先進(jìn)制造技術(shù)(第2章)

第二章先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論第一節(jié)

先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成

第二節(jié) 物料流第三節(jié) 信息流第四節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第五節(jié) 約束與決策第六節(jié) 面向21世紀(jì)的信息化制造1/43第二章先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論第一節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二節(jié) 物料流第三節(jié) 信息流第四節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第五節(jié) 約束與決策第六節(jié) 面向21世紀(jì)的信息化制造2/43一、制造系統(tǒng)基本概念二、制造系統(tǒng)基本構(gòu)成3/43第一節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論一、制造系統(tǒng)基本概念國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)1990年將制造系統(tǒng)定義為：制造系統(tǒng)是制造業(yè)中形成制造生產(chǎn)(簡(jiǎn)稱生產(chǎn))的組織形式，而在機(jī)電工程產(chǎn)業(yè)中的制造系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、發(fā)運(yùn)和銷售的一體化功能。制造系統(tǒng)作為由人、工具、材料組成的有機(jī)整體，存在狹義的制造系統(tǒng)概念和廣義的制造系統(tǒng)概念。狹義的制造系統(tǒng)僅僅研究產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、加工、裝配等生產(chǎn)過(guò)程；而廣義的制造系統(tǒng)除研

究生產(chǎn)過(guò)程外，其研究?jī)?nèi)容還包括市場(chǎng)、經(jīng)營(yíng)、銷售、售后服務(wù)、成本與財(cái)務(wù)等，即研究從經(jīng)營(yíng)決策開(kāi)始直到售后服務(wù)、報(bào)廢回收的產(chǎn)品生產(chǎn)整個(gè)生命周期過(guò)程。制造系統(tǒng)是制造過(guò)程所涉及的硬件(物料、設(shè)備、工具、能源等)、軟件(包括制造理論、制造工藝和制造信息等)和人員所組成的一個(gè)個(gè)具有特定功能的有機(jī)整體，將輸入制造資源(原材料、能源等)，通過(guò)制造過(guò)程輸出產(chǎn)品或半成品，制造系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程包括市場(chǎng)分析析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、制造裝配、檢驗(yàn)出廠、產(chǎn)品銷售及售后

服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)4/43第一節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論5/43合的基礎(chǔ)上再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。二、制造系統(tǒng)基本構(gòu)成制造系統(tǒng)是由眾多的要素和子系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，因而在子系統(tǒng)與要素之間存在著組織、協(xié)調(diào)等管理問(wèn)問(wèn)題。制造系統(tǒng)是過(guò)程系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的統(tǒng)一，因此此制造系統(tǒng)理論應(yīng)該實(shí)現(xiàn)過(guò)程研究與結(jié)構(gòu)研究的統(tǒng)

一，即制造系統(tǒng)理論應(yīng)該實(shí)現(xiàn)靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析

的統(tǒng)一。

過(guò)程系統(tǒng)是指其產(chǎn)品的生產(chǎn)從設(shè)計(jì)、工藝、加工、裝配到檢測(cè)出廠是一個(gè)隨時(shí)間變化的序列系統(tǒng)。對(duì)于過(guò)程系統(tǒng)，一般宜采用分析的方法，在對(duì)各環(huán)節(jié)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合。

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)指制造系統(tǒng)在空間上具有一定的結(jié)構(gòu)形態(tài)。對(duì)于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，宜于采用綜合的方法，在綜第一節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論第一節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論二、制造系統(tǒng)基本構(gòu)成制造系統(tǒng)靜態(tài)分析是在不考慮時(shí)間因素情況下研究制造系統(tǒng)的各組成要素，要素之間的相互關(guān)系及子系統(tǒng)與分系統(tǒng)，系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互關(guān)系。以系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，任何系統(tǒng)的功能都可以抽象為一個(gè)利用系統(tǒng)資源，在滿足系統(tǒng)約束和目標(biāo)的前提下，將從系統(tǒng)環(huán)境中獲得的輸入轉(zhuǎn)換為輸出的過(guò)程。

制造系統(tǒng)根據(jù)訂單和市場(chǎng)預(yù)測(cè)安排的生產(chǎn)計(jì)劃，利用制造資源(包括人員、

機(jī)床設(shè)備、刀量夾輔具、技術(shù)、相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)軟、硬件等)，在

