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清华大学制造系统第05章__制造系统性能分析2

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制造系统的性能分析

制造系统的性能分析
能保证系统稳定运行。 稳定性：系统在正常情况下具有保持其稳定状态的能力。注意稳定是动
态意义上的。 适应：系统能自我调整以适应外界条件的变化。
按照特性来分：
连续系统： 状态变量都随时间变化，时间是连续的。 如：电机速度控制系统
离散系统： 离散时间系统：状态变量都随时间变化，时间是一系列的离散时刻。 如：计算机系统。
中国中远物流使用RFID标签来监控集装箱货物
一种 Savi 标签夹在集装箱门 上
另一种Savi 标签插在集装箱门上
GPS接收器 监控集装箱的内部温度和湿度/箱门打开。GPRS的传送器
GPRS /GSM无线通讯基点范围之内
自动化仓库出入库管理子系统工作流程
3.3 制造系统的性能
1 对象及其性能指标：
备注： 由于长期以来并未规范“制造”、“加工”两术语的含义， 致使常有混淆不清的时候。人们只好根据特定的场所去判断 “制造”术语的含义。如通常所说的“柔性制造系统”。
制造系统的基本概念
何谓“系统”？
系统是一个可辨别的、复杂的动态实体。它由互相关联、互相依 赖的具有不同特征的部分或子系统所组成。其整体能保持稳定性， 并能调整其行为以适应外界的影响。
在一定时期内，在合理的技术和管理条件下，正常生产某类产品或 零部件的最大数量称为生产能力。
制造系统的性能分 析
主要内容
3.1 制造系统的基本概念 3.2 制造系统的组成 3.3 制造系统的性能 3.4 制造系统的可靠性 3.5 制造系统的模型
3.1 制造系统的基本概念
何谓“制造”？
狭义的制造：指加工，它是把原材料变换成产品的直接物理过程。
广义的制造：包含了为加工而服务的设计、准备、计划、物流输 送， 甚至供销及售后服务等过程。也就是说广义的制造包含了物理 过程(加工、装配等)、概念过程(设计、计划等)以及原材料和产 品的转移过程。

清华考博辅导：清华大学控制科学与技术考博难度解析经验分享

清华考博辅导：清华大学控制科学与技术考博难度解析经验分享

清华考博辅导：清华大学控制科学与工程考博难度解析及经验分享根据教育部学位与研究生教育发展中心最新公布的第四轮学科评估结果可知，全国共有115所开设计控制科学与工程专业的大学参与了2018-2019控制科学与工程专业大学排名，其中排名第一的是清华大学，排名第二的是哈尔滨工业大学，排名第三的是浙江大学。

作为清华大学实施国家“211工程”和“985工程”的重点学科，自动化学院的控制科学与工程一级学科在历次全国学科评估中均名列第一。

下面是启道考博整理的关于清华大学控制科学与工程专业考博相关内容。

一、专业介绍控制科学与工程是研究控制的理论、方法、技术及其工程应用的学科。

控制科学以控制论、系统论、信息论为基础，研究各应用领域内的共性问题，即为了实现控制目标，应如何建立系统的模型，分析其内部与环境信息，采取何种控制与决策行为;而与各应用领域的密切结合，又形成了控制工程丰富多样的内容。

本学科点在理论研究与工程实践相结合、学科交叉和军民结合等方面具有明显的特色与优势，对我国国民经济发展和国家安全发挥了重大作用。

它是20世纪最重要和发展最快的学科之一，其各阶段的理论发展及技术进步都与生产和社会实际需求密切相关。

包括本学科下设的七个二级学科:"控制理论与控制工程"、"检测技术与自动装置"、"系统工程"、"模式识别与智能系统"、"导航、制导与控制"、"企业信息化系统与工程"和"生物信息学"。

清华大学自动化学院控制科学与工程专业在博士招生方面，划分为十六个研究方向：081100 控制科学与工程博士研究方向：01 控制理论与控制工程，02 复杂制造系统建模、控制与优化，03仿真与虚拟制造，04 网络化制造，05导航、制导与控制，06 应用电子技术，07 自动检测技术，08 系统工程理论与方法，09 智能交通系统，10 网络化系统、决策理论与应用，11 模式识别与机器学习，12 信号处理，13 生物信息学（A），14 海洋信息，15 生物信息学(B)，16 网络化系统；能源、电力与制造系统优化。

