本文選題：柔性制造系統(tǒng) + 死鎖控制　； 參考：《西安電子科技大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：作為當(dāng)代制造業(yè)不可或缺的一部分,柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing Systems-FMSs)具有傳統(tǒng)制造過(guò)程所不具備的柔性和靈捷性。柔性制造系統(tǒng)通常是由數(shù)控機(jī)床、緩沖器、夾具、機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)向小車以及其它材料處理設(shè)備構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),其中一部分設(shè)備被視為柔性制造系統(tǒng)的共享資源。從形式化的角度來(lái)看,柔性制造系統(tǒng)屬于資源分配系統(tǒng)。根據(jù)多變的產(chǎn)品規(guī)格,柔性制造系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地配置和分配資源。通過(guò)資源共享,柔性制造系統(tǒng)可以同時(shí)加工多個(gè)不同的原始工件,從而滿足多品種小批量的生產(chǎn)需求。但由于并發(fā)系統(tǒng)中對(duì)有限資源的競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致柔性制造系統(tǒng)中死鎖的出現(xiàn),進(jìn)而引發(fā)一系列不良的后果。目前,針對(duì)自動(dòng)制造系統(tǒng)中出現(xiàn)的死鎖問(wèn)題,已研發(fā)出了多種死鎖控制策略,分析和控制柔性制造系統(tǒng)中的死鎖問(wèn)題勢(shì)在必行。柔性制造系統(tǒng)無(wú)死鎖意味著系統(tǒng)中的一個(gè)或者多個(gè)并發(fā)加工進(jìn)程始終可以完成。此外,活性是柔性制造系統(tǒng)的一個(gè)重要性質(zhì)。非活性是制造系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的一種狀況。需要注意的是活性意味著無(wú)死鎖,但非反之亦然。一旦系統(tǒng)不活,系統(tǒng)中某些事件可能永遠(yuǎn)無(wú)法執(zhí)行,導(dǎo)致局部或全局死鎖。對(duì)于一些與生命和基礎(chǔ)設(shè)施安全密切相關(guān)的系統(tǒng),一旦出現(xiàn)死鎖,必將造成巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。Petri網(wǎng)作為一類有力的數(shù)學(xué)工具,廣泛應(yīng)用于柔性制造系統(tǒng)的建模、分析和控制。Petri網(wǎng)模型的活性意味著在一個(gè)系統(tǒng)中,從任意狀態(tài)開始的每一個(gè)操作都是可執(zhí)行的,意味著不存在全局死鎖或局部死鎖。本文致力于研究Petri網(wǎng)建模的柔性制造系統(tǒng)的活性檢測(cè)以及死鎖控制問(wèn)題。主要研究成果如下：1.對(duì)于一類加權(quán)的S3PR網(wǎng),簡(jiǎn)稱WS3PR,充分利用該類網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特性對(duì)其進(jìn)行分析。通過(guò)研究資源庫(kù)所標(biāo)識(shí)與其輸入輸出弧權(quán)值之間的約束關(guān)系,給出了α-變遷和β-變遷的概念。根據(jù)強(qiáng)連通子網(wǎng)和樹結(jié)構(gòu)的相關(guān)性質(zhì),導(dǎo)出了資源庫(kù)所標(biāo)識(shí)與其相關(guān)輸入輸出弧權(quán)值之間的數(shù)值組合關(guān)系,進(jìn)而提出了判斷網(wǎng)活性的充分條件并給出了一種簡(jiǎn)單圖示的活性檢測(cè)算法。2.作為WS3PR活性檢測(cè)方法的一種拓展和應(yīng)用,針對(duì)S3PR網(wǎng)的一類子網(wǎng)-LS3PR,提出了一種通過(guò)資源配置保證網(wǎng)系統(tǒng)活性的方法。利用LS3PR網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征以及資源子網(wǎng)的相關(guān)知識(shí),通過(guò)分析資源庫(kù)所標(biāo)識(shí)與閑置庫(kù)所標(biāo)識(shí)之間的約束關(guān)系,進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)中的資源進(jìn)行配置。在充分利用資源子網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上給出了計(jì)算LS3PR網(wǎng)中每個(gè)資源庫(kù)所標(biāo)識(shí)的算法,并證明所給出的算法是多項(xiàng)式復(fù)雜的。3.從技術(shù)角度來(lái)說(shuō),大多數(shù)死鎖控制策略都是通過(guò)對(duì)Petri網(wǎng)狀態(tài)空間分析或結(jié)構(gòu)分析而提出的。本文給出一種基于資源重配以及控制器重構(gòu)的死鎖預(yù)防策略。首先給定一個(gè)網(wǎng)模型,對(duì)其中的每個(gè)資源庫(kù)所的標(biāo)識(shí)進(jìn)行重新分配使其均為一,在此標(biāo)識(shí)下的網(wǎng)模型的可達(dá)狀態(tài)與原網(wǎng)相比大大減少,在此情況下利用區(qū)域理論設(shè)計(jì)該網(wǎng)的控制器。此后,將該控制系統(tǒng)當(dāng)中的資源標(biāo)識(shí)重新設(shè)置到最初給定值。在不需要改變控制器結(jié)構(gòu)的情況下,通過(guò)逐步改變控制器的標(biāo)識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)原網(wǎng)的死鎖控制進(jìn)而使其為活。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證,所給出的死鎖預(yù)防策略使系統(tǒng)的許可行為達(dá)到接近最優(yōu)。4.針對(duì)S3PR網(wǎng),首先給出了關(guān)鍵資源庫(kù)所和與其相關(guān)的多路徑資源持有庫(kù)所的概念。通過(guò)分析關(guān)鍵資源庫(kù)所和環(huán)資源子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特性,給出了環(huán)資源子集導(dǎo)出嚴(yán)格極小信標(biāo)的充分條件。根據(jù)該條件,可以計(jì)算出給定S3PR網(wǎng)中所有的嚴(yán)格極小信標(biāo)。最后,在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上,對(duì)柔性制造系統(tǒng)活性分析與死鎖控制的未來(lái)工作進(jìn)行了展望。
[Abstract]:As an integral part of the contemporary manufacturing industry, the Flexible Manufacturing Systems-FMSs has the flexibility and agility that the traditional manufacturing process does not possess. Flexible manufacturing systems are usually computer controlled machine tools, buffers, clamps, robots, automatic steering cars, and other material handling equipment. System, some of which are regarded as shared resources of flexible manufacturing systems. From a formal point of view, flexible manufacturing systems belong to a resource allocation system. Flexible manufacturing systems can dynamically configure and allocate resources according to variable product specifications. Flexible manufacturing systems can process multiple different processes at the same time through resource sharing. The original workpiece meets the needs of many varieties and small batch production. However, due to the competition of the limited resources in the concurrent system, the occurrence of deadlock in the flexible manufacturing system leads to a series of bad consequences. At present, a variety of deadlock control strategies