自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的。通常需要在系統(tǒng)投入實(shí)施和運(yùn)行之前,對(duì)其進(jìn)行清楚、準(zhǔn)確的建模,并對(duì)構(gòu)成要素及系統(tǒng)特性加以分析,從而在設(shè)計(jì)之初可發(fā)現(xiàn)并克服系統(tǒng)存在的各種問(wèn)題。如何根據(jù)產(chǎn)品信息和系統(tǒng)的制造能力設(shè)計(jì)生產(chǎn)計(jì)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(guò)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(wú)阻塞運(yùn)行。其次,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為優(yōu)化。Petri網(wǎng)是自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模和分析的重要數(shù)學(xué)工具。采用正規(guī)的Petri網(wǎng)——面向進(jìn)程的Petri網(wǎng)—來(lái)對(duì)自動(dòng)化制造系統(tǒng)建模,建模能力強(qiáng),適用于各類(lèi)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(guò)程,但面向進(jìn)程的Petri網(wǎng)模型的規(guī)模龐大,信息冗余偏多,網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,提取網(wǎng)結(jié)構(gòu)困難(比如,提取“信標(biāo)”需求解整數(shù)規(guī)劃)等諸多不便。通過(guò)給正規(guī)的Petri網(wǎng)元素添加顏色及限制庫(kù)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(gè)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(guò)程的某些信息,網(wǎng)規(guī)模較小,結(jié)構(gòu)緊湊。死鎖在網(wǎng)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為完全的有向回路達(dá)到飽和。數(shù)學(xué)上圖論中與有向圖相關(guān)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(zhǔn)確地描述制造系統(tǒng)的特殊子類(lèi)—析取的單資源系統(tǒng)—的行為特征,該子類(lèi)正是本文的研究對(duì)象。本文采用可達(dá)圖分析與結(jié)構(gòu)分析相結(jié)合的手段,研究自動(dòng)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(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型和綜合高效的控制算法,不僅確保系統(tǒng)無(wú)全局或局部的停頓,而且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)行為的優(yōu)化運(yùn)行。Petri網(wǎng)可達(dá)圖存在狀態(tài)爆炸問(wèn)題,生成可達(dá)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(wú)關(guān)的網(wǎng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)元素,使得可達(dá)狀態(tài)計(jì)數(shù)以指數(shù)級(jí)降低。其次,狀態(tài)空間被識(shí)別為兩個(gè)不相交的子空間,即,合法標(biāo)識(shí)集與非法標(biāo)識(shí)集。然后,采用標(biāo)識(shí)覆蓋技術(shù),將識(shí)別出數(shù)據(jù)空間縮小成兩個(gè)規(guī)模更小的集合。最后,構(gòu)造并求解一個(gè)整數(shù)規(guī)劃問(wèn)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(guò)控制完全的資源變遷回路永遠(yuǎn)達(dá)不到飽和可以確保當(dāng)前系統(tǒng)無(wú)死鎖,但系統(tǒng)可能陷入“系統(tǒng)受控”而帶來(lái)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(shí),僅通過(guò)控制完全的資源變遷回路永遠(yuǎn)達(dá)不到飽和而獲得對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。面向資源的Petri網(wǎng)用來(lái)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(dá)性分析的基礎(chǔ)上,采用標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)識(shí)別技術(shù),將壓縮后的非法標(biāo)識(shí)集按結(jié)構(gòu)特征將其劃分為特征子類(lèi)。對(duì)于每一個(gè)子類(lèi),在網(wǎng)規(guī)模的多項(xiàng)式級(jí)的計(jì)算復(fù)雜度下識(shí)別該類(lèi)的結(jié)構(gòu)特征,獲取最大許可控制策略,因而識(shí)別算法是有效的。對(duì)于還未能通過(guò)結(jié)構(gòu)分析方法識(shí)別的標(biāo)識(shí),采用線性規(guī)劃的方法求解。最后,通過(guò)文獻(xiàn)中常見(jiàn)的范例證明提出的死鎖預(yù)防最大許可控制策略是有效的。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TH16;TP301.1;TP273
【部分圖文】：

變遷ｆ被稱(chēng)為是使能的（ｅｎａｂｌｅｄ），如果ｔ的每一個(gè)輸入庫(kù)所ｐｉ）個(gè)令牌，其中為從ｐ到ｆ的弧上的權(quán)。??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(gè)使能的變遷從ｉ的每個(gè)輸入庫(kù)所ｐ中移走Ｗ／〇Ｍ）個(gè)令每個(gè)輸出庫(kù)所］／中添加ＶＫＷ）個(gè)令牌，其中為從ｉ到。??圖２．７是一個(gè)簡(jiǎn)單的尸ｅｆＷ網(wǎng)實(shí)例，有助于讀者理解上述概念。個(gè)常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)方程式。兩個(gè)氫分子與一個(gè)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(gè)氫分子與兩個(gè)氧分子可以利用。在Ｍ〇能的。ｉ觸發(fā)后，到達(dá)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(gè)常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)方程式。兩個(gè)氫分子與一個(gè)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(gè)氫分子與兩個(gè)氧分子可以利用。在Ｍ能的。ｉ觸發(fā)后，到達(dá)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(gè)簡(jiǎn)單的Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)示例??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｔｈｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｓｉｍｐｌｅ?Ｐｅｔｒｉ?ｎｅｔ??

稱(chēng)為活的（或稱(chēng)％是＃的活（ｌｉｖｅ）標(biāo)識(shí)），如果無(wú)論從Ｍ〇到達(dá)什么標(biāo)識(shí)，通過(guò)進(jìn)一??步的觸發(fā)序列都有可能最終觸發(fā)網(wǎng)的任何一個(gè)變遷。這意味著無(wú)論選擇何種觸發(fā)順??序，活的Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)都可確保無(wú)死鎖操作�？梢钥闯�，圖２．１在ｉＷ〇下不是活的，因?yàn)椋??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(lái)定義。一個(gè)變遷ｉ被稱(chēng)為活的（ｌｉｖｅ）當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)??所有的Ｍ?ｅ丑（兄Ｍ０），存在矽ｅ?ｉ？（兄＿Ｍ），使得Ｍ�！�。一個(gè)非活（ｎｏｎ－ｌｉｖｅ）的變??遷ｆ在狀態(tài)Ｍ?ｅ丑（兄Ｍ〇）下稱(chēng)為是死的（ｄｅａｄ），如果不存在Ｍ＇?ｅ?Ｍ），使得??一個(gè)變遷ｔ在Ｍ下是死的，意味Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)從Ｍ開(kāi)始繼續(xù)演化，ｉ再也沒(méi)有機(jī)會(huì)觸??發(fā)了。??—個(gè)Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)ＡＴ稱(chēng)為準(zhǔn)活的（ｑｕａｓｉ－ｌｉｖｅ），當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)所有ｔ?＃牐潁?嬖冢停牐??Ｍ〇），使得Ｍ丨—個(gè)Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)Ａ／＂在Ｍ下稱(chēng)為弱活的（ｗｅｅｋｌｙ?－ｌｉｖｅ），當(dāng)且僅??當(dāng)對(duì)所有Ｍ?ｅ?存在ｆ?ｅ?Ｔ
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本文編號(hào)：2842682