现代制造系统

现代制造系统
第5章 现代制造系统
5.1 虚拟制造技术（VM） 5.2 计算机集成制造系统（CIMS） 5.3 并行工程（CE） 5.4 精益生产（LP） 5.5 敏捷制造（AM） 5.6 绿色制造
5.1 虚拟制造技术（VM）
虚拟制造（Virtual Manufacturing，VM）技术是在20 世纪90年代以后，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技 术发展成熟以后出现的一种全新的先进制造技术。
哈林顿提出的CIM概念中有两个基本理念： （1）企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加
工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分 割的整体，要紧密连接，统一考虑。 （2）整个生产过程实质上是一个数据采集、传递和加工处 理的过程。最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。 这两个基本理念至今仍是CIMS的核心内容。
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5.2 计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS由4个分系统组成：经营管理信息系统、工程设计自 动化系统、制造自动化系统和质量保证信息系统，如图5-3 所示。
1）经营管理信息分系统：是将企业生产经营过程中产、供、 销、人、财、物等进行统一管理计算机系统。
2）设计自动化分系统：利用计算机辅助进行产品设计、工 艺设计、制造准备及产品性能测试等工作。
Hale Waihona Puke .2.4 我国CIMS发展情况“十五”国家863/CIMS主题目标为：从国民经济和国家 安全的需求出发，有重点地选择能够促进我国制造业发展和 升级的战略性、前沿性和前瞻性关键技术进行突破、开发。 我国已建立了开展CIMS研究与技术推广的体系结构，如图 5-4所示。
“十五”国家863/CIMS主题已用现代集成制造系统替代 了原来的计算机集成制造系统，其研究对象和作用范围均有 较大的变化。

清华大学-机械制造工程学_第5章S2

清华大学-机械制造工程学_第5章S2

夹紧力的方向2
若夹紧力朝向基准 B 面，则由于受工件 A 面和 B 面垂直度误差 的影响，难以保证加 工要求。
夹紧力的方向3
（ 2 ）夹紧力的方向应利于减小所需要的夹紧力的大 小。 图（ a ） 所示，夹紧力 Q 与切 削力P的方向一致，都指向定 位基准面，这时，为了防止 工件在钻削扭矩的作用下发 生转动，可加较小的夹紧 力。
自锁条件2
设斜楔夹紧机构的自锁条件为： 式中：αo为自锁临界角度。其值 可以在斜块自锁的极限条件下的 受力情况中求得。 图（c）所示，机构在自锁情况下 受力平衡，即合力 Q‘ 和 R’ 的大小 相等，方向相反并在一条直线 上； 此时：
自锁条件3
设： 则: 一般，钢和铁的摩擦系数 f ＝ 0.1 ～ 0.15 。 于 是 ， 摩 擦 角：
例2 铣削工件的平面4
（ 2 ）当定位心轴垂直放置时， 基准不重合误差仍为零，而工 件的定位基准相对于定位元件 在任意方向都可能发生偏移， 即
工件的定位误差：
例3 圆柱体上钻直径小孔
要求保证孔的位置尺寸A±δA/2； 工件外径为D＋δD，用V形块定位。求定位误差。
例3 圆柱体上钻直径小孔2
工序基准的两个极端位置 分别位于 O1 、 O2 处，变动 方向与工序尺寸方向平 行。长度 O1 O2 是定位误 差。求其值。 设A点为固定参考点，在V 形块与工件的切点处作指向圆心的垂线。在 ΔAB2O2 中，
对夹紧装置的基本要求
1.夹紧装置 加工过程中要对工件夹紧 ， 以防止工件在加工过 程中因受到切削力、惯性力以及重力等外力的作 用而发生移动。 夹紧装置是夹具的重要组成部分，它一般可分为 动力装置和夹紧机构两个部分。
夹紧装置
（1）动力装置：产生夹紧力的动力源（原始作用力） 机动夹紧 ： 原始作用力来自气动、液压和电力等动 力源的夹紧； 手动夹紧：原始作用力来自人力的。 （2）夹紧机构：将原始作用力转化为夹紧力，实现夹 紧动作和夹紧效果的机构。

