本發(fā)明屬于自動(dòng)制造系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)制造系統(tǒng)的穩(wěn)健性控制方法。

背景技術(shù)：

制造自動(dòng)化是制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向。為了響應(yīng)激烈市場競爭的出現(xiàn)和先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，自動(dòng)制造系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了跳躍式的發(fā)展。其目標(biāo)是降低制造成本、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和確保生產(chǎn)安全。然而，考慮到系統(tǒng)的規(guī)模和資源的成本，資源不會(huì)無限制的提供。因此，資源共享是一個(gè)理想的解決方案。由于并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程會(huì)競爭共享的資源，系統(tǒng)死鎖問題就會(huì)不期而至。一旦出現(xiàn)死鎖，整個(gè)系統(tǒng)要么停滯，要么進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)。盡管研究者在死鎖問題的計(jì)算和控制方面做了大量的研究，但是大多數(shù)的研究者總是假設(shè)分配的資源不會(huì)故障。事實(shí)上，任何的制造研究者都知道，系統(tǒng)的機(jī)械故障很容易發(fā)生，并且來自各種各樣的原因，包括工件磨損、傳感器失靈、零件缺失和組件故障等等。一個(gè)簡單的資源故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。

在過去的數(shù)十年里，研究者們已經(jīng)研究了一系列的監(jiān)督控制方法。這些方法可以分為中心控制方法和分布式控制方法。其中具有代表性的中心控制方法是由Ramadge和Wonham提出的監(jiān)管控制方法和信標(biāo)死鎖解決方法。Ramadge和Wonham提出的監(jiān)管控制方法是用中心控制器來控制的，而且是在靜態(tài)的方式下，采用形式語言對一個(gè)具體的目標(biāo)進(jìn)行控制。壞的狀態(tài)通過提前地檢查所有的狀態(tài)來避免。然而，實(shí)際的制造系統(tǒng)是由相對小的、相互作用的和事件驅(qū)動(dòng)的子系統(tǒng)組成，規(guī)模相當(dāng)?shù)凝嫶?。狀態(tài)數(shù)可以說是一個(gè)天文數(shù)字。信標(biāo)死鎖解決方法是通過引入新的控制庫所，從而防止系統(tǒng)中的信標(biāo)不被清空，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無死鎖。但是，新的控制庫所的引入會(huì)繼續(xù)形成新的信標(biāo)。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，迭代次數(shù)會(huì)變得無法想象。一旦一個(gè)不可靠資源故障，整個(gè)控制器就得重新設(shè)計(jì)。很顯然，中心化的控制方法中計(jì)算和存儲(chǔ)復(fù)雜度是一個(gè)大問題。因此，研究者們把注意力轉(zhuǎn)向分布式控制方法。使用分布式控制方法，中心控制器所完成任務(wù)可以由很多局部控制器來完成。每一個(gè)局部控制器根據(jù)所接收到的信息，做出局部控制，這樣就大大降低了計(jì)算和存儲(chǔ)復(fù)雜度。

盡管分布式控制方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但在推廣使用過程中還是存在一些缺陷，具體體現(xiàn)在：1、對于具有裝配操作的系統(tǒng)，需要所有進(jìn)程并發(fā)的進(jìn)行，在各個(gè)進(jìn)程加工到最后階段并且滿足一定條件，裝配操作才能完成。很明顯，控制裝配操作的控制器變得復(fù)雜難以設(shè)計(jì)。與靈活路徑相比，裝配操作賦予了更豐富的結(jié)構(gòu)信息和研究價(jià)值。2、大多數(shù)的分布式方法不實(shí)用，因?yàn)樗鼈兪腔诰唧w的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或者局部控制之間協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。3、大多數(shù)的分布式方法是基于分配的資源從來不會(huì)故障的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。事實(shí)上，一旦出現(xiàn)資源故障，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停滯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有靈活路徑和裝配操作的基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)制造系統(tǒng)的穩(wěn)健性控制方法，以便不需要資源故障的進(jìn)程能持續(xù)的加工。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)制造系統(tǒng)的穩(wěn)健性控制方法，包括中心控制器和局部控制器，中心控制器與局部控制器電連接，其特征是：中心控制器至少包括以下步驟：

