機電系統(tǒng)集成技術(shù)(1)

1、College of Logistics EnginerringWHUT物流系統(tǒng)自動化物流系統(tǒng)自動化機電系統(tǒng)集成技術(shù)（機電系統(tǒng)集成技術(shù)（1 1）主講：朱宏輝主講：朱宏輝 第二章第二章 系統(tǒng)集成的建模與仿真系統(tǒng)集成的建模與仿真第一章第一章 緒論緒論College of Logistics EnginerringWHUT 緒論緒論 系統(tǒng)集成的建模與仿真系統(tǒng)集成的建模與仿真 系統(tǒng)集成的控制技術(shù)系統(tǒng)集成的控制技術(shù) 系統(tǒng)集成中的接口和總線標準系統(tǒng)集成中的接口和總線標準 儀器儀表系統(tǒng)集成技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)集成技術(shù) 智能儀器軟硬件集成技術(shù)智能儀器軟硬件集成技術(shù) 基于虛擬儀器技術(shù)的系統(tǒng)集成基于虛擬儀器技術(shù)的系統(tǒng)

2、集成 微納機電系統(tǒng)集成技術(shù)微納機電系統(tǒng)集成技術(shù)College of Logistics EnginerringWHUT第一章第一章 緒論緒論 1.1 1.1 系統(tǒng)集成的提出和發(fā)展系統(tǒng)集成的提出和發(fā)展1.2 1.2 系統(tǒng)集成的基本概念系統(tǒng)集成的基本概念1.3 1.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成College of Logistics EnginerringWHUT 新產(chǎn)品從構(gòu)思到出現(xiàn)在市場周期越來越短，是新產(chǎn)品從構(gòu)思到出現(xiàn)在市場周期越來越短，是 俗稱俗稱“攢攢”出來、雅稱出來、雅稱“集成集成”出來的。出來的。 原來很多孤立的儀器和機電設(shè)備有機地聯(lián)系起來，原來很多孤立的儀器和機電設(shè)備有機地聯(lián)系起來，

3、產(chǎn)生了產(chǎn)生了1+121+12的效果。的效果。 計算機以及計算機網(wǎng)絡(luò)使一個個孤立的個體作為計算機以及計算機網(wǎng)絡(luò)使一個個孤立的個體作為模塊連成有機的整體。模塊連成有機的整體。 機電系統(tǒng)集成技術(shù)正是在這樣的一些理念下發(fā)展機電系統(tǒng)集成技術(shù)正是在這樣的一些理念下發(fā)展起來的。起來的。 創(chuàng)新和效率形成時代旋律中頻頻出現(xiàn)的加強音。創(chuàng)新和效率形成時代旋律中頻頻出現(xiàn)的加強音。1.1 1.1 系統(tǒng)集成的提出和發(fā)展系統(tǒng)集成的提出和發(fā)展College of Logistics EnginerringWHUT 計算機集成制造計算機集成制造的概念最早是美國人的概念最早是美國人Harrington Harrington J.

4、J.于于19731973年提出來的，強調(diào)年提出來的，強調(diào)系統(tǒng)集成的觀點系統(tǒng)集成的觀點，信息的觀點信息的觀點。大的機電系統(tǒng)集成大的機電系統(tǒng)集成計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS CIMS (Computer Integrated (Computer Integrated Manufacturing System)Manufacturing System)小的機電系統(tǒng)集成小的機電系統(tǒng)集成一臺設(shè)備、一臺儀器、片上系統(tǒng)一臺設(shè)備、一臺儀器、片上系統(tǒng)SoC (System-on-a-Chip)SoC (System-on-a-Chip)College of Logistics Enginerri

5、ngWHUT 1975 1975年美國年美國HoneywellHoneywell公司首先推出了公司首先推出了以微處理器為基礎(chǔ)的以微處理器為基礎(chǔ)的TDC-2000TDC-2000型總體分布型總體分布式控制系統(tǒng)（式控制系統(tǒng)（Total Distributed Total Distributed ControlControl，簡稱為，簡稱為TDCTDC），實現(xiàn)集中管理、），實現(xiàn)集中管理、分散控制，稱之為集散控制系統(tǒng)。分散控制，稱之為集散控制系統(tǒng)。College of Logistics EnginerringWHUT DCS DCS的出現(xiàn)使系統(tǒng)的控制方式發(fā)生了質(zhì)的變化，的出現(xiàn)使系統(tǒng)的控制方式發(fā)生了質(zhì)

6、的變化，是控制史上的一個里程碑。吸收了計算機技術(shù)是控制史上的一個里程碑。吸收了計算機技術(shù)（ComputerComputer）、自動控制技術(shù)（）、自動控制技術(shù)（ControlControl）、數(shù)據(jù)通）、數(shù)據(jù)通信技術(shù)（信技術(shù)（CommunicationCommunication）、）、CRTCRT（Cathode Ray Cathode Ray TubeTube）顯示技術(shù)的所謂）顯示技術(shù)的所謂“4C4C技術(shù)技術(shù)” 。 以數(shù)字控制代替了模擬控制，形成各種以數(shù)字控制代替了模擬控制，形成各種分布式控分布式控制系統(tǒng)制系統(tǒng)DCSDCS（Distributed Control SystemDistribute

7、d Control System）。這種）。這種系統(tǒng)精度有所提高，而且具有集中管理、分散控制、系統(tǒng)精度有所提高，而且具有集中管理、分散控制、危險分散、可靠性高、組態(tài)容易和擴展性強的優(yōu)點。危險分散、可靠性高、組態(tài)容易和擴展性強的優(yōu)點。College of Logistics EnginerringWHUT DCS DCS是以微處理器為基礎(chǔ)的。進入是以微處理器為基礎(chǔ)的。進入8080年代中年代中后期，后期，可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器PLC （Programmable Programmable Logic ControllerLogic Controller）也開始應(yīng)用微處理器，而）也開始應(yīng)用微

8、處理器，而且也是分布式的，從這個意義上講也可將其列且也是分布式的，從這個意義上講也可將其列入入DCSDCS的范疇。的范疇。College of Logistics EnginerringWHUT從廣義上講從廣義上講DCSDCS可分為可分為 儀表型儀表型 PLC PLC型型 PC PC型型College of Logistics EnginerringWHUT 不同廠家的產(chǎn)品由于協(xié)議不同而缺乏互不同廠家的產(chǎn)品由于協(xié)議不同而缺乏互操作性。由于協(xié)議的不同，造成了現(xiàn)場儀表操作性。由于協(xié)議的不同，造成了現(xiàn)場儀表不能與系統(tǒng)集成而進一步發(fā)揮儀表的智能。不能與系統(tǒng)集成而進一步發(fā)揮儀表的智能。問題：問題： 有些

9、大的產(chǎn)業(yè)集團正大力開發(fā)出專有有些大的產(chǎn)業(yè)集團正大力開發(fā)出專有大系統(tǒng)，為了保持系統(tǒng)的集成，用戶不得不大系統(tǒng)，為了保持系統(tǒng)的集成，用戶不得不從該廠家購買不一定是最好又很昂貴的部件，從該廠家購買不一定是最好又很昂貴的部件，形成壟斷。形成壟斷。College of Logistics EnginerringWHUT 解決以上矛盾的出路就是制定一種獨立解決以上矛盾的出路就是制定一種獨立于賣方的系統(tǒng)集成標準，標準化的總線網(wǎng)絡(luò)于賣方的系統(tǒng)集成標準，標準化的總線網(wǎng)絡(luò)順勢而生。網(wǎng)絡(luò)是開放式系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，順勢而生。網(wǎng)絡(luò)是開放式系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，因此進一步開發(fā)出具有互操作性的現(xiàn)場總線因此進一步開發(fā)出具有互操作性的現(xiàn)

