【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的以大批量、品種單一為主要生產(chǎn)特色的機(jī)械制造系統(tǒng),正在被適應(yīng)市場動態(tài)變化的,以多品種、小批量為主要生產(chǎn)模式的柔性制造系統(tǒng)(Flexiable Manufacturing System,FMS)所替代。一個柔性制造系統(tǒng)往往有多條并行加工的進(jìn)程,這些進(jìn)程之間資源是共享的。當(dāng)競爭資源的進(jìn)程之間相互等待對方的推進(jìn)時,死鎖就發(fā)生了。死鎖帶來的是部分或整個生產(chǎn)系統(tǒng)的停滯,嚴(yán)重影響著機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)效率。因此,死鎖的描述、分析與控制是柔性制造系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。Petri網(wǎng)作為一個有著堅(jiān)實(shí)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的圖形化建模工具,已成為研究柔性制造系統(tǒng)死鎖問題最主要的工具。作為Petri網(wǎng)中的一個特殊結(jié)構(gòu),信標(biāo)與死鎖的發(fā)生密切相關(guān),很多基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)的死鎖預(yù)防控制策略都圍繞著信標(biāo)展開。計(jì)算復(fù)雜性、行為許可性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性是衡量死鎖預(yù)防控制策略性能優(yōu)劣的三個重要標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜性決定了系統(tǒng)驗(yàn)證、確認(rèn)和實(shí)現(xiàn)需要付出的額外代價,行為許可性直接影響著制造系統(tǒng)的柔性和生產(chǎn)效率,而計(jì)算復(fù)雜性則決定著控制策略對于大規(guī)模制造系統(tǒng)的可行性。針對這三項(xiàng)指標(biāo)的性能優(yōu)化,本文利用Petri網(wǎng)對柔性制造系統(tǒng)建模,提出了幾種基于混合整數(shù)規(guī)劃(Mixed Integer Programming,MIP)的死鎖預(yù)防控制策略,主要研究工作如下:1.針對柔性制造系統(tǒng)的一般Petri網(wǎng)模型,通過充分研究現(xiàn)有的信標(biāo)可控性條件的局限性,提出了更寬松的max~#-可控的信標(biāo)可控性條件。并根據(jù)信標(biāo)max~#-可控的定義,給出了適用于更多類型柔性制造系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的基于MIP的死鎖檢測算法,為解決大規(guī)模柔性制造系統(tǒng)中活性監(jiān)督控制器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性問題提供了有力的理論支撐。2.針對柔性制造系統(tǒng)的S~4PR網(wǎng)模型,通過研究壞信標(biāo)與網(wǎng)系統(tǒng)活性之間的關(guān)系,改進(jìn)了極小壞信標(biāo)和與之相關(guān)的壞標(biāo)識的MIP的計(jì)算方法,提出了使壞信標(biāo)受控的迭代的死鎖預(yù)防控制策略。實(shí)驗(yàn)表明,與現(xiàn)有的基于信標(biāo)的死鎖控制策略相比,該方法提高了受控系統(tǒng)的行為許可性,對某些S~4PR網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)控制。同時,因?yàn)楸苊饬丝蛇_(dá)圖的計(jì)算和信標(biāo)的遍歷,算法具有較低的計(jì)算復(fù)雜度。3.研究發(fā)現(xiàn),在基于信標(biāo)的迭代死鎖預(yù)防控制策略中,非可控信標(biāo)的受控順序?qū)钚员O(jiān)督控制器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和受控系統(tǒng)的行為許可性會產(chǎn)生一定的影響。為此,在前期研究成果的基礎(chǔ)上,提出了資源最少、資源最少補(bǔ)庫所最多和M-控制優(yōu)先的三種選擇性信標(biāo)控制方法,并給出了其MIP的實(shí)現(xiàn)。其中,資源最少和資源最少補(bǔ)庫所最多的選擇性信標(biāo)控制方法的主要目標(biāo)是降低受控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。M-控制優(yōu)先的信標(biāo)控制方法則主要針對受控系統(tǒng)的行為許可性的提高。實(shí)驗(yàn)表明,這三種方法對部分柔性制造系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的死鎖控制還是非常有效的。4.針對目前死鎖預(yù)防控制策略設(shè)計(jì)出的活性監(jiān)督控制器普遍存在冗余控制器的問題,提出了基于壞信標(biāo)檢測的S~4PR網(wǎng)活性監(jiān)督控制器的結(jié)構(gòu)簡化方法。該方法通過檢測刪除某一個控制庫所后的受控系統(tǒng)是否存在壞信標(biāo),以判斷該控制庫所的冗余性。它能夠最大程度地降低活性監(jiān)督控制器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性,進(jìn)而提高受控系統(tǒng)的行為許可性。因?yàn)閴男艠?biāo)的檢測基于MIP法,該結(jié)構(gòu)簡化方法同時具有較低的計(jì)算復(fù)雜性。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP301.1;TH165
【圖文】：

浙江理工大學(xué)博士學(xué)位論文 基于 MIP 的柔性制造系統(tǒng)死鎖預(yù)防方法的研究機(jī) M1 與混料一起高熱加壓成型，生產(chǎn)出剎車片的粗胚。為了使剎車片具有更高的耐熱性，剎車片的粗胚經(jīng)由熱處理爐 M2 高溫加熱后，由機(jī)器人 R 放入緩沖器 B，然后自動上料到磨床 M3 進(jìn)行研磨切割，以打磨毛邊。為避免生銹，再經(jīng)過噴漆機(jī) M4 的噴漆處理，最終在安裝臺 M5 上完成與其他附件的組裝，成品剎車片就加工完成了。系統(tǒng)的加工流程可由圖 2.1(b)表示，其中 I 為上料口，O 為出料口。

M3 正在研磨剎車片 t7M3 結(jié)束研磨，M4 開始噴漆M4 正在噴漆 t8M4 結(jié)束噴漆，M5 開始安裝M5 正在安裝 t9M5 結(jié)束安裝，一組新的混料和背板進(jìn)1 壓機(jī) M1 就緒2 熱處理爐 M2 就緒3 磨床 M3 就緒4 噴漆機(jī) M4 就緒5 安裝臺 M5 就緒 機(jī)器人就緒 緩存器就緒

Petri網(wǎng)分類

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本文編號：2779204