第1章緒論1.1研究背景及研究意義在社會日益發(fā)展的今天，各種制造業(yè)逐漸興起，如何在各個領域制造業(yè)的生產過程中更好地運用系統(tǒng)工程理論，是當今世界諸多學者都在研究的一個重要課題。在科技飛速發(fā)展的今天，人們所需要處理的系統(tǒng)問題也愈發(fā)的復雜與龐大，因而系統(tǒng)工程理論思想也就在研究系統(tǒng)問題中顯現(xiàn)得越來越重要。在如今的許多學科領域，系統(tǒng)工程理論已經(jīng)成為了其中不可或缺的一部分。1.2研究對象據(jù)調查，造成福建省某市的某卷煙廠產線上的設備老化最主要的原因是廠內生產設備長時間超負荷運轉。為了解決工廠生產設備老化問題，達到所要求達到的新標準，進一步提升某卷煙廠所生產出產品的品質，則需要在原有的工藝水平基礎上做出相應的改進。對于該項改造工程的資源分配、合理優(yōu)化、工期縮短以及增大效益，使網(wǎng)絡計劃的優(yōu)勢得到充分的發(fā)揮，本文所提出的方案中，由于依照物料特性的不同進行分類，再按照相應的程序進行加工成為最終的符合標準的產品，是某卷煙廠的工作流程。因此，可根據(jù)該廠獨特的工作流程的特點，結合系統(tǒng)工程理論，在保證質量與工廠利益的前提下，進行相關工程作業(yè)的工期縮減工作。此種方案用到了系統(tǒng)工程理論中的計劃評審技術與關鍵路線法。第2章系統(tǒng)工程理論與研究方法概論2.1系統(tǒng)工程使命簡述系統(tǒng)工程最重要的使命就是將人類現(xiàn)實生活之中的各種問題集合起來看成一個整體，將其當作一個系統(tǒng)，與社會科學以及自然科學相結合，從而發(fā)現(xiàn)各種問題之間的內在聯(lián)系，利用系統(tǒng)工程理論以及系統(tǒng)工程方法論，去解決所面臨的問題。2.2系統(tǒng)工程的基礎理論運籌學、信息論、控制論和計算機科學四個學科分支組成了系統(tǒng)工程理論最重要的部分。在實際應用中，運籌學主要處理靜態(tài)系統(tǒng)的問題；相應地，控制論處理動態(tài)系統(tǒng)的問題，二者相得益彰，而信息論則是將由運籌學或者控制論所處理的問題總結出一般規(guī)律，加以提煉整合，通過計算科學得出最終的具體結論。2.3系統(tǒng)工程的研究方法系統(tǒng)工程的主要思想方法在于通過定量以及定性結合分析的系統(tǒng)想法去解決在現(xiàn)實生活中難以用定量分析的問題。其基本方法大致可以概括為：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計與系統(tǒng)的綜合評價。在系統(tǒng)工程方法論研究發(fā)展的過程中，1962年霍爾在《系統(tǒng)工程方法論》中提出了系統(tǒng)的“三維結構”，即從三個不同的維度解決系統(tǒng)的各種問題。除霍爾的“三維結構”之外，錢學森曾在1989年提出“綜合集成法”，也被世人所認可。

第3章圖與網(wǎng)絡的分析和優(yōu)化3.1網(wǎng)絡計劃法用于工程項目的計劃與控制的管理方法之一為網(wǎng)絡計劃法，在二十世紀五十年代末得到迅速的發(fā)展。按照網(wǎng)絡計劃法的起源，其主要分為計劃評審法（PERT）與關鍵路徑法(CPM)。主要原理是通過相關的邏輯分析與數(shù)學運算，利用網(wǎng)絡圖的形式將某一工程中的工作組成和與其對應的具體的關系表示出來，從而求出系統(tǒng)所需要的線路與關鍵的工序，并通過完善網(wǎng)絡計劃，從而對最優(yōu)方案做出選擇，來有效控制并管理相應的項目。3.2網(wǎng)絡圖解決系統(tǒng)工程問題的前提條件之一為先構建好整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡圖。