Zastosowanie teorii hipergrafów w procesie analizy systemów dyskretnych opisanych sieciami Petriego

摘要

W artykule zaprezentowane zostały nowe metody wspomagające proces analizy systemów dyskretnych opisanych sieciami Petriego. Relacje w prototypowanym systemie dyskretnym są odwzorowane hipergrafem. Dzięki temu projektowany, wbudowany, rekonfigurowany sterownik logiczny może zostać poddany efektywniejszemu procesowi analizy z wykorzystaniem nowych algorytmów, związanych z traktowanymi łącznie teoriami hipergrafów i sieci Petriego. Wykorzystano między innymi takie procedury jak dopełnienie, dualizm, transwersale, transwersa-le dokładne oraz kolorowanie hipergrafu. W artykule w sposób nieformalny wykorzystano autorskie twierdzenia, wspomagające cały proces projektowania sterowników. Szczególną uwagę zwrócono na nowe sposoby analizy systemów dyskretnych, opisanych sieciami Petriego, takie jak częściowa weryfikacja poprawności specyfikacji sterownika na podstawie struktury hipergrafu współbieżności oraz zastosowanie transwersal dokładnych w procesie wyodrębniania powiązanych ze sobą procesów sekwencyjnych.%In the paper application of the hypergraph theory to analysis of discrete-systems described by means of Petri Nets is proposed. The relations between local states are represented by hypergraph vertices whose edges correspond to the global states. Therefore, the analysis of a prototype system can be performed by more effective operations supported by the hypergraph theory as well as the Petri net theory (such as dualism, hypergraph complement, transversals, exact transversals, hypergraph colouring). In the paper the authors propose application of the concurrency hypergraph to the analysis of a discrete-system. Such a structure refers to the traditional concurrency graph, however it keeps information about global states of the analysed system. Moreover, the concurrency hypergraph has some unique properties, which can lead to reduction in the computational complexity of some algorithms of the analysis. All minimal transversals in the concurrency hypergraph are also exact transversals. Therefore, such a hypergraph can be applied also to the decomposition process of a discrete-system, which is described by a Petri Net. After the analysis, a controller described by a Petri Net can be decomposed into concurrent sub-nets (concurrent automata). Each exact transversal of the concurrency hypergraph refers to the concurrent automata. The proposed solution allows significantly reducing the computational complexity to a polynomial. The traditional methods, based on the coloring of a concurrency graph are exponential time algorithms, thus they are defined to be NP-complete.