现代制造系统工程模拟考试题

2. 单元级制造系统是最基层的制造系统， 其功能实现了从原材料到产 品的物理转换，为了实现这些功能需要依靠制造单元，请列举制造单 元组织结构的两种常见模式，并分析它们的差异。 答：制造单元的组织结构有两种常见模式：物理单元模式和逻辑单元 模式。 两者之间的差异：物理单元模式有自己固定的设备和资源；逻辑单元 没有自己固定的设备和资源，是动态存在的。 物理单元模式是要求作业任务适应单元； 逻辑单元模式是单元适应任 务。所以后者的适应性和柔性更强，但技术实现较复杂。
解：首先建立最优化数学模型。 目标函数: 约束条件： （1）不允许拖欠：
J T
tc 0.33 （月），tA 0.5 （月），t B 0.78 （月）， tD 1.0 （月），tE 1.25 （月）
（2）需求约束：
3700(t A tC ) 600T 3700(t B t A ) 600T 3700(t D t B ) 900T 3700(t E t D ) 800T
6 0.6 10
-

6 1.5 （件） 10 - 6
2
1

0.6 2 0.9 (件) 1 0.6
1 1 0.25 （h） - 10 - 6
-

0.6 0.15 （h） 10 - 6
2. 某自动化制造系统的排队网络模型如图：
条件：已知立式加工中心 M1、卧式加工中心 M2 和 M3 的平均工 作速率分别为 W1=32 件/日、W2=20 件/日、W3=18 件/日，运输小 车 AGV 的平均输送速率为 W4=95 件/日，AGV 的利用率 U4=0.8，有 关工位的访问频数为 q1=0.25，q2=0.25，q3=0.2，q4=0.3。 求：各加工中心的利用率 U1,U2,U3，系统生产率 Ps 和极限生产 率 Pm，并指出该系统的瓶颈加工工位。 （1） 机床利用率
U1 q1W4U 4 / W1 0.25 95 0.8 / 32 0.594 U 2 q2W4U 4 / W2 0.25 95 0.8 / 20 0.95 U 3 q3W4U 4 / W3 0.2 95 0.8 /18 0.844
（2） 系统生产率
P ) s q4W 4U 4 0.3 95 0.8 22.8(件/日
（3） 极限生产率 为求系统的极限生产率， 需首先根据 ri/Si 值的大小确定瓶 颈加工工位。因本系统各工位均为单服务台，所以 ri 最大 的工位即为瓶颈工位。因相对利用率 ri=Ui/UM，而 UM 为定 值，所以 Ui 最大的工位就是瓶颈加工工位。由上可知 M2 的利用率为最大，据此可确定该工位为瓶颈工位，即 b=2。 瓶颈工位 M2 的相对利用率为
二．某工厂每天制度工作时间工作 8 小时，时间利用率的 80%，要求产出不低于 950 件，生 产节拍为 7.8min，如何设置批量？ 答： r＝F÷(N÷Q), F=Fo×K r: 节拍， F: 计划期有效工作时间， N: 计划期产品产量， F0 :制度工作时间， K: 时间利用率,Q: 批量。 Q＝(N* r)/(Fo*K)＝(950*7.8)/(8*60*0.8)＝19.296 因此批量设定为 20 较为合适. 三．试论述实际生产过程中 cell 模式和 line 模式适用的生产类型，两种模式的选用与生产批 量之间存在何种关系？ 答：cell 生产模式适用于多品种小批量的生产类型； Line 生产模式适用于少品种大批量的生产类型。 关系：当实际生产批量大于经济批量 Qs 时，选用 Line 生产模式较为合理； 当实际生产批量小于经济批量 Qs 时，选用 Cell 生产模式较为合理； 实际生产批量等于经济批量 Qs 时，两种生产模式均可。
李 一. 假期旅游有三个景点可供选择，分别为 C1，C2，C3。选择景
点的参考标准有景色（B1），费用（B2）和居住条件（B3）三点， 指标层与基准层的判断矩阵如下所示，请用层次分析法确定出最 优景点。