網(wǎng)絡圖的定義為由結點、權和弧形成的有向圖。例：通過以下工序間的關系制作網(wǎng)絡圖：（大寫字母表示各不同的工序）A：所需時間60天，后續(xù)工序有B,C,D,E；B：所需時間45天，后續(xù)工序為J；C：所需時間10天，后續(xù)工序為F；D：所需時間20天，后續(xù)工序有G,H；E：所需時間40天，后續(xù)工序為H；F：所需時間18天，后續(xù)工序為J；G：所需時間30天，后續(xù)工序為J；H：所需時間15天，后續(xù)工序為J；I：所需時間25天，后續(xù)工序為J；J：所需時間35天，無后續(xù)工序。由題意，繪制出網(wǎng)絡圖，如圖1所示：圖1工程網(wǎng)絡圖圖3-1中，事項為帶圈數(shù)字，根據(jù)定義，事項就是前一項工序的開始和后一項工序的結束，大寫字母為相關工序，字母下為序號（事項）之間的箭頭，箭頭下標有不盡相同的數(shù)字，該數(shù)字則為完成此項工序所需要的時間，即工期。繪制網(wǎng)絡圖時，先分解整體工程為若干不同的工序，并確定出工序的工期，然后通過各個工序的流程確定好工序之間的排列順序以及位置關系，然后再進行工程網(wǎng)絡圖的繪制。3.3網(wǎng)絡時間與關鍵路線3.3.1路線與關鍵路線在3.2的引例中，路線表如表1所示：表1線路表線路線路的組成各工序所需的時間（天）1127814021237812331246781704124578130512578150其中，所需時間最長的一條路線即被稱為關鍵路線，在對應的網(wǎng)絡圖中用由粗實線構成的箭線組表示。在表1中，線路3即為該工程的關鍵路線。一項工程中的關鍵工序就是關鍵路線上的工序。在某一項工程中，想要縮短該項工程的工期的充要條件即為縮短此工程中各個關鍵工序的工期。使資源得到充分利用，使工程完成時間得到壓縮，縮短整個工程的工期。3.3.2網(wǎng)絡時間的計算在解決一項工程問題時，首先要制定該項工程的網(wǎng)絡計劃，而定制網(wǎng)絡計劃的前提則為確定該項工程的關鍵路線，所以，為了確定關鍵路線，就需要得到此項工程中各個工序的網(wǎng)絡時間。網(wǎng)絡時間分為作業(yè)時間、事項時間和作業(yè)（工序）的各種時間。(1)作業(yè)時間()：工序i到工序j所需要的工期之和；(2)事項時間：1)事項最早時間事項最早時間的定義為：某任一事項j可能最早的開工時間。關于，有如下關系成立：（1）根據(jù)此關系式，則可以得出工程網(wǎng)絡圖1中的各事項的最早時間：再將所得出的各個結果匯總入網(wǎng)絡圖中，如圖2所示：圖2調整后的工程網(wǎng)絡圖2)事項最遲時間事項最遲時間的定義為：在不誤計劃工程總工期的前提下，某事項j最遲必須完成的時間。關于，有如下關系式成立：=（n為終點事項）（2）根據(jù)此關系式，則可以得出工程網(wǎng)絡圖1中的各事項的最遲時間：再將各個工序的事項最遲時間匯總入網(wǎng)絡圖的中，并結合上一步所計算出的各個工序的事項最小時間，最終可得出調整后的新的工程網(wǎng)絡圖。如圖2所示。(3)工序的各種時間：1)作業(yè)最早開始時間有：（3）在圖2中，有2)作業(yè)最早結束時間有：（4）對于圖2所示的工程網(wǎng)絡圖，有：3)作業(yè)最遲開始時間有：（5）對于圖2所示的工程網(wǎng)絡圖，有：4)作業(yè)最遲結束時間有：（6）對于圖2所示的工程網(wǎng)絡圖，有：3.4網(wǎng)絡優(yōu)化通常來說，在制定了初始方案之后，需要根據(jù)指標的要求，對初始方案進行調整和優(yōu)化，因為很難做到在最初的方案中得到完全合理的指標。