張曉東文獻翻譯

基于Petri網(wǎng)技術(shù)的柔性制造系統(tǒng)活性監(jiān)督控制識別與冗余消除作者：李志武周孟初翻譯：張曉東

摘要：在過去二十年里，人們提出一些基于petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)的死鎖預防方法（柔性制造系統(tǒng)）。柔性制造系統(tǒng)作為一個Petri網(wǎng)，然后活性監(jiān)督控制器是一個Petri網(wǎng)。Petri網(wǎng)的活性控制保證它的自鎖控制。一個活性控制器包括很多控制點?，F(xiàn)在大部分注意力都集中在使Petri網(wǎng)模型沒有問題不管所有的控制點是否都需要。減少控制系統(tǒng)的復雜性是非常重要的。本文提出了一種冗余測試的一個柔性制造系統(tǒng)。該方法需要一個邏輯模型，由若干控制點控制，作為輸入和存在的任何多余的控制點，它產(chǎn)生了很多多余和需要的控制點。這個方法適用于任何活性Petri網(wǎng)模型。1、簡介：柔性制造系統(tǒng)包括：機器，機器人，存儲設(shè)備，和輸送機。原料或中間部分是同時處理，通過預先確定的生產(chǎn)路線使用這些資源。在柔性制造系統(tǒng)中自鎖是最不希望發(fā)生的情況。在柔性制造系統(tǒng)中有效的解決自鎖是獲得高效生產(chǎn)所必須具備的。保證不會發(fā)生自鎖是一個有效的柔性制造系統(tǒng)控制策略的必要條件。在過去的二十年里有關(guān)柔性制造系統(tǒng)自鎖的調(diào)查非常頻繁。這里提到了一個有關(guān)自鎖控制的詳細調(diào)查。這里主要有三種解決自鎖的方法：死鎖的檢測與恢復、死鎖避免和死鎖預防。本文我們所關(guān)注的是自鎖預防方法，即在一個控制系統(tǒng)完成以前要有一個合適的設(shè)計。我們的目的是向系統(tǒng)添加一個控制政策，防止系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)。在這種情況下，計算進行離線靜態(tài)方式，一旦控制政策建立起來并投入應(yīng)用，該系統(tǒng)就不會進入死鎖狀態(tài)。很多機床對自鎖采取了檢測、恢復、避免和預防：圖表技術(shù)，有限狀態(tài)機模型，和Petri網(wǎng)模型。由于其良好的檢測性，Petri網(wǎng)已經(jīng)廣泛用于柔性制造系統(tǒng)的描述?；赑etri網(wǎng)的的自鎖預防控制方法，柔性制造系統(tǒng)被看作一個Petri網(wǎng)模型。考慮到生產(chǎn)序列，活性監(jiān)督控制器作為一系列的控制點。迄今為止，研究主要集中在使Petri網(wǎng)模型沒有疑點，不管所有的控制點是不是有必要。在柔性制造系統(tǒng)中，Petri網(wǎng)的一些好的狀態(tài)在自鎖預防或活性監(jiān)督控制下可以被提供，這些狀態(tài)被稱作“質(zhì)量測量”。在這些策略的實際執(zhí)行過程中，這種質(zhì)量測量意味著效率高，靈活性好。作為一般規(guī)則，最好是獲得最少限制。即控制器的數(shù)量最少。因此，確保所有的控制點是需要的很重要，否則控制網(wǎng)可能很復雜。本文的目的是提出一個冗余測試，該方法需要一個Petri網(wǎng)模型的柔性制造系統(tǒng)。其余文結(jié)構(gòu)如下：一些基本的Petri網(wǎng)的定義和概念，在本文的第二部分為簡要回顧，第三部分為柔性制造系統(tǒng)定義和解釋冗余測試組。第四部分介紹多個柔性制造系統(tǒng)死鎖預防/活性實施的例子。第五部分得出一些結(jié)論。2、Petri網(wǎng)的定義Petri網(wǎng)是用來在柔性制造系統(tǒng)定義流動產(chǎn)品模型的。Petri網(wǎng)作為一種數(shù)學工具，擁有一批性能。當被解釋在柔性制造系統(tǒng)模型時，這些特性允許一個確定

