工業(yè)工程導(dǎo)論第2章-系統(tǒng)的規(guī)劃與系統(tǒng)工程基礎(chǔ)2課件

第2章系統(tǒng)的規(guī)劃與系統(tǒng)工程基礎(chǔ)

基本要求（1）了解產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的規(guī)劃內(nèi)容以及規(guī)劃方法。（2）掌握系統(tǒng)的定義及其基本問(wèn)題、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)建模與優(yōu)化方法；（3）了解工業(yè)工程系統(tǒng)的組成、運(yùn)作規(guī)劃與控制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)公理和規(guī)則等。（1）新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的宏觀特征

1）新產(chǎn)品的作用新產(chǎn)品是國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)的重要調(diào)控因素，是啟動(dòng)顧客需求與購(gòu)買(mǎi)力的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。通過(guò)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品提高就業(yè)率。新產(chǎn)品是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要標(biāo)志性指標(biāo)，對(duì)GDP的貢獻(xiàn)率標(biāo)志著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度。產(chǎn)品與制造系統(tǒng)的創(chuàng)新成為新世紀(jì)提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。3、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的規(guī)劃滿(mǎn)足顧客需求和期望的新產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)上市是使TSS以及企業(yè)生存與發(fā)展的根本要素。產(chǎn)品壽命期和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間迅速縮短。

影響新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成功的因素很多，其中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是晚交貨、質(zhì)量故障、成本增加和開(kāi)發(fā)成本超支。不同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段對(duì)投資回報(bào)率（ROI）的影響是不同的。它們對(duì)企業(yè)業(yè)績(jī)的影響見(jiàn)表2-11表2-12

利用選拔、培訓(xùn)、考核與授權(quán)的交叉功能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)小組或相關(guān)組織形式解決產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中遇到的眾多且相互沖突的問(wèn)題或要求，對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成功有重要的保證作用。

利用風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)管理與控制是降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，設(shè)計(jì)人員是關(guān)鍵因素。

（2）產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略及其規(guī)劃產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的四種戰(zhàn)略：技術(shù)領(lǐng)先戰(zhàn)略；快速響應(yīng)戰(zhàn)略；打破傳統(tǒng)戰(zhàn)略；依賴(lài)母公司戰(zhàn)略。與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略6種要素之間的關(guān)系:（3）總體規(guī)劃

進(jìn)行總體規(guī)劃時(shí)，必須對(duì)市場(chǎng)特征進(jìn)行認(rèn)真分析：

1）現(xiàn)代市場(chǎng)的力量可以快速改變市場(chǎng)需求的產(chǎn)品；企業(yè)應(yīng)該快速響應(yīng)今天的市場(chǎng)新需求，同時(shí)能夠利用新產(chǎn)品引導(dǎo)現(xiàn)有和潛在的顧客。

2）對(duì)手更具競(jìng)爭(zhēng)力的新產(chǎn)品和新的服務(wù)可能會(huì)搶占你原來(lái)的市場(chǎng)。

3）商務(wù)競(jìng)爭(zhēng)的失敗經(jīng)常與市場(chǎng)分析不足、戰(zhàn)略規(guī)劃與市場(chǎng)定位失誤、技術(shù)儲(chǔ)備不足相關(guān)。4）商務(wù)成敗與企業(yè)的目標(biāo)、戰(zhàn)略規(guī)劃和產(chǎn)品規(guī)劃密切相關(guān)。

5）企業(yè)不能沒(méi)有但也不能只有競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)代市場(chǎng)要求企業(yè)在信譽(yù)、實(shí)力的基礎(chǔ)上發(fā)展基于競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)外部合作，共同分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)雙贏。

6）引進(jìn)—消化—在實(shí)踐中改進(jìn)與創(chuàng)新是發(fā)展中國(guó)家快速趕上先進(jìn)水平的可行方案。

7）實(shí)施“以人為中心”的管理，激勵(lì)員工積極參與。

8）產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)管理必須與系統(tǒng)集成規(guī)劃相匹配。（4）產(chǎn)品規(guī)劃

產(chǎn)品規(guī)劃是戰(zhàn)略規(guī)劃的結(jié)果，它決定了企業(yè)制造的最終產(chǎn)品。包括新產(chǎn)品系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)和決策。產(chǎn)品應(yīng)該可以革新和改進(jìn)，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。產(chǎn)品規(guī)劃的實(shí)質(zhì)是把現(xiàn)在與潛在顧客的需求反映在產(chǎn)品研究、開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)中，并最終落實(shí)在制造、銷(xiāo)售與服務(wù)中，實(shí)現(xiàn)TCS的目標(biāo)。圖2-16是產(chǎn)品規(guī)劃系統(tǒng)實(shí)例。

