工業(yè)工程導(dǎo)論第2章-系統(tǒng)的規(guī)劃與系統(tǒng)工程基礎(chǔ)2課件

第2章系統(tǒng)的規(guī)劃與系統(tǒng)工程基礎(chǔ)

基本要求（1）了解產(chǎn)品開發(fā)的規(guī)劃內(nèi)容以及規(guī)劃方法。（2）掌握系統(tǒng)的定義及其基本問題、系統(tǒng)設(shè)計方法、系統(tǒng)建模與優(yōu)化方法；（3）了解工業(yè)工程系統(tǒng)的組成、運作規(guī)劃與控制、系統(tǒng)設(shè)計公理和規(guī)則等。（1）新產(chǎn)品開發(fā)的宏觀特征

1）新產(chǎn)品的作用新產(chǎn)品是國家宏觀經(jīng)濟的重要調(diào)控因素，是啟動顧客需求與購買力的“發(fā)動機”。通過開發(fā)新產(chǎn)品提高就業(yè)率。新產(chǎn)品是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要標(biāo)志性指標(biāo)，對GDP的貢獻(xiàn)率標(biāo)志著經(jīng)濟增長速度。產(chǎn)品與制造系統(tǒng)的創(chuàng)新成為新世紀(jì)提高企業(yè)競爭力的關(guān)鍵因素。3、產(chǎn)品開發(fā)的規(guī)劃滿足顧客需求和期望的新產(chǎn)品快速開發(fā)上市是使TSS以及企業(yè)生存與發(fā)展的根本要素。產(chǎn)品壽命期和新產(chǎn)品開發(fā)時間迅速縮短。

影響新產(chǎn)品開發(fā)成功的因素很多，其中經(jīng)常出現(xiàn)的問題是晚交貨、質(zhì)量故障、成本增加和開發(fā)成本超支。不同產(chǎn)品開發(fā)階段對投資回報率（ROI）的影響是不同的。它們對企業(yè)業(yè)績的影響見表2-11表2-12

利用選拔、培訓(xùn)、考核與授權(quán)的交叉功能產(chǎn)品開發(fā)小組或相關(guān)組織形式解決產(chǎn)品開發(fā)中遇到的眾多且相互沖突的問題或要求，對產(chǎn)品開發(fā)的成功有重要的保證作用。

利用風(fēng)險分析、風(fēng)險管理與控制是降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險的有效手段。

在產(chǎn)品開發(fā)中，設(shè)計人員是關(guān)鍵因素。

（2）產(chǎn)品開發(fā)的戰(zhàn)略及其規(guī)劃產(chǎn)品開發(fā)的四種戰(zhàn)略：技術(shù)領(lǐng)先戰(zhàn)略；快速響應(yīng)戰(zhàn)略；打破傳統(tǒng)戰(zhàn)略；依賴母公司戰(zhàn)略。與產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略6種要素之間的關(guān)系:（3）總體規(guī)劃

進行總體規(guī)劃時，必須對市場特征進行認(rèn)真分析：

1）現(xiàn)代市場的力量可以快速改變市場需求的產(chǎn)品；企業(yè)應(yīng)該快速響應(yīng)今天的市場新需求，同時能夠利用新產(chǎn)品引導(dǎo)現(xiàn)有和潛在的顧客。

2）對手更具競爭力的新產(chǎn)品和新的服務(wù)可能會搶占你原來的市場。

3）商務(wù)競爭的失敗經(jīng)常與市場分析不足、戰(zhàn)略規(guī)劃與市場定位失誤、技術(shù)儲備不足相關(guān)。4）商務(wù)成敗與企業(yè)的目標(biāo)、戰(zhàn)略規(guī)劃和產(chǎn)品規(guī)劃密切相關(guān)。

5）企業(yè)不能沒有但也不能只有競爭，現(xiàn)代市場要求企業(yè)在信譽、實力的基礎(chǔ)上發(fā)展基于競爭的內(nèi)外部合作，共同分擔(dān)風(fēng)險，實現(xiàn)雙贏。

6）引進—消化—在實踐中改進與創(chuàng)新是發(fā)展中國家快速趕上先進水平的可行方案。

7）實施“以人為中心”的管理，激勵員工積極參與。

8）產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)管理必須與系統(tǒng)集成規(guī)劃相匹配。（4）產(chǎn)品規(guī)劃

產(chǎn)品規(guī)劃是戰(zhàn)略規(guī)劃的結(jié)果，它決定了企業(yè)制造的最終產(chǎn)品。包括新產(chǎn)品系統(tǒng)的研究、開發(fā)和決策。產(chǎn)品應(yīng)該可以革新和改進，以適應(yīng)市場的需求。產(chǎn)品規(guī)劃的實質(zhì)是把現(xiàn)在與潛在顧客的需求反映在產(chǎn)品研究、開發(fā)與設(shè)計中，并最終落實在制造、銷售與服務(wù)中，實現(xiàn)TCS的目標(biāo)。圖2-16是產(chǎn)品規(guī)劃系統(tǒng)實例。