調整和優(yōu)化網(wǎng)絡圖的主要方法有：縮短網(wǎng)絡計劃的工期，使其符合規(guī)定工期的要求；亦或是工期不變，使需要的資源（人力、物力、資金）最小化；降低人力使用高峰，使其符合人力供應能力，并在能夠達到最短工期地情況下連續(xù)且均衡地使用各工種人員；降低資源的需求高峰，使其在能達到的最短工期符合資源供應情況；在費用增加最少的情況下盡可能地縮短工期等等。通過上述方案地優(yōu)化與調整，不斷改進網(wǎng)絡工程原計劃的初始方案，獲得最短的周期，最低的成本和對各種資源最有效的利用，再根據(jù)時間、資源和成本等方面優(yōu)化得到的結果，選擇最優(yōu)方案，作出最終的最優(yōu)決策。第4章系統(tǒng)工程理論在實際生產過程中的應用4.1某卷煙廠概況福建省某卷煙廠是中國著名的卷煙企業(yè)，規(guī)模之大弘揚國內外，在全國各地同行業(yè)中有著首屈一指的地位。中國馳名商標“七匹狼”是福建省某卷煙廠的核心品牌。某卷煙廠堅持以做大做強“七匹狼”品牌作為企業(yè)的核心發(fā)展戰(zhàn)略。2007年，龍煙的發(fā)展速度實現(xiàn)近年來最快的增長，實現(xiàn)了突破性的發(fā)展。產銷卷煙突破70萬箱，銷售收入突破70億元，稅利突破50億元，利潤突破10億元。4.2工程項目改造背景近年，精品“七匹狼”卷煙專用生產線為響應國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，在原有的生產技術上進行了技術革新，對旗下各個分廠提出了進一步的技術要求。據(jù)悉，對于精品“七匹狼”卷煙專用生產線提出的新的技術要求，位于我國福建省某市的某卷煙廠原有的糖香料廚房由于生產設備以及技術人員自身配合及協(xié)調等原因，并沒有完全達到新要求的標準。改造的具體方式為將原本的集散控制系統(tǒng)DCS改進成為開放式系統(tǒng)型的現(xiàn)場控制系統(tǒng)FCS，以求達到最佳的系統(tǒng)集成效果。同時，為了進一步提高卷煙的內在品質，則需要在原有的工藝水品上進行相應的改進，以下為本文方案所提出的的具體改進內容：1.在相關工序中添加回潮加料以形成二次加料；2.使煙葉得到良好的水分和料液吸收，并增加儲葉柜的數(shù)量，使煙葉在貯葉柜中的貯葉時間得到有效延長。3.在相應環(huán)節(jié)加入葉片膨脹工序以防止葉片在切絲機切絲時造碎情況的發(fā)生。4.增加生梗絲儲物柜的數(shù)量并予以加料，使梗絲的耐加工性得到提高。4.3糖香料廚房生產線的改造工程總工期為180天，其中包含了二十天的工程前期設計時間。較長的工期會對全廠的生產以及銷售產生較大壓力。因此，本文中所提出的方案對整個改造的工程計劃進行了較為精確的網(wǎng)絡分析，從而從系統(tǒng)工程理論的角度進行了相關優(yōu)化，最后再進行優(yōu)化前后的對比，由此得出最佳的施工攻略。此項改造工程中的相關工序詳見表2通過表2繪制網(wǎng)絡圖，如圖3所示：圖3糖香料生產線改造計劃施工網(wǎng)絡圖計算、(1):(2):以上為計算的詳細過程。由上述計算結果可得到關鍵路線：①②③⑤⑦⑨???由圖可得，工期大于180天的工序路線除關鍵路線外還有：⑴①②③⑤⑦⑨????。⑵①②③⑤??。⑶①②③??。欲縮短工期，使之小于180天，則需對這四條路線上的工序進行相關改進，縮短其作業(yè)時間。由前述相關系統(tǒng)工程理論知識可知，縮短總工期的關鍵在于對工程中非關鍵工序進行相關調整，重新調配相關資源。本文以此為科學理論依據(jù)，列出了以下方案：1.分解B工序。主要思想為交叉作業(yè)，根據(jù)后續(xù)工程重新組織拆卸順序。主要做法為優(yōu)先集中資源完成對緊接工序有影響的拆卸工程，再解決其他不影響緊接工序的拆卸工程。