整理版清华机械工程操纵基础ppt课件1_第五章系统的稳固性

整理版清华机械工程操纵基础ppt课件1_第五章系统的稳固性

N
(s)
是与初始条件x(k ) (0 )［输出x ( t )
及其各阶导数
x
(
k
)
(
t
)
在输入作用前 t 0 时刻的值，即系统在输入作用前的初
始状态］有关的多项式。
研究初始状态 N ( s ) 影响下系统的时间响应时，可在式
（5.1.2）中取 Xi(s) 0 得到这一时间响应（即零输
入的响应）：
2020/11/4
机械工程
装备一个铸造车间，需要熔炼设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
5.1.2
稳定的定义和条件
若系统在初始状态下（不论是无输入时的初态， 还是输入引起的初态，还是两者之和）的时间 响应随着时间的推移，逐渐衰减并趋向于零 （即回到平衡位置），则称该系统为稳定的；
系统的全部特征根
都具有负实部时，才有 lim(t)0。
t
2020/11/4
机械工程
装备一个铸造车间，需要熔炼设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
无论是无输入时的初态或输入所引起的初态， 或只是输入所引起的初态，则系统是否稳 定应由此时的过渡过程随着时间的推移是 否收敛至一个稳态响应来决定，而这是与 本小节开始时讲的系统的稳定性的定义是 一致的；
X (t) L 1X (s) L 1 N D ( (s s ) ) i n 1A 1 ie x p (s it)（5.1.3）
式中，
N(s)
•
d

清华制造系统实验：制造系统实验报告样本

清华制造系统实验：制造系统实验报告样本

制造系统实验报告实验时间：教师：实验组长：成员名单：一、实验目的整个CIMS实验的目的。

二、实验内容根据给定加工零件确定工艺路线和加工工艺内容的要求，并进行分组。

如三、系统介绍整体系统介绍四、实验安排1．实验准备1）根据同学的时间安排和任务的工作量进行如下的时间安排：2）学习该制造系统的原理和操作方法。

3）指定各个小组实验任务和计划。

2．分组工作各小组根据计划完成本组的任务，并完成实验报告（见各小组实验报告样例）。

3．整体调试1）每个小组内部进行整体调试；2）两组合作进行综合调试。

五、实验结果整个实验的结果分析六、实验总结根据实验结果分析，得到具体结论。

附：各小组的详细实验报告总体工作小组实验时间：教师：实验组长：成员名单：一．实验目的：分组实验目的。

二．实验内容小组内需完成的实验内容。

三．设备情况介绍本组相关的实验设备介绍。

四．实验步骤五．实验结果六．实验总结附程序清单及注释车削加工小组工作报告实验时间：教师：实验组长：成员名单：一．实验目的二．实验内容三．设备情况介绍四．实验步骤1．数控车床编程实验2．机器人1规划五．实验结果1．车削实验2．机器人规划六．实验总结附程序清单及注释实验时间：教师：实验组长：成员名单：一．实验目的二．实验内容三．实验步骤：四．实验结果五．实验总结附程序清单及注释实验时间：教师：实验组长：成员名单：一、实验目的：二、实验内容三、实验步骤四、实验结果五、实验总结附程序清单及注释。

