基于随机高级Petri网的FMS建模及其性能分析技术研究

摘要

柔性制造系统(FMS)是高度复杂的系统，具有耗资大、风险高、技术密集等特点，其设计和实现过程非常复杂。因此，在柔性制造系统投入实施和运行之前，需要利用合适的方法对其进行准确地建模，并对其构成要素及整体静态和动态特性加以分析。这样可以在系统设计之初，发现并克服系统模型可能存在的致命错误，尽量避免因设计欠佳而影响系统建成后的实际运行效率，甚至制造系统不能正常工作的问题。目前，Petri网不仅能描述FMS资源的共享、冲突、互斥、并发和不确定性，而且能对资源进行定量和定性分析，因此，Petri网已成为柔性制造系统的建模和分析的主流技术之一。然而，Petri网中的标记是不加区别的，容易出现“状态空间爆炸”的问题，使得复杂系统的模型不易读、不易理解，影响模型的分析结果，最终导致系统没有达到最优化的设计。因此，如何对Petri网进行扩展，建立更为有效的建模方法，具有重要的理论和实际应用价值。 本文主要研究基于随机高级Petr网的柔性制造系统建模及其性能分析技术。基于随机高级Petri网理论，对柔性制造系统FMS的建模和分析方法进行系统、深入地研究；关键解决FMS的Petri网表示、Petri网到随机高级Petri网的转化、随机高级Petri网的分析这三大问题，主要完成以下研究内容： 1)分析柔性制造系统FMS的特点，简单介绍FMS的各种建模分析技术；概述Petri网和随机高级Petri网(SHLPN)的概念及特性，为下一步的研究工作奠定理论基础： 2)分析柔性制造系统FMS的随机高级Petri网建模方法。首先给出如何将Petri网的元素(托肯、库所、变迁和连接弧)映射到FMS的概念，进行基于随机高级Petri网的FMS模型的形式化描述和表示，然后处理系统建模的问题，研究FMS的随机高级Petri网模型的构造问题。最后，通过一个典型的实例，详细阐述FMS建模过程中的几个关键点，包括Petri网的化简规则和Petri网到随机高级Petri网的转换，以及最终自下而上构造实例的随机高级Petri网模型； 3)讨论随机高级Petri网的几种定性分析技术，并利用这些技术对实例模型进行结构分析，查找结构中存在的问题，以便对所建立的模型进行改进； 4)研究随机高级Petri网的马尔可夫分析和仿真分析，利用这两种分析技术对实例的随机高级Petri网模型进行分析，验证该模型在结构上的合理性，并求其性能参数，以便对多个结构合理的模型的性能进行比较，并验证该建模方法的正确可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究目的及意义

1.2研究现状

1.2.1柔性制造系统建模技术研究

1.2.2基于Petri网的柔性制造系统建模研究

1.2.3随机高级Petri网研究

1.3本文的主要研究内容及基本结构

1.3.1主要研究内容

1.3.2论文基本结构

第2章柔性制造系统和随机高级Petri网理论

2.1 FMS系统概述

2.1.1 FMS的定义

2.1.2 FMS的组成、原理及作用

2.2离散事件动态系统

2.2.1离散事件动态系统的特征

2.2.2各种DEDS建模方法

2.2.3 Petri网建模方法

2.3 Petri网和随机高级Petri网的定义及其特性

2.3.1 Petri网

2.3.2随机高级Petri网

2.4 Petri网在柔性制造系统中的应用概况

2.5本章小结

第3章基于随机高级Petri网的FMS建模技术研究

3.1 FMS模型的Petri网定义

3.1.1 FMS与Petri网模型的对应关系

3.1.2 FMS中的一些基本关系及其Petri网表示

3.1.3 FMS模块的Petri刚表示

3.2随机高级Petri网的建模方法及步骤

3.3基于随机高级Petri网的FMS系统建模实例分析

3.3.1柔性制造系统(FMS)实例

3.3.2 Petri网模型的建立

3.3.3 FMS系统模型的化简

3.3.4 Petri网向随机高级Petri网的转换

3.4本章小结

第4章基于随机高级Petri网的FMS系统模型的性能分析

4.1定性分析

4.1.1计算关联矩阵

4.1.2可达性分析

4.1.3结构的有界性和守恒性分析

4.1.4结构的可重复性分析

4.1.5结构的公平性分析

4.2定量分析

4.2.1马尔可夫分析

4.2.2仿真分析

4.3本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