Petri网在制造系统建模与仿真中的应用

介绍制造系统的概念以及制造系统建模与仿真的目的和意义,阐述Petri网的内涵,同时引出面向对象的Petri网的定义.依据面向对象的Petri网的理论,给出制造系统的建模过程,最后将统一建模语言(UML)融入到制造系统的建模与仿真中,通过实例进一步阐明了Petri网在制造系统建模与仿真中的应用.     

基于UML-OPN的可重组制造系统建模分析方法

为建立涵盖两种重组方式的系统模型,避免现有方法中模型相互转化造成的信息丢失以及动态特性的不完整,在分析了可重组制造系统重组实现方式的基础上,提出了基于统一建模语言与面向对象Petri网的建模与性能分析方法。采用模块化方法对制造资源进行划分,利用统一建模语言建立系统逻辑模型,利用面向对象Pe-tri网建立系统物理模型,分析了各自活动机理,给出了模型关联映射的触发规则。为实现模型的性能分析,对面向对象Petri网引入时间参数,提出基于随机过程理论的性能分析方法。通过实例验证了建模与分析方法的有效性。     

基于Petri网的某军工厂加工车间模型建立与分析

本文以某军工厂为应用背景,在调研该军工厂的生产加工车间物流系统现状的基础上,用Petri网建模方法建立加工生产线的Petri网模型,对该加工生产车间的物流系统进行分析与研究。     

面向仓储物流的建模及控制系统设计方法

为提高现代企业仓储物流的设计质量和效率,提出了一种基于资源颜色时序信号的扩展Petri网建模及控制系统设计方法.该方法首先采用资源颜色时序信号的扩展Petri网建立了仓储系统的动态模型,清晰地描述了各种物流活动的顺序、并发,冲突等关系,并结合关联矩阵,阐述了判断死锁和陷阱的方法.该方法建立的模型可根据Petri网运算规则进行保性化简,便于仿真分析和验证,且可直接用于系统可编程逻辑控制器的控制程序设计.最后,以仓储物流控制系统为例,阐述了系统建模及控制设计过程.     

基于广义随机Petri网的可重组制造单元建模与分析方法

为揭示可重组制造单元的重组过程并计算重组方式对系统性能的影响，根据可重组制造单元的特征，提出了基于广义随机Petri网的模块化建模及分析方法。该方法将制造单元的不同资源及重组生产过程对应于相应的广义随机Petri网基本模块，并通过过渡变迁合成广义随机Petri网模型。在此基础上，采用马尔可夫理论及相关数学方法，分析可重组制造系统的性能指标，并通过实际应用，验证了该建模与分析方法的有效性。     

不确定信息下制造系统性能评估的Petri网模型

为了提高制造系统生产性能评估的质量,结合灰色系统理论与Petri网建模理论,设计了一类基于灰数运算的Petri网及组成要素,以辅助生产管理者在不确定信息环境下评估制造系统的生产性能;研究灰色Petri网的求解算法,求解系统内部的不确定稳态概率;分析系统重要性能指标与稳态概率之间的联系,探寻其定量化表征,分析关键生产指标的白化解;以某自动化生产系统为例开展案例研究,验证了相关理论和方法的可行性与实用性,为制造系统建模及性能评估提供了一种新的分析工具和解决思路。     

自动制造系统的一种死锁避免策略

基于Petri网的结构分析理论，提出了自动制造系统Petri网模型的一种死锁控制方法，在这种策略的控制下，避免了系统中死锁的产生，从而许多制造系统的Petri网模型具有活性，提出了一种保证所有严格极小信标至少含有一个托肯的方法，对冗余严格极小信标的研究，提高了Petri网复杂自动制造系统的建模能力。结果表明，在设计无死锁的Petri网格型时，不是所有的严格极小信标都要考虑，从而简化了设计结果和控制算法。     