现代制造系统

结构复杂性 关联复杂性 环境复杂性
2、发展现代制造系统技术的基础
先进制造模式(制造系统的体系结构和运行 原理) 先进制造技术与装备(数控技术) 系统科学理论与系统工程技术(非线性/混沌) 现代管理控制理论与技术 计算机与信息技术(仿真分析)
3、制造系统的发展历史 技术层面： ① 刚性制造系统
整体制造法：直接采用毛坯高速切削加工
汽车制造
多品种变批量，柔性生产线
模具制造
高转速、高进给、低切削深度可改善模具型 腔表面质量
超精密加工技术
加工精度高于0.1um 1、超精密切削对刀具的要求
极高的硬度、耐用度和弹性模量 刃口能磨得极其锋锐 刀刃无缺陷
与工件材料的抗黏结性好、化学亲和力小、 摩擦因数低，加工表面完整性好
超高速加工技术 1、背景：
数控机床、加工中心、柔性制造系统的应用， 使机床空行程动作的速度和零件生产过程的 连续性大大加快，缩短了机械加工的辅助工 时。 主要矛盾：切削工时 提高切削速度和进给速度
2、超高速加工理论
德国切削物理学家1931年萨洛蒙Salomon P76萨洛蒙曲线
常规的切削速度范围内：切削温度随切削速 度的增大而升高 达到某一数值，相反
3、超高速加工技术的特征
超高速的标志：被加工塑性金属材料在切除过程中的剪切滑移速 度达到或超过某一阈值，趋向最佳切除条件，使得切除被加工材 料所消耗的能量、切削力、工件表面温度、刀具磨损、加工表面 质量、加工效率等明显优于传统切削速度下的指标。
技术指标：加工时间减少90％ 经济指标：加工费用减少50％
⑤ 全球制造系统
20世纪末
根据全球化的产品需求，通过网络协调和运 作，把分布在世界各地的制造工厂、供应 商和销售点连接成一个整体，由此构成具 有统一目标的在逻辑上为一整体而物理上 分布于全世界的跨企业和跨国制造系统， 从而完成具有竞争优势的产品制造和销售。

现代制造系统(v4.1)5B 可重构制造系统


例题1，续：
两种零件生产获得的单件净利润分别为 A零件300元，B零件200元。
两种零件都需要车加工和铣加工，单件所需工时 如下 A零件车加工0.1小时，铣加工0.5小时； B零件车加工0.4小时，铣加工0.2小时。
例题1，续：
某种组合机床，能够通过更换专用模块当作车床 使用或当作铣床使用；该工段有5台这种设备，用 于上述两种零件的车、铣加工。 每台设备每季度的生产能力近似当作500小时。
也称作代码重构refactoring指在不改变软件的功能和外部可见性的情况下改善软件的结构为了提高软件的清晰性规范代码增加注释可扩展性例如将常量改成变量可重用性例如将重复代码封装成函数而对软件进行的改造
现代制造系统
第5章 柔性与可重构制造系统（2） 东北大学秦皇岛分校 黄亮 n-xyz@
（2）车间级可重构制造系统 以逻辑重构为主，不一定要有可重构机床， 主要在逻辑上重新分配各个机床的任务。 被调整的机床有复合加工能力，为组合机床， 例如：某种铣镗组合机床，只具备两种功能， 没有加工中心功能全面，并且不能自动换刀。 广义上，车间级重构 也包含增、减或更换设备以及车间重新布局等物 理重构手段。
可重构制造系统的应用层次：
可重构制造系统的定义尚未统一，因此所指范围较 广，主要包括 （1）单元级RMS：主要研究可重构产品，如可 重构机床、可重构机器人等； （2）车间级RMS：主要研究逻辑重构方法，类 似于成组技术，也称为快速重组制造； （3）企业级RMS：研究网络化的企业组织结构、 分形企业、业务流程重组等； （4）跨企业RMS：研究企业动态联盟、敏捷制 造系统等。
例题1，问题1，分析冬季：
A零件车加工负荷0.1×1000=100小时， A零件铣加工负荷0.5×1000=500小时， B零件车加工负荷0.4×5000=2000小时， B零件铣加工负荷0.2×5000=1000小时。 由于A零件单件盈利较多，所以优先满足零件A生 产，5台设备先分配1台为车床，1台为铣床。再考 虑B零件生产，剩下的设备分配为2台车床和1台铣 床。 所以最终方案：3台车床，2台铣床，利润80万元。 与秋季方案对比，有1台机床需重构。

