制造系统工程读书报告重点.docx
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制造系统工程读书报告重点
《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：
⑴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；
⑵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；
⑶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；
⑷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：
⑴制造系统“三流结构论”即物料流、信息流、能量流；
⑵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；
⑶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①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；
②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；
③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。
④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。
⑤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,ManufacturingSystemsEngineering）”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：
①可缩短新系统的设计开发周期；
②可寻求最佳的决策或控制变量，获取系统最佳的运行效率；
③可对制造系统非常状态进行预测；
④可降低实验成本；
⑤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：
①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；
②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）；
③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：
①L---系统中平均顾客数；
②Q---系统平均等待队列长度；
③B---系统平均服务数；
④W---n个顾客在系统中平均逗留时间；
⑤D---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：
①活动；②输入；③输出；④控制；⑤机制。
建模步骤：
①初始化；
②用户需求调查；
③确定系统边界，建立系统内外关系图；
④确定系统主功能，建立系统图；
⑤逐层分解，建立系统下层功能模型；
⑥评审功能模型；
⑦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
①建模的准备；
②定义实体；
③定义实体间的联系；
④定义关键字和属性；
⑤协调性检查；
⑥模型文件的编制。
6、Petri网模型有关知识
特点：
①可方便描述制造系统的框架及系统的随机过程；
②容易观察到系统中相关活动及各要素间的相互关系；
③使用较严密的数学分析工具；
④以网络图形对系统进行描述，较为直观清晰；
⑤程序设计方便，有效节省了软件开发时间；
⑥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：
①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；
②按先后次序关系对所列出的活动进行排序；
③确定库所或变迁表示每一个资源和活动；
④用有向弧对所确定的库所和变迁进行连接；
⑤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：
①制造系统规划布局的仿真；
②制造系统动态运行的仿真；
③制造系统作业计划的仿真。
计算机仿真的基本步骤：
①确立系统仿真目标；
②建立系统仿真模型；
③编制仿真程序；
④进行仿真实验；
⑤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
⑴总体规划。
①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；
②进行总体需求分析，确定系统的目标和功能；
③制定系统的总体技术方案，拟订系统的开发计划；
④对总体方案进行技术经济分析；
⑤完成可行性论证报告；
⑥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；
⑦整理有关报告和文档，结束本阶段工作。
⑵初步设计。
①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；
②根据需求分析结果进行系统的总体结构设计；
③建立各子系统的功能模型，进行子系统的初步设计；
④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；
⑤整理有关报告和文档，结束本阶段工作。
⑶详细设计。
①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；
②对系统内外的各种接口进行详细设计；
③根据初步设计阶段确定的功能模型，进行子系统结构设计；
④根据确定的结构，对子系统进行详细设计；
⑤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；
⑥整理有关报告和文档，结束本阶段工作。
⑷工程实施。
①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；
②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；
③进行子系统联调和测试；
④进行总系统联调和测试；
⑤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；
⑥整理有关报告和文档，进行系统交接，结束本阶段工作。
⑸制造系统运行和维护。
①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；
②对承担制造系统运行和维护任务的各类人员进行培训；
③将新系统投入实际运行，并进行日常维护；
④对新系统运行中的有关状态进行记录；
⑤对新系统的运行效果进行评价；
⑥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。
⑴优化设计。
优化设计英文名是optimizationdesign，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：
①建立数学模型。
②选择最优化算法。
③程序设计。
④制定目标要求。
⑤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。
⑵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。
⑶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。
⑷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теориирешенияизобретательскихзадач的英文音译TeoriyaResheniyaIzobreatatelskikhZadatch的缩写，其英文全称是TheoryoftheSolutionofInventiveProblems（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（IdeationInternationalInc）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3~4倍，对于复杂问题有时会显得非常冗长。
2）、IMC（InventiveMachineCorp）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（SystematicInventiveThinking）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（UnifiedStrcturedInventiveThinking）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U
升级会员 