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1、 现代制造系统现代制造系统现代制造系统现代制造系统第第 1 章章 制造系统总论制造系统总论第第 2 章章 制造系统基本原理制造系统基本原理第第 3 章章 先进制造模式先进制造模式 第第 4 章章 先进设计技术先进设计技术第第 5 章章 先进制造装备及技术先进制造装备及技术 第第 6 章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术 第第 7 章章 绿色设计与制造绿色设计与制造第第 8 章章 典型产品的制造系统典型产品的制造系统 第第 9 章章 制造系统展望制造系统展望 第第第第2 2章章章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理2.1 制造系统的类型制造系统的
2、类型2.2 AMS的组成的组成 2.3 AMS的性能原理的性能原理2.4 AMS的建模原理的建模原理2.5 AMS的决策属性的决策属性2.6 AMS的设计原理的设计原理 2.7 AMS的运行原理的运行原理 2.8 制造系统的信息化制造系统的信息化 2.7 2.7 AMSAMS的运行原理的运行原理的运行原理的运行原理 2.7.1 AMS的运行功能的运行功能2.7.2 生产计划、生产计划、MRP与与ERP2.7.3 生产控制生产控制 2.7.4 AMS的控制方式的控制方式 2.7.1 2.7.1 2.7.1 2.7.1 AMSAMS的运行功能的运行功能的运行功能的运行功能AMS的的运行运行问题问题
3、主要是主要是管理与控制管理与控制问题问题。AMS管管理理与与控控制制的的主主要要目目标标是是合合理理计计划划、调调度度与与控控制制物物流流，减减少少制制造造系系统统中中的的“空空闲闲时时间间”，提提高高制制造造设设备备的利用率，以提高生的利用率，以提高生产产率。率。AMS的的运行包含两个方面运行包含两个方面：v1)1)生生产产计计划划，它它决决定定什什么么时时候候生生产产、生生产产多多少少以以及及生生产产什什么产品，它也考虑为完成生产所需要的资源；么产品，它也考虑为完成生产所需要的资源；v2)2)生生产产控控制制，它它决决定定进进行行生生产产所所需需要要的的资资源源是是否否已已被被提提供供，如
4、果没有则采取必要的行动。如果没有则采取必要的行动。AMS运运行行有有时时还还包包含含库库存存控控制制功功能能，该该功功能能主主要要用用于决定合适的于决定合适的原材料、在制品和成品原材料、在制品和成品的库存水平。的库存水平。2.7.1 2.7.1 2.7.1 2.7.1 AMSAMS的运行功能的运行功能的运行功能的运行功能AMSAMS运行问题的求解运行问题的求解取决于制造系统的类型。取决于制造系统的类型。1)1)对对于于多多品品种种小小量量生生产产类类型型的的制制造造系系统统，生生产产的的产产品品通通常常是是复复杂杂的的并并包包含含许许多多部部件件，每每个个部部件件都都需需要要多多个个工工步步才
5、才能能完完成成。有有效效地地运运行行这这类类制制造造系系统统要要求求详详细细的的生产计划生产计划，排序和协调大量不同的部件生产。，排序和协调大量不同的部件生产。2)2)对对于于大大量量生生产产的的制制造造系系统统，往往往往采采用用流流水水线线布布局局，这这类类制制造造系系统统的的运运行行问问题题相相对对简简单单，只只要要保保证证正正确确的的部部件件在在正正确确的的时时间间到到达达正正确确的的工工位位即即可可。但但是是一一旦旦不不能进行能进行正确的控制正确的控制，则会造成整条线停止的重大后果。，则会造成整条线停止的重大后果。多品种小量生产多品种小量生产的运行着重考虑的运行着重考虑生产计划生产计划
6、问题。问题。大量生产大量生产则着重考虑则着重考虑生产控制生产控制问题。问题。2.7.1 2.7.1 2.7.1 2.7.1 AMSAMS的运行功能的运行功能的运行功能的运行功能图图2-24给给出出了了制制造造系系统统运运行行所所需需的的功功能能模模块块和它们之间的关系。和它们之间的关系。整整个个运运行行功功能能可可从从计计划划和和控控制制两两个个角角度度来来划划分层次。分层次。划分层次的目的有两个：划分层次的目的有两个：v体现生产管理由粗到细的深化过程；体现生产管理由粗到细的深化过程；v为了明确不同管理层的责任。为了明确不同管理层的责任。2.7.1 2.7.1 2.7.1 2.7.1 AMSA
