基于Petri网和面向对象技术的FMS柔性仿真环境研究

摘要

柔性制造系统(FMS)是目前正在迅速发展的一种适应多品种、小批量生产的高效制造系统，具有高技术、高风险、投资大的特点。要充分发挥FMS的潜在优势，就必须在FMS的设计规划阶段对其静态和动态性能进行全面深入地分析研究。计算机仿真技术是FMS实现上述目标的重要工具。 当前的许多FMS仿真环境虽然采用了Petri网和面向对象技术，但往往不能很好的将这两种技术融合起来。Petri网作为一种在逻辑层次对离散事件系统进行建模和分析的方法，能够深刻的刻画系统的控制和运行过程。但在实际应用中存在系统对象建模过程不直观，系统节点过多不易组织等问题。面向对象技术作为当前一种较为成熟的系统分析、建模方法，能够使我们分析、设计和实现系统的方法与我们认识客观世界的过程尽可能的一致。本文所论述的FMS仿真环境充分利用了这两种技术的特点，能够运用面向对象方法进行系统静态对象建模，运用Petri网进行系统动态运行过程建模和仿真。 FMS区别于一般的自动化制造系统的最大区别在于它的柔性特征。在现有的各类FMS仿真软件中，仿真软件中的对象一般在系统开发阶段就已经完全确定了。因而，仿真软件只能适应FMS系统一定范围内的变化。当FMS系统结构发生较大的改变时，仿真软件往往不能很好的适应这种变化。为了改变这种情况，本文在前人研究的基础上提出了一种新的仿真软件构架：基于00＿Petri(Object-Oriented Petrinets)构件的柔性仿真环境。这种构件具有灵活的变化能力和组织形式，其开放的结构能够适应FMS系统不断变化的应用需求。 全文的内容分为以下几部分： 1. 作为本文应用背景的FMS系统简介，FMS仿真方法的概述： 2.Petri网理论及其当前Petri网研究状况的介绍，归纳总结了 面向对象Petri网、时间Petri网和着色Petri网理论： 3. 本FMS仿真环境的构架设计。给出了系统功能模块的划分，系 统对象的层次结构，00＿Petri网构件的定义和性质，以及系统 基于的面向对象时间着色Petri网模型； 4. 本FMS仿真环境的实现方法，给出了系统核心对象的数据结构 和主要仿真运行过程的算法描沭。

目录

文摘

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第一章柔性制造系统（FMS）介绍

1.1柔性制造系统(FMS)

1.2柔性制造系统的类型

1.3柔性制造系统的构成

1.4计算机集成制造系统(CIMS)的递阶控制方式

1.5柔性制造系统的柔性特点

1.6柔性制造系统的优点

1.7柔性制造系统的发展趋势

1.8本章小结

第二章柔性制造系统仿真的基本原理和方法

2.1系统仿真的过程

2.2离散事件系统仿真

2.2.1离散事件动态系统的主要特点

2.2.2离散事件系统模型

2.2.3离散事件系统仿真方法类型

2.3FMS的建模与仿真

2.3.1在柔性制造系统中运用仿真技术的意义

2.3.2FMS 建模方法比较

2.3.3FMS 仿真中研究的问题

2.3.4仿真的主要实现功能

2.4当前FMS仿真技术的发展情况与不足

2.5本章小结

第三章Petri网及其性能分析方法

3.1Petri网的提出及其主要特点

3.2Petri网相关概念

3.3Petri网性能分析

3.3.1可达性(Reachability)

3.3.2有界性和安全性

3.3.3活性(liveness)

3.3.4死锁(deadlock)

3.3.5冲突(confliction)

3.3.6Petri网分析方法的比较

3.4当前Petri网的研究方向与发展前景

3.5本章小结

第四章高级Petri网及其研究现状

4.1面向对象Petri网(OOPN-Object Oriented Petri Nets)

4.1.1面向对象技术的特点和研究现状

4.1.2面得对象的Petri网(Object-Oriented Petri Nets)

4.2时间Petri网的研究现状

4.2.1时间Petri网的概念

4.2.2时间约束Petri网

4.2.3随机Petri网(SPN-Stochastic Petri Nets)

4.3着色Petri网(CPN-Colored Petri Nets)

4.4本章小结

第五章FMS柔性仿真环境设计

5.1FMS仿真环境的应用需求

5.2仿真系统构架设计

5.2.1仿真系统功能模块设计

5.2.2系统功能模块构成

5.2.3系统对象层次结构

5.2.4OO_Petri构件

5.3系统采用的时间约束高级着色Petri网模型

5.3.1系统采用的高级Petri网模型

5.3.2高级Petri网模型说明

5.3.3使能和点火规则

5.3.4冲突检测与触发控制

5.4本章小结

第六章FMS柔性仿真软件的实现方法

6.1仿真软件系统的面向对象分析

6.2对象间的关系描述

6.3Petri网在数据库中的存储映射关系

6.4系统运行过程及算法描述

6.5使用本仿真环境进行FMS系统仿真的基本步骤

6.6本章小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间已完成的论文——第一作者及参加的科研项目

致谢