1）進(jìn)行死鎖避免算法：

1.1）初始化，使其中，T_EN是使能變遷集合，T_DF是使自動(dòng)制造系統(tǒng)無死鎖運(yùn)行的變遷集合；

1.2）采集一個(gè)可達(dá)狀態(tài)M，包括每個(gè)庫所所含的托肯數(shù)；

1.3）根據(jù)變遷使能規(guī)則，在當(dāng)前狀態(tài)M下，求出所有的使能變遷集合，即若t_i是使能的，則T_EN：T_EN∪{t_i}，其中t_i是狀態(tài)M下的任意一個(gè)變遷；

1.4）選擇T_EN中的任意一個(gè)變遷并判斷該變遷是否處于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中；

1.5）當(dāng)變遷位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中，模塊發(fā)射元素

1.6）當(dāng)變遷不位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中，發(fā)射變遷若當(dāng)前的資源足以支持相對應(yīng)的托肯到達(dá)最近的全局無死鎖關(guān)鍵庫所，那么i＝i+1,進(jìn)行步驟1.4），否則，i＝i+1,進(jìn)行步驟1.4），i為加后賦值運(yùn)算符；

1.7）在狀態(tài)M下，當(dāng)T_EN中所有的變遷都檢測完畢，得到使系統(tǒng)無死鎖運(yùn)行的變遷集合T_DF；

2）進(jìn)行穩(wěn)健加強(qiáng)算法：

2.1）初始化，使其中，T_RB是使自動(dòng)制造系統(tǒng)無阻塞運(yùn)行的變遷集合；2.2）采集當(dāng)前的狀態(tài)M，包括每個(gè)庫所所含的托肯數(shù)；

2.3）選擇T_DF中的任意一個(gè)變遷并判斷對應(yīng)的托肯是否使用不可靠資源；

2.4）當(dāng)相對應(yīng)的托肯不使用不可靠資源時(shí)，判斷其在將來的加工路徑中是否需要不可靠資源；

2.5）當(dāng)變遷在將來的加工路徑中不需要不可靠資源，則

2.6）當(dāng)變遷在將來的加工路徑中需要不可靠資源，判斷變遷是否位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中；

2.7）當(dāng)變遷位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中，模塊發(fā)射元素

2.8）當(dāng)變遷不位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中，發(fā)射變遷若當(dāng)前的資源足以支持相關(guān)的托肯到達(dá)最近的全局穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，并且當(dāng)相關(guān)的托肯進(jìn)入到該關(guān)鍵庫所時(shí)，剩余的資源足以支持其他未必需要不可靠資源的進(jìn)程順利地加工，那么i＝i+1,進(jìn)行步驟2.3），否則，i＝i+1,進(jìn)行步驟2.3），i為加后賦值運(yùn)算符；

2.9）選擇T_DF中的任意一個(gè)變遷并且對應(yīng)的托肯需要使用不可靠資源；

2.10）若該不可靠資源沒有故障，則步驟類同于對應(yīng)的托肯不使用不可靠資源；2.11）若該不可靠資源處于故障狀態(tài)，則i＝i+1,進(jìn)行步驟2.3）；

2.12）在狀態(tài)M下，當(dāng)T_DF中所有的變遷都檢測完畢，得到使系統(tǒng)穩(wěn)健運(yùn)行的變遷集合T_RB；

3）進(jìn)行并發(fā)性改進(jìn)算法：

3.1)初始化，使其中，T_MC是使自動(dòng)制造系統(tǒng)并發(fā)性改善的變遷集合；

3.2）給變遷集合T_RB中的每一個(gè)變遷對應(yīng)的托肯添加標(biāo)簽x_i；

3.3）用表示第x_i個(gè)托肯前進(jìn)的步數(shù)；

3.4）求目標(biāo)函數(shù)找出最落后的托肯，則其對應(yīng)的變遷就屬于并發(fā)性改善變遷集合，即

3.5)選擇并發(fā)性改善變遷集合T_MC中的任意一個(gè)變遷發(fā)射；然后返回到步驟1.2）。

所述步驟1.5）的具體過程為：

1.5.1）若當(dāng)前的資源能夠支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，并且在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有并行路徑中，分別存在托肯能夠到達(dá)各自路徑中最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，即并發(fā)路徑上對應(yīng)的托肯能進(jìn)入到無死鎖局部關(guān)鍵庫所。那么i＝i+1，進(jìn)行步驟1.4；

1.5.2）若當(dāng)前的資源不能支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，或者當(dāng)前的資源能夠支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，但是在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有并行路徑中，不存在托肯能夠到達(dá)各自路徑中最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，那么，i＝i+1，進(jìn)行步驟1.4）。