7、MS的运行功能的运行功能的运行功能的运行功能图图2-24 制造系统的运行功能图制造系统的运行功能图a)生产计划系统的层次生产计划系统的层次 b)生产控制系统的层次生产控制系统的层次 b)宏宏观观规规划划介介观观计计划划微微观观计计划划生产计划大纲生产计划大纲销售预测销售预测供应商数据库供应商数据库生产的产品生产的产品主生产计划主生产计划物料需求计划物料需求计划能力计划能力计划产品设计产品设计库存记录库存记录采购部采购部车间作业控制车间作业控制加工车间加工车间装配车间装配车间原材料原材料部件生产商部件生产商客客户户数数据据库库销售订单销售订单公司经营规划公司经营规划a)短期短期中期中期中长中长期
8、期期期长期长期远期远期总总控控级级过过程程级级执执行行级级公司控制层公司控制层工厂控制层工厂控制层车间控制层车间控制层设备控制层设备控制层调调度度级级 2.7.1 2.7.1 2.7.1 2.7.1 AMSAMS的运行功能的运行功能的运行功能的运行功能（1）生）生产计产计划系划系统统的的层层次次企业的生产计划系统一般分为企业的生产计划系统一般分为5个层次：个层次：v1 1）企业经营规划（计划期为）企业经营规划（计划期为37年）年）v2 2）生产计划大纲）生产计划大纲（又称为销售与生产规划，又称为销售与生产规划，计划期为计划期为13年）年）v3 3）主生产计划（计划期为）主生产计划（计划期为31
9、8周）周）v4 4）物料需求计划）物料需求计划（计划期为（计划期为318周）周）v5 5）车间作业控制（计划期为）车间作业控制（计划期为1周）周）每每一一层层计计划划都都是是对对上上一一层层计计划划的的进进一一步步细细化化和和补补充充。这这些些计计划划分分别别反反映映了了企企业业远远长长期期、中中长长期期、中中期期和和短短期期的的行行为为，并并由由相相应应的的计计划划管管理理人人员员负负责责。其其中中，主主生生产产计计划划是是粗粗略略的的生产计划，物料需求计划则是生产计划，物料需求计划则是详细的详细的生产计划。生产计划。2.7.1 2.7.1 2.7.1 2.7.1 AMSAMS的运行功能的运
10、行功能的运行功能的运行功能（2）生）生产产控制系控制系统统的的层层次次制造系统生产控制的任务一般分为制造系统生产控制的任务一般分为4 4级：图级：图2-24bv总控级、调度级、过程级和执行级总控级、调度级、过程级和执行级。根据主生产计划，一般离线进行加工计划的制定。根据主生产计划，一般离线进行加工计划的制定。总控级总控级是整个生产控制系统的心脏。总控级的任务有：是整个生产控制系统的心脏。总控级的任务有：v工艺控制，如工艺控制，如NC程序管理和分配；程序管理和分配；v工况数据的采集与处理，图形显示等；工况数据的采集与处理，图形显示等；v监控与诊断，检查故障的情况与原因等。监控与诊断，检查故障的情
11、况与原因等。调调度度级级完完成成调调度度控控制制，如如根根据据任任务务单单进进行行内内部部调调度度，产产生生工件和刀具流的控制数据。工件和刀具流的控制数据。过程级过程级则直接控制加工设备、传送系统、仓库等执行级。则直接控制加工设备、传送系统、仓库等执行级。2.7.1 2.7.1 2.7.1 2.7.1 AMSAMS的运行功能的运行功能的运行功能的运行功能生产控制系统生产控制系统硬件的主体硬件的主体是计算机系统。是计算机系统。各层各层计算机系统计算机系统一般采用多客户机一般采用多客户机/服务器结构形式，服务器结构形式，在分布式数据库支持下，通过网络传递数据和信息。在分布式数据库支持下，通过网络传
12、递数据和信息。v公公司司控控制制层层计计算算机机主主要要完完成成经经营营管管理理、战战略略决决策策任任务务和和全全局局信信息息的的管管理、分析及集成管理。理、分析及集成管理。v工工厂厂控控制制层层由由多多台台计计算算机机构构成成的的子子系系统统组组成成，承承担担制制造造系系统统的的生生产产管管理、技术工程和工厂的信息处理任务，要求一定的实时处理能力。理、技术工程和工厂的信息处理任务，要求一定的实时处理能力。v车车间间控控制制层层由由担担任任各各种种车车间间管管理理和和实实时时监监控控的的工工作作站站和和微微机机子子系系统统组组成，要求具有实时处理能力。成，要求具有实时处理能力。v设备控制层设备