的存在或缺乏的功能特性。讀者可以參考[34]的基礎(chǔ)網(wǎng)理論。在本節(jié)中，將作一些定義和概念相關(guān)的文章的簡要回顧。是一個有限集合Petri網(wǎng)有五部分，PN=(P,T,F,W,Mo)。P={p1,p2,...Pm}是一個有限集合(m>0)；T={t1,t2...Tn}(n>0),是一個有限集合的過度；用PUTH0和PAT工0；FU(PxT)u(TxP)是這個集合的所有有向弧，在PxT—N是輸入時，函數(shù)定義了一組從P到T的指針,TxP^N為輸出函數(shù)。Mo:P-N是初始標志。輸入組(或輸出)P位置被*P取代。相似的，輸入組(輸出)*T(或T*)表示一個過渡t地方。Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)沒有任何特定的初始標記(P,T,F,W),N表示一個給定的初始標記Petri網(wǎng)，記為(N,Mo)。如果每個輸入點put至少有w個標記，一個變遷t據(jù)說是啟用的，其中W(P,T)是弧從P至T的重量。它如果被啟用一個轉(zhuǎn)換會發(fā)射。一個啟用的變遷t刪除令，可增加W(T,P)標記至每個輸出的地方PuT;其中，W(T,P)是從t到p弧的質(zhì)量。這個過程m[t>m標記.在每個模型系統(tǒng)的當前狀態(tài)，Petri網(wǎng)的標識M暗示標記數(shù)。當一個標識M'轉(zhuǎn)換為從一個標識M可以到達執(zhí)行轉(zhuǎn)換序列工=t0t1t2...TK，這個過程記為M[o>M，所有到達標記集與初始標記Mo的Petri網(wǎng)記為R(N，Mo)余額。p地址和變遷t被稱為自我循環(huán)。如果P是PuT*和Pu*T，如果一個Petri網(wǎng)沒有自我循環(huán)那么他是純粹的。如果一個Petri網(wǎng)的弧權(quán)重是1那么它是普通的。如果標識數(shù)不比K大(任意Mup)那么p地址被稱為K范圍。如果在I范圍那么N是安全的。在I界的P被稱為一個安全地方。如果每個pup在K范圍那么Petri網(wǎng)N稱為K范圍或簡單界。當放置模式運作i，其安全保證控制器將不會嘗試發(fā)起一個持續(xù)的過程。如果存在一個從M發(fā)射含有T的轉(zhuǎn)換序列，那么對于任意MuR的t變遷是活的。如果所有的轉(zhuǎn)換是活的那么(N,Mo)也是活的。(N，Mo)余額包括一個死結(jié)，如果有一個標識沒有過度啟用，這類標識被稱為死亡標識。自鎖的情況作為不適當?shù)馁Y源分配或詳盡使用的部分或全部資源。Petri網(wǎng)的活性是指每個可從Mo到達的標識MuR，這是最后可能觸發(fā)的任何變遷t，vtut0這意味著無論選擇什么射擊順序一個活的Petri網(wǎng)保證無自鎖操作，即如果一個Petri網(wǎng)是活的那么沒有自鎖。Petri網(wǎng)據(jù)說是可逆的，如果每個標識MuR，Mo是從M到達，因此在一個可逆的Petri網(wǎng)它始終是可能回到初始標志Mo的。許多系統(tǒng)都需要返回到故障狀態(tài)前的正確狀態(tài)。因此可逆狀態(tài)對柔性制造系統(tǒng)故障恢復非常重要的。這個屬性也保證所有的循環(huán)行為重復進行。此外，如果一個Petri網(wǎng)包含自鎖那么它是不可逆的。3、柔性制造系統(tǒng)的活性監(jiān)督柔性測試基于Petri網(wǎng)的自鎖預防控制方法，柔性制造系統(tǒng)看作一個Petri網(wǎng)模型，活性監(jiān)督控制器看作一個Petri網(wǎng)模型，包括一系列的控制點及他們的相關(guān)弧和初始標識。在一個活的Petri網(wǎng)模型可能存在冗余控制點，CP={C1,C2....Cn}。在本文中CP被稱為多余的，如果去掉仍保持活性。應(yīng)該指出的是，這個多余要區(qū)別于文學中的多余。此外，多余的CP不一定是唯一的一套用于使自鎖失效的的CP。冗余測試法：柔性制造系統(tǒng)的活性監(jiān)督冗余測試。

