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基于Petri网的柔性制造系统的建模与仿真

gecimao 发表于 2019-07-03 00:53 | 查看: | 回复:

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  展开全部针对柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)建模特点,提出了UML-OOPN 集成建模方法。该方法是用UML(the Unified Modeling Language)建立柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)模型,然后将该模型映射为面向对象Petri 网OOPN(object-Oriented Petri Nets)网模型,通过Petri网模型的分析和仿真,其结果可用于修正和改进模型设计。引 言 柔性制造系统是一个功能结构复杂的人造系统,它一般由数控加工单元、物料储运单元和计算机控制单元组成,各单元具备一定的柔性,能根据生产任务和环境的变化迅速进行调整。与传统制造系统相似,FMS制造单元的分析也需要模型的支持,而且必须具有高度的重构性和重用性。目前,在制造系统建模领域,将面向对象的建模技术与Petri 网理论相结合,相互取长补短是重要的发展趋势。本文综合了统一建模语言UML和面向对象Petri网各自的优势,提出了UML-OOPN集成建模方法。 1 UML-OOPN集成建模方法的技术基础 1.1 统一建模语言UML 统一建模语言UML是面向对象建模方法向统一化、标准化方向发展的产物,比其它面向对象方法具有更强的建模能力,擅长于并行、分布式系统的建模。UML是一种图形化的建模语言,定义了5类共10种不同的模型图,支持从不同的角度考虑系统。 1.2 面向对象Petri网 本文采用的面向对象Petri网OOPN 是对韩国KAIST的Yang Kyu Lee等提出的OPNets模型的扩展。在OPNets中,如图1所示,用高级网子网描述每个对象的行为以及对象之间的关系,通过用方形框把子网括起来表示封装与抽象。为了信息隐藏,每个对象清晰地表示为外部结构和内部结构两部分。外部结构描述对象之间的信息通信,而内部结构描述每个对象的内部控制流。对象的外部接口由“消息队列”(message queue,简称mesQueue,用椭圆表示,类似于用圆表示的库所)、“门’,(gate,用粗线表示,类似于用方形框表示的变迁)以及它们之间的流关系(arc,用弧线表示)给出。每个对象表示为一个子网,库所中令牌的变化代表了对象的不同状态(用黑点表示令牌token),故这些库所特别地称为state。用粗线表示,类似于用方形框表示的变迁)以及它们之间的流关系(arc,用弧线表示)给出。每个对象表示为一个子网,库所中令牌的变化代表了对象的不同状态(用黑点表示令牌token),故这些库所特别地称为state。 1.3 集成UML和OOPN的动机 UML语言的特点是功能丰富、直观易学,但形式化程度不够。UML描述的系统模型,目前尚缺乏严密有效的验证和分析方法,同时也难以在模型实现之前进行仿真运行,因此难于进行有效的模型修正和改进。而Petri网的形式化程度更高,能够对系统的结构和动态行为进行严密的数学分析和直观的计算机仿真,但是相对比较抽象、比较不易于掌握。 综上所述,UML对用户友好,Petri网具有形式化的严密性;UML能够有效的描述系统,Petri网能够严密地分析系统;UML模型与程序实现紧密相联,Petri网模型则易于仿真。根据uML和Petri网各自的恃点,本文提出了UML-OOPN集成建模方法。 2 UML-OOPN集成建模方法 2.1 UML-OOPN集成建模方法的总体设计思想UML-OOPN 集成建模方法的总体设计思想是采用UML对系统建立模型,内部映射成面向对象petri网模型,利用Petri网模型进行模拟、仿真、静态和动态死锁检测,其结果用于修正和改进模型设计,这样的模型设计和模型分析反复进行,不断改进直至满意为止。此映射思想如图2所示。

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