13、控制层的计算机直接置入制造加工设备，完成设备控制功能。的计算机直接置入制造加工设备，完成设备控制功能。2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP1.生产计划大纲生产计划大纲 2.主生主生产计产计划划3.MRP与与ERP4.车间车间作作业计业计划划 2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP1.生生产计产计划大划大纲纲生生产产计计划划大大纲纲是是企企业业的的一一个个长长期期生生产产计计划划，它它在在经经营营与与生生产产之之间间架架起起一一座座桥桥梁梁，并并为为主主生生产产计计划划提提供供一
14、一个个框框架架。通通常常针针对对经经营营计计划划的的任任务务，它它必必须回答以下问题须回答以下问题：v某类产品在今后某类产品在今后13年或更长一段时间内，年或更长一段时间内，需要制造多少？制造这些产品需要哪些资源？需要制造多少？制造这些产品需要哪些资源？v有哪些可用资源？有哪些可用资源？v采采取取哪哪些些措措施施来来协协调调总总资资源源需需求求和和可可用用资资源源之之间间的的差距？差距？2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP2.主生主生产计产计划划主主生生产产计计划划反反映映了了生生产产对对需需求求的的一一种种承承诺诺，是是对对生生产产
15、计计划划大纲内容的进一步细化。大纲内容的进一步细化。主主要要任任务务：说说明明企企业业在在各各计计划划时时间间段段内内制制造造什什么么项项目目，数数量是多少，并且其汇总结果等于生产计划大纲的总量。量是多少，并且其汇总结果等于生产计划大纲的总量。编制主生产计划的编制主生产计划的主要信息来源主要信息来源：生生产产计计划划大大纲纲、预预计计的的需需求求、可可用用的的资资源源、项项目目的的资资源源使使用定额、制造提前期。用定额、制造提前期。2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP3.MRP与与ERPMRP中的中的MRP是指是指制造资源计划制造资源
16、计划 Manufacturing Resource Planning，指对原版本指对原版本MRP扩展后形成的新版本，扩展后形成的新版本，而而MRP的含义为的含义为物料需求计划物料需求计划 Material Requirement Planning，现在只是现在只是MRP中的一个子系统。中的一个子系统。MRP可可精精确确编编制制企企业业生生产产计计划划、供供应应计计划划、劳劳动动力力计计划划，可可对对不不同同计计划划进进行行测测试试和和评评价价，以以提提高高生生产产率率、减减少少库库存存、降降低成本、进行监控、改善管理水平低成本、进行监控、改善管理水平。MRP提提供供的的是是一一组组软软件件工工
17、具具，是是对对一一个个企企业业的的人人、财财、物物、时间等资源进行全面管理的人机系统。时间等资源进行全面管理的人机系统。2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP3.MRP与与ERP我国目前使用的我国目前使用的MRP大致包括以下模块：大致包括以下模块：物料清单物料清单BOM；生产计划大纲生产计划大纲PP；主生产计划主生产计划MPS；粗能力需求计划粗能力需求计划RCCP；物料需求计划物料需求计划MRP；能力需求计划能力需求计划CRP；车间作业管理车间作业管理PAC；库存管理库存管理IM；3个财务管理，个财务管理，总账总账GL、应收账、应收账A
18、R、应发账、应发账AP；产品成本管理产品成本管理PC；客户订单输入客户订单输入COE，即销售管理。，即销售管理。这这11个模块个模块一般相对独立，但实现时必须有先有后。一般相对独立，但实现时必须有先有后。2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP3.MRP3.MRP与与ERP ERP 目前目前MRPMRPERPERP。ERPERP与与MRPMRP的主要区别的主要区别是：是：vERPERP面面向向供供应应链链管管理理的的信信息息集集成成，扩扩大大了了传传统统MRPMRP系系统统的的制制造造、分分销销、财财务务功功能能，在在需需求求端端增增加加
19、了了客客户户关关系系管管理理CRMCRM，适应企业业务流程重组适应企业业务流程重组BPRBPR；vMRPMRP只是实现了物流和资金流信息的集成。只是实现了物流和资金流信息的集成。vERPERP侧侧重重于于各各种种管管理理功功能能的的信信息息集集成成，它它与与CIMCIM在在内内容容上上有重叠但又是互补的关系。有重叠但又是互补的关系。v在在生生产产计计划划中中，ERPERP支支持持MRPMRP与与JITJIT的的混混合合生生产产管管理理模模式式，也也支支持持离离散型、连续型、混合型等多种生产方式的管理模式。散型、连续型、混合型等多种生产方式的管理模式。图图2-252-25表示了表示了MRPMRP
