基于OOPN的柔性制造系统控制过程建模与仿真

摘要

柔性制造作为一种多批量小品种的生产方式能够适应当今制造业发展的要求，并能迅速地向市场提供多种多样的产品。但柔性制造系统在实施过程中存在投资大、风险性及不可预见性高等问题，特别是其控制过程具有异步、并发的离散动态特性，分析、控制难度大，因此对柔性制造系统中的控制系统进行建模与仿真一直是学术界重视和研究的问题。
　　分析柔性制造系统的首要任务就是对其进行建模。本文采用的Petri网是一种结构化的、可视化的描述语言，能够对系统中的事件进行模拟，突出各系统要素间的逻辑关系，捕捉事件发生的先后顺序。因此本文采用Petri网作为建模工具，而基本Petri网描述系统的能力不足，而且随着系统复杂程度的增强，建立模型将会出现组合爆炸等问题。
　　针对以上问题，本文提出一种面向对象的赋时着色Petri网，用以解决诸如节点爆炸、分析难度大、可重复利用性差等问题。本文采用赋时Petri网对其中的变迁赋予时间属性来描述系统中有关时间属性的事件，如加工、运输等；用着色Petri网对其中的状态或变迁赋予颜色属性，用来区分同一类型系统要素的不同个体，以达到减小网络规模的目的；从面向对象的角度，按照属性、行为或状态将控制系统分为若干模块并将其内部运行机制进行封装，系统运行时各对象仅通过对外信息传递的接口进行沟通，使模型更加层次化、简洁化。对象之间的信息传递由门变迁控制，而系统通过控制门变迁的激发来协调不同对象所进行的活动及顺序来解决系统中出现的冲突、死锁等问题。
　　Petri网对系统进行了静态结构和逻辑描述，为了对其进行动态分析，本文将Petri网中的逻辑控制关系和消息传递机制等映射到仿真软件Flexsim中，利用Flexsim面向对象建模的技术驱动Petri网，通过仿真来验证Petri网的动态特性。对模型中各对象的运行状态及结果进行分析，发现系统中存在的突发事件如机床故障、订单加急等状况。针对出现的问题，本文采用一种嵌入式的启发式算法对系统运行中出现的不确定性问题如机床故障、加急订单等通过重新规划加工路径、分配替代加工设备等控制方法，以减少生产系统中诸如设备使用冲突和资源浪费等问题的发生，从而提高柔性制造系统的生产效率。通过对控制系统改进前后的仿真结果进行对比，证明了本文提出的面向对象的赋时着色Petri网在对柔性制造控制系统进行静态描述和动态分析、控制中的有效性和实用性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的提出

1.2 FMS用Petri网研究方法及研究现状

1.3 本文要解决的问题

1.4 本文的主要工作

第2章 柔性制造系统与Petri网理论

2.1 柔性制造系统

2.2 离散事件动态系统

2.3 Petri网理论

2.4 高级Petri网

2.5本章小结

第3章 Petri网在FMS下建模

3.1 柔性制造系统与Petri网

3.2 面向对象Petri网模型

3.3 综合Petri网模型

3.4 Petri网分析

3.5 动态突发事件Petri网描述

3.6本章小结

第4章 基于 Flexsim 的生产系统Petri网仿真

4.1 FlexSim简介

4.2 Petri网与Flexsim的对应关系及转化

4.3 动态突发事件仿真

4.4 仿真结果

4.5 初始仿真结果

4.6 模型的优化

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结 论

5.2 展 望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果