生產(chǎn)過(guò)程中采用相應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)，以最適當(dāng)?shù)闹圃斐杀?，在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)間生產(chǎn)出客戶需要的產(chǎn)品以獲取最大利潤(rùn)。6/43第一節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成二、制造系統(tǒng)基本構(gòu)成制造系統(tǒng)整體的性能是與系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間是緊密相關(guān)的。在制造系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)時(shí)無(wú)刻不伴隨著物料流、信息流和能量流的流動(dòng)，并且制造系統(tǒng)中的物料流、信息流、能量流之間相互聯(lián)系、相互影響，形成一個(gè)不可分割的有機(jī)整體。

物料流是在整個(gè)加工過(guò)程中(包括加工準(zhǔn)備階段)物料的輸入和輸出的動(dòng)態(tài)過(guò)程，這種物料在制造系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)稱為物料流。

制造系統(tǒng)中的信息可分為靜態(tài)信息(如工件尺寸、公差大小等)和動(dòng)態(tài)信息(如刀具磨損程度、資源狀態(tài)、加工進(jìn)程等)，信息在制造系統(tǒng)中中的作用過(guò)程稱為信息流。所有這些信息不斷地與制造過(guò)程的各種狀態(tài)進(jìn)行信息交換，并綜合、分析來(lái)自各方面的信息，從而有效地控制制造過(guò)程，以保證制造過(guò)程的正常進(jìn)行，提高制造系統(tǒng)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

制造過(guò)程中的能量運(yùn)動(dòng)稱為能量流。在制造系統(tǒng)中，能量是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，其所有運(yùn)動(dòng)，例如物料的運(yùn)動(dòng)，均需要能量來(lái)維持。7/43第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論第二章先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論第一節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二節(jié) 物料流第三節(jié) 信息流第四節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第五節(jié) 約束與決策第六節(jié) 面向21世紀(jì)的信息化制造8/43制造系統(tǒng)中的所有資源構(gòu)成制造資源，制造資源是制造系統(tǒng)存在和運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)。狹義制造資源包括物料(原材料、坯料、半成品等)、設(shè)備(機(jī)床、生產(chǎn)線等)、能源(電能、燃料等)、其他(

土地、廠房、工具等)；廣義制造資源不僅包括物料、設(shè)設(shè)備、能源、土地、廠房、工具等，還包括資金、技術(shù)、信息、人力等。制造系統(tǒng)中將制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或零件的制造過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)物料流動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。根據(jù)制造系統(tǒng)的定義，制造系統(tǒng)是一個(gè)輸入制造資源(原材料、能源等)通過(guò)制造過(guò)程而輸出產(chǎn)品(包括半成品)的輸入輸出系統(tǒng)，它同時(shí)產(chǎn)生廢棄物，并可能9造/43

成第二節(jié)物料流第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論流物消，，制造系統(tǒng)的物料流動(dòng)過(guò)程不僅是物料資源轉(zhuǎn)化和消耗的主要過(guò)程而且因?yàn)槲锪系牧鲃?dòng)和物料的加工制造均需要能量來(lái)驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)化因?yàn)槲锪狭鲃?dòng)過(guò)程也是能量消耗的主要過(guò)程。第二節(jié)物料流第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論10/43

制造系統(tǒng)是一個(gè)不斷輸入制造資源，通過(guò)制造過(guò)程而輸出產(chǎn)品，并同時(shí)產(chǎn)生廢棄物的輸入輸出系統(tǒng)。

制造系統(tǒng)中資源的輸入、消耗、轉(zhuǎn)化、回收、處理及這些過(guò)程的影響和控制，形成了制造系統(tǒng)的物料流。

制造系統(tǒng)物料流應(yīng)以資源利用率最高和廢棄物產(chǎn)生最小小作為目標(biāo)，充分考慮優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)周期過(guò)程中影響資源消耗的各個(gè)環(huán)節(jié)。包括產(chǎn)品壽命終結(jié)后的處理，從而優(yōu)化資源流動(dòng)過(guò)程，最有效地利用資源和最低限度地產(chǎn)生廢棄物。