所述步驟2.6）的具體過程為：

2.6.1）若當(dāng)前的資源能夠支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，并且在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有并行路徑中，分別存在托肯能夠到達(dá)各自路徑中最近的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，即并發(fā)路徑上對應(yīng)的托肯能進(jìn)入到穩(wěn)健局部關(guān)鍵庫所；同時(shí)，當(dāng)各個(gè)進(jìn)程中的托肯進(jìn)入到該局部關(guān)鍵庫所時(shí)，剩余的資源足以支持其他未必需要不可靠資源的進(jìn)程順利地加工，那么i＝i+1，進(jìn)行步驟2.3）；

2.6.2）若當(dāng)前的資源不能支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，或者當(dāng)前的資源能夠支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，但是在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有并行路徑中，不存在托肯能夠到達(dá)各自路徑中最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，那么，i＝i+1，進(jìn)行步驟2.3）。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有有益的效果：本發(fā)明關(guān)注的是具有不可靠資源的自動(dòng)制造系統(tǒng)穩(wěn)健監(jiān)督控制器的合成，提出了一種分布式控制方法，該方法不僅能避免由于資源局限引起的死鎖問題，還能解決由于資源故障引起的阻塞問題。通過在線地檢測資源的數(shù)量以及資源的好壞情況，決定相關(guān)零件的前進(jìn)是否安全。以Petri網(wǎng)為數(shù)學(xué)工具進(jìn)行建模，對所建立的Petri網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析和控制。首先通過運(yùn)行死鎖避免算法，從使能變遷集合T_EN中篩選出一系列無死鎖變遷t_en∈T_DF，它們中任意一個(gè)變遷發(fā)射都不會(huì)造成系統(tǒng)死鎖；然后，通過運(yùn)行穩(wěn)健加強(qiáng)算法，篩選出一系列穩(wěn)健的變遷t∈T_DF，它們中任意一個(gè)變遷發(fā)射都不會(huì)出現(xiàn)阻塞問題；最后，通過運(yùn)行并發(fā)性改善算法，篩選出一系列改善并發(fā)性變遷t∈T_RB，它們中任意一個(gè)變遷的發(fā)射都會(huì)最大化系統(tǒng)的并發(fā)性。從改善并發(fā)性變遷集合T_MC中選擇任意一個(gè)變遷并發(fā)射，到達(dá)一個(gè)新的狀態(tài)，重新依次運(yùn)行這三個(gè)算法，再產(chǎn)生一個(gè)新的變遷集合，如此循環(huán)往復(fù)，生成一系列變遷序列。按照該序列發(fā)生，一個(gè)托肯可以順利地從系統(tǒng)的初始位置到達(dá)最終位置，而且不會(huì)有死鎖問題出現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)資源故障時(shí)，那些不需要故障資源的進(jìn)程會(huì)繼續(xù)加工，不會(huì)因?yàn)樾枰收腺Y源進(jìn)程的停止而阻塞。同時(shí)，系統(tǒng)的并發(fā)性得到極大地改善。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.本發(fā)明的方法是針對一種具有靈活路徑和裝配操作的系統(tǒng)提出的，與原來的僅僅針對具有靈活路徑或者裝配操作的系統(tǒng)的方法相比，該方法更具有一般性。

2.本發(fā)明提出的方法是分布式控制的，和原來的中心化控制方法相比，該方法不需要檢測全局信息，只需要關(guān)注當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的局部信息，極大地減少了觀測器與進(jìn)程之間的通信量，從而計(jì)算和存儲(chǔ)復(fù)雜度大大地簡化。

3.本發(fā)明采用邊預(yù)測、邊控制的實(shí)時(shí)在線運(yùn)行方針，不需要提前設(shè)計(jì)控制器。一旦出現(xiàn)緊急情況，比如資源故障，本發(fā)明所采用的方法能動(dòng)態(tài)預(yù)測到該狀態(tài)，并且及時(shí)地反饋給控制器。控制器做出恰當(dāng)?shù)目刂茮Q策，控制資源的合理分配，從而避免由于資源故障導(dǎo)致的阻塞問題的出現(xiàn)。

4.本發(fā)明的方法可以極大地改善系統(tǒng)的并發(fā)性。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例裝配操作的標(biāo)志圖模塊示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例狀態(tài)機(jī)模塊示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例擴(kuò)展的狀態(tài)機(jī)模塊示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例具有靈活路徑和裝配操作的Petri網(wǎng)模型示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是基于Petri網(wǎng)針對具有靈活路徑和裝配操作的自動(dòng)制造系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)健控制，應(yīng)用分布式的方法，進(jìn)行在線的、動(dòng)態(tài)的和實(shí)時(shí)的控制。

