制造系统的建模方法概述.ppt

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1、制造系统工程第三章制造系统的建模方法3.1制造系统建模概述定义：运用适当的建模方法将制造系统抽象的表达出来，通过研究系统的结构和特性，对制造系统进行分析、综合及优化用模型化的方法研究制造系统的目的：1更好地理解和表达系统，以支持对系统的分析和综合2支持新系统的设计或支持现有系统的重构3支持对系统运行的监测和控制3.1制造系统建模概述分类：按生产模式分：连续性制造系统（如化工系统）离散型制造系统（如机械制造系统）按按形式分：全局系统结构模型局部系统结构模型（如FMS模型）产品结构模型生产计划调度模型3.1制造系统

2、建模概述分类：按方法分：数学解析模型（如状态空间模型）图示概念模型（如FMS模型）图示-解析混合模型（如Petri网模型）按功能分制造系统结构描述模型系统分析模型系统设计实施模型系统运行管理模型3.1制造系统建模概述制造系统中需要用模型加以描述的对象包括1）产品2）资源3）信息4）组织和决策5）企业过程制造系统的任何建模方法或模型都是针对上述一个或几个方面为重点，包罗万象的模型是不存在的。3.2广义模型化方法根据大系统理论，制造系统是一个典型的复杂大系统，具有规模庞大、结构复杂、功能复杂、因素众多等大系统共性。

3、利用大系统理论实现制造系统运行状态好、效益高、稳定、可靠、优化、协调、是制造系统面临的重要课题。大系统模型化方面，现有理论继承了控制理论和运筹学中的模型化方法，主要采用数学模型3.2.1广义模型化方法的提出仅仅依靠数学模型难以描述复杂的大系统1，不确定性问题2，不确知性问题3，主动性问题4，适用性问题3.2.1广义模型化方法的提出1，不确定性问题A模糊性–由于人的思维、语言、行为方面的模糊性所导致的不确定性。人们对事物的认识是模糊的，主观上是不确定的，从而造成思维、语言、行为方面的模糊性B随机性-关于某种事件发

4、生与否、存在与否的不确定性在随机事件中，事件本身的概念内涵是确定的，但何时发生，发生与否都是不确定的3.2.1广义模型化方法的提出2，不确知性问题人们对客观事物的认识能力存在局限性，因而对事物不能确切的了解由于大系统的复杂性，系统的所有方面难以为人们完全确知，因此难以建立适用的、完整的、确定的系统模型3.2.1广义模型化方法的提出3，主动性问题大系统往往是一个人机集成的系统，在大系统分析和综合方面都要考虑人的因素。但由于人具有主动性，灵活性和智能性，很难建立模型，因此很难用简单的传递函数模型来描述3.2.1广义

5、模型化方法的提出4，适用性问题所谓适用性，一方面是要求数学模型具有足够的精确性，用于描述真实系统的结构、参数、功能、特性。另一方面是可以利用数学模型和相应的求解方法，对真实系统进行有效的分析与综合模型的精确性与方法的有效性之间往往是矛盾的。如果模型精确复杂，就缺乏有效的分析与综合方法，反之如果方法有效，就要求简化模型，那么模型就不能精确的描述真实系统。3.2.2广义模型的概念广义模型化的方法被提出并受到广泛的重视广义模型是一种由知识模型、数学模型、关系模型相互结合的集成模型，这种模型充分考虑到大系统的不确定性、

6、不确知性、主动性和适用性问题。3.2.2广义模型的概念1知识模型KM运用人工智能和知识工程的方法和技术如知识表达方法、知识获取技术所建立的知识模型主要用于表达人们关于事物的定性知识和经验知识，以便利用知识进行定性分析和逻辑推理，求解有关问题3.2.2广义模型的概念2数学模型MM运用控制理论、系统辨识或运筹学及其他数学的方法和技术所建立的数学模型如状态方程、传递函数、微分方程等主要用于定量的描述事物的有关动态过程与静态特性，对问题进行定量分析和数值计算3.2.2广义模型的概念3关系模型RM运用“图论”方法（Gra

7、phTheory）和逻辑学所建立的各种关系模型例如：赋值的有向图、无向图、树图、网络图、逻辑式等3.2.2广义模型的概念实际工作中，应根据具体任务的需求和环境条件的可能，灵活的UN用上述三种模型。在知识模型、数学模型、关系模型相结合的基础上，利用计算机软件进行集成，建立使用与实际大系统的广义模型从广义模型的概念可知，广义模型可以全面的（定性、定量、静态、动态）描述实际系统的结构、参数、功能和特性3.2.3广义模型化方法1系统建模原则2建模基本方法3建模基本步骤3.2.3广义模型化方法1系统建模和原则1）分离性将

8、系统和环境分离，控制者与被控制对象分离，考虑大系统、子系统、子子系统的划分，以便明确模型化的对象及其范畴，并尽量简化建模问题3.2.3广义模型化方法1系统建模和原则2）因果性因果关系分析是建立“关系模型”“知识模型”“数学模型”的基础。系统的输出（环境对系统的作用）、输出（系统对环境的作用）；控制着的输出、输入；被控制对象的输入输出；大系统中各子系统之间的相互作用；系统中的正反馈或负反