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同济大学-生产系统学2016-2017复习提纲（王家海）
第一章 生产系统的组成
系统工程学就是为了研究多个子系统构成的整体系统所具有的多种不同目标的相互协调，
以期系统功能的最优化、最大限度地发挥系统组成部分的能力而发展起来的一门科学。

机械工程是设计制造机械产品的工作，系统工程在生产系统中的应用就是设计生产系统的工作。系统工程学就是设计生产系统的理论和方法。

机械制造系统的任务是：
(1)将材料或毛坯转变成一定形状和尺寸的零件或产品；
(2)提高工件的质量，使之达到所要求的形状精度、尺寸精度和表面质量；
(3)尽可能使制造过程在最佳条件下进行，以达到高的加工效率和低的生产成本。

单台机床机械制造系统的基本组成部分包括机床、工具和制造过程。一个机械制造系统就是由这三部分所组成的闭合回路系统。

系统的特性：
（1） 集合性
（2） 相关性
（3） 目的性
（4） 环境适应性

生产要素包括如下四个方面内容：
（1）生产对象
（2）生产劳动
（3）生产资料
（4）生产信息

生产系统子系统：
（1）决策管理子系统
（2）设计技术子系统
（3）生产计划子系统
（4）物资供应子系统
（5）产品销售子系统
（6）人事教育子系统
（7）成本财务子系统
（8）制造过程及辅助生产子系统

系统工程学的出现，使人们逐渐认识到，应把生产过程中的能量转换、材料加工和信息传递等各种生产活动看作一个不可分割的生产系统来进行研究，只有树立系统的观点和
采用系统分析的方法，着重研究组成生产系统总体的各局部之间的相互联系与相互作用，
从中找出主要的影响因素，并采取有效措施加以解决，才能求得系统整体的优化，从而推
动机械制造领域的技术进步和不断提高制造工业的生产水平。

第一章 成组技术
成组技术的原理归结为：利用事物的相似性。由于许多问题是相似的，把相似的问题归并成组，便可以找到一个单一的解决一组问题的解答，从而节省了时间和精力，这就是成组技术(Group Technology简称GT)。
n 依靠设计标准化而有效地保持不同产品之间的结构—工艺继承性
n 通过工艺标准化而充分利用零部件之间的结构—工艺相似性
n 结构—工艺继承性是设计标准化的前提
n 结构—工艺相似性则是工艺标准化的基础。

零件分类编码系统：
奥匹兹系统：
n 系统由九位代码组成，每一位都设有10个特征码。
n 前5位：形状码—主码。
n 后4位：辅助码—副码。
n 形状码
n 第一位：零件的种类和尺寸特征
n 第二位：零件外部的主要结构特征
n 第三位：零件的内部形状特征
n 第四位：平面加工
n 第五位：辅助孔及齿
n 辅助码：
n 第一位：尺寸
n 第二位：材料
n 第三位：原始形状（毛坯形式）
n 第四位：精度特征

JLBM-1分类编码系统：
n 系统由15位代码组成，每一位有10个特征码
n 第1-2位：零件分类（名称矩阵）
n 第3-9位;形状及加工特征（内、外部形状与加工、平面、端面和辅助加工）
n 第10-15位:辅助码（材料、毛坯、热处理、主要尺寸与精度）

编码系统分类法:
1.特征码位分组法
2.码域矩阵法

单链聚类分析:P15

第二章 计算机辅助产品开发设计
CAD 的基本功能
1． 交互式图形显示与几何模型的构造
2． 工程计算分析和优化及对设计的模拟、验证
3． 计算机自动绘图与辅助文档编辑
4． 工程数据库和图形库的管理与共享

CAD 的硬件系统`
１． 大型主机系统
２． 独立型系统
３． 以超级微机组成的工作站系统
４． PC/CAD 系统（PC CAD W/S）

CAD 的软件系统
1．操作系统
2. CAD支撑软件
3．应用软件

几何造型方法主要有：线框模型、曲面模型、实体模型和特征造型。

并行工程就是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程（包括制造、销售和使用）的系统方法。其目的在于追求新产品的易制造性、缩短上市周期、提高质量和降低生产成本，以增强产品的市场竞争能力，以及考虑社会总体效益。

第三章 计算机辅助工艺设计
CAPP 系统的组成
（1） 零件描述
（2） 工艺路线生成
（3） 工序设计
（4） 工序设计

CAPP(Computer Aided Process Planning，又称计算机辅助工艺设计)是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。

面向车间的动态CAPP系统：P41

零件信息的描述都将涉及以下内容：
（1）零件的材料、物理性能以及毛坯形式；
（2）零件表面的几何形状；
（3）零件表面的尺寸和公差；
（4）零件表面的几何精度和粗糙度；
（5）零件各表面之间的连接关系；
（6）零件各表面之间的形位公差关系。