制造過(guò)程是資源直接轉(zhuǎn)化和資源直接消耗的主要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)同樣的產(chǎn)品，不同的制造加工的設(shè)備、工藝方案和不同的工藝路線，將會(huì)使得物料和能源的消耗不第二節(jié)物料流第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論11/43第二章先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論第一節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二節(jié) 物料流第三節(jié) 信息流第四節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第五節(jié) 約束與決策第六節(jié) 面向21世紀(jì)的信息化制造12/43傳統(tǒng)企業(yè)的信息流，大多是按照企業(yè)的業(yè)務(wù)流程、組織機(jī)構(gòu)、功能目標(biāo)等框架體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，流程設(shè)計(jì)思路雷同，數(shù)據(jù)處理比較簡(jiǎn)單，缺乏針對(duì)不同企業(yè)、不同業(yè)務(wù)流程的個(gè)性化設(shè)計(jì)和深層次分析?，F(xiàn)代企業(yè)的信息流不能只滿足于對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單的的、常規(guī)的處理和分析，應(yīng)更積極主動(dòng)地思考生產(chǎn)管理中的重要問(wèn)題，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘和多角度的分析，從而賦予企業(yè)更靈敏的反應(yīng)能力、更積極主動(dòng)的調(diào)整能力和更強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)能力。13/43第三節(jié)信息流第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論

傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的信息流，大多是按照其業(yè)務(wù)流程、組織機(jī)構(gòu)、功能目標(biāo)等框架體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)刻卻找不到所需的信息或錯(cuò)誤信息。

先進(jìn)制造系統(tǒng)的信息流不僅能滿足對(duì)簡(jiǎn)單、常規(guī)信息的處理與分析，而且能夠通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的全面管理和挖掘，使制造系統(tǒng)具有更高的柔性、敏捷性和競(jìng)爭(zhēng)力。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度和監(jiān)視整個(gè)制造系統(tǒng)中的信息流，從而能夠以正確的方式、

在正確的時(shí)間、向正確的信息流節(jié)點(diǎn)傳輸所需的正確信信息，并支持分布式制造環(huán)境下信息和人員的分布性

以及信息流動(dòng)過(guò)程的時(shí)序性。

制造系統(tǒng)中，管理信息分系統(tǒng)MIS、制造自動(dòng)化分系第三節(jié)信息流第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論14/43第三節(jié)信息流第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論15/43第三節(jié)信息流第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論16/43第三節(jié)信息流第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論17/43第二章先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論第一節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二節(jié)物料流第三節(jié)信息流第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第五節(jié)約束與決策第六節(jié)面向21世紀(jì)的信息化制造18/43第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式19/43第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論為了便于對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，人們把一個(gè)

復(fù)雜的控制系統(tǒng)分為若干組成部分(控制單元)，控制結(jié)構(gòu)描述了控制系統(tǒng)中各控制單元的

決策職責(zé)和權(quán)限及各控制單元之間的協(xié)調(diào)關(guān)系系?？刂葡到y(tǒng)的職責(zé)分配在相應(yīng)控制結(jié)構(gòu)的

各控制單元之中，并通過(guò)各控制單元協(xié)調(diào)執(zhí)

行。一、制造系統(tǒng)對(duì)控制結(jié)構(gòu)的要求二、集中式控制結(jié)構(gòu)三、遞階式控制結(jié)構(gòu)四、分布式控制結(jié)構(gòu)20/43第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論一、制造系統(tǒng)對(duì)控制結(jié)構(gòu)的要求(1)可靠性／容錯(cuò)能力。可靠性是對(duì)系統(tǒng)按照規(guī)定指標(biāo)無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行性能的度量，而容錯(cuò)能力是指系統(tǒng)在狀狀態(tài)惡化，甚至發(fā)生故障條件下繼續(xù)運(yùn)行的能力。通常，容錯(cuò)期由四個(gè)階段組成：故障原因檢測(cè)、損壞范圍確定和程度評(píng)定、故障原因處理、故障恢復(fù)和繼繼續(xù)系統(tǒng)服務(wù)?？筛男裕蓴U(kuò)展性?？筛男允侵笇?duì)已存控制系統(tǒng)的部分控制單元進(jìn)行更改和調(diào)整的可行性，而可擴(kuò)展性是指擴(kuò)展已存控制系統(tǒng)的功能時(shí)，將新控制單元元加入系統(tǒng)的可行性?？芍貥?gòu)性／適應(yīng)性?？芍貥?gòu)性是指在已存的控制系統(tǒng)中增加或拆除部分控制單元并重構(gòu)成新系統(tǒng)的可行21性/43第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論二、集中式控制結(jié)構(gòu)集中式控制結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)中的信息統(tǒng)一處理，擁?yè)碛幸粋€(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)以記錄系統(tǒng)各種工程活動(dòng)，每一制造實(shí)體都都和中央處理單元連接。其主要特征如下：(1)集中控制單元由一臺(tái)強(qiáng)功能計(jì)算機(jī)構(gòu)成。

