基于賦時有色Petri網(wǎng)離散制造過程控制系統(tǒng)建模與仿真研究.pdf

1、隨著自動化生產(chǎn)能力不斷的提高，以柔性制造為主要生產(chǎn)方式的企業(yè)日漸增多。柔性制造系統(tǒng)(FMS)是離散事件動態(tài)系統(tǒng)(DEDS)的一個典型分類，其是由統(tǒng)一的信息控制管理系統(tǒng)、物料運輸及貯存系統(tǒng)和一系列數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換的自動化機(jī)械制造系統(tǒng)。而柔性制造系統(tǒng)的運行，除了對預(yù)訂的加工工藝進(jìn)行工作外，在系統(tǒng)中還會出現(xiàn)各種突發(fā)性的情況。在資源有限的情況下，如何對資源進(jìn)行有效的配置，是提高整個系統(tǒng)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵所在。為提升效率，對整

2、個生產(chǎn)系統(tǒng)直接進(jìn)行改造是極其不現(xiàn)實的，所以要利用計算機(jī)仿真技術(shù)對整個系統(tǒng)進(jìn)行建模，根據(jù)生產(chǎn)實際改變模型相應(yīng)變量，從而得到相應(yīng)的結(jié)論。
　　系統(tǒng)調(diào)度與控制的研究方法常見的有:啟發(fā)式算法派遣規(guī)則，馬爾科夫鏈法，排隊網(wǎng)絡(luò)方法，數(shù)學(xué)方法，人工智能等。但這些方法多以穩(wěn)態(tài)、獨立性為假設(shè)前提，系統(tǒng)中不一定完全能夠滿足這些要求，所以不能保證得出結(jié)論的正確性。Petri網(wǎng)具有直觀、易懂和易用的優(yōu)點。不僅可以有直觀的圖形表示也有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)表達(dá)公式。既

3、可以用于靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析也可用于動態(tài)行為分析，所以，以Petri網(wǎng)建模和Flexsim仿真相結(jié)合的方案對柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行分析。
　　首先運用Petri網(wǎng)對整個的系統(tǒng)所涉及的對象進(jìn)行建模，該模型是對整個系統(tǒng)的靜態(tài)邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，著重表達(dá)各個對象之間的邏輯關(guān)系，基本Petri網(wǎng)可以對一些簡單的邏輯關(guān)系進(jìn)行很好的表達(dá)，但當(dāng)Petri網(wǎng)所描述的對象數(shù)量增加時，Petri網(wǎng)中的節(jié)點數(shù)量會呈指數(shù)爆炸增長。為了減少整個網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)量，本文引入了

4、帶有顏色因素的Petri網(wǎng)，即有色Petri網(wǎng)。通過對網(wǎng)中的流動資源——托肯，賦予顏色，也就是相同或不同的特征值，以此來給Petri網(wǎng)進(jìn)行分層，來減小整個網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模。基本Petri網(wǎng)所有的動作都是瞬時完成的，實際系統(tǒng)的加工時間，物流消耗時間等在Petri網(wǎng)中的表達(dá)則需要引入時間因素。
　　Petri網(wǎng)只對系統(tǒng)進(jìn)行了靜態(tài)邏輯結(jié)構(gòu)建模。Flexsim仿真軟件則可對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)仿真。Flexsim是一款3D可視化的仿真軟件，其不僅

5、有面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，還可以對建模系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過Petri網(wǎng)與Flexsim之間的轉(zhuǎn)換，根據(jù)Petri網(wǎng)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，運行并得出數(shù)據(jù)。
　　通過建立生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真模型，分析了模型中存在的沖突、死鎖等情況，本文提出了容量預(yù)警機(jī)制來反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)料速度。對于生產(chǎn)平衡率的問題，提出了運用啟發(fā)式算法的SPT規(guī)則，合理的解決了生產(chǎn)過程中資源流動與利用的問題，有效地改進(jìn)了生產(chǎn)設(shè)備的平衡率。對生產(chǎn)系統(tǒng)的控制調(diào)度、優(yōu)化改造是一種很好的