在制造系统的规划设计阶段,系统资源配置的优化问题需要满足系统的产能和订单的交货期要求,因此提出可行的、有效的系统性能指标值的估算方法,在求解优化问题中用于判断决策变量是否满足约束条件,是求解这类随机系统的资源规划问题的前提基础。针对随机环境下定制型装备制造系统的特点,分别研究三类典型复杂结构的制造系统,建立有限缓冲区开排队网模型。由于阻塞现象使得有限缓冲区的排队网一般不具有乘积形式解而难以求解,并且现有的求解方法存在局限性,因此分别根据系统模型的特征提出相应的近似求解方法,以快速计算系统性能指标值,进而应用于系统资源配置的优化问题,提高优化问题的求解效率。本课题研究将深化排队网络理论在随机制造系统建模与优化中的应用,研究成果将为定制型装备制造企业,以及具有类似生产特点的制造企业在扩大现有生产能力、建立新工厂或车间时,运用科学的方法有效减少投资成本提供理论和方法的支持。针对考虑工序性返修的制造系统,建立具有反馈结构的节点模型为GI/G/1/K的有限缓冲区开排队网模型,提出一种嵌入广义扩展法的近似求解算法,称为速率迭代法,用于求解系统性能指标值。节点队列之间的相互作用由输入和输出速率描述,而反馈过程可以描述为节点之间的分流过程和合流过程的组合。该算法为两层嵌套迭代方式,其中主迭代是在整个系统层面以节点输出速率为收敛准则处理反馈结构的问题,次迭代是通过迭代求解非线性方程组处理每个节点的参数计算问题。文中给出该算法的一般流程,证明其收敛性并分析其计算复杂度。最后,建立系统仿真模型,通过设计一系列算例与其他解析求解方法以及仿真法的求解结果进行对比,验证所提出求解方法的近似度和有效性,并分析影响系统性能的因素及其变化规律。针对具有研配工序的制造系统,建立具有双重同步约束和固定配对约束的有限缓冲区开排队网模型,基于三种不同假设的节点模型:M/M/1/K,GI/M/1/K和GI/G/1/K,分别拓展状态空间分解法,指数型扩展法和广义扩展法,用于求解系统性能指标值。两个不同类型的工件配对同时在同一台设备上加工,完工后两类工件分离且分别进入下一个工作站,此时同类工件之间不再具备互换性,因此,最后进行总装的两个工件必须是之前一同经过研配加工的。通过将研配节点和总装节点分别分解为两个等价的子节点,将研配节点的双重同步约束问题转化为装配同步约束的等待问题,并由模型假设条件确定总装节点的固定配对约束问题。文中分别给出各拓展的求解方法针对问题关键特征的改进方法。最后,建立系统仿真模型,通过设计一系列算例将针对不同模型的解析求解方法以及仿真法的求解结果进行对比,验证所提出求解方法的近似度和有效性,并分析影响系统性能的因素及其变化规律。针对由批量转运耦合的制造系统,建立具有状态相关批量转运的有限缓冲区开排队网模型,提出拓展的状态空间分解法,用于求解系统性能指标值。工作站之间的在制品转运由运输小车完成,运输批量的大小是与工作站和运输小车的状态相关的随机变量。为了分析系统各阶段输入和输出过程的状态相关性,根据节点的特性将系统进行分解,并建立子系统的连续时间马尔可夫链模型,从而通过建立状态空间并分析状态转移规律建立各节点的状态转移平衡方程组,最后构造迭代算法求解系统性能指标值。文中详细描述不同类型节点的状态转移分析过程,并给出迭代算法的流程。最后,建立系统仿真模型,通过设计一系列算例,将求解结果与仿真结果进行对比,验证所提出求解方法的近似度和有效性,并分析影响系统性能的因素及其变化规律。最后,针对制造系统的资源配置优化问题建立非线性整数规划的数学模型,其目标是优化系统资源的数量从而最小化总投资成本,同时需要满足系统平均产出率和生产周期这两个性能指标的约束条件。针对问题特征提出嵌入排队网模型的Polyblock算法进行求解,并通过优化案例验证算法的可行性与有效性。