（5）產(chǎn)品的快速開發(fā)（RPD）的目標(biāo)

1）壓縮上市時間；

2）借助于時間、成本和質(zhì)量的優(yōu)化開發(fā)革新產(chǎn)品；

3）提高質(zhì)量，使之完善化。實現(xiàn)上述目標(biāo)的產(chǎn)品快速開發(fā)的五個特征：

按照并行工程進行產(chǎn)品快速開發(fā)的全面規(guī)劃，考慮完整的過程。組織的變革。全壽命的交叉功能流程。充分利用人力與技術(shù)資源。產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)化。2.2系統(tǒng)工程基礎(chǔ)1、與系統(tǒng)相關(guān)的概念（1）系統(tǒng)的概念

系統(tǒng)指為實現(xiàn)目標(biāo)生成的多項事物有規(guī)律的交互作用和相互依賴的總體集合。所以一個系統(tǒng)是由兩個或多個組元（元素、部分、單元或子系統(tǒng)）組成的有組織的整體。（2）系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)系統(tǒng)最本質(zhì)的內(nèi)涵：“整體大于部分之和”或稱為“相乘效應(yīng)”。由“相乘效應(yīng)”組織起來，構(gòu)成有機體的現(xiàn)象稱為協(xié)同效應(yīng)。

（3）系統(tǒng)的集成

系統(tǒng)的模塊（Module）：具有強自治或獨立特征的組成部分（單元或子系統(tǒng)）。

全系統(tǒng)（ATotalSystem）：按協(xié)同效應(yīng)組織起來的自治模塊集合體。全系統(tǒng)經(jīng)常采取系統(tǒng)集成的模式，它具有三個特征：協(xié)調(diào)：不同自治領(lǐng)域的集成；協(xié)作：可以獲得共生的增益；協(xié)同：建立協(xié)同效應(yīng)可獲得非線性放大的效果。

（4）系統(tǒng)的要點(六個方面)

1）系統(tǒng)是一個整體，有一定的運行環(huán)境和一定的壽命期。2）事物可能有確定性、隨機性、模糊性或不確定性的特征。3）在協(xié)同效應(yīng)的作用下，系統(tǒng)的組元（模塊或子系統(tǒng)）間存在非線性放大機制。4）系統(tǒng)與組成環(huán)境及其內(nèi)部各組成部分之間界面交互作用是構(gòu)成協(xié)同效應(yīng)的關(guān)鍵，也是現(xiàn)代系統(tǒng)與工程設(shè)計的關(guān)鍵。5）在事物的相關(guān)性中存在因果關(guān)系。6）因果關(guān)系中最重要的特性是可測度性和可預(yù)測性。

2、系統(tǒng)的定義（1）從不同角度來定義系統(tǒng)抽象的定義：“系統(tǒng)是兩個或兩個以上相互關(guān)聯(lián)、可以識別的要素的集合體”，強調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)性。結(jié)構(gòu)的定義：“系統(tǒng)是在一定的外部環(huán)境下，實現(xiàn)規(guī)定目標(biāo)的若干個互相關(guān)聯(lián)，可以識別的要素集合體”，強調(diào)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)組成。功能的定義：“系統(tǒng)是一個接受某些輸入，經(jīng)作用后轉(zhuǎn)換成某種輸出的過程”。這是系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換特性。動態(tài)的定義：“系統(tǒng)是事物按邏輯、整體、時間進行處理的流程”，強調(diào)系統(tǒng)同環(huán)境的交互作用。（2）系統(tǒng)的特征與屬性特征：系統(tǒng)具有大小、復(fù)雜性、整體性、層次性。基本屬性集合性、相關(guān)性、層次性、目的性、適應(yīng)性、可學(xué)習(xí)性。（3）系統(tǒng)方法的重要性隨著社會的進步和科技的發(fā)展，系統(tǒng)方法成為越來越重要的方法論。（4）大系統(tǒng)的概念

按照系統(tǒng)中整體同時完成的功能數(shù)劃定大系統(tǒng)與小系統(tǒng)。功能數(shù)大于m稱為大系統(tǒng)，功能數(shù)小于或等于m（10或6）稱為小系統(tǒng)。

3、系統(tǒng)的基本問題

系統(tǒng)包括產(chǎn)品系統(tǒng)、裝備系統(tǒng)、硬件或軟件系統(tǒng)、組織系統(tǒng)或商務(wù)系統(tǒng)等。制造系統(tǒng)可以看成將輸入（生產(chǎn)資源）轉(zhuǎn)換成輸出（產(chǎn)品和服務(wù)）的系統(tǒng)。