10、場總線（FieldbusFieldbus）。）。College of Logistics EnginerringWHUT 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCSFCS （Fieldbus Fieldbus Control SystemControl System）于）于2020世紀世紀8080年代開始發(fā)展，年代開始發(fā)展，專家們開發(fā)新技術(shù)作為標準的國際通行的現(xiàn)場專家們開發(fā)新技術(shù)作為標準的國際通行的現(xiàn)場總線，以滿足總線供電、安全運行、遠距離通總線，以滿足總線供電、安全運行、遠距離通信等方面的要求。標準化打擊了壟斷，激發(fā)了信等方面的要求。標準化打擊了壟斷，激發(fā)了競爭，促進了科學(xué)技術(shù)的進步。競爭，促進

11、了科學(xué)技術(shù)的進步。College of Logistics EnginerringWHUT系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展提高了系統(tǒng)測控能力。系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展提高了系統(tǒng)測控能力。測控儀表能力指數(shù)圖測控儀表能力指數(shù)圖模擬模擬College of Logistics EnginerringWHUT 20 20世紀世紀7070年代年代，人們開始考慮將微型機嵌入到機電儀器，人們開始考慮將微型機嵌入到機電儀器設(shè)備中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制。設(shè)備中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制。嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)側(cè)重于側(cè)重于控制控制功能和環(huán)境適應(yīng)性功能和環(huán)境適應(yīng)性等，等，通用計算機系統(tǒng)通用計算機系統(tǒng)側(cè)重于側(cè)重于高速海量的數(shù)據(jù)高速海量

12、的數(shù)據(jù)文件處理能力文件處理能力。 嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)展的核心是嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)展的核心是單芯片化的發(fā)展單芯片化的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)專用性專用性嵌入性嵌入性計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)三個基本三個基本要素要素College of Logistics EnginerringWHUT 嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級設(shè)備級（工控機工控機）、）、板級板級（單板、單板、模塊模塊）和）和芯片級芯片級（MCUMCU、SoCSoC）。）。 微型計算機的微型計算機的體積體積、價位價位、可靠性可靠性無法滿足嵌入式應(yīng)用要求，無法滿足嵌入式應(yīng)用要求，嵌入式系統(tǒng)將計算機做在一個芯片上，走上嵌入式系統(tǒng)

13、將計算機做在一個芯片上，走上芯片化芯片化道路，開創(chuàng)了道路，開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的單片機單片機時代。時代。 直接芯片化直接芯片化的模式，的模式，將通用計算機系統(tǒng)中的基將通用計算機系統(tǒng)中的基本單元進行本單元進行裁剪裁剪后，后，集成集成在一個芯片上，構(gòu)成單片在一個芯片上，構(gòu)成單片微型計算機；微型計算機；模式模式創(chuàng)新模式創(chuàng)新模式 完全按嵌入式應(yīng)用要完全按嵌入式應(yīng)用要求設(shè)計全新的，滿足嵌入求設(shè)計全新的，滿足嵌入式應(yīng)用要求的式應(yīng)用要求的體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)、微處理器微處理器、指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)、總總線方式線方式、管理模式管理模式等。等。College of Logistics EnginerringWH

14、UT 單片機誕生于單片機誕生于2020世紀世紀7070年代末，經(jīng)歷了年代末，經(jīng)歷了 單片機單片機SCMSCM(Single Chip Microcomputer(Single Chip Microcomputer） 微控制器微控制器MCUMCU （Micro Controller UnitMicro Controller Unit） 單芯片系統(tǒng)單芯片系統(tǒng)SoCSoC （System on ChipSystem on Chip） 三大階段。三大階段。College of Logistics EnginerringWHUT 嵌入式系統(tǒng)本身就是系統(tǒng)集成的成功實例。嵌入式系統(tǒng)本身就是系統(tǒng)集成的成功實例

15、。嵌入式系統(tǒng)包括了通信（嵌入式系統(tǒng)包括了通信（CommunicationCommunication）、計算）、計算（ComputationComputation）、自動控制技術(shù)（）、自動控制技術(shù)（ControlControl）等功能；）等功能；嵌入式系統(tǒng)包括數(shù)字模擬融合，微機電融合，電路板嵌入式系統(tǒng)包括數(shù)字模擬融合，微機電融合，電路板硅片融合，硬軟件設(shè)計融合，趨向硅片融合，硬軟件設(shè)計融合，趨向SoCSoC；嵌入式整機；嵌入式整機的開發(fā)工作從傳統(tǒng)的硬件為主向軟件比重越來越大的的開發(fā)工作從傳統(tǒng)的硬件為主向軟件比重越來越大的方向發(fā)展。方向發(fā)展。1610/J次College of Logistics

16、EnginerringWHUT1.2 1.2 系統(tǒng)集成的基本概念系統(tǒng)集成的基本概念 系統(tǒng)系統(tǒng) 系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成 系統(tǒng)集成的特點系統(tǒng)集成的特點 系統(tǒng)集成的原則與方法系統(tǒng)集成的原則與方法 網(wǎng)絡(luò)要求網(wǎng)絡(luò)要求 遞階控制遞階控制College of Logistics EnginerringWHUT 中國大百科全書中國大百科全書自動控制與系統(tǒng)工程自動控制與系統(tǒng)工程對系統(tǒng)的定義為：由相互制約、相互作用的對系統(tǒng)的定義為：由相互制約、相互作用的一些部分組成的具有某種功能的有機整體。一些部分組成的具有某種功能的有機整體。 系統(tǒng)從廣義上可以定義為兩個或兩個以系統(tǒng)從廣義上可以定義為兩個或兩個以上事物組成的相互依存，

17、相互作用，共同完上事物組成的相互依存，相互作用，共同完成某種特定功能或形成某種事物現(xiàn)象的一個成某種特定功能或形成某種事物現(xiàn)象的一個統(tǒng)一整體的總稱。統(tǒng)一整體的總稱。系系 統(tǒng)統(tǒng)1.2 1.2 系統(tǒng)集成的基本概念系統(tǒng)集成的基本概念College of Logistics EnginerringWHUTp 集成能使組成整體的各部分彼此有機集成能使組成整體的各部分彼此有機協(xié)調(diào)地協(xié)調(diào)地工作，以發(fā)工作，以發(fā)揮整體效益，達到揮整體效益，達到整體優(yōu)化整體優(yōu)化的目的。的目的。p 集成集成不是不是各個分離部分各個分離部分簡單捏合簡單捏合在一起組成的在一起組成的“拼盤拼盤”，而應(yīng)理解為經(jīng)過了而應(yīng)理解為經(jīng)過了充分的相互