本發(fā)明中將裝配操作嵌入到靈活路徑中，設(shè)計(jì)Petri網(wǎng)模型，命名為AESM，如附圖4所示。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的穩(wěn)健控制方針，我們需要引入論文《Distributed Supervisor Synthesis for Automated Manufacturing Systems Using Petri Nets》中對關(guān)鍵庫所的定義。這篇論文中對于關(guān)鍵庫所的定義只是針對順序執(zhí)行的路徑。

然而，本發(fā)明在順序執(zhí)行的路徑中嵌入裝配操作，并且考慮資源不可靠的情況。因此，本發(fā)明對論文《Distributed Supervisor Synthesis for Automated Manufacturing Systems Using Petri Nets》中關(guān)鍵庫所的定義做進(jìn)一步的擴(kuò)展，來適用所設(shè)計(jì)的Petri網(wǎng)模型AESM。通過判斷AESM中庫所對資源的要求，關(guān)鍵庫所將被分為3類。第一類是使用資源最少的庫所；第二類是使用資源最多的庫所；第三類是使用不可靠資源的庫所。只要一個(gè)托肯有足夠的資源支持它進(jìn)入到該類庫所，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)順利地加工，不會(huì)出現(xiàn)死鎖和阻塞問題。

定義1：在拆卸操作和裝配操作之間的模塊被稱作標(biāo)志圖模塊，簡記為B(t_s，t_e)。其中t_s表示拆卸操作的變遷，t_e表示裝配操作的變遷。B(t_s，t_e)滿足：1）|t^*_s|≥2，2）|^*t_e|≥2。

以圖1為例，t₁₁代表拆卸操作，t₁₆代表裝配操作，t₁₁和t₁₆之間是兩條平行的進(jìn)程，分別為<t₁₁，p₁₁，t₁₂，p₁₃，t₁₄，p₁₅，t₁₆>和<t₁₁，p₁₂,t₁₃,p₁₄,t₁₅,p₁₆，t₁₆>。

定義2：一個(gè)狀態(tài)機(jī)模塊，簡記為B（p_s，p_e）,該模塊滿足：1）|p^*_s|≥1，2）|^*t_e|≥1。

以圖2為例，p_s＝p₁₁，p_e＝p₁₆。一個(gè)托肯在p₁₁處可以選擇任意一條路徑加工，例如路徑<p₁₁，t₁₁，p₁₂，t₁₃，p₁₄，t₁₅，p₁₆>或者<p₁₁，t₁₂，p₁₃，t₁₄，p₁₅，t₁₆，p₁₆>，最終都能到達(dá)終點(diǎn)。

定義3：一個(gè)擴(kuò)展的狀態(tài)機(jī)模塊來自于用標(biāo)志圖模塊迭代的替換狀態(tài)機(jī)模塊路徑中的一部分。

以圖3為例，狀態(tài)機(jī)模塊B（p₁₁，p₁₆）中t₁₁和t₁₆之間的部分用一個(gè)標(biāo)志圖模塊B(t₁₁，t₁₆)代替。

定義4：一個(gè)AESM是一個(gè)強(qiáng)連接的和純凈的Petri網(wǎng)N=（P，T，F(xiàn)，W）。其中，N代表Petri網(wǎng)系統(tǒng)模型，P代表該模型中所有的庫所，T代表該模型中所有的變遷，F(xiàn)代表庫所和變遷之間的連接關(guān)系，W代表庫所和變遷之間的連接弧上的權(quán)值。

1）P=P_B∪P_E∪P_A∪P_R：a）P_B，P_E，P_A，P_R分別稱為開始庫所、結(jié)束庫所、操作庫所和資源庫所；b）和其中N_K={1，2，…，K}，表示進(jìn)程的個(gè)數(shù)。對于任意i∈N_K，并且i≠j，d）P_R={r_i，i∈N_L}，其中N_L={1，2，…，L}，表示資源的個(gè)數(shù)；