（5）產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)（RPD）的目標(biāo)

1）壓縮上市時(shí)間；

2）借助于時(shí)間、成本和質(zhì)量的優(yōu)化開(kāi)發(fā)革新產(chǎn)品；

3）提高質(zhì)量，使之完善化。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的五個(gè)特征：

按照并行工程進(jìn)行產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的全面規(guī)劃，考慮完整的過(guò)程。組織的變革。全壽命的交叉功能流程。充分利用人力與技術(shù)資源。產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)化。2.2系統(tǒng)工程基礎(chǔ)1、與系統(tǒng)相關(guān)的概念（1）系統(tǒng)的概念

系統(tǒng)指為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)生成的多項(xiàng)事物有規(guī)律的交互作用和相互依賴(lài)的總體集合。所以一個(gè)系統(tǒng)是由兩個(gè)或多個(gè)組元（元素、部分、單元或子系統(tǒng)）組成的有組織的整體。（2）系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)系統(tǒng)最本質(zhì)的內(nèi)涵：“整體大于部分之和”或稱(chēng)為“相乘效應(yīng)”。由“相乘效應(yīng)”組織起來(lái)，構(gòu)成有機(jī)體的現(xiàn)象稱(chēng)為協(xié)同效應(yīng)。

（3）系統(tǒng)的集成

系統(tǒng)的模塊（Module）：具有強(qiáng)自治或獨(dú)立特征的組成部分（單元或子系統(tǒng)）。

全系統(tǒng)（ATotalSystem）：按協(xié)同效應(yīng)組織起來(lái)的自治模塊集合體。全系統(tǒng)經(jīng)常采取系統(tǒng)集成的模式，它具有三個(gè)特征：協(xié)調(diào)：不同自治領(lǐng)域的集成；協(xié)作：可以獲得共生的增益；協(xié)同：建立協(xié)同效應(yīng)可獲得非線性放大的效果。

（4）系統(tǒng)的要點(diǎn)(六個(gè)方面)

1）系統(tǒng)是一個(gè)整體，有一定的運(yùn)行環(huán)境和一定的壽命期。2）事物可能有確定性、隨機(jī)性、模糊性或不確定性的特征。3）在協(xié)同效應(yīng)的作用下，系統(tǒng)的組元（模塊或子系統(tǒng)）間存在非線性放大機(jī)制。4）系統(tǒng)與組成環(huán)境及其內(nèi)部各組成部分之間界面交互作用是構(gòu)成協(xié)同效應(yīng)的關(guān)鍵，也是現(xiàn)代系統(tǒng)與工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。5）在事物的相關(guān)性中存在因果關(guān)系。6）因果關(guān)系中最重要的特性是可測(cè)度性和可預(yù)測(cè)性。

2、系統(tǒng)的定義（1）從不同角度來(lái)定義系統(tǒng)抽象的定義：“系統(tǒng)是兩個(gè)或兩個(gè)以上相互關(guān)聯(lián)、可以識(shí)別的要素的集合體”，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)性。結(jié)構(gòu)的定義：“系統(tǒng)是在一定的外部環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)規(guī)定目標(biāo)的若干個(gè)互相關(guān)聯(lián)，可以識(shí)別的要素集合體”，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)組成。功能的定義：“系統(tǒng)是一個(gè)接受某些輸入，經(jīng)作用后轉(zhuǎn)換成某種輸出的過(guò)程”。這是系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換特性。動(dòng)態(tài)的定義：“系統(tǒng)是事物按邏輯、整體、時(shí)間進(jìn)行處理的流程”，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)同環(huán)境的交互作用。（2）系統(tǒng)的特征與屬性特征：系統(tǒng)具有大小、復(fù)雜性、整體性、層次性?；緦傩约闲浴⑾嚓P(guān)性、層次性、目的性、適應(yīng)性、可學(xué)習(xí)性。（3）系統(tǒng)方法的重要性隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，系統(tǒng)方法成為越來(lái)越重要的方法論。（4）大系統(tǒng)的概念

按照系統(tǒng)中整體同時(shí)完成的功能數(shù)劃定大系統(tǒng)與小系統(tǒng)。功能數(shù)大于m稱(chēng)為大系統(tǒng)，功能數(shù)小于或等于m（10或6）稱(chēng)為小系統(tǒng)。

3、系統(tǒng)的基本問(wèn)題

系統(tǒng)包括產(chǎn)品系統(tǒng)、裝備系統(tǒng)、硬件或軟件系統(tǒng)、組織系統(tǒng)或商務(wù)系統(tǒng)等。制造系統(tǒng)可以看成將輸入（生產(chǎn)資源）轉(zhuǎn)換成輸出（產(chǎn)品和服務(wù)）的系統(tǒng)。