18、融合充分的相互融合，形成了優(yōu)化的統(tǒng)一，形成了優(yōu)化的統(tǒng)一整體。整體。p 系統(tǒng)集成可以系統(tǒng)集成可以減少數(shù)據(jù)冗余減少數(shù)據(jù)冗余、實現(xiàn)、實現(xiàn)資源和信息共享資源和信息共享，便，便于對數(shù)據(jù)的于對數(shù)據(jù)的合理規(guī)劃和分布合理規(guī)劃和分布，便于組成部件的協(xié)調(diào)規(guī)劃，便于組成部件的協(xié)調(diào)規(guī)劃，有利于有利于并行工作并行工作、提高工作效率提高工作效率。系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成 相互分離、彼此孤立的模塊協(xié)相互分離、彼此孤立的模塊協(xié)調(diào)組成有機整體。調(diào)組成有機整體。1.2 1.2 系統(tǒng)集成的基本概念系統(tǒng)集成的基本概念College of Logistics EnginerringWHUTu 集成的大系統(tǒng)通常包含著許多不同型號的各類集成的大系

19、統(tǒng)通常包含著許多不同型號的各類計算機計算機、控制控制器器、傳感器傳感器和和執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置，它們配置在不同的層次上，需要縱，它們配置在不同的層次上，需要縱向和橫向的數(shù)據(jù)通信。向和橫向的數(shù)據(jù)通信。u 根據(jù)根據(jù)“集成集成”和和“柔性柔性”的要求，大系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)平臺在物的要求，大系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)平臺在物理上包含著多個連接多種異構(gòu)設(shè)備的理上包含著多個連接多種異構(gòu)設(shè)備的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，而在，而在邏輯上邏輯上又是又是統(tǒng)一統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，以包容多樣性和各種傳輸動作。的網(wǎng)絡(luò)，以包容多樣性和各種傳輸動作。u 狀態(tài)、系統(tǒng)、控制和終端的連接多樣性，以及狀態(tài)、系統(tǒng)、控制和終端的連接多樣性，以及開放開放、集成集成、高速高速和

20、和網(wǎng)絡(luò)管理智能化網(wǎng)絡(luò)管理智能化是是系統(tǒng)集成的特征系統(tǒng)集成的特征。 1.2 1.2 系統(tǒng)集成的基本概念系統(tǒng)集成的基本概念College of Logistics EnginerringWHUTp系統(tǒng)集成是根據(jù)應(yīng)用的需求，將機電系統(tǒng)集成是根據(jù)應(yīng)用的需求，將機電硬件平臺硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件、工具軟件工具軟件及相應(yīng)的及相應(yīng)的應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件等集成為具有等集成為具有優(yōu)良性價比優(yōu)良性價比的機電系統(tǒng)的全的機電系統(tǒng)的全過程。過程。p系統(tǒng)集成就是按照應(yīng)用需求，對眾多的技術(shù)和產(chǎn)品進行系統(tǒng)集成就是按照應(yīng)用需求，對眾多的技術(shù)和產(chǎn)品進行合理地選擇合理地選擇，最佳配置最佳配置各種硬件和軟件產(chǎn)品與資

21、源，組合成完整的、能夠解決具體各種硬件和軟件產(chǎn)品與資源，組合成完整的、能夠解決具體應(yīng)用需求的集成方案，使系統(tǒng)的應(yīng)用需求的集成方案，使系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)整體性能最優(yōu)。v技術(shù)上技術(shù)上具有具有先進性先進性v實現(xiàn)上實現(xiàn)上具有具有可行性可行性v使用上使用上具有具有靈活性靈活性v發(fā)展上發(fā)展上具有具有可擴性可擴性v投資上投資上具有具有受益性受益性系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成硬件集成硬件集成軟件集成軟件集成工具集成工具集成1.2 1.2 系統(tǒng)集成的基本概念系統(tǒng)集成的基本概念College of Logistics EnginerringWHUT 根據(jù)用戶的需求，確定硬件平臺設(shè)備的選型；根據(jù)用戶的需求，確定硬件平臺設(shè)備的選

22、型； 對已產(chǎn)品化的部件模塊進行產(chǎn)品測試、驗收；對已產(chǎn)品化的部件模塊進行產(chǎn)品測試、驗收； 提供對其他設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫之間的連接技術(shù)；提供對其他設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫之間的連接技術(shù)； 要求大量、廣泛地掌握和積累各種產(chǎn)品特性，了解國內(nèi)要求大量、廣泛地掌握和積累各種產(chǎn)品特性，了解國內(nèi)外有關(guān)的規(guī)范和標準；外有關(guān)的規(guī)范和標準； 準備各廠商有關(guān)的產(chǎn)品的檢測驗收及工程安裝施工標準。準備各廠商有關(guān)的產(chǎn)品的檢測驗收及工程安裝施工標準。 以操作系統(tǒng)為核心構(gòu)建軟件平臺；以操作系統(tǒng)為核心構(gòu)建軟件平臺； 已有應(yīng)用軟件和將要開發(fā)的應(yīng)用軟件的集成；已有應(yīng)用軟件和將要開發(fā)的應(yīng)用軟件的集成； 對應(yīng)用軟件開發(fā)商進行約束，使集

23、成時可取得對應(yīng)用軟對應(yīng)用軟件開發(fā)商進行約束，使集成時可取得對應(yīng)用軟件系統(tǒng)的控制權(quán)和維護權(quán)；件系統(tǒng)的控制權(quán)和維護權(quán)； 通過預(yù)留接口對應(yīng)用子系統(tǒng)進行適當?shù)恼{(diào)整，以實現(xiàn)各通過預(yù)留接口對應(yīng)用子系統(tǒng)進行適當?shù)恼{(diào)整，以實現(xiàn)各個應(yīng)用子系統(tǒng)的可互聯(lián)、可互操作、可運行。個應(yīng)用子系統(tǒng)的可互聯(lián)、可互操作、可運行。硬件集成硬件集成軟件集成軟件集成1.2 1.2 系統(tǒng)集成的基本概念系統(tǒng)集成的基本概念College of Logistics EnginerringWHUT使用開發(fā)工具進行系統(tǒng)開發(fā)，建立系統(tǒng)原型，使用開發(fā)工具進行系統(tǒng)開發(fā)，建立系統(tǒng)原型，使系統(tǒng)的可維護性增強，提高系統(tǒng)開發(fā)的質(zhì)量；使系統(tǒng)的可維護性增強，提高系統(tǒng)

24、開發(fā)的質(zhì)量；開發(fā)工具要盡可能開放，獨立于硬件平臺、軟開發(fā)工具要盡可能開放，獨立于硬件平臺、軟件平臺甚至數(shù)據(jù)庫的選擇，這樣才有利于系統(tǒng)件平臺甚至數(shù)據(jù)庫的選擇，這樣才有利于系統(tǒng)的擴充和聯(lián)網(wǎng)。的擴充和聯(lián)網(wǎng)。開發(fā)工具要有與高級語言的接口，有結(jié)構(gòu)優(yōu)良開發(fā)工具要有與高級語言的接口，有結(jié)構(gòu)優(yōu)良的數(shù)據(jù)字典，使各分立產(chǎn)品容易集成；的數(shù)據(jù)字典，使各分立產(chǎn)品容易集成；要考慮開發(fā)工具制造廠商的技術(shù)支持、售后服要考慮開發(fā)工具制造廠商的技術(shù)支持、售后服務(wù)和廠商本身的穩(wěn)定性等因素。務(wù)和廠商本身的穩(wěn)定性等因素。工具集成工具集成1.2 1.2 系統(tǒng)集成的基本概念系統(tǒng)集成的基本概念College of Logistics Eng