20、、MRPMRP与与ERPERP三者之间的关系。三者之间的关系。2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP3.MRP与与ERPMRP图图2-25 MRP、MRP与与ERP三者之间的关系三者之间的关系MRP物料清单、订单管理管物料清单、订单管理管理库存、理库存、MRP计算计算能力管理、财务管理能力管理、财务管理 ERP 客户关系管理客户关系管理供应链管理供应链管理设备管理设备管理质量管理质量管理人力资源管理人力资源管理知识管理知识管理电子商务电子商务售后管理、在线分析售后管理、在线分析 2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产
21、计划、MRPMRP与与与与ERPERP4.车间车间作作业计业计划划含含义义在在MRP中称中称为为车间车间作作业业控制控制（Shop Floor Control）。）。它它是是一一种种工工作作日日或或工工作作班班范范围围的的零零件件加加工工工工序序进进度度计计划划，处处于于MRP的最底的最底层层。作作业业计计划划的的任任务务是是为为加加工工单单元元编编制制作作业业顺顺序序计计划划。计计划划编编制制与与调调度度应应兼兼顾顾交交货货期期、设设备备利利用用率率和和系系统统生生产产率率。计计划划与与管管理理的的软软件件系系统统要要编编制制出出作作业业计计划划、刀刀具具需需求求计计划划并并进进行行作作业业
22、的静的静态调态调度和刀具度和刀具预调预调。在在MRP下下达达的的系系统统月月、旬旬或或周周生生产产作作业业计计划划的的基基础础上上，制制定定工工序序级级作作业业计计划划，该该计计划划将将确确定定规规定定的的计计划划期期间间内内各各种种制制造造设设施施的的具具体体使使用用状状况况，每每日日/班班内内加加工工的的工工件件种种类类和和数数量量等等。2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP4.车间车间作作业计业计划划目目标标v合合理理利利用用各各种种资资源源，按按品品种种、质质量量、产产量量和和交交货货期等要求制定可期等要求制定可实实施的生施的生
23、产计产计划。划。v建建立立良良好好的的生生产产秩秩序序，保保证证生生产产过过程程的的平平滑滑性。性。v使使制制造造系系统统的的生生产产率率最最高高、缩缩短短产产品品的的制制造造周周期期、减减少少在在制制品品数数量量、加加速速资资金金周周转转、提提高高系统整体经济效益等。系统整体经济效益等。2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP4.车间车间作作业计业计划划功能功能1）生）生产产任任务务的最的最优优分分组组（批）（批）（Lot-Size Analysis）v 该该功功能能是是将将旬旬或或周周生生产产作作业业计计划划分分解解成成日日或或班班次
24、次计计划划，将将生生产产任任务务（如如被被加加工工的的工工件件）进进行行最最优优分分组组，以以减减少少系系统统的的准准备备调调整整时时间间（Set-up Time），并并均均衡衡地地提提高高系系统统内内各各种种资资源源的的综综合合利利用用率率。常将常将工艺相似工艺相似工件分在一组工件分在一组。2）生）生产产任任务务的最的最优负优负荷平衡（荷平衡（Optimal Load Balance）v负负荷荷是指每台是指每台设备设备所承担的加工或装配工作量。在所承担的加工或装配工作量。在v最最优优负负荷荷平平衡衡的的目目标标是是，在在同同一一组组生生产产任任务务中中使使各各主主要要设设备备的的工工作作时间
25、时间之差最小。之差最小。3）生成系统资源需求计划）生成系统资源需求计划 v为为了了完完成成加加工工任任务务，必必须须在在考考虑虑上上述述问问题题的的同同时时制制定定出出系系统统内内其其他资源的最优需求计划他资源的最优需求计划，例如刀具的需求计划。，例如刀具的需求计划。2.7.2 2.7.2 生产计划、生产计划、生产计划、生产计划、MRPMRP与与与与ERPERP4.车间车间作作业计业计划划功能功能制定生制定生产产任任务务最最优优分分组组策略的策略的标标准有：准有：v生生产产任任务务的交的交货货期（期（Due-Date）限制；）限制；v生生产产任任务务分分组组后的后的组组数数应应尽可能少；尽可能