解答： 对各个判断矩阵采用方根法求解特征向量，经过归一化处理后得：
层次总排序得：
可以得出结论选择景点二最优。
r2 U 2 / U 4 0.95 / 0.8 1.1875
在此基础上即可求出极限生产率：
P m qM WM
Sb 1 0.3 95 24(件 /日 ) rb 1.1875
刘行为模式建立，与实体类中的实体数量无关。因此，同一活 动循环图既可以描述大系统也可描述小系统。 2，活动循环图与实体类型和执行活动所要求的周期无关。 3，从图上能立刻辨认出活动的类型，活动所要求的实体类型和数量，以及每类 实体所要参加的活动。这为系统的逻辑过程讨论提供了直观，有效的基础。 4，基于活动循环图的仿真算法简单，便于实施。 5，可对制造系统底层的细微行为进行描述，并可引入外界控制信息对有关活动 和列队进行控制，因此可建立用于制造系统控制的模型。
王 1.为了描述现代制造系统的总体结构，一种重要的视图方式是制造系 统的组织视图，请介绍几种典型的制造系统组织结构，并说明各个结 构的优缺点。 答案：四种常用的组织结构是递阶结构、分布式结构、网络组织结构 和动态联盟组织结构。 （1）递阶结构优点是容易集中管理、统一领导，缺点是信息流通效 率低，资源利用率较低，各个部门间信息交换较少，不能快速响应市 场需求。
（3）保证下一周期从 t=T 时开始生产
3700(T tE ) 800T
排队网络习题吴
1. 工件按泊松流到达机床，平均每小时 6 件，机床加工时间符合负 指数分布，平均每小时处理 10 件。求：设备利用率、平均在制品 数量、 平均队列长度、 平均通过时间、 平均等待时间等性能指标。 解：将该系统看作为单机单队列系统，假设毛坯存储装置的容量 没有限制，可用 M/M/1 系统进行描述。 由已知条件可知： 6件/h, 10件/h 系统各项性能指标如下: （1） 设备利用率 ：U （2） 平均在制品数量： Z （3） 平均队列长度： Lq （4） 平均通过时间：T （5） 平均等待时间：Tq
刘 一：计算题
4.改变加权系数取 u1=0.7,u2=0.3 计算 S1，S2 分别为 44.6 和 55.4。根据综合 性能准则值进行调度决策：因 J1 最小，所以选 S1 送入 W1 进行加工。 二、简答题： 问：什么是简单优先规则？它所包含的几个典型规则与含义分别是什么？ 答：简单优先规则 直接根据系统状态和参数确定下一步操作的调度规则。 采用简单优先规则可保证 系统某一或某几个性能参数达到一个较好的效果。 （1）先进先出（FIFO）规则：根据零件到达工作站的先后顺序来执行加工作业， 先来的先进行加工。 （2）最短加工时间（SPT）规则：优先选择具有最短加工时间的零件进行处理。 它可以获得最少的在制品、 最短的平均工作完成时间和最短的平均工作延迟时间。 （3）最早到期日（EDD）规则：根据订单交货期的先后顺序安排加工，即优 先选择具有最早交付期的零件进行处理。 这种方法在作业时间相同时往往效果较 好。 （4）最少作业数（FO）规则：根据剩余作业数来安排加工顺序，剩余作业数越 少的零件越先加工。 这是考虑到较少的作业意味着有较少的等待时间。因此使用 该规则可使平均在制品少、制造提前期和平均延迟时间较少。 （5）下一队列工作量（WINQ）规则：优先选择下一队列工作量最少的零件进行 处理。 所谓下一队列工作量是指零件下一工序加工处的纵工作量（加工和排队零 件工作量之和） 。 （6）剩余松弛时间规则 STR：剩余松弛时间越小越有可能拖期，故 STR 越短越 先加工。 剩余松弛时间是将在交货期前所剩余的时间减去剩余的总加工时间所得 差值。
简述采用最小时钟原则三阶段离散事件仿真算法的主要过程 A 阶段（时钟推进） ：检查每一活动的活动时间剩余值，选择最小值作为时钟推进量，进行 时钟推进。同时进行数据处理和动态图形显示。若仿真时间未到终值，转入 B 阶段，否则结 束。 B 阶段（状态更新） ：检查每一活动，终止那些活动时间剩余值等于零的活动，有关变量置 终止状态（实体转入列队等） ，转入 C 阶段。 C 阶段（活动扫描） ：检查每一活动，看其开始条件是否满足，如满足，则计算该活动的活 动时间，有关实体进入活动状态，转入 A 阶段。
