製造系統建模就是運用適當的建模方法將製造系統抽象地表達出來，通過研究系統的結構和特性，以便對製造系統進行分析、綜合和最佳化。
製造系統建模是一個知識密集型工作，它不僅需要建模者能夠良好地掌握製造系統建模的基本原理和方法，還需要建模者對製造系統本身的運作過程有深入的了解。此外，高水平建模專家還需要有豐富的建模經驗。
基本介紹
- 中文名：製造系統建模
- 外文名：Manufacturing system modeling
- 定義：運用建模方法抽象表達製造系統
- 起始時間：19世紀70年代
- 意義：降低實驗成本
- 涉及領域：機械製造等、簡化操作等
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相關概念
1.系統模型：系統模型是實際系統理想化的抽象或簡化的表示，它反映了系統的主要紕成和各組成部分的相互聯繫和作用。製造系統建模就是運用適當的建模方法將製造系統抽象地表達出來，通過研究系統的結構和特性，以便對製造系統進行分析、綜合和最佳化。
2.製造模型:製造系統是一個包含製造理論、製造技術、製造過程、製造資源和組織體系等組成的複雜工程系統。對這樣複雜系統的建模，吸引了眾多的學者和有志之士為之付出了畢生精力，獲得了許多行之有效的建模方法和手段，從製造系統的不同側面建立了一個個系統模型，如製造系統結構描述模型、系統運行管理模型、系統分析模型、系統設計實施模型、系統生產計畫調度模型等。然而，由於製造系統的複雜性，就目前階段而言還難以對系統整體，或者說難以用某單一方法來建立一個完整的製造系統模型。
發展
真正意義上的製造系統建模始於19世紀70年代。柔性製造系統(FMS)在這期間開始發展起來。對於中小批量生產而言，FMS具有其它加工系統不可比擬的優點。但另一方面它的複雜程度也大為增加。因此關於FMS的計畫、調度、控制等問題引起了研究者們的極大興趣。現在很多方法如排隊論、數學規劃、Petri網理論、擾動分析法(Perturbation Analysis)、計算機模擬等都是隨著FMS的發展而逐漸套用於製造系統建模的。
排隊論於50年代漸漸發展起來。60年代開始零星地用於描述製造系統的某些問題，如著名的Little定律。在70年代和80年代以排隊論方法分析FMS頗為盛行。
從70年代末起，數學規劃開始用於製造系統建模，人們用整數規劃解決FMS中的任務分派問題，用動態規戈Ⅱ解決FMS運行中的問題，尤其是在某機器出現故障時FMS的運行問題。
同樣從70年代末開始，以Y.C.HO為首的研究者們創立擾動分析法，對DEDS(離散事件動態系統)進行分析。機械製造系統都可視為DEDS。
Petri網理論是Petri在60年代初提出來的。它適合於分析非同步並發系統(Asynchronous Concurrent System)。70年代它開始被用於計算機系統分析，其用於製造系統建模始於80年代初期，也主要是針對FMS。
製造系統的計算機模擬也是伴隨著FMS而發展起來的。現在已有商品化的模擬系統可用於模擬製造系統的運行。
前面所提及的這些模型中，模擬模型在實際中套用最多，功能模型、信息模型也已用於實際CIMS的建立。其它的模型真正用於指導生產實際的並不多。總的來說製造系統建模還是一個正在發展中的遠未成熟的領域。製造系統模型或建模方法的不斷完善，需要眾多的理論研究者和實踐者的共同努力去完成。
原則
製造系統建模是一個複雜過程，還沒有形成一個標準化的建模過程以供建模人員使用。但是，以下建模原則對製造系統建模有重要參考意義。
1)定義模型的目的：建模為了什麼。
2)定義模型的範圍：說明模型覆蓋的領域和範圍。
3)定義模型的視角：模型描述了現實世界哪些方面的特性，哪些特性被忽略掉。
4)定義模型的細緻程度：模型的精度和顆粒度。
5)模組化：類似於軟體工程中採用的模組化編程方法，製造系統建模也需要採用模組化的建模方法，方便模型的維護。
6)通用性：製造系統建模需要提高建模的通用化程度，通過定義通用構件、部分通用模型等方法，將模型中通用的共性問題統一進行表示，這也是處理製造系統建模複雜問題的一種方法。