have been developed for the deadlock problem in the automatic manufacturing system, and the analysis and control of the deadlock problems have been developed. The deadlock problem in a flexible manufacturing system is imperative. A flexible manufacturing system without deadlock means that one or more concurrent processing processes in the system can always be completed. In addition, activity is an important nature of a flexible manufacturing system. Inactivity is a condition that is not expected in the manufacturing system. No deadlock, but not vice versa. Once the system is not alive, some events in the system may never be executed, leading to a local or global deadlock. For some systems closely related to life and infrastructure security, once the deadlock occurs, it will cause huge life and property loss.Petri network as a kind of powerful mathematical tool, which should be widely used as a kind of powerful mathematical tool. For the modeling of FMS, the analysis and control of the activity of the.Petri network model means that every operation starting from any state is executable in a system, which means that there is no global deadlock or local deadlock. This paper is devoted to the activity detection and deadlock control of a flexible manufacturing system modeled by Petri networks. The main research results are as follows: 1. for a class of weighted S3PR nets, referred to as WS3PR, we make full use of the structure characteristics of this type of network to analyze it. By studying the constraint relation between the identification of the resource base and the weight of the input and output arc, the concept of alpha transition and beta transition is given. The related properties of the strong connected subnet and the tree structure are given. This paper derives the numeric combination relation between the identification of the resource base and its related input and output arc weights, and then puts forward the sufficient condition to judge the activity of the network, and gives a simple graphical activity detection algorithm.2. as an extension and application of the WS3PR activity detection method, and proposes a kind of subnet -LS3PR for S3PR net. The method of resource allocation to guarantee the activity of network system. Using the structure characteristics of LS3PR network and the related knowledge of the resource subnet, by analyzing the constraint relation between the identification of the resource base and the identification of the idle library, the resources in the system are configured. On the basis of fully utilizing the structure characteristics of the resource subnet, the calculation of each LS3PR net is given. The algorithm identified by the resource base shows that the proposed algorithm is polynomial complex.3. from the technical point of view, most of the deadlock control strategies are proposed by the Petri network state space analysis or structural analysis. In this paper, a deadlock prevention strategy based on resource redistribution and controller reconfiguration is given. The network model reassigns the identifiers of each of them, and the reachable state of the network model is greatly reduced compared with the original network. In this case, the controller of the network is designed with the region theory. After that, the resource identification in the control system is rearranged to the initial value. In order to change the structure of the controller, the deadlock control of the original network is realized by changing the identity of the controller gradually. By example, the deadlock prevention strategy gives the permissive behavior of the system close to the optimal.4. for the S3PR network, and first gives the multi path resource holding of the key resource repository and its related resource. By analyzing the structure characteristics of the key resource base and the ring resource subnet, we give the sufficient conditions for the strict minimal beacon derived from the subset of the ring resources. According to this condition, all the strict minimal beacons in a given S3PR network can be calculated. Finally, on the basis of the full text, the activity analysis and deadlock of the flexible manufacturing system are analyzed. The future work of control is prospected.

【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH165

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本文編號(hào)：1799755