25、inerringWHUT（1 1）系統(tǒng)分析和建模）系統(tǒng)分析和建模（2 2）集成和優(yōu)化）集成和優(yōu)化（3 3）接口的重要作用）接口的重要作用（4 4）系統(tǒng)協(xié)調(diào)與優(yōu)化）系統(tǒng)協(xié)調(diào)與優(yōu)化 從系統(tǒng)角度進行分析，包括從系統(tǒng)角度進行分析，包括系統(tǒng)目標、系統(tǒng)約束、系統(tǒng)聯(lián)系、系統(tǒng)目標、系統(tǒng)約束、系統(tǒng)聯(lián)系、系統(tǒng)實現(xiàn)等，分析過程中需要通系統(tǒng)實現(xiàn)等，分析過程中需要通過建模仿真分析達到系統(tǒng)優(yōu)化。過建模仿真分析達到系統(tǒng)優(yōu)化。 系統(tǒng)強調(diào)總體，單元技術(shù)強調(diào)系統(tǒng)強調(diào)總體，單元技術(shù)強調(diào)局部，單元通過集成形成總體，在局部，單元通過集成形成總體，在系統(tǒng)集成過程中達到總體優(yōu)化系統(tǒng)集成過程中達到總體優(yōu)化。 系統(tǒng)集成過程中，注重的往往系統(tǒng)集

26、成過程中，注重的往往是產(chǎn)品、設(shè)備、技術(shù)、功能的集成是產(chǎn)品、設(shè)備、技術(shù)、功能的集成或局部的系統(tǒng)調(diào)整，而一旦系統(tǒng)規(guī)或局部的系統(tǒng)調(diào)整，而一旦系統(tǒng)規(guī)模較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時，很難面面模較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時，很難面面俱到，因此需要從全局著眼，保證俱到，因此需要從全局著眼，保證全局最優(yōu)。全局最優(yōu)。 系統(tǒng)集成是讓不同的產(chǎn)品、系統(tǒng)集成是讓不同的產(chǎn)品、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)互連，不僅要設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)互連，不僅要對產(chǎn)品、技術(shù)和系統(tǒng)有全面深入對產(chǎn)品、技術(shù)和系統(tǒng)有全面深入的了解和分析，還應(yīng)具備設(shè)計開的了解和分析，還應(yīng)具備設(shè)計開發(fā)接口的能力。發(fā)接口的能力。系統(tǒng)集成的特點系統(tǒng)集成的特點College of Logistics En

27、ginerringWHUT（3 3）先進性）先進性（1 1）開放性）開放性（2 2）模塊化）模塊化（4 4）主流化）主流化系統(tǒng)集成的原則與方法系統(tǒng)集成的原則與方法College of Logistics EnginerringWHUT網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在大系統(tǒng)集成中扮演重要腳色，需要基于網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在大系統(tǒng)集成中扮演重要腳色，需要基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來考慮可支持的系統(tǒng)來考慮可支持的計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、開發(fā)工具開發(fā)工具等等因素。經(jīng)過對網(wǎng)絡(luò)用戶需求的分析，在網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計時采用因素。經(jīng)過對網(wǎng)絡(luò)用戶需求的分析，在網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計時采用如下原則：如下原則：(1)(1)系統(tǒng)成熟可靠系統(tǒng)成熟可靠在保證系統(tǒng)

28、先進性的同時，最重要的設(shè)計原則是保證系在保證系統(tǒng)先進性的同時，最重要的設(shè)計原則是保證系統(tǒng)的統(tǒng)的可用性可用性和和可靠性可靠性，在方案設(shè)計中盡量采用成熟的、經(jīng)過，在方案設(shè)計中盡量采用成熟的、經(jīng)過用戶用戶使用使用認可認可和在和在公開評測公開評測中中認可認可的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)要求網(wǎng)絡(luò)要求College of Logistics EnginerringWHUT 所選用設(shè)備盡量符合國際和國家標準，保證系統(tǒng)提供一個所選用設(shè)備盡量符合國際和國家標準，保證系統(tǒng)提供一個標標準準、開放開放的網(wǎng)絡(luò)平臺，根據(jù)整個系統(tǒng)的實際需要，采用的網(wǎng)絡(luò)平臺，根據(jù)整個系統(tǒng)的實際需要，采用高可靠性高可靠性設(shè)備和設(shè)備和容錯技術(shù)容

29、錯技術(shù)。在。在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式等方面遵從國際標等方面遵從國際標準。準。u 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量靠攏國際標準化組織制定的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量靠攏國際標準化組織制定的OSIOSI開放系統(tǒng)開放系統(tǒng)互連參考模式互連參考模式；u 低層聯(lián)接通信子網(wǎng)所選的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)符合電氣與電子工程師低層聯(lián)接通信子網(wǎng)所選的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)符合電氣與電子工程師學(xué)會學(xué)會IEEEIEEE的的802802系列標準系列標準和國際電報電話咨詢委員會和國際電報電話咨詢委員會CCITTCCITT所規(guī)所規(guī)定的定的X.25X.25公用分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)程公用分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)程等國際流行的標準。等國際流行的標準。 網(wǎng)絡(luò)低層應(yīng)有網(wǎng)絡(luò)低層

30、應(yīng)有支持多種通信體系支持多種通信體系標準的能力，它反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)低標準的能力，它反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)低層的層的開放性開放性、互聯(lián)性互聯(lián)性，以適應(yīng)不斷發(fā)展的各種先進通信技術(shù)，聯(lián)，以適應(yīng)不斷發(fā)展的各種先進通信技術(shù)，聯(lián)接各種通信網(wǎng)絡(luò)以增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置的接各種通信網(wǎng)絡(luò)以增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置的靈活性靈活性，便于局域網(wǎng)，便于局域網(wǎng)LANLAN與廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)WANWAN的互聯(lián)。的互聯(lián)。（2 2）標準化）標準化網(wǎng)絡(luò)要求網(wǎng)絡(luò)要求College of Logistics EnginerringWHUT（3 3）先進性）先進性 系統(tǒng)方案采用先進的技術(shù)，保證系統(tǒng)具有一定的系統(tǒng)方案采用先進的技術(shù)，保證系統(tǒng)具有一定的前瞻性前瞻性；采用的產(chǎn)；

31、采用的產(chǎn)品也應(yīng)該是品也應(yīng)該是業(yè)界一流業(yè)界一流的產(chǎn)品，并且是廠家的產(chǎn)品，并且是廠家重點研發(fā)重點研發(fā)的產(chǎn)品；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能滿足的產(chǎn)品；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能滿足未來網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和擴充的需求。未來網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和擴充的需求。（4 4）投資保護）投資保護 所選用的設(shè)備所選用的設(shè)備易于升級易于升級、便于維護便于維護，符合技術(shù)發(fā)展方向，保護用戶，符合技術(shù)發(fā)展方向，保護用戶投資。投資。（5 5）易于管理）易于管理 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有全面的網(wǎng)管功能全面的網(wǎng)管功能，便于網(wǎng)管人員對系統(tǒng)的維護與管理。，便于網(wǎng)管人員對系統(tǒng)的維護與管理。（6 6）產(chǎn)品與服務(wù)的長期性）產(chǎn)品與服務(wù)的長期性 在該網(wǎng)絡(luò)中，不僅選用在該網(wǎng)絡(luò)中，不僅選用生命力強生命

