生产系统建模与仿真 教学课件 作者 周泓 1_绪论.ppt

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1、1绪论本章主要内容1.1系统、模型与仿真1.1.1系统1.1.2模型1.1.3仿真1.2生产系统及其建模与仿真分析1.2.1生产系统的基本概念1.2.2生产系统的特性分析1.2.3当前生产系统面临的主要问题1.2.4生产系统建模与仿真的主要内容21.1系统、模型与仿真1.1.1系统系统的概念（1）一般系统论的开创者贝塔朗菲（L.vonBertalanffy）把系统定义为相互作用的诸要素的集合体。（2）美国著名学者阿柯夫（R.L.Ackoff）认为，系统是由两个或两个以上相互联系的任何种类的要素构成的集合。（

2、3）在日本JIS标准中，把系统定义为“许多组成要素保持有机的秩序，向同一目的行动的集合体”。（4）我国著名科学家钱学森教授把系统定义为相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机体。系统即是一组对象的集合或总和，它们按照某些规律结合起来，相互作用、相互依存，来达到特定的某种目的。3连续系统和离散系统离散系统是指状态变量只在某个离散的时间点集合上发生变化的系统；连续系统则是指状态变量随时间连续变化的系统。4系统的“三要素”实体是指组成该系统的具体对象；属性是指这些实体所具有的每一项有效特性；活动

3、是指随着时间的推移，在系统内部由于各种原因而发生的变化过程。51.1.2模型模型被定义为“用于研究目的的系统的表示”，是对现实世界的一种抽象。模型描述了现实世界中实际系统的某些主要特点或属性，具有以下的三个特征：（1）模型是现实世界一部分的抽象或模仿；（2）模型由与分析问题有关的因素构成；（3）模型表明了有关因素间的相互联系。6模型的分类图形与实物模型数学（分析）模型仿真模型：一类特殊的数学模型7模型的应用通过对模型的实验来代替或部分代替对真实系统的实验（1）系统还处于设计阶段，真实的系统尚未建立，人们需要

4、更准确地了解未来系统的性能，这只能通过对模型的试验来了解。（2）在真实系统上进行试验可能会引起系统破坏或发生故障，例如，对一个处于运行状态的化工系统或电力系统进行没有把握的试验将会冒巨大的风险。（3）需要进行多次试验时，难以保证每次试验的条件相同，因而无法准确判断试验结果的优劣。（4）试验后，系统难以复原。（5）试验时间太长或费用昂贵。81.1.3仿真仿真是一种基于模型的活动计算机仿真包含了即系统建模、仿真建模和仿真实验等三个基本的活动91.2生产系统及其建模与仿真分析1.2.1生产系统的基本概念生产系统即

5、是“生产产品的制造企业的一种组织体，它具有销售、设计、加工、交货等综合功能，并有提供服务的研究开发功能”。——国际生产工程学会（CIRP）在这一定义的基础上，人们进一步地把供应商和用户也作为生产系统的组成部分纳入其中。10生产是一切社会组织的基本活动之一。作为企业系统的一个子系统，生产系统体现为一个有序的把各种生产要素的输入转换为产品的输出过程。它包括三个基本的组成部分：①输入（或投入），主要是指加工对象及其他生产要素，如原材料、资料、能源等。②转换过程（或生产过程），指如何进行实体上的转换，如制造；如何进

6、行位置上的转换，如运输；如何进行服务上的转换，如医疗及娱乐等。③输出（或产出），指系统通过转换过程形成并输出的结果，如一种有形的产品或者是一项服务。11生产过程的三个阶段：①决策和控制阶段，由工厂最高决策层根据生产动机、技术知识、经验以及市场情况，对所生产的产品类型、数量等作出决定，同时对生产过程进行指挥与控制；②产品设计和开发阶段；③产品制造阶段。与此同时，还必须从外部输入必要的能源和物质(如材料等)。经过上述三个阶段的生产活动，系统最后输出所生产的产品。产品输出后，应及时地将产品在市场上的竞争能力、质量

7、评价、用户的改进要求等信息反馈到决策机构，以便使其及时地对生产作出新的决策。12图1-5生产系统的基本框图131.2.2生产系统的特性分析生产系统的基本特性（1）集合性（2）相关性（3）目的性（4）环境适应性（5）反馈特性（6）随机特性141.2.3当前生产系统面临的主要问题当前，随着经济全球化与市场竞争的日趋激烈，企业生产系统也逐渐呈现出柔性化、自动化、集成化、智能化及市场导向化的发展趋势。在生产系统，尤其是大型复杂的生产系统中，其规划设计和运行管理正面临着越来越多的问题，如由于系统本身的复杂性难以评估设

8、计风险、系统适应性差、系统运行过程中生产调度困难等。15引发这些问题的原因主要在于：（1）在新生产系统的设计过程中，业务流程缺乏有效的辅助设计与验证分析手段，系统内各业务部门以及设计、库存、销售等各部门之间的关系以及各种决策过程对整个生产系统的影响缺乏定性与定量分析。（2）在制造单元设计过程中，对于初步设计方案缺少一个验证、分析与比较的工具。（3）在生产系统的运行过程中，生产计划和调度的合理性缺乏合理的验证手段，