运算，利用网络图的形式将某一工程中的工作组成和与其对应的具体的关系表示出来，从而求出系统所需要的线路与关键的工序，并通过完善网络计划，从而对最优方案做出选择，来有效控制并管理相应的项目。3.2网络图解决系统工程问题的前提条件之一为先构建好整个系统的网络图。网络图的定义为由结点、权和弧形成的有向图。例：通过以下工序间的关系制作网络图：（大写字母表示各不同的工序）A：所需时间60天，后续工序有B,C,D,E；B：所需时间45天，后续工序为J；C：所需时间10天，后续工序为F；D：所需时间20天，后续工序有G,H；E：所需时间40天，后续工序为H；F：所需时间18天，后续工序为J；G：所需时间30天，后续工序为J；H：所需时间15天，后续工序为J；I：所需时间25天，后续工序为J；J：所需时间35天，无后续工序。由题意，绘制出网络图，如图1所示：图1工程网络图图3-1中，事项为带圈数字，根据定义，事项就是前一项工序的开始和后一项工序的结束，大写字母为相关工序，字母下为序号（事项）之间的箭头，箭头下标有不尽相同的数字，该数字则为完成此项工序所需要的时间，即工期。绘制网络图时，先分解整体工程为若干不同的工序，并确定出工序的工期，然后通过各个工序的流程确定好工序之间的排列顺序以及位置关系，然后再进行工程网络图的绘制。3.3网络时间与关键路线3.3.1路线与关键路线在3.2的引例中，路线表如表1所示：表1线路表线路线路的组成各工序所需的时间（天）1127814021237812331246781704124578130512578150其中，所需时间最长的一条路线即被称为关键路线，在对应的网络图中用由粗实线构成的箭线组表示。在表1中，线路3即为该工程的关键路线。一项工程中的关键工序就是关键路线上的工序。在某一项工程中，想要缩短该项工程的工期的充要条件即为缩短此工程中各个关键工序的工期。使资源得到充分利用，使工程完成时间得到压缩，缩短整个工程的工期。3.3.2网络时间的计算在解决一项工程问题时，首先要制定该项工程的网络计划，而定制网络计划的前提则为确定该项工程的关键路线，所以，为了确定关键路线，就需要得到此项工程中各个工序的网络时间。网络时间分为作业时间、事项时间和作业（工序）的各种时间。(1)作业时间()：工序i到工序j所需要的工期之和；(2)事项时间：1)事项最早时间事项最早时间的定义为：某任一事项j可能最早的开工时间。关于，有如下关系成立：（1）根据此关系式，则可以得出工程网络图1中的各事项的最早时间：再将所得出的各个结果汇总入网络图中，如图2所示：图2调整后的工程网络图2)事项最迟时间事项最迟时间的定义为：在不误计划工程总工期的前提下，某事项j最迟必须完成的时间。关于，有如下关系式成立：=（n为终点事项）（2）根据此关系式，则可以得出工程网络图1中的各事项的最迟时间：再将各个工序的事项最迟时间汇总入网络图的中，并结合上一步所计算出的各个工序的事项最小时间，最终可得出调整后的新的工程网络图。如图2所示。(3)工序的各种时间：1)作业最早开始时间有：（3）在图2中，有2)作业最早结束时间有：（4）对于图2所示的工程网络图，有：3)作业最迟开始时间有：（5）对于图2所示的工程网络图，有：4)作业最迟结束时间有：（6）对于图2所示的工程网络图，有：3.4网络优化通常来说，在制定了初始方案之后，需要根据指标的要求，对初始方案进行调整和优化，因为很难做到在最初的方案中得到完全合理的指标。调整和优化网络图的主要方法有：缩短网络计划的工期，使其符合规定工期的要求；亦或是工期不变，使需要的资源（人力、物力、资金）最小化；降低人力使用高峰，使其符合人力供应能力，并在能够达到最短工期地情况下连续且均衡地使用各工种人员；降低资源的需求高峰，使其在能达到的最短工期符合资源供应情况；在费用增加最少的情况下尽可能地缩短工期等等。通过上述方案地优化与调整，不断改进网络工程原计划的初始方案，获得最短的周期，最低的成本和对各种资源最有效的利用，再根据时间、资源和成本等方面优化得到的结果，选择最优方案，作出最终的最优决策。第4章系统工程理论在实际生产过程中的应用4.1某卷烟厂概况福建省某卷烟厂是中国著名的卷烟企业，规模之大弘扬国内外，在全国各地同行业中有着首屈一指的地位。中国驰名商标“七匹狼”是福建省某卷烟厂的核心品牌。某卷烟厂坚持以做大做强“七匹狼”品牌作为企业的核心发展战略。