零件信息描述方法：
（1）借助零件图号和成组编码检索；
（2）基于特征的零件信息描述；
（3）直接利用 CAD 系统的数据；
（4）建立集成的零件产品模型。

工艺过程生成的方法（四种）：
1. 检索法 CAPP 系统
2. 派生法 CAPP 系统
3. 创成法 CAPP 系统
4. CAPP 专家系统

一个零件族通常包含若干个零件，把这些零件的所有形面特征"复合"在一起的零件称为主样件。

主样件的设计步骤是：先将产品的所有零件图纸大概分为若干零件族，在每个
零件族中挑选一张形面特征最多、工艺过程最复杂的零件图纸作为参考零件。再分析其余
零件图纸，找出参考零件中没有的形面特征，逐个加到参考零件上，最后形成该零件族的
主样件。

创成法工艺生成与派生法的最根本差别在于系统事先不存有零件族的典型工艺过程。

创成法工艺生成的基本原理：
第一步是通过某种逻辑判断工具或规则，确定哪些工艺方法能够加工这一形面特征，然后递推中间的工艺方法，构成加工链。
第二步是将加工一个零件中的各形面特征的相同工艺方法，纳入同一工序，并按照加工工艺的要求进行工序的排序，构成工艺路线。
第三步是对每一工序中的工步进行详细设计。

所谓专家系统是在特定领域里具有与该领域的人类专家相当的智能水平的计算机知识处理程序系统。

CAPP 专家系统有三个突出的优点，是其它 CAPP 系统难于实现的。
（1）柔性
（2）透明性
（3）可扩展性

第四章 计算机辅助企业生产管理
MRP(Material Requirement Planning，物料需求计划)理论。MRP理论重点只针对“物料”这一种资源。它是利用主生产计划(MPS)，物料用量清单(BOM)、库存(INVENTORY)和未交订单(OPBNORDER)等各种资料，经计算而得到未来的需求状况，同时提出各种订单补充的建议，以及修正各种己开出订单的一种实用技术。

在闭环式 MRP 的基础上，把企业的各种活动(如金钱、机器、材料、人力、时间……等)加以统一考虑，形成了一个集采购、库存、生产、销售、财务、工程技术等为一体的子系统，发展成为 MRPII 理论（Manufacturing Resource Planning，制造资源计划）。

企业资源计划 ERP(Enterprise Rewsource Planning)的基本思想是，把企业作为一个
有机整体，从整体优化的角度出发；运用科学的方法，对企业各种制造资源和产、供、销、
财务等各个环节进行合理有效的计划、组织、控制和调整，使它们在生产过程中协调有序，
并充分发挥作用，从而提高企业的管理水平和经济效益。

ERP 系统主要包括：（十大）
1. 主生产计划
2. 物料需求计划
3. 能力需求计划
4. 库存管理
5. 车间作业管理
6. 财务管理
7. 成本管理
8. 项目管理
9. 质量管理
10. 企业建模

作业排序的优化目标包括以下几个方面：
（1）总加工工时最短；
（2）零件平均通过时间最短；
（3） 机床利用率最高；
（4）不按期交货或交货误期最少；
（5）加工总成本最低。

机械加工主要约束条件如下：
（1）加工顺序约束
（2）资源约束
（3）工序不可中断约束

在生产实施中，需要进行不同程度的修改或调整，这样才能在规定的时间内按计划的产品数量达到预定的生产目标。这种功能就叫生产控制。

生产控制包括下列基本功能：
（1）物流逻辑控制
（2）生产资源控制

第五章 独立制造岛
独立制造岛的主要特征：
（1）以成组技术为基础
（2）数控机床与普通机床并存
（3）以软件取胜
（4）综合治理、权力下放

独立制造岛的功能：
（1） 工艺编制
（2） 数控编程
（3） 计划调度
（4） 物料管理
（5） 质量控制

第六章 柔性制造系统
柔性自动化具有多种形式：如独立制造岛、柔性制造单元、柔性制造系统、柔性生产线和自动化工厂等。

提高制造系统的柔性和生产率的主要措施：
（1）刀具和工件的自动输送和供给；
（2）借助计算机实现机床的合理利用和作业调度；
（3）制造过程的计算机监控；
（4）机床及输送系统的预防性维护和检修。

典型的柔性制造系统由以下四个部分组成：
（1）与系统兼容的加工中心和数控机床
（2）能完成工件输送、搬运以及储存功能的工件供给系统；
（3）刀具供给系统，包括刀具的输送、交换和储存装置以及刀具的预调和管理；
（4）系统的控制和管理，以及加工过程的监控。