由于事先完成了與緊接工序有關的工程，所以就可以繼續(xù)下一項工程，然后就可在進行下一項工序的同時，再同時進行上一項其他工序。2.縮短M工序的作業(yè)時間。主要思想依舊是交叉作業(yè)，通過對作業(yè)方式和工程性質的分析，在互相之間不受彼此影響的前提下同時進行不同層面的工程。相關土建工程例如安裝電纜、墻面鋁塑板安裝以及刮白頂板等基礎工作可以在相關資源的調動下同時進行施工。與此同時，為節(jié)約時間并更好地利用資源，可同時進行后期拆卸工程，即可將工期縮短至114天左右。3.縮短L工序的作業(yè)時間。此方案采用了交替作業(yè)的主要思想，即使設備油漆工程與設備修理工程與設備調試工程交替進行，設備修理與設備調試停止或者暫停時，進行設備油漆工程的作業(yè)，設備油漆工程停止或暫停時，進行設備修理與設備調試。采用交替作業(yè)的方法，可顯著縮短工期到71天左右。4.縮短G工序的作業(yè)時間。此方案采用了三維立體交叉作業(yè)的思想。通過合理調配相關資源，同時進行空中、地面和地下作業(yè)，工期可縮短到17天左右。5.縮短D工序工期作業(yè)時間。安裝設備包括安裝新設備與安裝舊設備，由交叉作業(yè)的思想，可以和設備的維修與調試進行交叉作業(yè)，將工期縮短至36天左右。6.縮短P工序的工期。提高相關技術人員的技術水平和施工管理人員的管理水平，將工期縮短5天左右。通過以上方案的優(yōu)化，新的網(wǎng)絡計劃的工序施工表如表3所示：通過表3相關信息進行網(wǎng)絡圖的繪制，如圖4所示：圖4糖香料生產線改造經(jīng)過優(yōu)化后的網(wǎng)絡圖由新的網(wǎng)絡圖4計算、(1)：(2)：以上為計算的詳細過程。由上述計算結果可得到關鍵路線：①②④⑥⑦⑩???。使用系統(tǒng)工程理論的相關方法進行優(yōu)化后，整個工程的全部工期由原來的180天縮短到了164天，較之原計劃提前了23天。結合系統(tǒng)工程理論相關科學理論知識，此方案具有較強的可行性。4.4系統(tǒng)工程理論中線性規(guī)劃在工廠生產利潤最大化中的應用通過相關具體數(shù)據(jù)的調查，我們做出一個引例。現(xiàn)在有以下已知條件：已知生產卷煙需要卷接與包裝兩道工序。該廠生產甲、乙兩種煙，zj17為卷接機，該廠可以提供4臺，zb25為包裝機，該廠可以提供5臺，兩種機器每臺每月最多都只能工作180小時。卷接一箱甲煙需0.09小時，乙煙0.05小時；包裝一箱甲煙0.12小時，乙煙0.075小時。且兩種機器在每個季度前兩個月都各有一臺需要進行設備維護，維護的時間為：卷接機100小時，包裝機150小時。同時，由于卷煙需要空間進行存儲，每箱甲煙需0.75平方米，每箱乙煙需1.2平方米。已知該廠總共能提供1000平方米的存儲空間。每個季度開始時都會先清空上個季度的庫存再進行生產，要求本季度結束時甲乙各剩400箱。如何安排生產計劃才能使該廠獲得最大利潤？定價與成本等具體數(shù)據(jù)如表4、表5所示：設為第i種產品在第j月份的生產量，第i種產品在第j月份的銷量，為第i種產品在第j月份的庫存。由已知條件可得，該廠最大利潤為：⑴機器的約束條件：⑵產量、銷量與庫存量的關系：⑶存儲空間的約束條件： ⑷生產量的約束條件：⑸實際意義的約束條件：使用LINGO軟件進行仿真，可解決此線性規(guī)劃問題：本季度的三個月甲類煙的產量分別為箱，箱，箱。本季度乙類煙的產量分別為箱，箱，箱。本季度甲類煙的銷量分別為箱，箱，箱。本季度乙類煙的銷量分別為箱，箱，箱。本季度甲類煙的庫存=1333.333箱，=1245.833箱。本季度乙類煙的庫存=0箱，=0箱。欲解決諸如此類的復雜的線性規(guī)劃問題，可用LINGO軟件進行仿真實驗，可以較為容易地求出相關線性規(guī)劃的問題。有關本引例的求解程序過程如圖5所示。