制造系统

制造系统特性
结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分 发挥效能，必须有软件支持。 硬件
软件
图1-3 制造系统结构特性
9
1.1.3 制造系统
转变特性
主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。
原材料 供应者 原材料 库存 零件 加工 零件 库存 装配 成品 库存 最终 用户
获取阶段
转变效率：生产率 = 输出/输入 输入 输出
生产过程
生产要素 生产财富
效益
有形 （产品）
+ -
生产对象（原材料） 生产资料（直接、间接） 能源 资金 劳动力信息（知识、技能、情报…）
图1-1 生产的定义
无形 （服务）
3
1.1.1 生产与制造
制造
广义理解：制造 = 生产 CIRP定义：制造包括制造企业的产品设计、材料选 择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在 联系的运作和活动。 狭义理解：生产过程从原材料→成品直接起作用的 那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装 配、检验、包装等具体操作（物质流）。
16
1.2.2 制造业在国民经济中的地位
◆ 图1-8显示了当今制造业的社会功能。 冶金机械 动力机械 纺织机械
建筑机械
交通工具 环保设备 军事装备 医疗设备 机器制造 农业机械
家用电器
制造业
通讯设备 出版印刷 网络媒体 文化娱乐 化工设备
图1-8 当今制造业的社会功能
17
1.2.2 制造业在国民经济中的地位 美日两国汽车产量在世界市场所占份额
进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智 能化、精密化和清洁化的方向发展。
15
1.2.2 制造业在国民经济中的地位

系统工程(清华大学)

系统工程导论 29
清华大学本科限选课程
钱学森
中国航天之父 中国火箭、导弹和航天技术的重要奠基人。
感动中国2008年度人物。
感动中国推选委员会阎肃： 大千宇宙 浩瀚长空，全纳入赤子心胸。 惊世两弹 冲宵一星，尽凝铸中华豪情，霜鬓不坠青云志。 寿至期颐 回首望去，只付默默一笑中。 钱学森先生引入“不太可靠的元件通过冗余技术可以 组成可靠的系统”的思想，开创了中国的航天领域研究， 是中国导弹航天技术跻身世界前沿。