輸入：一個活性Petri網(wǎng)模型（LPN），用（No,Mo）系統(tǒng)標記，一個柔性制造系統(tǒng)被n個控制點控制，CP={C1,C2,……Cn}；1） 定義00：可達標記數(shù)目或可達圖表（R0）（N0,M0）定義算法0A：可達數(shù)RA的標志，N=J+K,其中n：活性Petri網(wǎng)模型的控制數(shù)；j：控制地址數(shù)；k：必要的控制地址數(shù)；定義0B：可達數(shù)標志，N=L+M,其中N：LPN的CP的數(shù)量；L：多余的CP數(shù)；M：必要的CP數(shù)量；2） 應(yīng)用算法（N0,M0）以及由此記為（Na,MA）的系統(tǒng)。3） 應(yīng)用算法B（N0,M0）余額及由此產(chǎn)生的系統(tǒng)表示為（NB,MB）。輸出：如果（J>0）［算法A］,然后輸出一個LPN的，由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)表示（NA,MA），必要的CP控制K;有多余的CP控制J；如果0A=00,（NAMA）控制的行為（N0,M0）是相同的；如果0A>00（NA,MA）控制的行為比（N0,M0）更寬容。算法A：輸出=輸入，如果（L>0）［算法B］,然后輸出B=LPN,由一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)表示（注：MB），由m必要的CP控制；如果0B=00,（NB,MB）的控制行為與（N0,M0）相同；如果0B>00,（NB,MB）控制行為比（N0,M0）更寬容。算法B：輸出=輸入，冗余測試算法；輸入：一個活性Petri網(wǎng)模型（LPN），記為系統(tǒng)（N0,M0），柔性制造系統(tǒng)由n個CP控制，CP={C1,C2,...,CN}；1） ［初始化］NA：=No,MA:=Mo,i=1,j=0,k=0；2） 從（NA,MA）刪除Ci,（Ni,MA）表示由此產(chǎn)生的系統(tǒng)；3） 檢查（Ni,Mi）的屬性，計算圖表（Ri）及定義0Ai。冗余測試算法都使用算法A和B。開始前的測試CP從1到最后n,而后者則從n到1。這兩項測試可能會產(chǎn)生相同的結(jié)果，也可能產(chǎn)生不同的結(jié)果。者取決于活性控制系統(tǒng)的的余額考慮，當然，如果沒有多余的CP,則算法的冗余測試將不會發(fā)現(xiàn)多余。因為其中的一個或多個冗余CP的存在，我們得到如下結(jié)論：1、我們可能會獲得同一套多余的CP,在這種情況下，現(xiàn)場行為的Petri網(wǎng)模型，通過必要的CP控制，可能會相同或更多的寬容，比原來的控制NET系統(tǒng)，獲得與CP的數(shù)量較少。