(2)所有控制決策功能由集中控制單元承擔(dān)。

(3)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)記錄系統(tǒng)的全部活動(dòng)。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)全局信息可共享。

(2)可全局優(yōu)化。(3)唯一的系統(tǒng)狀態(tài)信息源。其主要缺點(diǎn)如下：響應(yīng)速度慢且不一致?？刂迫蝿?wù)的完成依賴于唯一的集中控制單元。

(3)控制軟件難以更改。22/43第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論三、遞階式控制結(jié)構(gòu)遞階式控制結(jié)構(gòu)：組織方式和控制結(jié)構(gòu)是一種從上到下逐步細(xì)化的方式。遞階式控制制結(jié)構(gòu)雖然增加了信息傳遞的環(huán)節(jié)，但降低了控制難度。其主要特點(diǎn)：異型多計(jì)算機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)。決策層之間維持剛性的上下級(jí)關(guān)系。

(3)上級(jí)協(xié)調(diào)下級(jí)的所有活動(dòng)。每一層都有集中的數(shù)據(jù)庫(kù)。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)可逐步實(shí)現(xiàn)。(2)可以用冗余的計(jì)算機(jī)資源來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。

(3)可利用狀態(tài)反饋信息。(4)簡(jiǎn)化各控制模塊自身的規(guī)模、功能和復(fù)雜性。其主要缺點(diǎn)如下：上層故障會(huì)造成下層控制的整體癱瘓。設(shè)備布置的改變會(huì)影響到整個(gè)控制系統(tǒng)，因而使增加或刪除設(shè)備變得非常困難，難以滿足未來(lái)修改的需要。由于通信延遲使上層決策往往滯后于下層狀態(tài)的變化，甚至基于對(duì)下層信息的估估計(jì)上，會(huì)造成控制失誤，難以滿足動(dòng)態(tài)適應(yīng)性要求。局部控制器的計(jì)算能力有限?！ねㄐ趴煽啃噪S遞階層次增多而降低。23/43標(biāo)策第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論四、分布式控制結(jié)構(gòu)分布式控制：把制造系統(tǒng)的各種功能模塊看成是一個(gè)個(gè)自治的實(shí)體，實(shí)體間以一定的協(xié)議相互協(xié)商解決問(wèn)題。1．非等級(jí)控制非等級(jí)控制策略主要包括排隊(duì)策略、任務(wù)投策略、協(xié)商策略、協(xié)作策略等。排隊(duì)策略。在排隊(duì)策略中，當(dāng)一項(xiàng)新任務(wù)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)按照預(yù)先約定的原則把把它分配到一個(gè)單元，這種原則可以是最短排隊(duì)長(zhǎng)度原則或最先可用單元原則。任務(wù)投標(biāo)策略。當(dāng)一項(xiàng)新任務(wù)進(jìn)入投標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，各單元把任務(wù)的處理要求及規(guī)范與與自己的能力進(jìn)行比較，有能力完成該任務(wù)的單元參加投標(biāo)。按照預(yù)先約定的判據(jù)，投標(biāo)值最高或最低的單元將獲得該項(xiàng)任務(wù)。協(xié)商策略。當(dāng)一項(xiàng)新任務(wù)進(jìn)入?yún)f(xié)商系統(tǒng)時(shí)，有能力完成該項(xiàng)任務(wù)的單元與另一試圖承擔(dān)該項(xiàng)任務(wù)的單元協(xié)商。每一個(gè)單元內(nèi)均包含本單元的所有信息，包括本單元能加工工的零件族、可用的排隊(duì)場(chǎng)地等。每一單元僅試圖獲得自己能完成的任務(wù)，它將總是試