32、力強的產(chǎn)品，還要求網(wǎng)絡(luò)集成方有能力的產(chǎn)品，還要求網(wǎng)絡(luò)集成方有能力提供提供長期的專業(yè)化服務(wù)長期的專業(yè)化服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)要求網(wǎng)絡(luò)要求College of Logistics EnginerringWHUT 遞階控制方法是實現(xiàn)大系統(tǒng)集成控制的一種方法。遞階控遞階控制方法是實現(xiàn)大系統(tǒng)集成控制的一種方法。遞階控制有下列幾種不同的形式：制有下列幾種不同的形式：（1 1）分層控制）分層控制p 按按控制任務(wù)控制任務(wù)進行分解的進行分解的結(jié)構(gòu)方案；結(jié)構(gòu)方案；p 把控制任務(wù)分成幾個不把控制任務(wù)分成幾個不同的層次，由各層控制同的層次，由各層控制器分別完成；器分別完成；p 下層任務(wù)的目標函數(shù)受下層任務(wù)的目標函數(shù)受上層控制器決

33、策的影響。上層控制器決策的影響。（2 2）分級控制）分級控制p 按按對象結(jié)構(gòu)對象結(jié)構(gòu)進行分解的結(jié)進行分解的結(jié)構(gòu)方案；構(gòu)方案；p 將對象劃分成若干個系統(tǒng)，將對象劃分成若干個系統(tǒng)，由各局部控制器完成現(xiàn)場由各局部控制器完成現(xiàn)場控制任務(wù)；控制任務(wù)；p 協(xié)調(diào)控制器通過控制遞階協(xié)調(diào)控制器通過控制遞階控制器完成局部控制器之控制器完成局部控制器之間的協(xié)調(diào)。間的協(xié)調(diào)。（3 3）分段控制）分段控制p 按按控制過程的時序控制過程的時序進行分解的結(jié)構(gòu)方進行分解的結(jié)構(gòu)方案；案；p 把控制過程分成若把控制過程分成若干段，在每段時間干段，在每段時間內(nèi)由不同的控制器內(nèi)由不同的控制器完成對現(xiàn)場的控制。完成對現(xiàn)場的控制。遞階控制

34、遞階控制College of Logistics EnginerringWHUT 實際上，實際上，分層控制分層控制、分級控制分級控制、分段控制分段控制三種控制形式三種控制形式并不是絕對的，一種典型的控制結(jié)構(gòu)中并不是絕對的，一種典型的控制結(jié)構(gòu)中同時具有分級和分層同時具有分級和分層兩種形式是很常見的。兩種形式是很常見的。 這種同時具有這種同時具有多種遞階控制形式多種遞階控制形式的控制結(jié)構(gòu)有時又稱作的控制結(jié)構(gòu)有時又稱作分級分布式控制分級分布式控制。遞階控制遞階控制College of Logistics EnginerringWHUT傳統(tǒng)傳統(tǒng)DCSDCS及及PLCPLC體系結(jié)構(gòu)圖體系結(jié)構(gòu)圖1.3 1

35、.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成集成的基本結(jié)構(gòu)形式集成的基本結(jié)構(gòu)形式College of Logistics EnginerringWHUTFCSFCS體系結(jié)構(gòu)圖體系結(jié)構(gòu)圖FCSFCS簡化成兩個網(wǎng)絡(luò)層，處于現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)的儀表通過簡化成兩個網(wǎng)絡(luò)層，處于現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)的儀表通過鏈鏈路設(shè)備路設(shè)備同位于主站級網(wǎng)絡(luò)的同位于主站級網(wǎng)絡(luò)的工作站工作站相連接。鏈路設(shè)備或相連接。鏈路設(shè)備或中央控制器可以完成離散邏輯及順序控制。中央控制器可以完成離散邏輯及順序控制。當控制在現(xiàn)場設(shè)備中完成時，所需當控制在現(xiàn)場設(shè)備中完成時，所需中央控制器的數(shù)量中央控制器的數(shù)量隨之隨之減少減少，因而可大大，因而可大大降低降低了系統(tǒng)的了系統(tǒng)的成

36、本成本。集成的基本結(jié)構(gòu)形式集成的基本結(jié)構(gòu)形式College of Logistics EnginerringWHUTFCSFCS體系結(jié)構(gòu)圖體系結(jié)構(gòu)圖 每臺設(shè)備只處理一個每臺設(shè)備只處理一個回路，通過網(wǎng)絡(luò)將多臺設(shè)備回路，通過網(wǎng)絡(luò)將多臺設(shè)備連接在一起，所集成的眾多連接在一起，所集成的眾多微處理器的能力微處理器的能力超過了早期超過了早期的大系統(tǒng)。的大系統(tǒng)。 控制的任務(wù)被分散到并行工作控制的任務(wù)被分散到并行工作的現(xiàn)場設(shè)備中，構(gòu)成工作效率很高的現(xiàn)場設(shè)備中，構(gòu)成工作效率很高的的多任務(wù)系統(tǒng)多任務(wù)系統(tǒng)，運算能力運算能力也得到也得到提提高高。這種系統(tǒng)。這種系統(tǒng)易于擴展易于擴展，而且加入，而且加入的設(shè)備越多，系統(tǒng)的

37、能力越強。的設(shè)備越多，系統(tǒng)的能力越強。集成的基本結(jié)構(gòu)形式集成的基本結(jié)構(gòu)形式College of Logistics EnginerringWHUTp物理層處于最低層，主要功能是利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)物理層處于最低層，主要功能是利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層鏈路層提供物理連接提供物理連接，以便，以便傳送信息流傳送信息流。p物理介質(zhì)物理介質(zhì)可以是國際電工委員會可以是國際電工委員會IECIEC物理層技術(shù)規(guī)范中所物理層技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的任何一種傳輸介質(zhì)，例如規(guī)定的任何一種傳輸介質(zhì)，例如雙絞線雙絞線、光纜光纜或或射頻射頻。p物理層又可以分成物理層又可以分成物理介質(zhì)物理介質(zhì)相關(guān)相關(guān)子層子層與與物理介質(zhì)物理介

38、質(zhì)獨立獨立子層子層。p現(xiàn)場總線物理層是由物理介質(zhì)的有關(guān)現(xiàn)場總線物理層是由物理介質(zhì)的有關(guān)規(guī)定規(guī)定和傳輸數(shù)據(jù)的信和傳輸數(shù)據(jù)的信號號協(xié)議協(xié)議所構(gòu)成。所構(gòu)成。p物理層定義了信號是如何在介質(zhì)上以何種方式從一個設(shè)備物理層定義了信號是如何在介質(zhì)上以何種方式從一個設(shè)備傳遞到另一個設(shè)備。傳遞到另一個設(shè)備。p物理層物理層使數(shù)據(jù)鏈路層使數(shù)據(jù)鏈路層在發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時在發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時與物理介質(zhì)的類與物理介質(zhì)的類型型無關(guān)。無關(guān)。物理層配置物理層配置College of Logistics EnginerringWHUT 物理層協(xié)議是有關(guān)系統(tǒng)安裝的一些規(guī)定，它規(guī)定了物理層協(xié)議是有關(guān)系統(tǒng)安裝的一些規(guī)定，它規(guī)定了機械恃性機械