26、少；v为为每每组组生生产产任任务实现务实现最最优优均衡均衡负负荷荷分配提供条件分配提供条件；v以以系系统统内内其其他他辅辅助助资资源源需需求求限限制制（如如夹夹具具、托托盘盘）作作为约为约束条件。束条件。在在上上述述标标准准中中，尽尽可可能能减减少少生生产产任任务务分分组组的的组组数数是是为为了了减减少少系系统统调调整整的的次次数数，进进而而减减少少系系统统调调整整的的时时间间开开销销。2.7.3 2.7.3 2.7.3 2.7.3 生产控制生产控制生产控制生产控制 1.生产系统调度生产系统调度 2.生产过程控制生产过程控制 2.7.3 2.7.3 2.7.3 2.7.3 生产控制生产控制生产
27、控制生产控制 1.生生产产系系统调统调度度生生产产系系统统调调度度是是一一种种运运行行控控制制。它它动动态态地地根根据据下下级级送送来来的的反反馈馈信信息息和和实实际际的的系系统统状状态态数数据据，决决定定下下一一步步执执行行哪哪一一道道工序。工序。调调度度自自动动化化是是指指根根据据多多种种优优化化目目标标，采采用用计计算算机机的的各各种种算算法自法自动动地完成地完成调调度的任度的任务务。调调度度一一般般应应解解决决问问题题：加加工工工工序序的的最最优优化化和和加加工工工工艺艺路路线线的自的自动优动优化，以及各化，以及各类设备类设备的利用率等。的利用率等。一般生产任务的一般生产任务的调度问题
28、分解为两个子问题调度问题分解为两个子问题：静态调度，动态调度静态调度，动态调度。2.7.3 2.7.3 2.7.3 2.7.3 生产控制生产控制生产控制生产控制 1.生产系统调度生产系统调度 1）静态调度）静态调度（Static Scheduling）是是指指在在系系统统运运行行之之前前预预先先确确定定每每个个任任务务（工工件件）进进入入系系统统的先后顺序。的先后顺序。由由于于任任务务进进入入系系统统的的先先后后顺顺序序严严重重影影响响它它在在系系统统内内的的“通通过时间过时间”，因因此此生生产产任任务务静静态态调调度度的的优优化化目目标标是是使使系系统统的的工工作作时时间间（make spa
29、n）最小。）最小。工工作作时时间间是是指指从从第第一一个个任任务务进进入入系系统统开开始始加加工工到到最最后后一一个个任务完毕离开系统所经历的时间任务完毕离开系统所经历的时间。2.7.3 2.7.3 2.7.3 2.7.3 生产控制生产控制生产控制生产控制 1.1.生产系统调度生产系统调度 2 2）动态调度）动态调度（Dynamic SchedulingDynamic Scheduling）v是是指指系系统统处处于于运运行行过过程程中中，对对系系统统内内的的被被加加工工任任务务进进行行实实时再调度的功能。时再调度的功能。v例例 当当FMSFMS处处于于运运行行状状态态时时，在在一一个个加加工工
30、中中心心的的托托盘盘交交换换站站前前，有有多多个个被被加加工工的的工工件件处处于于等等待待状状态态，等等待待的的工工件件集集合合称称为为等等待待队队列列。这这种种等等待待队队列列虽虽经经静静态态调调度度的的优优化化，但但在在系系统统运运行行过过程程中中会会出出现现一一些些不不可可预预见见的的扰扰动动，这这些些扰扰动动会会使使原原已已优优化化的的静静态态调调度度变变成成非非优优化化的的调调度度，有有时时甚甚至至会会影响生产任务负荷平衡的结果。影响生产任务负荷平衡的结果。v因因此此在在系系统统运运行行过过程程中中必必须须有有一一个个根根据据系系统统的的实实时时状状态态改改变生产任务的动态调度。变生
31、产任务的动态调度。2.7.3 2.7.3 2.7.3 2.7.3 生产控制生产控制生产控制生产控制 2.生生产过产过程控制程控制过过程程控控制制的的主主要要功功能能是是：执执行行调调度度控控制制级级发发出出的的调调度度命命令令，控控制制物物流流系系统统、加加工工系系统统等等子子系系统统的的协协调调运运行行，最最终终完完成成制制造造系系统统的控制任的控制任务务。过程控制所完成的过程控制所完成的具体任务具体任务包括：包括：v控制零件数控程序的分发；控制零件数控程序的分发；v刀具管理和输送控制；刀具管理和输送控制；v监测机床状态和控制机床运行；监测机床状态和控制机床运行；v监测物料输送系统的状态和控