柔性制造系统的机床应满足的要求：
（1）工序集中
（2）易控性
（3）兼顾柔性和生产率

柔性制造系统所用的机床结构设计上形成了两个基本型式：
1.柔性化组合机床
2.模块化加工中心。

柔性制造系统的机床配置：
（1）“互替”机床
（2）“互补”机床

工件流支持系统
１． 托板交换装置
（1） 回转式托板交换装置
（2） 往复式托板交换装置
2. 工业机器人
3．感应线导式输送车
4．数控有轨运输车

柔性制造系统的工件流控制内容：
（1）随行夹具的安装调整
（2）工件装夹
（3）输送控制

第八章 计算机集成制造系统
CIMS的五层递阶结构

1． 工厂层控制系统：（1）生产管理；（2）信息管理；（3）制造工程。
2． 车间层控制系统：（1）任务管理模块；（2）资源分配模块。
3． 单元层控制系统：（1）排队管理模块；（2）调度模块；（3）分配模块。
4． 工作站层控制系统
5． 设备层控制系统
CIMS 的主要特征是“四化”——计算机化、信息化、智能化和集成优化。

CIMS 是由管理信息系统、工程设计自动化系统、制造自动化系统和质量保证系统这 4 个功能分系统以及计算机通信网络和数据库系统这 2 个支撑分系统组成：
1．四个功能分系统
（1）管理信息系统
（2）工程设计自动化系统
（3）制造自动化系统
（4）质量保证系统
2．两个支撑分系统
（1）计算机通信网络
（2）数据库系统

CIM概念：
CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统。
CIM 是一种概念，一种哲理，它是用来组织现代工业生产的指导思想。
包含两个基本的观点：（1）系统的观点；（2）信息化的观点
CIM 是一种新的制造思想和技术形态，是未来工厂的一种模式；是信息技术与制造过程相结合的自动化技术与科学。通俗地说，CIM 是 CAD(计算机辅助设计)、CAPP(计算机辅助工艺设计)、 CAM(计算机辅助制造)、 MRPⅡ(制造资源计划)等自动化技术发展的继续和在更高水平上的集成。
计算机集成制造系统则是在 CIM 这个新概念指导下建立的生产系统，具体地说，它是在信息技术、自动化技术、管理与制造技术的基础上，通过计算机及其软件的辅助把制造过程中各种分散的自动化系统有机地集成起来，以形成适用于多品种、中小批量生产的追求总体高效益的智能制造系统

第九章 生产系统的规划设计
生产系统的物理子系统一般由生产设备、辅助设备、动力设备等组成。
物理子系统的设计主要包含以下几个方面：资源需求设计、资源配置设计、物料流设计、缓冲容量设计。

自治单元这种生产组织方式主要针对单件、小批生产方式。
自治制造单元的劳动组织具有如下特点：
n 工作小组制
n 完整加工原则
n 自主控制
n 自行负责

第十章 生产系统的发展趋势
精益生产就是通过消除企业所有环节上的不增值活动。来达到降低成本、缩短生产周期和改善质量的目的。

精益生产的特征可以总结为：
1.以用户为“上帝”
2.以“人”为中心
3.以“精简”生产过程为手段
4.以产品的“零缺陷”为最终目标。

精益生产三根支柱：
（1）全面质量管理
（2）准时生产和零库存
（3）成组技术

敏捷制造: 指制造业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），以有效、协调的方式响应用户的需求，实现制造的敏捷性。

补充：
制造执行系统
定义：MES的全称是“制造执行系统”，指的“位于上层的企业资源计划（ERP）与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”。订单的商业处理过程是在ERP进行，而产品的生产过程是在车间层进行的。MES是两者之间联系的桥梁并实现对生产的控制。

制造执行系统主要模块：（三大模块）
1. 制造模块
2. 质量模块
3. 人员模块

制造执行系统核心功能：（11点）
1、 资源管理
2、 工序调度
3、 单元管理
4、 过程管理
5、 人力资源管理
6、 设备维护管理
7、 质量管理
8、 文档管理
9、 生产跟踪
10.性能分析 11、现场数据采集
制造系统建模与仿真
仿真的意义
n 优化系统设计
n 节省经费
n 进行假设检验
n 为管理决策和技术决策提供依据

系统分类
根据系统状态是否随时间连续变化，可以将系统分为连续系统和离散事件系统两大类模型。

离散事件系统建模与仿真中的基本元素：
n 实体（Entity）
n 属性(Attribute)
n 状态（State）
n 事件(Event)
n 活动(Activity)
n 进程（Process）
n 仿真时钟（simulation clock）
n 规则（Rule）

离散事件系统的建模方法
（1）活动循环图法
（2）马尔科夫过程
（3）Petri网
（4）排队系统模型

排队系统模型都有
1.输入过程、
2.服务规则
3.服务台

服务规划规则：
1.损失制、
2.等待制
3.混合制

建立系统模型的常用方法
1. 分析与综合 6.层次分析法（AHP）
2. 抽象与概括
3. 归纳与总结
4. 演绎与推理
5. 比较与类比