39、恃性、電氣特性電氣特性、功能特性功能特性和和過程特性過程特性四類特性。四類特性。n 機械特性：機械特性：連接器的規(guī)格、連接器的安裝；連接器的規(guī)格、連接器的安裝；n 電氣特性：電氣特性：傳輸線上數(shù)字信號的電壓高低、傳輸距離和傳輸線上數(shù)字信號的電壓高低、傳輸距離和傳輸速率；傳輸速率；n 功能特性：功能特性：連接器內(nèi)容、插腳的功能；連接器內(nèi)容、插腳的功能；n 過程特性：過程特性：信號的時序關(guān)系。信號的時序關(guān)系。 物理層配置物理層配置College of Logistics EnginerringWHUTp物理介質(zhì)相關(guān)子層負責(zé)處理物理介質(zhì)相關(guān)子層負責(zé)處理不同傳輸介質(zhì)不同傳輸介質(zhì)、不同傳輸不同傳輸速率速

40、率的信號轉(zhuǎn)換問題，有時稱為的信號轉(zhuǎn)換問題，有時稱為介質(zhì)訪問單元介質(zhì)訪問單元。p物理介質(zhì)獨立子層物理介質(zhì)獨立子層是介質(zhì)訪問單元與數(shù)據(jù)鏈路層的接是介質(zhì)訪問單元與數(shù)據(jù)鏈路層的接口，信號的口，信號的編碼編碼、添加添加或或刪除刪除前導(dǎo)碼前導(dǎo)碼和和分界符分界符的工作均的工作均在該層完成。在該層完成。u當傳輸一個信號時，當傳輸一個信號時，前導(dǎo)碼前導(dǎo)碼將通知所有的設(shè)備某些信將通知所有的設(shè)備某些信息即將到來，前導(dǎo)碼由一系列的息即將到來，前導(dǎo)碼由一系列的“0 0”和和“1 1”所組成；所組成；u信息的開始是由一個特定的信息的開始是由一個特定的起始分界符起始分界符表示的，而信表示的，而信息的結(jié)束由息的結(jié)束由結(jié)束分界

41、符結(jié)束分界符表示；表示；u物理層在要傳輸?shù)男畔⒅屑尤胛锢韺釉谝獋鬏數(shù)男畔⒅屑尤肭皩?dǎo)碼前導(dǎo)碼和和分界符分界符，而當，而當收到信息之后再把它們?nèi)コ?。收到信息之后再把它們?nèi)コ?物理層配置物理層配置College of Logistics EnginerringWHUTv應(yīng)用層處于最高層，應(yīng)用層應(yīng)用層處于最高層，應(yīng)用層確定進程之間通信的性質(zhì)確定進程之間通信的性質(zhì)，以滿足用戶的需要；以滿足用戶的需要；v應(yīng)用層應(yīng)用層提供提供應(yīng)用進程所需要的應(yīng)用進程所需要的信息交換信息交換和和遠程操作遠程操作，還作為應(yīng)用進程的還作為應(yīng)用進程的用戶代理用戶代理(User Agent)(User Agent)，來完成一些，來

42、完成一些為進行信息交換所必需的功能。包括：為進行信息交換所必需的功能。包括：l文件傳送訪問和管理文件傳送訪問和管理（FTAMFTAM）l虛擬終端虛擬終端（VTVT）l事務(wù)處理事務(wù)處理（TPTP）l遠程數(shù)據(jù)庫訪問遠程數(shù)據(jù)庫訪問l目錄服務(wù)目錄服務(wù)（DSDS）應(yīng)用層應(yīng)用層College of Logistics EnginerringWHUTu節(jié)點上所有應(yīng)用程序活動需要采用應(yīng)用層，通過通信節(jié)點上所有應(yīng)用程序活動需要采用應(yīng)用層，通過通信與網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點交換信息交換信息。u在應(yīng)用程序和應(yīng)用層之間的接口稱為在應(yīng)用程序和應(yīng)用層之間的接口稱為應(yīng)用層接口應(yīng)用層接口（Application Lay

43、er InterfaceApplication Layer Interface， ALIALI）。u應(yīng)用層及位于其下的表達層具有應(yīng)用層及位于其下的表達層具有傳送網(wǎng)絡(luò)變量傳送網(wǎng)絡(luò)變量、通過通過一般報文一般報文、網(wǎng)絡(luò)管理報文網(wǎng)絡(luò)管理報文（NMMNMM）、網(wǎng)絡(luò)診斷報文網(wǎng)絡(luò)診斷報文、外外來幀發(fā)送來幀發(fā)送等基本功能。等基本功能。 u程序使用應(yīng)用層服務(wù)和其他節(jié)點通信，通信分為程序使用應(yīng)用層服務(wù)和其他節(jié)點通信，通信分為用戶用戶數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換、啟動網(wǎng)絡(luò)管理啟動網(wǎng)絡(luò)管理和和網(wǎng)絡(luò)診斷網(wǎng)絡(luò)診斷服務(wù)。服務(wù)。應(yīng)用層應(yīng)用層College of Logistics EnginerringWHUT第二章第二章 系統(tǒng)集成的建

44、模與仿真系統(tǒng)集成的建模與仿真2.1 2.1 系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析2.2 2.2 系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模2.3 2.3 系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)的仿真College of Logistics EnginerringWHUT 設(shè)計系統(tǒng)時，必須確定一系列設(shè)計指標，對所設(shè)計的系統(tǒng)提出必須滿設(shè)計系統(tǒng)時，必須確定一系列設(shè)計指標，對所設(shè)計的系統(tǒng)提出必須滿足的技術(shù)要求，然后才能著手具體系統(tǒng)的設(shè)計仿真。足的技術(shù)要求，然后才能著手具體系統(tǒng)的設(shè)計仿真。一般性的技術(shù)要求一般性的技術(shù)要求包包括以下幾個方面：括以下幾個方面：p系統(tǒng)用途是系統(tǒng)用途是首先關(guān)心的問題首先關(guān)心的問題，也是系統(tǒng)生產(chǎn)者預(yù)測市，也是系統(tǒng)生產(chǎn)者預(yù)測市場需求場需求首要

45、的事項首要的事項；p系統(tǒng)的功能要求，要從市場需求出發(fā)，尊重最終用戶系統(tǒng)的功能要求，要從市場需求出發(fā)，尊重最終用戶的意見，結(jié)合技術(shù)上的可行性，再作出抉擇。的意見，結(jié)合技術(shù)上的可行性，再作出抉擇。系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能p性能指標是系統(tǒng)功能的性能指標是系統(tǒng)功能的定量說明定量說明，每一項功能都應(yīng)該，每一項功能都應(yīng)該滿足一定的性能指標；滿足一定的性能指標；p對于儀器儀表，性能指標一般包括對于儀器儀表，性能指標一般包括分辨率分辨率、靈敏度靈敏度、尺寸精度尺寸精度、線性度線性度、運行速度運行速度和和位移位移范圍，以及范圍，以及承載能承載能力力、功耗功耗、體積體積、重量重量等。等。p制定性能指標時，必須有制定性能指