32、制该子系统运行监测物料输送系统的状态和控制该子系统运行；v监测装卸站的状态和控制装卸站的活动监测装卸站的状态和控制装卸站的活动。2.7.3 2.7.3 2.7.3 2.7.3 生产控制生产控制生产控制生产控制 2.生产过程控制生产过程控制 v制制造造系系统统运运行行的的实实际际实实际际状状态态与与生生产产计计划划的的期期望望状状态之间总会因扰动而产生偏差。态之间总会因扰动而产生偏差。v造成这种偏差的原因造成这种偏差的原因有：有：v对未来生产活动的预测方法不完善；对未来生产活动的预测方法不完善；v生产计划是按照不准确的预测值制定的；生产计划是按照不准确的预测值制定的；v按按标标准准值值制制定定的
33、的工工艺艺规规划划、日日程程计计划划与与实实际际情情况况有差别；有差别；v在在计计划划实实施施过过程程中中，可可能能出出现现随随机机扰扰动动，如如关关键键加工设备故障、操作者缺勤等；加工设备故障、操作者缺勤等；v原材料或其他生产要素短缺；原材料或其他生产要素短缺；v操作错误出现不合格品等。操作错误出现不合格品等。2.7.3 2.7.3 2.7.3 2.7.3 生产控制生产控制生产控制生产控制 2.生产过程控制生产过程控制 过过程程控控制制的的功功能能还还应应包包括括应应用用反反馈馈控控制制原原理理校校正正这这种种系系统统状状态态的的偏偏差差，使使系系统统内内的的物物料料流流动动和和系系统统资资
34、源源利利用用等等尽尽可可能与生产计划与调度所期望状况吻合。这些能与生产计划与调度所期望状况吻合。这些具体任务具体任务包括：包括：v系统实时状态数据采集；系统实时状态数据采集；v数据分析；数据分析；v为为减减小小生生产产活活动动实实际际状状态态与与期期望望状状态态之之间间的的偏偏差差而而进行的控制决策。进行的控制决策。2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式1.制造系制造系统对统对控制性能的要求控制性能的要求2.制造系制造系统统的几种控制方式的几种控制方式v（1）三种控制方式的比）三种控制方式的比较较v（2）非等）非等级级控制常用的策略
35、控制常用的策略v（3）混）混杂杂控制方式控制方式 2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式1.制造系制造系统对统对控制性能的要求控制性能的要求为为了了对对制制造造系系统统进进行行有有效效控控制制，使使其其对对市市场场需需求求进进行行敏敏捷捷响响应应，必，必须对须对制造系制造系统统的控制性能提出如下要求：的控制性能提出如下要求：可靠性可靠性（Reliability）是指系是指系统统按照按照规规定指定指标标无故障无故障连续连续运行性的度量。运行性的度量。适应性适应性（Adaptability）是指控制系统对制造环境迅速变化的适应性能力。是
36、指控制系统对制造环境迅速变化的适应性能力。扩扩展性展性（Extensibility）是指是指扩扩展系展系统统功能功能时时，加入新控制，加入新控制单单元的可行性。元的可行性。2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式2.制造系制造系统统的几种控制方式的几种控制方式为为了了便便于于对对控控制制系系统统进进行行研研究究，人人们们把把一一个个复复杂杂的的控控制制系系统统分分为为若干控制若干控制单单元。元。控控制制方方式式描描述述了了控控制制系系统统中中各各控控制制单单元元的的决决策策职职责责和和权权限限及各控制及各控制单单元之元之间间的的协调协
37、调关系。关系。为为了了实实现现对对生生产产活活动动的的有有效效控控制制，适适应应组组织织管管理理方方式式的的发发展，制造系展，制造系统统的控制方式的控制方式经历经历的的过过程是：程是：v19世世纪纪后期的集中式控制；后期的集中式控制；v早期早期CIMS广泛广泛应应用的用的递阶递阶式控制；式控制；v随着人工智能和信息技随着人工智能和信息技术发术发展的分布式控制展的分布式控制。2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式2.制造系制造系统统的几种控制方式的几种控制方式（1）三种控制方式的比）三种控制方式的比较较图图2-26 制造系统的三种控制