2、我們可以得到兩個冗余的CP和兩套不同必要的CP。每一套柔性制造系統(tǒng)獲得的必要的活性Petri網(wǎng)模型行為，可能是相同或比原來的控制許可NET系統(tǒng)，獲得CP的數(shù)量較少。冗余測試算法是易于使用，非常直接有效。然而，因為它需要產(chǎn)生圖表的指數(shù)由具有一定的復雜性。在最壞的情況下，算法A和算法B，即BTF和FTB冗余分別測試，表現(xiàn)出相同的指數(shù)復雜。當處理一個特定的情況下，他們的表現(xiàn)能會有明顯的不同。冗余測試算法適用于任何LPN的組成的PNM，一個柔性制造系統(tǒng)，通過CP的控制，容易發(fā)生自鎖。它已應(yīng)用在基于Petri網(wǎng)的死鎖預防/活性監(jiān)督，從第4節(jié)可以看出，活性監(jiān)督控制器是可以進行Petri網(wǎng)分析的工具。4、舉例在本節(jié)中，我們首先考慮一個簡單的說明例子來說明該方法的所有細節(jié)。然后，我們考慮的FMS死鎖預防例子。4.1例子作為第一個例子，讓我們考慮圖1中由兩臺機器M1和M2組成的柔性制造系統(tǒng)，每一個都可以處理一個組成部分，一個機器人每次可以抓取一個部分。部分通過輸入/輸出緩沖器1/01和1/02進入柔性制造系統(tǒng)。我們考慮兩個部分：P1和P2。最初，它被認為在系統(tǒng)沒有任何部件。生產(chǎn)序列是：Pl：Ml---機器人---M2P2：M2---機器人---Ml圖表2展示了基于Petri網(wǎng)模型的柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)序列。在這個模型中有11個地方，P={P1-11}和八個轉(zhuǎn)變，t={T1-T8}。地方P2，P5，P8分別代表M1，機器人操作和M2分別為P1的生產(chǎn)序列。M(P1)=3，在P1，即令牌數(shù)量代表P1的地方，可以采取并發(fā)活動的數(shù)量。同樣，P7，P10，和P4地方代表的運作M2,機器人，和M1分別為第二生產(chǎn)P2的序列。P11的令牌數(shù)M(P11)=3，代表并發(fā)的活動，可以采取數(shù)為P2的地點。P3,P6,P9的地方表示共享資源D的M1，機器人，和M2分別。為了有確的系統(tǒng)行為，這是可取的，每個生產(chǎn)序列可以完成。如圖2為失控系統(tǒng)。二是容易自鎖，因此有必要部署一些控制機制，以防止死鎖。它可以驗證，有20不受控制狀態(tài)。在此外，活性監(jiān)督控制控制應(yīng)該能達到15個良好的狀態(tài)?；钚员O(jiān)督控制器由5個CP的組成，表2所示，為防止死鎖系統(tǒng)。當我們增加活性監(jiān)督控制器，即表2所示的五個CP。在圖2,我們得到了活性Petri網(wǎng)柔性制造系統(tǒng)模型如圖4所示。

Figu2Petrinetmodel(PNAf)-oftheFMSforthetwoproductions^quencei冗余測試算法為：冗余測試一個柔性制造系統(tǒng)的活性監(jiān)督控制器。輸入：一個活性Petri網(wǎng)模型，LPN=（NO,M0）圖4所示，由5個CPS控制;CP=｛的C1和C2,…，C5的｝;1） p0=11。2） 應(yīng)用算法A至（NO,M0），并表示由此產(chǎn)生的凈系統(tǒng)（NA,MA）1） ［初始化］NA：=N0;MA：=MO;I=1,J=0，K=0;2）（N1，M1）=C1從（NA,MA）刪除。3） （N1,M1）是活性的，PA1=11,J=J+1=1這意味著，C1是多余的:pA1=p0=11,因此，控制行為（N1,M1）和（N0,M0）是一樣的4） NA：=N1,MA：M15） 1=I+1=26） i=2Wn,因此，請轉(zhuǎn)到步驟2-第二次迭代的FTB測試-----2）（N2,M2）=C2從（NA,MA）刪除。3）（N2,M2）是活性的，pA2=11,J=J+1=2;意味著，C2是多余的：pA2=p0=11,因此，控制行為（N2,M2）和（N0,M0）是一樣的4） NA：=N2,MA：=M25） I=1+1=3