圖按照自己的能力和當(dāng)前的負(fù)荷狀況，估計(jì)自己完成該任務(wù)的效率來(lái)獲得這項(xiàng)任務(wù)。協(xié)作策略。協(xié)作策略形式上與協(xié)商相似，但原理上與協(xié)商不同。在協(xié)商方式中，各單元為獲得任務(wù)而競(jìng)爭(zhēng)；而在協(xié)作方式中，各單元為系統(tǒng)任務(wù)更好址分配而協(xié)作。協(xié)作作策略可采取許多形式，包括資源共享和任務(wù)交換。24/43第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論四、分布式控制結(jié)構(gòu)1．非等級(jí)控制其主要特征如下：(1)同型或異型計(jì)算機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)。

(2)控制單元之間無(wú)上下級(jí)關(guān)系。完整的局部自治。面向活動(dòng)協(xié)調(diào)的分布式?jīng)Q策。

(5)只有局部數(shù)據(jù)庫(kù)。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：降低整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。降低監(jiān)視的投資和監(jiān)視過(guò)程對(duì)實(shí)時(shí)控制的延遲。由于采用模塊化和可重構(gòu)的結(jié)構(gòu)，使得維護(hù)和更改更容易。

(4)容錯(cuò)能力強(qiáng)。真正的權(quán)力下放使得工作人員責(zé)任感增強(qiáng)。其主要缺點(diǎn)如下：(1)缺乏對(duì)一些問(wèn)題的解決方法，如單元間任務(wù)分配不平衡、單元內(nèi)設(shè)備任務(wù)分分配欠優(yōu)化等。(2)目前還沒(méi)有支持全部功能的硬件和軟件。

(3)存在數(shù)據(jù)重復(fù)和數(shù)據(jù)沖突的趨勢(shì)。(4)存在死鎖的可能性。25/43第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論四、分布式控制結(jié)構(gòu)混雜控制結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的混雜控制結(jié)構(gòu)兼有遞階控制和非等級(jí)控制的特點(diǎn)，層

與層之間為上上下級(jí)關(guān)系，同一層 各控制單元為平等關(guān)系，由于各控制單元間的關(guān)系較為復(fù)雜，不像遞階控制或非等級(jí)控制中。各控制單元之間具有一致的上下級(jí)或平等關(guān)系，在實(shí)現(xiàn)時(shí)需要對(duì)各控制單元之間的關(guān)系進(jìn)行仔細(xì)地設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的混雜控制結(jié)構(gòu)如下。改進(jìn)型遞階控制結(jié)構(gòu)。它強(qiáng)調(diào)了各平級(jí)子層之間的直接通信和協(xié)調(diào)關(guān)系，如圖2-9所示。26/43第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論四、分布式控制結(jié)構(gòu)半非等級(jí)控制結(jié)構(gòu)。它由若干改進(jìn)型遞階控制結(jié)

構(gòu)組成，其各頂層之間形成成平等的通信和協(xié)調(diào)關(guān)系，如圖2-10所示。寡頭控制結(jié)構(gòu)。它是各控制單元之間關(guān)系最為復(fù)

雜的一種結(jié)構(gòu)，它要求包括括頂層在內(nèi)的各控制層內(nèi)

保持平等的直接通信和協(xié)

調(diào)關(guān)系，同時(shí)還要求各上

層與每一下層保持明確的上上下級(jí)關(guān)系，如圖2-11所示。27/43第二章先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論第一節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二節(jié)物料流第三節(jié)信息流第四節(jié)先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第五節(jié)約束與決策第六節(jié)面向21世紀(jì)的信息化制造28/43－－信息時(shí)代對(duì)決策支持系統(tǒng)水平的要求也大為提高，從原先的一般數(shù)據(jù)采集與處理為基礎(chǔ)的支持結(jié)構(gòu)化問(wèn)題的一般戰(zhàn)術(shù)決策，發(fā)展到以信息融合、知識(shí)