中国春秋时期老子：“道生一、一生二、二生三、三生 万物” ……
清华大学本科限选课程
系统工程导论
25
系统运动图
自然科学 （生物）
社会科学 （经济）
哲学 （西方）（东方） 东方系统方法论 （1990's）
一般系统理论（1945） 控制论（1948） 信息论（1948） 中国传统系统 思想（公元前 11世纪）、西 方传统系统思 想（公元前 600年）
3、皇宫修好后，把沟水排掉，用建筑垃圾、废弃
杂物填入沟中，恢复原来大街。
启示
皇宫修复全过程看成一个系统，并划分为若干并行 和交叉作业的子系统。蕴含了“系统工程”思想。
清华大学本科限选课程 系统工程导论 14
第二阶段：突然崛起
大体上形成于上世纪50、60年代 经典成功案例（美国）
北极星导弹核潜艇计划
鱼嘴岷江分水工程
飞沙堰分洪排沙工程
宝瓶口引水工程
清华大学本科限选课程
系统工程导论
13
丁渭工程
北宋真宗时期（998-1022年），皇城失火，宫殿 被毁。皇帝任命丁渭负责修复皇宫。丁渭的方案是： 1、皇宫旧址前原有大街处挖一沟渠，挖沟的土烧 砖，解决部分建筑材料问题。 2、开封附近的汴水引入沟内，形成航道，从外地 运输沙石木料。
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j
)qij
F (Mi , tj) 为Mi 状态时变迁 tj 的发生率
S3 i 1,2,, s: t j 被M i 使能
三、基于Petri网的系统性能分析
1.系统实例(看板制造系统) MC (Manufacturing Center)：制造中心 OH (Output Hopper)：输出存储器 BB (Bulletin Board)：布告牌
二、随机过程的基本概念
T t T 。 设t 为过程参数（如时间等） ， 为参数集， X (t )
是对于每
一个 t 的随机变量，则这些随机变量的集合{ X (t ) : t T } 即为一随机过 程。
X (t ) 在制造系统研究中，参数t 一般表示时间，将
的取值叫做系
X (t ) 所有取值的集合则称为状态空 统（随机过程）在时间t 的状态，
单元2 中机床可用
零件与看板在单元2 输入缓冲器中 零件在单元2 中加工 零件与看板在单元2 输出缓冲器中 布告牌3 中有看板 单元3 中机床可用 零件与看板在单元3 输入缓冲器中 零件在单元3 中加工 零件与看板在单元3 输出缓冲器中
8
9 10 11
单元3 中的一台机床开始加工一个零件
单元3 中的机床加工零件结束 顾客到达系统 顾客取走零件
间，记为S 。
X (t ) 例如，考虑制造系统中某工作站前工件的排队情况，以
表示
t
t
时刻的工件队列长度。由于系统运行时受多种随机因素的影响，随着 t 的变化，X (t ) 的取值也将随 而随机变化。因此，在系统运行过程中， 该工作站前工件队列长度的变化过程即为一随机过程。
又如，一柔性制造系统（FMS）由一台立式加工中心、一台卧式 加工中心和一台自动导引车（AGV）组成，为对系统的运行过程进行 研究，考虑以下状态： 状态 0：全部设备正常； 状态 1：AGV 正常，立式加工中心发生故障； ； 状态 2：AGV 正常，卧式加工中心发生故障； ； 状态 3：AGV 正常，两台加工中心发生故障； ； 状态 4：AGV 出现故障。
PX (t j ) j X (ti ) i; X (tk ) k 对于0 tk ti PX (t j ) j X (ti ) i
安装
D=3
工人(1) 等待 循环
第四遍 A阶段：时钟推进=3， 时钟=9 B阶段：三号机安装结束，活动时间=3-3=0 一号机加工继续，活动时间=7-3=4 二号机加工继续，活动时间=10-3=7 C阶段：三号机加工开始，活动时间=10 停止队列空， 安装不能开始 停止 加工 D=10 机床(3) 循环 就绪 工人(1) 安装 等待 1 循环 D=3
8-4 Petri 网分析方法
一、简介
Petri网分析方法是在建立制造系统的Petri 网模型基础上，根据 Petri网的基本指标计算方 法，求解系统性能指标，对系统的运行状态进行 分析的有力工具，在制造系统分析与规划等方面
得到了广泛应用。
二、基本指标计算
1.库所令牌数等于k的概率
PROB( pi , k )
17
18
将要到达系统的顾客
在队列中等待的顾客
3.系统性能分析
(1)设备瞬时利用率
U m1 M ( p5 ) / n1 U m 2 M ( p10 ) / n2 U m3 M ( p15 ) / n3
(2)设备平均利用率
U m1 ET ( p5 ) / n1 U m 2 ET ( p10 ) / n2 U m 3 ET ( p15 ) / n3
三、基于活动循环图的仿真算法
1. 输入信息 (1)每一活动的活动周期（持续时间），如机 床的加工时间等。 (2)每一队列的排队规则，如FCFS、SPT。 (3)系统的初始状态，如初始队列长度等。 2. 仿真算法 最小时钟原则三阶段离散事件仿真算法
A阶段（时钟推进）： 检查每一活动的活动时间剩余值，选择最小值 作为时钟推进量，进行时钟推进。进行数据处理和 动态图形显示。 若仿真时间未到终值，转入B阶段，否则结束。
X (t ) 表示 时刻系统所处 则系统的状态空间 S 0 ， 1， 2 ， 3 ， 4 。以 X (t ) 的实际状态，由于故障的发生往往是随机的，因此系统状态
t t
将随
X (t ) 为一随机过程。 变化而随机变化。因此，
三、马尔可夫过程
1．定义 连续时间马尔可夫过程或称连续时间马尔可夫链 (Continuous Time Markov Chain，简称 CTMC)，是一类具有离散状态空间 S 及连 续时间的随机过程，且对于所有 tk 0, ti 0, t j ti ，及i, j, k S ，存在
p5
t3
p3 n1
p10
t6
p8 n2
p15 t9 p16
p13 n3
p18
p6
p11
库所 编号 1 2 3 毛坯准备好 布告牌1 中有看板 单元1 中机床可用 意义 编号 1 2 3
变迁 意义 一个零件与一个看板进入输入缓冲器1 单元1 中的一台机床开始加工一个零件 单元1 中的机床加工零件结束
4
5 6 7
零件与看板在单元1 输入缓冲器中
零件在单元1 中加工 零件与看板在单元1 输出缓冲器中 布告牌2 中有看板
4
5 6 7
一个零件与一个看板进入输入缓冲器2
单元2 中的一台机床开始加工一个零件 单元2 中的机床加工零件结束 一个零件与一个看板进入输入缓冲器3
8
9 10 11 12 13 14 15 16
(3)单元i中的在制品数Zi
Z1 ET ( p4 ) ET ( p5 ) Z 2 ET ( p9 ) ET ( p10 ) Z 3 ET ( p14 ) ET ( p15 )
(4)系统生产率P
P TR(t9 )
(5)制造通过时间
ET ( p4 ) ET ( p5 ) ET ( p9 ) ET ( p10 ) T TR(t1 ) TR(t 4 ) ET ( p14 ) ET ( p15 ) TR(t7 )
式中