2007年，龙烟的发展速度实现近年来最快的增长，实现了突破性的发展。产销卷烟突破70万箱，销售收入突破70亿元，税利突破50亿元，利润突破10亿元。4.2工程项目改造背景近年，精品“七匹狼”卷烟专用生产线为响应国家的可持续发展战略，在原有的生产技术上进行了技术革新，对旗下各个分厂提出了进一步的技术要求。据悉，对于精品“七匹狼”卷烟专用生产线提出的新的技术要求，位于我国福建省某市的某卷烟厂原有的糖香料厨房由于生产设备以及技术人员自身配合及协调等原因，并没有完全达到新要求的标准。改造的具体方式为将原本的集散控制系统DCS改进成为开放式系统型的现场控制系统FCS，以求达到最佳的系统集成效果。同时，为了进一步提高卷烟的内在品质，则需要在原有的工艺水品上进行相应的改进，以下为本文方案所提出的的具体改进内容：1.在相关工序中添加回潮加料以形成二次加料；2.使烟叶得到良好的水分和料液吸收，并增加储叶柜的数量，使烟叶在贮叶柜中的贮叶时间得到有效延长。3.在相应环节加入叶片膨胀工序以防止叶片在切丝机切丝时造碎情况的发生。4.增加生梗丝储物柜的数量并予以加料，使梗丝的耐加工性得到提高。4.3糖香料厨房生产线的改造工程总工期为180天，其中包含了二十天的工程前期设计时间。较长的工期会对全厂的生产以及销售产生较大压力。因此，本文中所提出的方案对整个改造的工程计划进行了较为精确的网络分析，从而从系统工程理论的角度进行了相关优化，最后再进行优化前后的对比，由此得出最佳的施工攻略。此项改造工程中的相关工序详见表2通过表2绘制网络图，如图3所示：图3糖香料生产线改造计划施工网络图计算、(1):(2):以上为计算的详细过程。由上述计算结果可得到关键路线：①②③⑤⑦⑨⑪⑬⑭由图可得，工期大于180天的工序路线除关键路线外还有：⑴①②③⑤⑦⑨⑪⑫⑬⑭。⑵①②③⑤⑬⑭。⑶①②③⑬⑭。欲缩短工期，使之小于180天，则需对这四条路线上的工序进行相关改进，缩短其作业时间。由前述相关系统工程理论知识可知，缩短总工期的关键在于对工程中非关键工序进行相关调整，重新调配相关资源。本文以此为科学理论依据，列出了以下方案：1.分解B工序。主要思想为交叉作业，根据后续工程重新组织拆卸顺序。主要做法为优先集中资源完成对紧接工序有影响的拆卸工程，再解决其他不影响紧接工序的拆卸工程。由于事先完成了与紧接工序有关的工程，所以就可以继续下一项工程，然后就可在进行下一项工序的同时，再同时进行上一项其他工序。2.缩短M工序的作业时间。主要思想依旧是交叉作业，通过对作业方式和工程性质的分析，在互相之间不受彼此影响的前提下同时进行不同层面的工程。相关土建工程例如安装电缆、墙面铝塑板安装以及刮白顶板等基础工作可以在相关资源的调动下同时进行施工。与此同时，为节约时间并更好地利用资源，可同时进行后期拆卸工程，即可将工期缩短至114天左右。3.缩短L工序的作业时间。此方案采用了交替作业的主要思想，即使设备油漆工程与设备修理工程与设备调试工程交替进行，设备修理与设备调试停止或者暂停时，进行设备油漆工程的作业，设备油漆工程停止或暂停时，进行设备修理与设备调试。采用交替作业的方法，可显著缩短工期到71天左右。4.缩短G工序的作业时间。此方案采用了三维立体交叉作业的思想。通过合理调配相关资源，同时进行空中、地面和地下作业，工期可缩短到17天左右。5.缩短D工序工期作业时间。安装设备包括安装新设备与安装旧设备，由交叉作业的思想，可以和设备的维修与调试进行交叉作业，将工期缩短至36天左右。6.缩短P工序的工期。提高相关技术人员的技术水平和施工管理人员的管理水平，将工期缩短5天左右。通过以上方案的优化，新的网络计划的工序施工表如表3所示：通过表3相关信息进行网络图的绘制，如图4所示：图4糖香料生产线改造经过优化后的网络图由新的网络图4计算、(1)：(2)：以上为计算的详细过程。由上述计算结果可得到关键路线：①②④⑥⑦⑩⑫⑬⑭。使用系统工程理论的相关方法进行优化后，整个工程的全部工期由原来的180天缩短到了164天，较之原计划提前了23天。结合系统工程理论相关科学理论知识，此方案具有较强的可行性。4.4系统工程理论中线性规划在工厂生产利润最大化中的应用通过相关具体数据的调查，我们做出一个引例。现在有以下已知条件：已知生产卷烟需要卷接与包装两道工序。该厂生产甲、乙两种烟，zj17为卷接机，该厂可以提供4台，zb25为包装机，该厂可以提供5台，两种机器每台每月最多都只能工作180小时。