圖5LINGO軟件操作界面圖運行此程序，則可以得到我們想要求得的最大利潤，詳細結果如圖6、圖7所示。圖6程序運行結果（1）圖7程序運行結果（2）以上兩圖中所求得的結果即為Ojectivevalue，其意思為表示目標函數(shù)。故由題意可知，本引例中此季度的最大利潤即為164006200元仿真實驗流程視頻過程詳見PPT。通過上述實驗方案，可以看出相比于傳統(tǒng)方法，模型法可以全面的考慮各種因素、更好地解決問題。結論位于福建省的該卷煙廠經(jīng)過本文中所提出方案的優(yōu)化，成功將工期壓縮到了原工期的88%，并且成功達到了由精品“七匹狼”卷煙專用生產線提出的新的技術要求，踐行了我國所大力倡導的“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”。在達到要求的同時，也能夠按時按量完成生產任務，保證了企業(yè)利益。該方案的理論基礎毋庸置疑為系統(tǒng)工程理論。基于該科學依據(jù)，此項改造工程取得了具有顯著實際意義的優(yōu)化效果。雖然系統(tǒng)工程理論在處理多數(shù)系統(tǒng)問題與工程問題時有著得天獨厚的優(yōu)勢，不過在實際的生產過程中，仍然存在著許多外部環(huán)境的不可控因素與人為因素。因此，在運用系統(tǒng)工程理論解決實際生產過程中的相關問題時，需要將各種不可控的外部因素也并入考慮范圍，綜合各種理論知識，才能更好地解決問題。在社會日益發(fā)展的今天，各種制造業(yè)逐漸興起，如何在各個領域制造業(yè)的生產過程中更好地運用系統(tǒng)工程理論，是當今世界諸多學者都在研究的一個重要課題。系統(tǒng)思想以及系統(tǒng)工程方法也顯得愈發(fā)的重要，在如今的許多學科領域，系統(tǒng)工程理論已經(jīng)成為了其中不可或缺的一部分。總而言之，系統(tǒng)工程理論作為一個極其重要的現(xiàn)代科學理論，其在現(xiàn)實生產過程中的應用已逐漸發(fā)展成為一個極具研究意義和發(fā)展前景的龐大課題。學海無涯，如此深奧與龐大的課題還需我們不斷進行探索與實踐，從而更好地去解決人類文明發(fā)展中的各種問題。參考文獻[1]甘華鳴.生產作業(yè)[M].中國國際廣播出版社,2007.[2]郭伯棠.管理運籌學[M].高等教育出版社,2007.[3]胡宇辰,李良智,鐘運動,王筱琴.企業(yè)管理學[M].經(jīng)濟管理出版社,2008.[4]孔造杰.運籌學[M].機械工業(yè)出版社,2006.[5]穆慶貴,陳文安.新編工業(yè)企業(yè)管理[M].立信會計出版社,2008.[6]錢學森.論系統(tǒng)工程[M].上海交通大學出版社,2007.1.[7]汪應洛.系統(tǒng)工程[M].機械工業(yè)出版社,1999.5.[8]汪應洛.系統(tǒng)工程簡明教程[M].高等教育出版社,2009.3.[9]汪應洛.系統(tǒng)工程理論、方法與應用[M].高等教育出版社,1997.7.[10]楊家本.系統(tǒng)工程概論[M].武漢理工大學出版社,2007.1.[11]易樹平,郭伏.基礎工業(yè)工程[M].機械工業(yè)出版社,2007.[12]張衍林.運籌學[M].華中科技大學出版社,2009.[13]劉海燕,李琳,李雪蓉.《系統(tǒng)工程理論與實踐》1981-2015年文獻計量分析[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2017,37(03):805-816.[14]劉佳,王先甲.系統(tǒng)工程優(yōu)化決策理論及其發(fā)展戰(zhàn)略[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2020,40(08):1