38、方式结构示意图制造系统的三种控制方式结构示意图a）集中式控制）集中式控制 b）递阶式控制）递阶式控制 c）分布式非等级控制）分布式非等级控制表示控制单元；表示被控制的制造实体（如CNC机床、自动小车、装卸机器人）；与之间的连接线表示控制关系a）b）c）2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（a a）集中式控制）集中式控制 v集中控制集中控制单单元由一台元由一台强强功能功能计计算机构成算机构成v所有控制决策功能由集中控制所有控制决策功能由集中控制单单元承担元承担v全局数据库记录系统的全部活动全局数据库记录系统的全部活动 优点优点 v全
39、局信息全局信息统统一一处处理并共享理并共享v可全局可全局优优化化v唯一的系统状态信息源唯一的系统状态信息源 缺点缺点 v响响应应速度慢且不一致速度慢且不一致v可靠性差，可靠性差，完成控制任完成控制任务务依依赖赖于唯一的集中控制于唯一的集中控制单单元元v可扩展性差，控制软件难以更改可扩展性差，控制软件难以更改 2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（b b）递阶式控制）递阶式控制 v从上到下逐步从上到下逐步细细化，异型多种化，异型多种计计算机构成系算机构成系统统v采用主从式分采用主从式分层层控制策略，决策控制策略，决策层层之之间维间维
40、持持刚刚性的性的 上下上下级级关系关系v上上层监层监督和督和协调协调下下层层的所有活的所有活动动v各层有各自特定功能和集中的数据库。各层有各自特定功能和集中的数据库。优点优点 v可逐步可逐步实现实现，降低了控制，降低了控制难难度度v可用冗余的可用冗余的计计算机算机资资源来增源来增强强系系统统容容错错能力能力v可利用状可利用状态态反反馈馈信息信息v简简化各控制模化各控制模块块的的规规模和复模和复杂杂性性v利于处理各种动态和静态的数据及决策需求利于处理各种动态和静态的数据及决策需求 2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（b b）递阶式
41、控制）递阶式控制缺点缺点 v上上层层故障会造成下故障会造成下层层控制整体控制整体瘫痪瘫痪v改改变设备变设备布置会影响整个控制系布置会影响整个控制系统统，柔性很差，柔性很差v通信延通信延迟迟使上使上层层决策滞后于下决策滞后于下层变层变化，化，动态动态适适应应性差性差v局部控制器局部控制器计计算能力有限算能力有限v增加信息传递环节，降低通信可靠性增加信息传递环节，降低通信可靠性 2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（c c）分布式控制）分布式控制 v同型或异型同型或异型计计算机构成系算机构成系统统v单单元元间间按按协议协协议协商解决商
42、解决问题问题 v完整的局部自治，不存在完整的局部自治，不存在监监控控单单元，元，各各单单元均元均为为自治的自治的实实体体v只有局部数据库只有局部数据库 优点优点 v降低了系降低了系统统的复的复杂杂性性v模模块块化化结结构更具柔性，也易于构更具柔性，也易于扩扩展展v降低了降低了监视过监视过程程对实时对实时控制的延控制的延迟迟v容容错错能力能力强强v真正权力下放使工作者责任感增强真正权力下放使工作者责任感增强 2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（c c）分布式控制分布式控制缺点缺点 v异型异型计计算机及其通信算机及其通信协议难协议难
43、以以协调协调v难难以以实现实现完全的分布式完全的分布式v尚无支持全部功能的硬件和尚无支持全部功能的硬件和软软件件v存在数据重复和数据冲突的存在数据重复和数据冲突的趋势趋势v存在死锁的可能性存在死锁的可能性 目目前前分分布布式式控控制制引引起起了了广广泛泛的的研研究究兴兴趣趣，但但要要在在生生产产中中得到广泛应用，得到广泛应用，仍需在两方面研究仍需在两方面研究：v异构系统间的兼容性问题；异构系统间的兼容性问题；v单元自主性与系统整体性能优化的矛盾。单元自主性与系统整体性能优化的矛盾。2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（2 2）非等
44、级控制常用的策略）非等级控制常用的策略排排队队 当当一一项项新新任任务务进进入入系系统统时时，系系统统按按照照预预约约的的原原则则把把它它分分配配到到一一个个单单元元，这这种种原原则则可可以以是最短排队长度原则或最先可用单元原则。是最短排队长度原则或最先可用单元原则。任任务务投投标标 当当一一项项新新任任务务进进入入投投标标系系统统时时，各各单单元元把把任任务务的的处处理理要要求求及及规规范范与与自自己己的的能能力力进进行行比比较较，有有能能力力完完成成该该任任务务的的单单元元参参加加投投标标。按按照照预预约约的的判判据据，投投标标值值最最高高或或最最低低的的单单元元将将获得该项任务。获得该项