五個(gè)基本問(wèn)題：

系統(tǒng)分析：對(duì)I、O和T的研究和理解；系統(tǒng)運(yùn)作/運(yùn)行：已知T與I，求O；系統(tǒng)反演（反求）：已知T與O，求I；系統(tǒng)綜合（或辨識(shí)）：已知I與O，求T；系統(tǒng)優(yōu)化：挑選Ｉ、O或Ｔ以到達(dá)最優(yōu)結(jié)果。4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程

設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)顧客和社會(huì)需求的辨識(shí)及規(guī)劃要求的產(chǎn)品功能，創(chuàng)造或生成滿(mǎn)足功能要求的參數(shù)以及滿(mǎn)足功能要求的過(guò)程。這一時(shí)間經(jīng)歷的集合稱(chēng)為設(shè)計(jì)過(guò)程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)流程圖、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程如下各圖。

（2）系統(tǒng)的表達(dá)系統(tǒng)通常用輸入、輸出和變換過(guò)程框圖表示：a）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)b)閉環(huán)控制系統(tǒng)

c)多變量閉環(huán)系統(tǒng)d)人參與的控制系統(tǒng)圖2-23系統(tǒng)控制的方式與表達(dá)

（3）控制系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本特征是可操作性，有可控變量的系統(tǒng)稱(chēng)為控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的控制問(wèn)題有：由設(shè)計(jì)者規(guī)定的可控變量的控制；不能由設(shè)計(jì)者控制的不可控參數(shù)；確定系統(tǒng)輸出的定義域；反饋與修正活動(dòng)；系統(tǒng)的魯棒性。

5、系統(tǒng)建模與優(yōu)化（1）系統(tǒng)的建模模型是利用合適的表達(dá)方式或簡(jiǎn)單的語(yǔ)言來(lái)扼要地表達(dá)研究對(duì)象的真實(shí)狀態(tài)或特性。模型既要清晰表達(dá)“現(xiàn)實(shí)”，又要簡(jiǎn)單。

1）系統(tǒng)模型的表達(dá)方式物理模型、圖解模型、數(shù)學(xué)模型、仿真模型

2）目標(biāo)函數(shù)（2）系統(tǒng)的優(yōu)化指為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的最高性能，選取合適的可控變量設(shè)定值。規(guī)定系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的要素：系統(tǒng)的目標(biāo)；系統(tǒng)的約束。

1）系統(tǒng)優(yōu)化的類(lèi)型約束優(yōu)化;無(wú)約束優(yōu)化

2）優(yōu)化技術(shù)/方法：極值法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、多目標(biāo)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)理論（利用圖論或網(wǎng)絡(luò)求解）、函數(shù)分析法、隱式枚舉法等。

2.3工業(yè)工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、工業(yè)工程系統(tǒng)的組成工業(yè)工程系統(tǒng)包括：人活動(dòng)的系統(tǒng)、組織的管理控制系統(tǒng)和公用服務(wù)三個(gè)子系統(tǒng)。（1）人活動(dòng)的系統(tǒng)(HumanActivingSystem)，又稱(chēng)為組織的物理系統(tǒng)或技術(shù)系統(tǒng)。（2）管理控制系統(tǒng)（ManagementControlSystem）（3）公用服務(wù)系統(tǒng)

2、運(yùn)作規(guī)劃與控制（OPC）

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)公理

系統(tǒng)設(shè)計(jì)公理是在近百年的組織與工業(yè)工程實(shí)踐和關(guān)于發(fā)明與設(shè)計(jì)原理的研究基礎(chǔ)上總結(jié)而得的，其主要內(nèi)容有九條公理：公理一（系統(tǒng)革新公理）的內(nèi)容：一個(gè)人參與的系統(tǒng)總是可以改進(jìn)的，除非它已經(jīng)消亡或不值得再利用了。規(guī)則一：應(yīng)該不斷地使組織的動(dòng)作科學(xué)化規(guī)則二：應(yīng)該不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新產(chǎn)品與服務(wù)規(guī)則三：應(yīng)該從全局、全壽命的角度進(jìn)行研究，分析系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

公理二（系統(tǒng)發(fā)展公理）所有的工程系統(tǒng)服從相同的發(fā)展規(guī)律。公理三（需求沖突公理）

任何一種工程發(fā)明創(chuàng)造都是為了解決新需求與不能滿(mǎn)足這些需求的工程系統(tǒng)間的矛盾沖突。公理四（解決沖突公理）

工程系統(tǒng)可以通過(guò)解決沖突而得到發(fā)展。公理五（發(fā)明途徑公理）物理、化學(xué)與生物效應(yīng)和跨領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)是解決沖突的指針和工具。

公理