卷接一箱甲烟需0.09小时，乙烟0.05小时；包装一箱甲烟0.12小时，乙烟0.075小时。且两种机器在每个季度前两个月都各有一台需要进行设备维护，维护的时间为：卷接机100小时，包装机150小时。同时，由于卷烟需要空间进行存储，每箱甲烟需0.75平方米，每箱乙烟需1.2平方米。已知该厂总共能提供1000平方米的存储空间。每个季度开始时都会先清空上个季度的库存再进行生产，要求本季度结束时甲乙各剩400箱。如何安排生产计划才能使该厂获得最大利润？定价与成本等具体数据如表4、表5所示：设为第i种产品在第j月份的生产量，第i种产品在第j月份的销量，为第i种产品在第j月份的库存。由已知条件可得，该厂最大利润为：⑴机器的约束条件：⑵产量、销量与库存量的关系：⑶存储空间的约束条件： ⑷生产量的约束条件：⑸实际意义的约束条件：使用LINGO软件进行仿真，可解决此线性规划问题：本季度的三个月甲类烟的产量分别为箱，箱，箱。本季度乙类烟的产量分别为箱，箱，箱。本季度甲类烟的销量分别为箱，箱，箱。本季度乙类烟的销量分别为箱，箱，箱。本季度甲类烟的库存=1333.333箱，=1245.833箱。本季度乙类烟的库存=0箱，=0箱。欲解决诸如此类的复杂的线性规划问题，可用LINGO软件进行仿真实验，可以较为容易地求出相关线性规划的问题。有关本引例的求解程序过程如图5所示。图5LINGO软件操作界面图运行此程序，则可以得到我们想要求得的最大利润，详细结果如图6、图7所示。图6程序运行结果（1）图7程序运行结果（2）以上两图中所求得的结果即为Ojectivevalue，其意思为表示目标函数。故由题意可知，本引例中此季度的最大利润即为164006200元仿真实验流程视频过程详见PPT。通过上述实验方案，可以看出相比于传统方法，模型法可以全面的考虑各种因素、更好地解决问题。结论位于福建省的该卷烟厂经过本文中所提出方案的优化，成功将工期压缩到了原工期的88%，并且成功达到了由精品“七匹狼”卷烟专用生产线提出的新的技术要求，践行了我国所大力倡导的“可持续发展战略”。在达到要求的同时，也能够按时按量完成生产任务，保证了企业利益。该方案的理论基础毋庸置疑为系统工程理论。基于该科学依据，此项改造工程取得了具有显著实际意义的优化效果。虽然系统工程理论在处理多数系统问题与工程问题时有着得天独厚的优势，不过在实际的生产过程中，仍然存在着许多外部环境的不可控因素与人为因素。因此，在运用系统工程理论解决实际生产过程中的相关问题时，需要将各种不可控的外部因素也并入考虑范围，综合各种理论知识，才能更好地解决问题。在社会日益发展的今天，各种制造业逐渐兴起，如何在各个领域制造业的生产过程中更好地运用系统工程理论，是当今世界诸多学者都在研究的一个重要课题。系统思想以及系统工程方法也显得愈发的重要，在如今的许多学科领域，系统工程理论已经成为了其中不可或缺的一部分。总而言之，系统工程理论作为一个极其重要的现代科学理论，其在现实生产过程中的应用已逐渐发展成为一个极具研究意义和发展前景的庞大课题。学海无涯，如此深奥与庞大的课题还需我们不断进行探索与实践，从而更好地去解决人类文明发展中的各种问题。参考文献[1]甘华鸣.生产作业[M].中国国际广播出版社,2007.[2]郭伯棠.管理运筹学[M].高等教育出版社,2007.[3]胡宇辰,李良智,钟运动,王筱琴.企业管理学[M].经济管理出版社,2008.[4]孔造杰.运筹学[M].机械工业出版社,2006.[5]穆庆贵,陈文安.新编工业企业管理[M].立信会计出版社,2008.[6]钱学森.论系统工程[M].上海交通大学出版社,2007.1.[7]汪应洛.系统工程[M].机械工业出版社,1999.5.[8]汪应洛.系统工程简明教程[M].高等教育出版社,2009.3.[9]汪应洛.系统工程理论、方法与应用[M].高等教育出版社,1997.7.[10]杨家本.系统工程概论[M].武汉理工大学出版社,2007.1.[11]易树平,郭伏.基础工业工程[M].机械工业出版社,2007.[12]张衍林.运筹学[M].华中科技大学出版社,2009.[13]刘海燕,李琳,李雪蓉.《系统工程理论与实践》1981-2015年文献计量分析[J].系统工程理论与实践,2017,37(03):805-816.[14]刘佳,王先甲.系统工程优化决策理论及其发展战略[J].系统工程理论与实践,2020,40(08):1