46、標時，必須有科學(xué)的依據(jù)科學(xué)的依據(jù)。性能指標性能指標第二章第二章 系統(tǒng)集成的建模與仿真系統(tǒng)集成的建模與仿真2.1 2.1 系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析College of Logistics EnginerringWHUTp客觀環(huán)境條件有客觀環(huán)境條件有溫度溫度、濕度濕度、振動振動、沖擊沖擊、噪聲噪聲、電磁干擾電磁干擾；p主觀因素應(yīng)考慮使用人員的素質(zhì)水平；主觀因素應(yīng)考慮使用人員的素質(zhì)水平；p必須滿足可必須滿足可操作性操作性、可維修性可維修性、安全性安全性及及可靠性可靠性等等要求，系統(tǒng)還應(yīng)具有足夠的要求，系統(tǒng)還應(yīng)具有足夠的使用壽命使用壽命。使用條件使用條件p投資方投資方考慮投入的經(jīng)費、人力及時間，產(chǎn)品在

47、市場考慮投入的經(jīng)費、人力及時間，產(chǎn)品在市場上將占有的份額及預(yù)計收益；上將占有的份額及預(yù)計收益；p用戶方用戶方要分析他們的費效比和經(jīng)濟承受能力；要分析他們的費效比和經(jīng)濟承受能力；p只有這兩方面都考慮到，才能制定出好的只有這兩方面都考慮到，才能制定出好的新產(chǎn)品開新產(chǎn)品開發(fā)策略發(fā)策略。 經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益 2.1 2.1 系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析College of Logistics EnginerringWHUTu 為提高系統(tǒng)的性能和柔性，要求廣泛的為提高系統(tǒng)的性能和柔性，要求廣泛的物質(zhì)物質(zhì)和和信息信息的的集成集成；u 無論在概念設(shè)計階段還是詳細設(shè)計階段，都要無論在概念設(shè)計階段還是詳細設(shè)計階段，都

48、要著眼系著眼系統(tǒng)統(tǒng)，著眼總體著眼總體，必須始終貫徹，必須始終貫徹系統(tǒng)總體優(yōu)化系統(tǒng)總體優(yōu)化的原則；的原則；u 在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要考慮在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要考慮機械技術(shù)機械技術(shù)與與電子電子控制技術(shù)控制技術(shù)的集成，創(chuàng)造出機械、電子以及軟件等有機的集成，創(chuàng)造出機械、電子以及軟件等有機結(jié)合的新產(chǎn)品。結(jié)合的新產(chǎn)品。2.1 2.1 系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析College of Logistics EnginerringWHUT 模型是對事物、現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)的簡化描述或模仿，是人們對客觀實模型是對事物、現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)的簡化描述或模仿，是人們對客觀實體運動規(guī)律的主觀認識，有體運動規(guī)律的主觀認

49、識，有物理模型物理模型、數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型、仿真模型仿真模型等。等。 定量描述系統(tǒng)或過程的定量描述系統(tǒng)或過程的輸入輸出關(guān)系輸入輸出關(guān)系、因果關(guān)系因果關(guān)系、動態(tài)動態(tài)和和靜態(tài)特性靜態(tài)特性的模的模型稱為數(shù)學(xué)模型。型稱為數(shù)學(xué)模型。 描述過程將涉及對實際系統(tǒng)描述過程將涉及對實際系統(tǒng)特征信息的抽取特征信息的抽取（如（如采集采集、選擇選擇、傳輸傳輸、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換等）、等）、映射表示映射表示、融合融合等信息處理活動。等信息處理活動。 建立一個數(shù)學(xué)模型通常包括兩方面工作：建立一個數(shù)學(xué)模型通常包括兩方面工作：u 模型結(jié)構(gòu)的確定模型結(jié)構(gòu)的確定u 模型的參數(shù)估計模型的參數(shù)估計2.2 2.2 系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模College

50、of Logistics EnginerringWHUT 建立模型的過程叫建立模型的過程叫“建模建?！保ㄟ^觀測或?qū)嶒灁?shù)據(jù)建模稱，通過觀測或?qū)嶒灁?shù)據(jù)建模稱為為“辨識辨識”。利用模型完成試驗研究，即。利用模型完成試驗研究，即“仿真仿真”，或稱，或稱“模擬模擬”。實現(xiàn)對時間序列的預(yù)測和實現(xiàn)對時間序列的預(yù)測和控制；控制；實現(xiàn)對隨機信號的估計；實現(xiàn)對隨機信號的估計；實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)估計；實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)估計；實現(xiàn)過程控制。實現(xiàn)過程控制。 建模是對系建模是對系統(tǒng)或過程進統(tǒng)或過程進行分析的最行分析的最重要的、最重要的、最基本的過程?；镜倪^程。2.2 2.2 系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模College of Logist

51、ics EnginerringWHUT 具有具有學(xué)科面廣學(xué)科面廣、綜合性強綜合性強、應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拺?yīng)用領(lǐng)域?qū)?、無破壞性無破壞性、可可多次重復(fù)多次重復(fù)、安全安全、經(jīng)濟經(jīng)濟、可控可控、不受氣候條件不受氣候條件和和場地空間限場地空間限制制等獨特優(yōu)點。等獨特優(yōu)點。 也是一門不斷發(fā)展的高新技術(shù)，已成為現(xiàn)代實驗工程和也是一門不斷發(fā)展的高新技術(shù)，已成為現(xiàn)代實驗工程和科學(xué)研究的科學(xué)研究的主要技術(shù)手段主要技術(shù)手段，被廣泛應(yīng)用于國防和國民經(jīng)濟的，被廣泛應(yīng)用于國防和國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。各個領(lǐng)域。 系統(tǒng)建模與仿真是通用的支撐性技術(shù)。系統(tǒng)建模與仿真是通用的支撐性技術(shù)。2.2 2.2 系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模College of L

52、ogistics EnginerringWHUT等效替代等效替代模型的主要性質(zhì)模型的主要性質(zhì)被研究的實際系統(tǒng)被研究的實際系統(tǒng)原型原型模型模型1 1）普遍性普遍性：亦稱：亦稱等效性等效性，即一種模型與多個系統(tǒng)具有相似性。，即一種模型與多個系統(tǒng)具有相似性。2 2）適當精確性適當精確性：過于粗略過于粗略，失去過多系統(tǒng)特性而變得無用；，失去過多系統(tǒng)特性而變得無用； 過于精確，過于精確，計算量大、運算周期長、分析困難。計算量大、運算周期長、分析困難。 應(yīng)該具有應(yīng)該具有多種因素折衷下多種因素折衷下的適當精確性。的適當精確性。3 3）可信性可信性：模型必須經(jīng)過檢驗和確認，成為代表實際系統(tǒng)的有效模型，具：模型

53、必須經(jīng)過檢驗和確認，成為代表實際系統(tǒng)的有效模型，具有有良好的置信度良好的置信度。4 4）異構(gòu)性異構(gòu)性：同一個系統(tǒng)的模型可以具有：同一個系統(tǒng)的模型可以具有不同的形式和結(jié)構(gòu)不同的形式和結(jié)構(gòu)，模型研究中將，模型研究中將選擇選擇最方便、最合理最方便、最合理的模型形式和結(jié)構(gòu)。的模型形式和結(jié)構(gòu)。5 5）通過性通過性：輸入信息可獲取輸出信息，從而產(chǎn)生了實驗辨識建模的依據(jù)。：輸入信息可獲取輸出信息，從而產(chǎn)生了實驗辨識建模的依據(jù)。定義定義數(shù)學(xué)模型定義和一般描述數(shù)學(xué)模型定義和一般描述College of Logistics EnginerringWHUT 數(shù)學(xué)模型是描述實際系統(tǒng)各變量間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式，合理的