處理為基礎(chǔ)的支持非結(jié)構(gòu)化問(wèn)題的戰(zhàn)略決策。目前提出的各種新的制造與管理模式是從不同學(xué)科、不同角度，解決提高企業(yè)的敏捷性。－－例如，先進(jìn)制造系統(tǒng)的自組織的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是使企業(yè)產(chǎn)品同市場(chǎng)的需求協(xié)同，制造系統(tǒng)、經(jīng)營(yíng)過(guò)程、企業(yè)組織同新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工與經(jīng)營(yíng)需求相協(xié)同。自組織被定義為一個(gè)系統(tǒng)不依靠任何外來(lái)的干預(yù)，而獲得的一種空間、時(shí)間間或功能(時(shí)—空)的結(jié)構(gòu)。自組織并不等于人們對(duì)這類復(fù)雜系統(tǒng)無(wú)法施加影響。它是決策者、設(shè)計(jì)師參與下的自組織過(guò)程，這里“參與”，不等于傳統(tǒng)的“干

干預(yù)”，參與是一種宏觀高層次上的控制，是通過(guò)制定規(guī)則與約束的手段實(shí)現(xiàn)

控制，“干預(yù)”是在某一層次上具體的控制。－－協(xié)同論是一門研究存在于復(fù)雜自然界自組織基理的學(xué)科，其價(jià)值主要有：

支配原理與序參數(shù)。其中支配原理揭示復(fù)雜系統(tǒng)，從無(wú)序到有序的過(guò)程中，上一一層是如何支配下一層的，而序參數(shù)是系統(tǒng)中的少數(shù)參數(shù)，它們處于上層、變化緩慢、控制著宏觀系統(tǒng)的變化，使系統(tǒng)從無(wú)序到新的有序。利用支配原理與序參數(shù)就可以對(duì)系統(tǒng)變量眾多、具有非線性、正反饋的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)有有效的簡(jiǎn)化，進(jìn)而進(jìn)行有效的控制。29/43第五節(jié)約束與決策第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論－－決策過(guò)程是滿足必要的約束條件下的一種復(fù)雜的尋優(yōu)求解過(guò)程。決策問(wèn)

題的復(fù)雜性取決于決策過(guò)程所處的環(huán)境，任何決策都由三個(gè)要素組成：機(jī)遇、信息與資源。成功的決策必須滿足兩類規(guī)律的約束：客觀規(guī)律和人們的利益(價(jià)值規(guī)律)。－－機(jī)遇是決策者所向往與追求的目的，機(jī)遇具有風(fēng)險(xiǎn)與效益，它們是同時(shí)并存的，是一個(gè)事物的兩個(gè)屬性，克服風(fēng)險(xiǎn)獲取效益是決策者的中心任務(wù)；而信息(包括知識(shí))是克服風(fēng)險(xiǎn)的唯一資源；資源(物質(zhì)與能量)是實(shí)現(xiàn)任何決策所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。－－以往簡(jiǎn)單的“拍腦袋”決策，對(duì)決策問(wèn)題考慮得不夠周到與深刻，用科

學(xué)的系統(tǒng)論和決策論的語(yǔ)言說(shuō)，即決策空間考慮得不夠大，因而丟掉了機(jī)遇。因此，決策者及決策支持系統(tǒng)的任務(wù)是協(xié)調(diào)信息、機(jī)遇與資源這三大要素間

的沖突。－－在各類制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理中，會(huì)涉及各種復(fù)雜的決策問(wèn)題。

決策者根據(jù)對(duì)實(shí)際環(huán)境的分析，構(gòu)思一組解決問(wèn)題的方案。每一方案均會(huì)產(chǎn)生生一個(gè)結(jié)果，決策者在評(píng)價(jià)結(jié)果時(shí)一般是多個(gè)目標(biāo)的，鑒于環(huán)境、資源及安全性的問(wèn)題日益突出，應(yīng)由成本C、時(shí)間T(生產(chǎn)率)、質(zhì)量Q、柔性F、服務(wù)