t5-ID悌t2d615悌Figu5Thereachabilitj*graph(7?G)ofthePAMsho^ninFig-2t5-ID悌t2d615悌Figu5Thereachabilitj*graph(7?G)ofthePAMsho^ninFig-26)i=3〈n,因此轉(zhuǎn)到步驟2-第三次迭代的FTB測試-----(N3,M3)=C3從(NA,MA)刪除。(N3，M3)是活性的，0A3=11,J=J+1=3;這意味著，C3也是多余的，0A3=00=11,因此，控制行為(N3,M3)和(NO,M0)是一樣的NA：=N3,MA：=M3I=1+1=4I=4Wn,,因此，請轉(zhuǎn)到步驟2-第四屆迭代的FTB測試-----(N4,M4)=C4是從(NA,MA)刪除。(N4,M4)無活性，0A4=14的C4,被放回(N4,M4)lAhleIStats;oftheRG,showninFig.3PlP2p3P4P5p6P7P8p9plOpllsO:30100100103si:21000100103<2:30100100012s3:20101000103s4:21000100012s5:3010001010211001000103s7:20100101003sS:2010100001221000010102slO:30100010011si1:30010100102sl2:11000101003$13：11001000012$14:21000010011s!5:3001010001110101001003s!7:30010010101sl8:01001001003$19：30010010010

K=K+1=1,這意味著C4是有必要保持的。，4） NA：N4,MA：=M45） i=i+1=56） i=5Wn,因此，請轉(zhuǎn)到步驟2-第五屆迭代的FTB測試-----2）（N5，M5）=C5是從（NA，MA）刪除的。3）（N5，M5）無活性，pA5=14，C5被放回（N5，M5），K=K+1=2;這意味著C5也是必要保留的。4） NA：=N5;MA：=M55） i=i+1=66） i=6>n,因此執(zhí)行輸出：［算法］j=3>0，因此輸出一個LPN，由系統(tǒng)（NA，MA）表示，K=2,即C4和C5;有J=3冗余柔性制造系統(tǒng),即C1,C2和C3;pA=p0=11,因此,控制行為（NA,MA）和（N0,M0）是一樣的。3）應(yīng)用算法B（N0,M0），并用（NB,MB）表示由此產(chǎn)生的系統(tǒng)1） ［初始化］NB：=N0;MB：=M0;I=5,L=0,M=0;2）（N5,M5）=C5是從（NB,MB）刪除的。3）（N5,M5）是活性的，pB5=13,l=l+=1;這意味著C5是多余的：pB5=13>p0=11,因此，控制行為（N5,M5）比（N0,M0）更寬容4） NB：=N5;MB：M55） I=I-1=46） 1工0因此，請轉(zhuǎn)到步驟2-第二次迭代的BTF測試-----2） （N4,M4）=C4是從（NB的，MB）刪除。3）（N4,M4）是活性，pB4=15,l=l+1=2,這意味著C4：也是多余的pB4=15>pB5=13>p0=11,因此控制行為（N4,M4）是（N5,M5）和（N0,M0）的余額4） NB：=N4;MB：=M45） I=I-1=36） 1工0因此，請轉(zhuǎn)到步驟2-第三次迭代的BTF測試-----2） （N3的貨幣供應(yīng)M3）=C3被刪除（注意，MB）。3） （N3M3）是無活性，pB3=16,C3被放回入（N3,M3）;M=M+1=1;Hble2FiveCFscomputaifartheuncantrolkdFN述 inFig-2C Qc;]諾tl,t5]21t7tlT1415t2,t7tl.t5]

plC2t4iig..plC2t4iig..4AlivePetrinet(APA)model(N&A/P)oftlwFMS?obtained