54、數(shù)數(shù)學(xué)模型是描述實際系統(tǒng)各變量間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式，合理的數(shù)學(xué)模型應(yīng)是能夠正確反映系統(tǒng)表征和特性的學(xué)模型應(yīng)是能夠正確反映系統(tǒng)表征和特性的最簡數(shù)學(xué)表達式最簡數(shù)學(xué)表達式。 另外，近年來人工智能研究中出現(xiàn)了一類描述模型，用另外，近年來人工智能研究中出現(xiàn)了一類描述模型，用自然語言自然語言或或程序語言程序語言來來描述，其模型解也是描述，其模型解也是“探索探索”得到的，更接近人類思維過程，同時也尚待數(shù)學(xué)化。得到的，更接近人類思維過程，同時也尚待數(shù)學(xué)化。線性定常連續(xù)系統(tǒng)線性定常連續(xù)系統(tǒng)線性常微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程線性常微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程分布參數(shù)系統(tǒng)分布參數(shù)系統(tǒng)偏微分方程偏微分方程非

55、線性連續(xù)系統(tǒng)非線性連續(xù)系統(tǒng)非線性偏微分方程非線性偏微分方程離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)差分方程、時間序列、脈沖傳遞函數(shù)、邏差分方程、時間序列、脈沖傳遞函數(shù)、邏輯式、概率分布函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)圖輯式、概率分布函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)圖系統(tǒng)類型系統(tǒng)類型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型定義和一般描述數(shù)學(xué)模型定義和一般描述College of Logistics EnginerringWHUT模型研究概念模型研究概念實際系統(tǒng)實際系統(tǒng)模模 型型實際結(jié)論實際結(jié)論模型結(jié)論模型結(jié)論實物實物試驗試驗?zāi)Ｐ湍Ｐ驮囼炘囼灲＝６啻涡薷哪Ｐ投啻涡薷哪Ｐ湍Ｐ头诸惸Ｐ头诸怌ollege of Logistics EnginerringWHUT常見模型分類常見模型

56、分類系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型動態(tài)動態(tài)數(shù)值法數(shù)值法物理模型物理模型半物理模型半物理模型靜態(tài)靜態(tài)分析法分析法分析法分析法離散離散連續(xù)連續(xù)模型分類模型分類College of Logistics EnginerringWHUT基于具體分析方法的模型分類基于具體分析方法的模型分類 黑盒模型黑盒模型灰盒模型灰盒模型白盒模型白盒模型非自治模型非自治模型自治模型自治模型啟發(fā)式模型啟發(fā)式模型抽象模型抽象模型形象模型形象模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型文字模型文字模型物理模型物理模型異構(gòu)模型異構(gòu)模型同構(gòu)模型同構(gòu)模型概念模型概念模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型仿真模型仿真模型蒙特卡洛模型蒙特卡洛模型博弈模型博弈模型維修更新模型維

57、修更新模型可靠性模型可靠性模型預(yù)測模型預(yù)測模型決策模型決策模型排序模型排序模型投入投入產(chǎn)出模型產(chǎn)出模型網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型非線性規(guī)劃模型非線性規(guī)劃模型線性規(guī)劃模型線性規(guī)劃模型確定性模型確定性模型隨機性模型隨機性模型模型模型模型分類模型分類College of Logistics EnginerringWHUT 數(shù)學(xué)建模就是確定系統(tǒng)的模型數(shù)學(xué)建模就是確定系統(tǒng)的模型形式形式、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和參數(shù)參數(shù)，以得到正確描述系，以得到正確描述系統(tǒng)表征和性狀的統(tǒng)表征和性狀的最簡數(shù)學(xué)表達式最簡數(shù)學(xué)表達式。 數(shù)學(xué)建模型的幾條基本原則：數(shù)學(xué)建模型的幾條基本原則：對數(shù)學(xué)模型的要求：對數(shù)學(xué)模型的要求：u 模型模型功能功能是否滿

58、足所研究問題是否滿足所研究問題的需要？的需要？u 模型模型形式形式是否合理、經(jīng)濟？是否合理、經(jīng)濟？u 模型是否容易模型是否容易實現(xiàn)實現(xiàn)？u 模型運轉(zhuǎn)是否模型運轉(zhuǎn)是否穩(wěn)定穩(wěn)定？u 是否可以達到頇期的是否可以達到頇期的精度精度要求？要求？ 建模時須考慮：建模時須考慮：n精確性精確性n簡明性簡明性n層次性層次性n多用性多用性n可靠性可靠性n標準化標準化數(shù)學(xué)建模及其過程數(shù)學(xué)建模及其過程College of Logistics EnginerringWHUT 實際工程中的具體實際工程中的具體數(shù)學(xué)建模方法多達數(shù)十數(shù)學(xué)建模方法多達數(shù)十種。其中種。其中計算機輔助建計算機輔助建模模愈來愈多地被采用。愈來愈多地被

59、采用。 選擇合理建模方法選擇合理建模方法 機理分析法機理分析法 實驗辨識法實驗辨識法 定性推理法定性推理法計算機輔助建模流程圖計算機輔助建模流程圖 數(shù)學(xué)建模及其過程數(shù)學(xué)建模及其過程College of Logistics EnginerringWHUT 數(shù)學(xué)建模的一般過程數(shù)學(xué)建模的一般過程 通過以上過程，保證所得到的模型是通過以上過程，保證所得到的模型是有用的有用的、可靠的可靠的，其模型結(jié)論，其模型結(jié)論能反映實驗系統(tǒng)結(jié)論。能反映實驗系統(tǒng)結(jié)論。觀察和分析系統(tǒng)觀察和分析系統(tǒng)提出問題提出問題作出假設(shè)作出假設(shè)系統(tǒng)描述系統(tǒng)描述構(gòu)筑形式化模型構(gòu)筑形式化模型模型求解模型求解模型有效性分析模型有效性分析修改模

60、型修改模型最終確認最終確認多次反復(fù)多次反復(fù)模型校核，驗證確認模型校核，驗證確認有效后驗?zāi)Ｐ陀行Ш篁災(zāi)Ｐ湍Ｐ褪褂媚Ｐ褪褂脭?shù)學(xué)建模及其過程數(shù)學(xué)建模及其過程College of Logistics EnginerringWHUT 數(shù)學(xué)模型是從系統(tǒng)概念出發(fā)的關(guān)于現(xiàn)實世界部分的數(shù)學(xué)模型是從系統(tǒng)概念出發(fā)的關(guān)于現(xiàn)實世界部分的“映象映象”。真實系統(tǒng)。真實系統(tǒng)建模的抽象過程，包括建模的抽象過程，包括輸入輸入、輸出輸出、狀態(tài)變量狀態(tài)變量及其及其函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系。系統(tǒng)建模的抽象過程系統(tǒng)建模的抽象過程數(shù)學(xué)建模及其過程數(shù)學(xué)建模及其過程College of Logistics EnginerringWHUT 傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建