S和環(huán)境E六大制造決策屬性組成決策目標(biāo)，決策取決于決策者的偏好與價(jià)值觀。30/43第五節(jié)約束與決策第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論－－在制造系統(tǒng)的綜合決策模型中，決策目標(biāo)應(yīng)充分體現(xiàn)制造系統(tǒng)的基本

使命和經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。因此需要建立一個(gè)適用于各類制造系統(tǒng)的綜合決策模型，將不同的目標(biāo)映射到表達(dá)決策者愿望的價(jià)值空間上，并在模型中反映制造

系統(tǒng)主要決策目標(biāo)，以更好地支持決策分析活動(dòng)，這對(duì)提高制造系統(tǒng)的整

體綜合效益具有重要意義。例如，美國(guó)學(xué)者提出了制造系統(tǒng)“四面體決策框架模型”，該模型將成本、時(shí)間(生產(chǎn)率)、質(zhì)量和柔性四大制造決策屬性作為制造系統(tǒng)決策的目標(biāo)函數(shù)，提出了制造系統(tǒng)和制造過(guò)程的各類決策變量，可通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)模型映射成為制造決策屬性的組成元素的設(shè)想。31/43第五節(jié)約束與決策第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論第二章先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論第一節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成第二節(jié) 物料流第三節(jié) 信息流第四節(jié) 先進(jìn)制造系統(tǒng)的控制方式第五節(jié) 約束與決策第六節(jié) 面向21世紀(jì)的信息化制造32/43一、概述二、信息化制造的特點(diǎn)三、分布式信息化制造邏輯體系結(jié)構(gòu)四、集中分布式模式下的企業(yè)新式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)體系五、集中分布式模式下的企業(yè)新式商務(wù)運(yùn)作模式六、信息化制造的關(guān)鍵技術(shù)33/43第六節(jié)面向21世紀(jì)的信息化制造第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論第六節(jié)面向21世紀(jì)的信息化制造第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論一、概述21世紀(jì)制造業(yè)的特點(diǎn)及其面臨的挑戰(zhàn)，使新得一：代制造業(yè)將是：從產(chǎn)品本身的角度看，批量化生產(chǎn)正被基于客戶定制的多品種、單件小批量制造所替代。從產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的角度看，支持產(chǎn)品整個(gè)生命周期的數(shù)字化模型將起關(guān)鍵性作用。從制造產(chǎn)品所涉及到的設(shè)備看，數(shù)字化的可再配置敏捷設(shè)備、單元、車間等將構(gòu)成新一代的制造硬硬件環(huán)境。從制造產(chǎn)品所需的企業(yè)管理與組織結(jié)構(gòu)方面看，具備全球化、并行化與敏捷化特征的企業(yè)集成技術(shù)34/43第六節(jié)面向21世紀(jì)的信息化制造第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論一、概述我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)也對(duì)21世紀(jì)的制造系統(tǒng)理論及生產(chǎn)模式進(jìn)行了探討，提出21世紀(jì)的制造科學(xué)研究報(bào)告，并概括出21世紀(jì)制造科學(xué)研究?jī)?nèi)容如下：(1)制造系統(tǒng)理論與信息化制造。

(2)微系統(tǒng)中尺度效應(yīng)及制造技術(shù)。材料和零件制造過(guò)程中的擬實(shí)仿真，優(yōu)化和加工新技術(shù)基礎(chǔ)。機(jī)械仿生與生物制造。流程制造的特性研究與綠色制造。35/4336/43第六節(jié)面向21世紀(jì)的信息化制造第二章之先進(jìn)制造系統(tǒng)基礎(chǔ)理論二、信息化制造的特點(diǎn)信息化制造涉及制造技術(shù)的方方面面，從硬件到軟軟件、從技術(shù)到管理、從企業(yè)到全社會(huì)的組織與個(gè)個(gè)人、從局部資源到全球資源等等。其顯著特點(diǎn)

有：(1)基于Internet／Intranet的網(wǎng)絡(luò)化。

(2)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造進(jìn)程中的全程數(shù)字化。

(3)制造設(shè)備的信息化、智能化、柔性化。

(4)制造組織的全球化、敏捷化。(5)制造資源的分布性、共享性。

(6)制造過(guò)程的并行化、協(xié)同