7)重用性：在模組化與同性原則的基礎上，還要強調重用的概念和方法。尤其在新建一個製造系統模型時，應該儘可能重用已經成熟的模型構件和部分通用模型，這樣一方面可以顯著縮短建模周期，另一方面可以大大提高建模質量。
8)一致性這個原則是製造系統建模中最重要的，同時也是最難以滿足的，因為它需要製造系統建模的不同組件在語義、語法上保持一致。
9)模型可視化：為了能夠迅速在不同人員之間交流模型信息，建模方法應該提供清晰明了的圖形建模機制。
10)管理複雜性：任何建模語言都應該能夠描述無論多么複雜的系統。
11)方便性與充分性折中：任何建模語言的重要特性是有足夠豐富的語義能夠表示複雜的製造系統。但過於複雜的語言要花相當多的時間進行學習和正確掌握。因此，在建模語言的充分性和方便性上需要折中考慮。
12)精確表示：模型必須無歧義、無冗餘，並且能夠作為證實系統特性、分析系統性能、仿真系統模型的基礎。
13)數據和事件分離：良好的建模語言應該能夠將活動使用的數據和觸發活動的事件分離。活動不應該由數據觸發，而應該由事件觸發。
評價準則
製造系統建模是一項複雜工作，完成後對模型要進行全面評價，因此必須定義一組可操作的能夠反映模型優劣程度的評價準則。一般評價準則包含以下內容。
1)一致性：這是製造系統建模的最重要準則。一致性有兩層含義：一層是不同視圖之間的一致性，另一層是遞階建模中上下層模組間的一致性。
2)完全性：完全性可以保證所建立的製造系統模型確實可以作為製造系統實施、改造的基礎。完全性是指建立的模型包括所有用來解決問題所需要的信息。通常採用向待解決問題領域的專家提問，來進行完全性檢驗。
3)可伸縮性：已建立的模型，可以根據需要進行擴展或剪裁以適應具體問題的需要。
4)範圍和廣度：表示建立的模型所覆蓋的範圍。
5)粒度和深度：粒度和深度是與模型的範圍和廣度正交的特性，它們反映了模型分解的細緻程度。
6)精度：精度是對模型里深度的補充，它在數量上給出了每個模型的元素的細緻程度，如描述活動持續時間的屬性是精確到分鐘還是精確到小時。
7)通用性：通用性反映了模型的適應能力，通常人們希望建立的模型適用於不同的套用需求，而不僅僅是滿足某一特定的需求。
8)套用效能：套用效能用來定義模型在支持問題解決的方便性方面的效率如何。
9)易懂性：理想的製造系統模型應該非常容易被廣大工程技術人員所理解，而不是只有建模專業人員才能理解。
10)可轉換性：可轉換性表示製造系統模型從一個套用場景向另一個套用場景轉換的方便程度，其中還包括模型表示方式上的改變的便利性。
意義
製造系統模型是對製造系統某種本質屬性的描述，在製造系統設計開發、運行管理和作業調度過程中，使用系統模型具有如下的意義：
1)可縮短新系統的設計開發周期。在從事新製造系統的研發階段，由於實際系統尚未建立，無法直接進行系統的相關實驗，只能通過建造系統模型來對系統進行分析、最佳化和評價，驗證系統的功能，識別系統可能出現的問題，減少設汁反覆，降低開發成本，縮短開發周期。
2)可尋求最佳的決策或控制變數，獲取系統最佳的運行效率。在製造系統運行過程中，可通過模型實驗確定系統的最佳運行參數，進行最佳化的運行控制。例如，通過製造系統投入產出模型實驗，可確定系統合理的生產批量，指導製造系統均衡平穩地生產；通過製造系統物流模型實驗，可確定系統最佳的資源配置、最佳的物流運送路線，獲取最低的物流輸送成本。
3)可對製造系統非常狀態進行預測。這裡所言的非常狀態是指系統的極限工作狀態，如系統的超速、超負荷狀態等。在實際系統運行過程中，可能會由於刀具的磨損使切削負荷加大，在這種工作狀態下對系統性能會有什麼樣的影響?是否會發生嚴重的事故?可通過對所建系統模型的實驗，掌握系統在非常狀態下系統性能的變化規律，採取必要的保護措施，以保證系統的工作安全。
4)可降低實驗成本，提高實驗效率。現代製造系統多屬於複雜大系統，對其直接進行實驗，實驗成本十分昂貴，利用系統模型進行系統實驗，可大大降低其成本。此外，在計算機上利用系統模型進行實驗，可在很短的時間內取得所需的實驗數據，可大幅度提高製造系統分析和研究效率。
5)簡化操作，易於理解。用模型來研究製造系統要比實際系統的操作方便得多，易於改變系統參數；可側重描述系統某方面的本質屬性，突出主要矛盾，易於排除不利的耦合因素干擾，可得到較為清晰的研究結果，易於進行系統性能的研究和分析。
