制造系統(tǒng)的建模方法匯總課件

1離散事件系統(tǒng)的建模方法1離散事件系統(tǒng)的建模方法21系統(tǒng)建模方法概述離散事件系統(tǒng)模型模型是對實際系統(tǒng)本質(zhì)的抽象與簡化，能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過程。21系統(tǒng)建模方法概述離散事件系統(tǒng)模型31系統(tǒng)建模方法概述離散事件系統(tǒng)建模方法實體流圖法用流程圖的方法描述事件、狀態(tài)變化及實體間相互作用的邏輯關(guān)系?；顒又芷趫D法以圖形直觀地顯示系統(tǒng)狀態(tài)及其變化。Petri網(wǎng)法是一種系統(tǒng)的數(shù)學和圖形描述與分析工具。31系統(tǒng)建模方法概述離散事件系統(tǒng)建模方法42實體流圖法實體流圖(EntityFlowChart,EFC)法的建模思路辨識系統(tǒng)的實體及屬性；分析實體的狀態(tài)和運動，隊列的狀態(tài)；確定系統(tǒng)事件，合并條件事件；分析事件發(fā)生時，實體狀態(tài)的變化；在一定的服務(wù)流程下，分析與隊列有關(guān)的特殊操作；以臨時實體的活動為主線，畫出系統(tǒng)的實體流圖；給出模型參數(shù)的取值；給出排隊規(guī)則、服務(wù)規(guī)則、優(yōu)先級、換隊規(guī)則。42實體流圖法實體流圖(EntityFlowChart52實體流圖法實例：理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)——單隊列-單服務(wù)臺系統(tǒng)系統(tǒng)分析：實體臨時實體：顧客永久實體：服務(wù)員特殊實體：隊列狀態(tài)服務(wù)員：忙、閑顧客：等待服務(wù)、接受服務(wù)隊列：隊長52實體流圖法實例：理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)——單隊列-單服務(wù)臺系統(tǒng)62實體流圖法實例：理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)——單隊列-單服務(wù)臺系統(tǒng)系統(tǒng)分析：活動排隊、服務(wù)事件顧客到達顧客結(jié)束排隊（開始接受服務(wù)）顧客服務(wù)完畢離開排隊規(guī)則FIFO62實體流圖法實例：理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)——單隊列-單服務(wù)臺系統(tǒng)72實體流圖法實例：理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)——單隊列-單服務(wù)臺系統(tǒng)模型屬性變量：顧客到達時間（隨機變量）理發(fā)員為一名顧客理發(fā)所需要的時間（隨機變量）72實體流圖法實例：理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)——單隊列-單服務(wù)臺系統(tǒng)83活動循環(huán)圖法活動循環(huán)圖(ActivityCycleDiagram)法的基本原理活動循環(huán)圖（ACD）法以圖形直觀地顯示系統(tǒng)狀態(tài)及其變化。ACD法認為，系統(tǒng)中的每個實體都按照各自的方式循環(huán)地發(fā)生變化，存在靜止（以○表示）和活動（以□表示）兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)在實體的循環(huán)中交替出現(xiàn)（以→表示兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換）。ACD法認為，系統(tǒng)的狀態(tài)就是全部個體狀態(tài)變化的集合。當研究對象比較復(fù)雜、包含的實體數(shù)目較多時，可以對系統(tǒng)建立不同層次的ACD模型，將高層次模型進一步分解為低層次的模型。83活動循環(huán)圖法活動循環(huán)圖(ActivityCycle93活動循環(huán)圖法ACD法的建模方法與建模過程常用術(shù)語實體。是指組成系統(tǒng)的各種要素，是ACD產(chǎn)生活動的主體。活動。表示實體正處于某種動作狀態(tài)。活動的持續(xù)時間也稱為周期。隊列。用來表示實體處于靜止或等待狀態(tài)。實體的行為模式。實體的行為始終遵循“…→活動→隊列→活動→…”的交替變化規(guī)則。直聯(lián)活動和虛擬隊列。如果在任何情況下，某一活動完成后，其后續(xù)活動就立即開始，則稱后續(xù)活動為直聯(lián)活動。直聯(lián)活動與前面活動之間為一個等待時間為0的隊列，即虛擬隊列。合作活動。指一個活動要求有多于一個的實體參加才能開始。93活動循環(huán)圖法ACD法的建模方法與建模過程103活動循環(huán)圖法ACD法的建模方法與建模過程舉例：某加工系統(tǒng)有兩個實體：一臺半自動機床和一名操作工。工人負責安裝工件和從機床上取下工件。工件安裝完畢后，機床就可以自動地完成工件的加工。加工完畢，機床停止，直到工人安裝一個新的工件，再開始下一個加工循環(huán)。103活動循環(huán)圖法ACD法的建模方法與建模過程113活動循環(huán)圖法ACD法的建模方法與建模過程113活動循環(huán)圖法ACD法的建模方法與建模過程123活動循環(huán)圖法ACD法的建模方法與建模過程123活動循環(huán)圖法ACD法的建模方法與建模過程133活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②133活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行143活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②143活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行153活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②153活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行163活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②163活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行173活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②173活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行183活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②183活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行193活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②193活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行203活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②203活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行213活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②213活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行223活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②223活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行233活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②233活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行243活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②243活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行253活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②253活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行263活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行假設(shè)三臺機床加工順序為①→③→②263活動循環(huán)圖法ACD模型的仿真運行274Petri網(wǎng)建模1962年（聯(lián)邦）德國CarlAdamPetri博士在他的博士論文“Communicationwithautomate”中首次提出了一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的信息流模型，后來被稱為Petri網(wǎng)。已成為控制理論領(lǐng)域處理離散事件系統(tǒng)的有力工具。274Petri網(wǎng)建模1962年（聯(lián)邦）德國CarlA284Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)主要優(yōu)點：采用網(wǎng)絡(luò)圖的形式模擬離散事件系統(tǒng)，形式簡潔、直觀，特別適合于描述系統(tǒng)組織、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化；可以在不同概念級別上表明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；能有效模擬異步并發(fā)系統(tǒng)，直接分析模型實體中是否具有諸如死鎖，狀態(tài)空間無限等異常特征。284Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)主要優(yōu)點：采用網(wǎng)絡(luò)圖的形294Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念例：用螺釘將3個零件1，1個零件2和2個零件3連接在一起，得到零件4。23p1p2p3p4t1k=500容量K={ω,ω,500,ω}標識M=[5,3,4,0]294Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念23p1p2p3304Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念Petri網(wǎng)圖是一個五元組：PN=(P,T,I,O,M)P是庫所(place)節(jié)點的集合；T是變遷(Transition)節(jié)點的集合；I是輸入函數(shù)P→T的有向弧線的集合；O是輸出函數(shù)T→P的有向弧線的集合；M是標識，為一函數(shù)向量，M(pi)表示庫所pi中所含令牌個數(shù)。304Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念314Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念23p1p2p3p4p5t12314Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念23p1p2p3324Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念23p1p2p3p4p5t12令牌標識324Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念23p1p2p3334Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念23p1p2p3p4p5t12標識容量函數(shù)334Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念23p1p2p3344Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念庫所(place)可以用來表示條件、資源和緩沖站。變遷(Transition)可以用來表示事件、任務(wù)和作業(yè)。344Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)基本概念354Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則變遷的發(fā)生表示系統(tǒng)狀態(tài)的變化，可用變遷的發(fā)射（事件的發(fā)生）規(guī)則來定義。變遷條件和發(fā)射規(guī)則：對于t∈T如果成立，則變遷是可能的354Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則364Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則變遷后的結(jié)果是364Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則374Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則檢查t1