五個基本問題：

系統(tǒng)分析：對I、O和T的研究和理解；系統(tǒng)運作/運行：已知T與I，求O；系統(tǒng)反演（反求）：已知T與O，求I；系統(tǒng)綜合（或辨識）：已知I與O，求T；系統(tǒng)優(yōu)化：挑選Ｉ、O或Ｔ以到達(dá)最優(yōu)結(jié)果。4、系統(tǒng)的設(shè)計（1）系統(tǒng)設(shè)計過程

設(shè)計是根據(jù)對顧客和社會需求的辨識及規(guī)劃要求的產(chǎn)品功能，創(chuàng)造或生成滿足功能要求的參數(shù)以及滿足功能要求的過程。這一時間經(jīng)歷的集合稱為設(shè)計過程。系統(tǒng)設(shè)計網(wǎng)絡(luò)、設(shè)計過程、設(shè)計流程圖、系統(tǒng)開發(fā)過程如下各圖。

（2）系統(tǒng)的表達(dá)系統(tǒng)通常用輸入、輸出和變換過程框圖表示：a）開環(huán)控制系統(tǒng)b)閉環(huán)控制系統(tǒng)

c)多變量閉環(huán)系統(tǒng)d)人參與的控制系統(tǒng)圖2-23系統(tǒng)控制的方式與表達(dá)

（3）控制系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)計的基本特征是可操作性，有可控變量的系統(tǒng)稱為控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的控制問題有：由設(shè)計者規(guī)定的可控變量的控制；不能由設(shè)計者控制的不可控參數(shù)；確定系統(tǒng)輸出的定義域；反饋與修正活動；系統(tǒng)的魯棒性。

5、系統(tǒng)建模與優(yōu)化（1）系統(tǒng)的建模模型是利用合適的表達(dá)方式或簡單的語言來扼要地表達(dá)研究對象的真實狀態(tài)或特性。模型既要清晰表達(dá)“現(xiàn)實”，又要簡單。

1）系統(tǒng)模型的表達(dá)方式物理模型、圖解模型、數(shù)學(xué)模型、仿真模型

2）目標(biāo)函數(shù)（2）系統(tǒng)的優(yōu)化指為了實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的最高性能，選取合適的可控變量設(shè)定值。規(guī)定系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的要素：系統(tǒng)的目標(biāo)；系統(tǒng)的約束。

1）系統(tǒng)優(yōu)化的類型約束優(yōu)化;無約束優(yōu)化

2）優(yōu)化技術(shù)/方法：極值法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、多目標(biāo)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)理論（利用圖論或網(wǎng)絡(luò)求解）、函數(shù)分析法、隱式枚舉法等。

2.3工業(yè)工程系統(tǒng)的設(shè)計

1、工業(yè)工程系統(tǒng)的組成工業(yè)工程系統(tǒng)包括：人活動的系統(tǒng)、組織的管理控制系統(tǒng)和公用服務(wù)三個子系統(tǒng)。（1）人活動的系統(tǒng)(HumanActivingSystem)，又稱為組織的物理系統(tǒng)或技術(shù)系統(tǒng)。（2）管理控制系統(tǒng)（ManagementControlSystem）（3）公用服務(wù)系統(tǒng)

2、運作規(guī)劃與控制（OPC）

3、系統(tǒng)設(shè)計公理

系統(tǒng)設(shè)計公理是在近百年的組織與工業(yè)工程實踐和關(guān)于發(fā)明與設(shè)計原理的研究基礎(chǔ)上總結(jié)而得的，其主要內(nèi)容有九條公理：公理一（系統(tǒng)革新公理）的內(nèi)容：一個人參與的系統(tǒng)總是可以改進的，除非它已經(jīng)消亡或不值得再利用了。規(guī)則一：應(yīng)該不斷地使組織的動作科學(xué)化規(guī)則二：應(yīng)該不斷地改進和創(chuàng)新產(chǎn)品與服務(wù)規(guī)則三：應(yīng)該從全局、全壽命的角度進行研究，分析系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的問題。

公理二（系統(tǒng)發(fā)展公理）所有的工程系統(tǒng)服從相同的發(fā)展規(guī)律。公理三（需求沖突公理）

任何一種工程發(fā)明創(chuàng)造都是為了解決新需求與不能滿足這些需求的工程系統(tǒng)間的矛盾沖突。公理四（解決沖突公理）

工程系統(tǒng)可以通過解決沖突而得到發(fā)展。公理五（發(fā)明途徑公理）物理、化學(xué)與生物效應(yīng)和跨領(lǐng)域的專業(yè)知識是解決沖突的指針和工具。

公理