自動化制造系統(tǒng)設計和實現(xiàn)過程是相當復雜的。通常需要在系統(tǒng)投入實施和運行之前,對其進行清楚、準確的建模,并對構成要素及系統(tǒng)特性加以分析,從而在設計之初可發(fā)現(xiàn)并克服系統(tǒng)存在的各種問題。如何根據(jù)產(chǎn)品信息和系統(tǒng)的制造能力設計生產(chǎn)計劃與調(diào)度,使得制造系統(tǒng)中的物料流程安排合理有效,提高制造過程的柔性性能和效率。首先,需確保系統(tǒng)的操作的持續(xù)性,即無阻塞運行。其次,實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)行為優(yōu)化。Petri網(wǎng)是自動化制造系統(tǒng)建模和分析的重要數(shù)學工具。采用正規(guī)的Petri網(wǎng)——面向進程的Petri網(wǎng)—來對自動化制造系統(tǒng)建模,建模能力強,適用于各類制造系統(tǒng),能夠直觀的描述了生產(chǎn)加工中的工件流向和資源分配與回收過程,但面向進程的Petri網(wǎng)模型的規(guī)模龐大,信息冗余偏多,網(wǎng)結構復雜,提取網(wǎng)結構困難(比如,提取“信標”需求解整數(shù)規(guī)劃)等諸多不便。通過給正規(guī)的Petri網(wǎng)元素添加顏色及限制庫所容量,將正規(guī)Petri網(wǎng)拓展為面向資源的Petri網(wǎng)。形式上,面向資源的Petri網(wǎng)可以看成一個有向圖。與普通Petri網(wǎng)相比,面向資源的Petri網(wǎng)隱藏了加工過程的某些信息,網(wǎng)規(guī)模較小,結構緊湊。死鎖在網(wǎng)結構表現(xiàn)為完全的有向回路達到飽和。數(shù)學上圖論中與有向圖相關的算法可以平移到面向資源的Petri網(wǎng)上。面向資源的Petri網(wǎng)能準確地描述制造系統(tǒng)的特殊子類—析取的單資源系統(tǒng)—的行為特征,該子類正是本文的研究對象。本文采用可達圖分析與結構分析相結合的手段,研究自動化制造系統(tǒng)中的“資源合理分配及優(yōu)化調(diào)度”,建立恰當?shù)臄?shù)學模型和綜合高效的控制算法,不僅確保系統(tǒng)無全局或局部的停頓,而且實現(xiàn)系統(tǒng)行為的優(yōu)化運行。Petri網(wǎng)可達圖存在狀態(tài)爆炸問題,生成可達圖是NP-hard的。首先,縮減面向資源的Petri網(wǎng)的規(guī)模,移除與死鎖無關的網(wǎng)結構與網(wǎng)元素,使得可達狀態(tài)計數(shù)以指數(shù)級降低。其次,狀態(tài)空間被識別為兩個不相交的子空間,即,合法標識集與非法標識集。然后,采用標識覆蓋技術,將識別出數(shù)據(jù)空間縮小成兩個規(guī)模更小的集合。最后,構造并求解一個整數(shù)規(guī)劃問題獲取系統(tǒng)最優(yōu)控制控制策略。求解整數(shù)規(guī)劃不是有效的算法。系統(tǒng)的死鎖的充分必要條件是存在完全的資源變遷回路是飽和的。通過控制完全的資源變遷回路永遠達不到飽和可以確保當前系統(tǒng)無死鎖,但系統(tǒng)可能陷入“系統(tǒng)受控”而帶來的死鎖。如果任意兩條完全的資源變遷回路的共享鏈的容量大于1時,僅通過控制完全的資源變遷回路永遠達不到飽和而獲得對系統(tǒng)的最優(yōu)控制。面向資源的Petri網(wǎng)用來建模析取的單資源系統(tǒng)。共享鏈的容量為1的情形普遍存在。在可達性分析的基礎上,采用標識結構識別技術,將壓縮后的非法標識集按結構特征將其劃分為特征子類。對于每一個子類,在網(wǎng)規(guī)模的多項式級的計算復雜度下識別該類的結構特征,獲取最大許可控制策略,因而識別算法是有效的。對于還未能通過結構分析方法識別的標識,采用線性規(guī)劃的方法求解。最后,通過文獻中常見的范例證明提出的死鎖預防最大許可控制策略是有效的。
【學位單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH16;TP301.1;TP273
【部分圖文】：