：O(p1,t1)=1變遷t1

可以被點燃，M’(p2)=1，M’(p3)=1，M’(p6)=0，

M’(p1)=1I(p2,t1)=1,I(p3,t1)=1,I(p6,t1)=1M(p2)=2,M(p3)=2,M(p6)=1例1：檢查變遷發(fā)生權(quán)，順序：t1t2

t3t4p1p2p4t1t3p6p3p5t2t4374Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則檢查t1：O384Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則例1：檢查變遷發(fā)生權(quán)，順序：t1t2

t3t4檢查t2

：t2

沒有發(fā)生權(quán)p2p4p1t1t3p6p3p5t2t4384Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則例1：檢查變遷394Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則例1：檢查變遷發(fā)生權(quán)，順序：t1t2

t3t4檢查t3

：t3

有發(fā)生權(quán)點燃后，M’(p2)=0，M’(p3)=0，M’(p5)=0，

M’(p4)=1p2p4p1t1t3p6p3p5t2t4394Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則例1：檢查變遷404Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則例1：檢查變遷發(fā)生權(quán)，順序：t1t2

t3t4檢查t4

：t4

有發(fā)生權(quán)點燃后

M’(p4)=0

M’(p3)=1p2p4p1t1t3p6p3p5t2t4404Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則例1：檢查變遷414Petri網(wǎng)建模邏輯關(guān)系事件t1和t2為先后關(guān)系事件t2和t3為并發(fā)關(guān)系p4p5t2t3p2p3p1t1p2p3p1t1t2p2p3p1t1t2414Petri網(wǎng)建模邏輯關(guān)系事件t1和t2為先后424Petri網(wǎng)建模邏輯關(guān)系事件t1和t2為沖突關(guān)系p2p3p1t1t2p1p2p3t1t2事件t1和t2為沖撞關(guān)系424Petri網(wǎng)建模邏輯關(guān)系事件t1和t2為沖突434Petri網(wǎng)建模邏輯關(guān)系p4p3p1t1t3p5p2t2p5p4p1t1t3p2p3t2事件t1，t2，t3為迷惑關(guān)系，取決于它們的發(fā)生次序。434Petri網(wǎng)建模邏輯關(guān)系p4p3p1t1t3p5p2444Petri網(wǎng)建模邏輯關(guān)系事件t1和t2為死鎖關(guān)系，事件不可能發(fā)生。p3p4p1t1t2p5p2p6t3t4444Petri網(wǎng)建模邏輯關(guān)系事件t1和t2為死鎖454Petri網(wǎng)建模Petri網(wǎng)建模舉例例2：機械加工系統(tǒng)變遷t1和t2共享一件工具，兩個變遷不能同時啟動，但每個變遷可以多次啟動。p1t1t0p0t2p