jS 2
j
S2 j 1,2,, s: M j ( pi ) k
j 为状态 M j对应的稳态概率，S为状态总数
2.库所令牌数的期望值
ET ( pi ) kPROB ( pi , k )
k 1
K
式中
K 是包含于任一可及状态中的 pi 的最大令牌数
3.库所平均等待时间
5-5 基于随机过程理论的分析方法
一、简介
随机因素是影响现代制造系统复杂性和运行性 能的重要因素。因此，建立描述随机因素对制造系 统性能影响的数学模型从而揭示其规律，对制造系 统的研究、开发和应用具有重要价值。 基于随机过程理论的马尔可夫链模型为描述随 机因素对制造系统的影响，和揭示在随机因素作用 下，制造系统的内在规律、行为举止和运行状态的 动态变化等提供了一种有力的工具。下面对这一模 型的基本知识作一介绍。
停止 加工 D=10 机床(3) 循环 就绪 安装 工人(1) 等待 1 循环
D=3
仿真运行过程
第一遍 A阶段：时钟推进=0 时钟=0 B阶段：无活动终止， 无状态更新 C阶段：一号机安装开始，活动时间=3
2.3 停止 加工 D=10
机床(3) 循环 就绪
工人 A阶段：时钟推进=3 时钟=3 B阶段：一号机安装结束，活动时间=3-3=0 C阶段：二号机安装开始，活动时间=3 一号机加工开始，活动时间=10
第五章 制造系统性能分析
5-1 概述
5-2 基于排队理论的分析方法
5-3 计算机仿真分析方法
5-4 Petri网分析方法
5-5 基于随机过程理论的分析法
5-3 计算机仿真分析方法
一、基本概念
1. 仿真的定义
在建立系统模型的基础上，借助于在计算机上的实验，对 系统模型按一定规则由一个状态变换为另一个状态的动态行为 进行描述。
WAIT ( pi )
t j IT ( pi )
ET ( pi ) TR(t j )
t j OT ( pi )
ET ( pi ) TR(t j )
式中
IT(pi)与 OT(pi)分别为pi 的输入变迁集和输出变迁集
4.变迁发生率
TR(t j )
式中
F ( M , t
jS3 i i
MC
BB OH BB
MC
OH
Ck-2
Ck-1
Ck
Ck+1
2.Petri网模型 (三单元看板制造系统) Ni 和ni 分别为单元i的看板数和机床数 M 为在系统出口处等待已加工好零件的顾客队列的最大数目
‧
p1
N1
t1 p4 t2
t4 p9 t5
p2
p7
N2
t7
p14 t8
p12
N3
t11 p17 M t10
3
停止
加工 D=10 机床(3) 循环 就绪 工人(1) 安装 等待 循环
D=3
第三遍 A阶段：时钟推进=3， 时钟=6 B阶段：二号机安装结束，活动时间=3-3=0 一号机加工继续，活动时间=10-3=7 C阶段：三号机安装开始，活动时间=3 二号机加工开始，活动时间=10 停止 加工 D=10 机床(3) 循环 就绪
二、制造系统仿真分析的步骤：
(1)问题描述、原始数据收集（如生产计划、工艺 路线、设备数据等）。 (2)仿真建模 根据系统结构、问题描述和原始数据，建立尽可 能符合实际的仿真模型。 (3)实验设计 确定仿真方案、仿真次数、仿真时间、初始状态 等。 (4)仿真运行 编程、输入参数、运行、数据统计。 (5)结果分析 根据仿真运行过程的统计数据，计算系统的性能 指标，如设备利用率、队列长度、系统生产率、工件 平均通过时间等。