3.车间级和工厂级制造系统都是以单元级制造系统为基础，结构更加 复杂，功能更加完善，请分析这三种制造系统组织功能的差异。
答： （1）单元级制造系统基本功能就是按照上级下达的生产指令，对 单元级制造系统内的相关活动进行有效控制， 完成原材料到成品的物 理转化，并将系统的运行状况向上级管理系统反馈。 （2）单元级制造系统的信息直接反馈到车间级制造系统，车间级制 造系统是在单元级制造系统的基础上， 增加了围绕生产过程所进行的 管理、 调度和控制活动， 以及与其他分系统进行的双向信息交换活动， 最终最优完成上级下达的生产任务。 （3）工厂级制造系统是一个完善的制造系统， 它包含了将制造资 源转变为可用产品并保证其正常使用的全过程。 它由各个车间以及一 系列辅助部门组成，涵盖了车间制造系统的功能，同时还具有从原材 料和外购件采购，产品的开发设计，成品的装配，产品的销售以及售 后服务等功能，它是一个完善的制造系统。 赵 1、 Pm || Cmax 问题中要求达到的目标的生产实际意义是什么？ 答：减少机器空闲时间，平衡机器负载。 2、 Fm || C j 问题中要求达到的目标的生产实际意义是什么？ 答：减少在制品数量。 3、例举 3 个以上在调度理论中应用的万用启发式演算法 答：1、粒子群优化算法 2、遗传算法 3、模拟退火法 4、蚁群算法
（2）分布式结构优点是可以充分发挥各种计算机辅助技术的作用， 减少在制品，缩短生产周期，确保交付期，同时打破了原有部门间的 界线， 横向部门间信息交换较多， 便于实现高质量、 高效率和高柔性。 缺点是技术要求较高，管理较复杂，工人技能素质要求较高。 （3）网络组织结构优点是能较快响应市场需求，适合于按订单生产 的大型复杂产品的制造。缺点是生产任务是临时的，员工的协调和管 理比较麻烦。 （4）动态联盟组织机构的优点是能充分发挥公司的优势资源，快速 响应市场需求， 获得最大利润。 缺点是风险较大， 有较高的不确定性。
5、人工免疫系统优化算法 6、禁忌搜寻法 赵 1. 计算题 0 层产品需求为：100 件产品 1，200 件产品 2，求 0 层直接相关需 求 dd（0）
解：由已知条件，0 层需求向量为 d（0）=[100 200 0 0 0 0 0 0 0] 根据公式可求出 0 层的最直接相关需求 dd（0）=d（0）B=[100 200 0 0 0 0 0 0 0][B] =[0 0 200 200 200 100 600 0 0] A D B C r
2. 谈谈物料需求计划的优缺点。 答：物料需求计划的优点：
1）物料需求计划将企业的各职能部门有机的结合在一起，有利于 实现企业运行的整体优化； 2）物料需求计划系统使各职能部门的信息达到最大限度的集成， 从而有效提高了信息处理的效率和可靠性； 3）物料需求计划系统为企业高层管理人员进行决策提供了有效的 手段和依据； 物料需求计划的不足： 1）物料需求计划的前提条件是资源是无限的。在实际中，企业的 生产资源是有限的，因此，MRP 作出的物料需求计划不一定与企业 生产能力相匹配——没有考虑能力的约束； 2）MRP 的另一个前提条件是提前期已定。而实际上，提前期是很 难准确确定的。因此，物料需求计划的准确性很大程度上也依赖 于提前期的准确性。 3）物料需求计划没有考虑资金的运作，易使采购计划由于资金的 短缺而无法按时完成，最终影响整个生产计划地执行。 4）MRP 系统仅管理了企业的部分信息，没有覆盖企业的全部生产 经营活动，具有一定的局限性。 5）MRP 系统只是一个开环系统，缺乏实际状态的反馈信息。 3.某企业产品信息如表所示，求解主生产计划，只建模，不求解。