變遷ｆ被稱為是使能的（ｅｎａｂｌｅｄ），如果ｔ的每一個輸入庫所ｐｉ）個令牌，其中為從ｐ到ｆ的弧上的權。??使能的變遷Ｚ可以觸發(fā)（ｆｉｒｅ）也可以不觸發(fā)，取決于ｉ所代表的發(fā)生。??一個使能的變遷從ｉ的每個輸入庫所ｐ中移走Ｗ／〇Ｍ）個令每個輸出庫所］／中添加ＶＫＷ）個令牌，其中為從ｉ到。??圖２．７是一個簡單的尸ｅｆＷ網(wǎng)實例，有助于讀者理解上述概念。個常見的化學反應方程式。兩個氫分子與一個氧分子綜合＋０２?—?２Ｈ２０。＝?Ｗ／（ｔ，ｐ３）?＝?２，?ｉｙ（ｐ２，ｔ）?＝?１。Ｍ〇（Ｐ２表示初始狀態(tài)下兩個氫分子與兩個氧分子可以利用。在Ｍ〇能的。ｉ觸發(fā)后，到達狀態(tài)Ｍ，記為Ｍ〇的Ｍ。網(wǎng)的狀態(tài)Ｍ如遷ｆ將不再使能了。??

．一ｅｆ，個常見的化學反應方程式。兩個氫分子與一個氧分子＋０２?—?２Ｈ２０。＝?Ｗ／（ｔ，ｐ３）?＝?２，?ｉｙ（ｐ２，ｔ）?＝?１。Ｍ?２表示初始狀態(tài)下兩個氫分子與兩個氧分子可以利用。在Ｍ能的。ｉ觸發(fā)后，到達狀態(tài)Ｍ，記為Ｍ〇的Ｍ。網(wǎng)的狀態(tài)Ｍ遷ｆ將不再使能了。??圖２．１?—個簡單的Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)示例??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｔｈｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｓｉｍｐｌｅ?Ｐｅｔｒｉ?ｎｅｔ??

稱為活的（或稱％是＃的活（ｌｉｖｅ）標識），如果無論從Ｍ〇到達什么標識，通過進一??步的觸發(fā)序列都有可能最終觸發(fā)網(wǎng)的任何一個變遷。這意味著無論選擇何種觸發(fā)順??序，活的Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)都可確保無死鎖操作�？梢钥闯�，圖２．１在ｉＷ〇下不是活的，因為ｔ??觸發(fā)一次后，就不能再次使能并觸發(fā)了。??Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)的活性由變遷的活性來定義。一個變遷ｉ被稱為活的（ｌｉｖｅ）當且僅當對??所有的Ｍ?ｅ丑（兄Ｍ０），存在矽ｅ?ｉ？（兄＿Ｍ），使得Ｍ＃〉。一個非活（ｎｏｎ－ｌｉｖｅ）的變??遷ｆ在狀態(tài)Ｍ?ｅ丑（兄Ｍ〇）下稱為是死的（ｄｅａｄ），如果不存在Ｍ＇?ｅ?Ｍ），使得??一個變遷ｔ在Ｍ下是死的，意味Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)從Ｍ開始繼續(xù)演化，ｉ再也沒有機會觸??發(fā)了。??—個Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)ＡＴ稱為準活的（ｑｕａｓｉ－ｌｉｖｅ），當且僅當對所有ｔ?＃牐潁?嬖冢停牐??Ｍ〇），使得Ｍ丨—個Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)Ａ／＂在Ｍ下稱為弱活的（ｗｅｅｋｌｙ?－ｌｉｖｅ），當且僅??當對所有Ｍ?ｅ?存在ｆ?ｅ?Ｔ
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本文編號：2842682