基于扩展一阶混合Petri网的机械制造系统碳流动态建模方法

机械制造系统是生产与能源的强耦合系统.针对其耦合特性,提出一种基于扩展一阶混合Petri网的碳流动态建模方法.对机械制造系统碳流动态特性进行分析,建立相应的系统边界,由系统边界分析制造系统的生产构成、运行模式,并导出能量、物料平衡方程以及碳排放量计算公式,为模型的建立奠定数量分析基础.针对机械制造系统能耗的连续性及离散状态对连续过程的影响等,在原一阶混合Petri网的基础上,引入控制弧、抑制弧相关元素以增强建模语义,并给出模型的形式化定义及规则说明.以某制造系统自动生产线为例,建立相应的多目标函数及约束条件,仿真优化其能量流、物料流的时域特性,并计算碳排放量,对所建模型进行验证,为企业实施低碳制造奠定一定的理论基础.     

制造系统动态可靠性建模理论及其应用

在分析传统可靠性设计理论存在缺陷及面临挑战的基础上，评述动态可靠性建模主要方法。利用Petri网对动态系统的描述能力，将Petri网应用于系统故障分析和动态可靠性计算中，提出了基于故障Petri网的动态可靠性建模方法。以某挖掘机液压系统为例，研究了制造系统故障的Petri网静态描述和动态可靠性计算方法，求解得到系统可靠性数值指标。应用表明，随机Petri网在故障传播描述以及系统动态可靠性分析方面具有优势.     

可重构制造系统建模方法

对可重构制造系统建模方法,包括基于Petri网的可重构制造系统建模、基于排队网络的可重构制造系统建模、基于马尔可夫链的可重构制造系统建模、基于多Agent理论的可重构制造系统建模等方法的研究现状进行了系统的介绍,并进行了分析和比较,最后给出了可重构制造系统建模的发展方向。     

基于实时数据驱动的数字孪生车间研究及实现

为满足智能车间生产状态实时可视化监控、健康管理、故障诊断等需求,提出一种基于实时数据驱动的数字孪生车间体系架构与技术路线。通过搭建面向真实物理行为高保真映射的虚拟仿真环境,采用面向事件响应的数据管理方法构建模块化、通用化的数字孪生车间系统。在此基础上,详细阐述了异构多源数据的采集与管理、真实物理行为的虚拟仿真环境、面向事件响应的数据实时驱动方法等关键技术。设计了原型系统,并通过车载防撞雷达组装生产线成功验证其可行性,为数字孪生技术在智能制造领域的应用提供了关键支撑。     

基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度

面向多品种变批量生产的复杂产品离散装配车间是典型的复杂制造系统,其运行过程呈现高复杂性、强动态性和不确定性因素多等特征,为实现复杂产品离散装配车间的动态调度,提出一种基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度方法,通过物理空间和虚拟空间之间的数据交互进行更精确的动态调度。构建了基于数字孪生的复杂产品离散装配车间调度框架和调度问题模型,详细阐述了基于实时数据和神经网络的工时在线预测、面向复杂产品离散装配的数字孪生车间动态调度等关键实现技术;构建了复杂产品离散装配车间调度系统,并以某航天产品装配车间的调度过程为例,验证了该方法的有效性和可行性。     

[数字孪生驱动的智能制造]基于数字孪生的航天制造车间生产管控方法

针对目前航天制造车间生产管控中存在的效率低、精细度差、动态响应能力不足等难题，研究了基于数字孪生的制造车间生产管控方法，设计了基于跨网段信息异步交互的航天数字孪生车间架构，提出了航天数字孪生车间的基本组成和虚实融合的制造车间分层管控模式，阐述了面向不同对象的制造智能（MI）和商业智能（BI）场景应用，为军工企业车间生产管控提供了可行的技术途径。     