45、任务。2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（2 2）非等级控制常用的策略）非等级控制常用的策略协协商商 当当一一项项新新任任务务进进入入协协商商系系统统时时，有有能能力力完完成成该该项项任任务务的的单单元元与与另另一一试试图图承承担担该该项项任任务务的的单单元元协协商商。每每个个单单元元内内均均包包含含该该单单元元的的所所有有信信息息，包包括括它它能能加加工工的的零零件件族族、可可用用的的排排队队场场地地等等。每每个个单单元元仅仅试试图图获获得得自自己己能能完完成成的的任任务务，它它总总是是试试图图按按照照自自己己的的能能力力和和
46、当当前前的的负负荷荷状状况况，估估计计自自己己完完成成该该任任务务的的效效率率来获得这项任务。来获得这项任务。协协作作 各各单单元元为为系系统统任任务务更更好好地地分分配配而而协协作作。协协作作策策略略可可采采取取资资源源共共享享和和任任务务交交换换等等形形式式。协协作作在在原原理理上上与与协协商商不不同同。协协商是各单元为获得任务而竞争。商是各单元为获得任务而竞争。2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（3）混）混杂杂控制方式控制方式改进型递阶控制改进型递阶控制 强调了各平级子层之间的直接通信和协调关系。强调了各平级子层之间的直接
47、通信和协调关系。图图2-27 常见的混杂控制方式常见的混杂控制方式a）改进型递阶控制a）2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（3）混）混杂杂控制方式控制方式半半非非等等级级控控制制 由由若若干干改改进进型型递递阶阶控控制制结结构构组组成，其各顶层形成平等的通信和协调关系。成，其各顶层形成平等的通信和协调关系。图图2-27 常见的混杂控制方式常见的混杂控制方式b）半非等级控制b）2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式3）混）混杂杂控制方式控制方式寡寡头头控控制制 是是各各
48、控控制制单单元元之之间间关关系系最最为为复复杂杂的的一一种种结结构构，它它要要求求包包括括顶顶层层在在内内的的各各控控制制层层内内保保持持平平等等的的直直接接通通信信和和协协调调关关系系，同同时时还还要要求各上层与每一下层保持明确的上下级关系。求各上层与每一下层保持明确的上下级关系。c）图图2-27 常见的混杂控制方式常见的混杂控制方式 c）寡头控制）寡头控制 2.7.4 2.7.4 2.7.4 2.7.4 AMSAMS的控制方式的控制方式的控制方式的控制方式（3）混）混杂杂控制方式控制方式总总之之，混混杂杂控控制制结结构构兼兼有有递递阶阶控控制制和和非非等等级级控控制制的的特特点点，层层与与
49、层层之之间间为为上上下下级级关关系系，同同一一层层各各控控制单元为平等关系制单元为平等关系。由由于于各各控控制制单单元元间间的的关关系系较较为为复复杂杂，不不像像递递阶阶控控制制或或非非等等级级控控制制中中，各各控控制制单单元元之之间间具具有有一一致致的的上上下下级级或或平平等等关关系系，在在实实现现时时需需要要对对各各控控制制单单元元之间的关系进行仔细地设计。之间的关系进行仔细地设计。2.7 END2.7 END 2.8 2.8 制造系统的信息化制造系统的信息化制造系统的信息化制造系统的信息化 2.8.1 信息化制造的定义信息化制造的定义 2.8.2 信息化制造的内容与任务信息化制造的内容与
50、任务 2.8.3 信息化制造的特点与技术信息化制造的特点与技术 2.8.4 信息化制造的作用信息化制造的作用 2.8.5 案例：信息化成为企业的发展动力案例：信息化成为企业的发展动力 2.8.1 2.8.1 信息化制造的定义信息化制造的定义信息化制造的定义信息化制造的定义1.信息与信息技术信息与信息技术2.信息化的提出与内涵信息化的提出与内涵 3.信息化制造的含义信息化制造的含义 2.8.1 2.8.1 信息化制造的定义信息化制造的定义信息化制造的定义信息化制造的定义1.信息与信息技术信息与信息技术信信息息是是指指应应用用文文字字、数数据据或或信信号号等等形形式式通通过过一一定定的的传传递递和