基于数字孪生的制造资源动态优选决策

针对面向服务的智能制造环境下决策数据的准确性和实时性不足,以及协同和动态决策机制欠缺等问题,提出一种基于数字孪生的制造资源动态优选决策方法。设计了基于数字孪生的制造资源动态优选决策架构,并提出设备数字孪生(云/边数字孪生)和产品数字孪生,为决策者提供准确、实时的评价数据;构建基于实时Multi-Agent的资源优选决策多方协同机制,采用层次赋时有色Petri网仿真分析复杂制造任务中的瓶颈设备资源;采用序关系分析法计算评价指标权重,引入参考理想法对候选制造资源进行综合评估。将该方法应用于某航空发动机叶片制造企业设备资源优选中,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于Petri网的敏捷化生产调度建模方法

针对企业生产调度敏捷化程度不高、影响整个生产系统产能和效益最大化的问题,结合Petri网技术、面向对象方法和敏捷制造思想,提出了基于Petri网的敏捷化生产调度建模方法,开发了敏捷化生产调度建模的调度流程,研究得出了扩展的产能计算函数,建立了以产能瓶颈站点为调度核心,并向其他次产能瓶颈站点发散的敏捷化生产调度模型,直观、形象地反映了企业生产实时调度情况。通过实证研究,构建了产能函数,实现了对整个生产系统的全面调度,提升了瓶颈站点的产能,缩短了产品生产周期,提高了整个制造系统的效益。     

基于数字孪生的卫星总装过程管控系统

为解决卫星总装过程实时管控和分析预测的难题,提出一种基于数字孪生的卫星总装过程管控系统,建立了系统体系结构,研究了面向总装过程管控的产品与车间孪生建模、数据物联采集与虚实精准映射、数字孪生驱动的总装过程实时管控与分析预测、孪生数据多维度组织管理等关键技术。该系统以孪生模型和实时数据为驱动,基于产品关键特征和车间关键要素,将模型与数据进行有效融合,实现了总装过程的实时管控,并为生产决策提供支持。通过在卫星总装车间部署运行的应用效果,验证了该系统的有效性和可行性。     

柔性制造系统中OPN模型的建立

针对敏捷制造单元的特点 ,提出了一种面向对象的知识Petri网的建模方法。一方面 ,此方法建立的实时控制模型可采用数学分析手段进行模型的死锁分析 ;另一方面 ,此方法将控制 /决策知识融入到面向对象Petri网中 ,使控制系统具有一定的智能性     

基于数字孪生的生产车间运行状态在线预测

针对数字孪生车间的在线预测难题,提出一种实时数据驱动的数字孪生车间运行状态在线预测方法。分析了车间数字孪生体的内涵和运行机制,构建了基于车间数字孪生体的仿真预测框架,阐述了基于事件调度法的仿真运行逻辑,建立了数字孪生车间输入特性、样本生成、事件处理逻辑之间的关系,融合实时数据实现了基于持续瞬态仿真的车间在线预测。设计并开发了面向数字孪生车间的运行状态在线仿真系统,通过实例验证了该方法的可行性和有效性。     

面向生产线仿真的数字孪生逻辑模型构建方法

生产线仿真是保证生产设计方案正确、合理、高效的前提,其中对生产线逻辑的正确性仿真最为关键.为实现基于数字孪生的生产线仿真技术,提出面向生产线仿真的数字孪生逻辑模型构建方法.首先提出生产线仿真系统组成架构,然后从几何、物理、生产行为、仿真规则4个维度阐述数字孪生逻辑模型的构建方法,详细介绍几何属性、物理属性的定义方法,采...     

基于Petri网的时线分析新方法

将Petri网技术引入装备保障性工程，建立了一种基于Petri网的时线分析新方法，用于确定复杂系统使用与维修活动经历时间。以计算飞机再出动准备时间为实例，阐述了时线分析法的使用条件，确定了不同作业项目之间的逻辑顺序，建立了飞机再出动准备方案Petri网模型，最后根据Petri网仿真结果给出了时线分析表。该方法改进了原来手工线条图作图法，有利于装备设计、研制过程仿真与建模，提高了时线分析法的工程化程度。