2）其中，對于任意一個(gè)i∈N_K，并且i≠j，

3）對于任意一個(gè)i∈N_K，子網(wǎng)是一個(gè)強(qiáng)連接的擴(kuò)展的狀態(tài)機(jī)模塊；

4）其中，表示可靠資源的集合，表示不可靠資源的集合。

定義5：給定一個(gè)AESM，是一條簡單的序列路徑，簡記為SSP，該序列滿足i表示第i條進(jìn)程，j表示第j條進(jìn)程中第j個(gè)庫所。

定義6：給定一個(gè)標(biāo)志圖模塊B(t_s，t_e)，在t_s和t_e之間是有一系列平行的SSP組成的。定義7：給定一個(gè)AESM，p是其中的任意一個(gè)庫所，庫所p所對應(yīng)的資源需求量可以表示為一個(gè)向量a_p=[a_p(r₁)，a_p(r₂)，...，a_p(r_L)]^T，其中L表示資源的種類數(shù)，a_p(r_i)表示庫所p對資源r_i的需求量。

定義8：給定一個(gè)標(biāo)志圖模塊B(t_s，t_e)，改模塊間存在n條并發(fā)的進(jìn)程，n∈N⁺，表示并發(fā)進(jìn)程中的第i條進(jìn)程，i∈N_n，那么子關(guān)鍵庫所可以定義為

1）

2）且p_x＜p＜p_y。同時(shí)，有a_p＞a_p′}；

3）且p_x＜p＜p_y。同時(shí)，有a_p＞a_p′}；

4）且p_x＜p＜p_y。p表示使用不可靠資源的庫所}。

其中，p_x＜p＜p_y表示在同一進(jìn)程中，庫所p_x位于庫所p之前，庫所p位于庫所p_y之前；p_x，p_y表示同一進(jìn)程中的兩個(gè)子關(guān)鍵庫所。

根據(jù)定義8可知，子關(guān)鍵庫所可以分為四類：第一類子關(guān)鍵庫所表示不使用任何資源的庫所；第二類子關(guān)鍵庫所表示同一進(jìn)程中，兩個(gè)子關(guān)鍵庫所p_x與p_y之間，存在一個(gè)庫所，它是在p_x與p_y之間對資源需求量最大的庫所，那么這個(gè)庫所就是子關(guān)鍵庫所；第三類子關(guān)鍵庫所表示同一進(jìn)程中，兩個(gè)子關(guān)鍵庫所p_x與p_y之間，存在一個(gè)庫所，它對資源的需求量比它之后到子關(guān)鍵庫所p_y中任何一個(gè)庫所都資源的需求量都大，那么這個(gè)庫所就稱為子關(guān)鍵庫所；第四類子關(guān)鍵庫所表示同一進(jìn)程中，存在一庫所，它使用了不可靠資源，那么這個(gè)庫所就稱為子關(guān)鍵庫所。第一類子關(guān)鍵庫暗示了有足夠的資源支持相應(yīng)的托肯到達(dá)該類關(guān)鍵庫所。第二類和第三類子關(guān)鍵庫可以歸結(jié)為一類，暗示了如果托肯進(jìn)入到該類關(guān)鍵庫所，就不再需要更多的資源了。因?yàn)楫?dāng)前狀態(tài)下，該類關(guān)鍵庫所已經(jīng)占用了最多的資源。第四類子關(guān)鍵庫所暗示了該庫所使用的資源有可能發(fā)生故障。

以圖4為例，在標(biāo)志圖模塊B(t₂,t₁₀)中，

由于系統(tǒng)中具有裝配操作，裝配操作模塊中的各個(gè)平行的進(jìn)程要并發(fā)進(jìn)行，由此我們定義了局部關(guān)鍵庫所。

定義9：給定一個(gè)標(biāo)志圖模塊B(t_s,t_e)和一組子關(guān)鍵庫所集合那么局部關(guān)鍵庫所可定義為

1）

2）

3）

其中，表示同一個(gè)標(biāo)志圖模塊B(t_s,t_e)中一組并發(fā)的進(jìn)程。由定義9可看出，局部關(guān)鍵庫所中的子關(guān)鍵庫所屬于同一類。以圖2為例，在標(biāo)志圖模塊B(t₂,t₁₀)中，

由于系統(tǒng)中存在標(biāo)志圖模塊，所以一條進(jìn)程就不是順序連接的。為了定義全局關(guān)鍵庫所，本發(fā)明中將每一個(gè)局部關(guān)鍵庫所用一個(gè)虛構(gòu)庫所p_fic代替，該虛構(gòu)庫所p_fic的資源使用等于與之對應(yīng)的局部關(guān)鍵庫所中所有庫所資源使用的綜合。兩個(gè)相鄰虛構(gòu)庫所之間插入虛構(gòu)變遷，從而將存在標(biāo)志圖模塊的進(jìn)程看成一條順序連接的進(jìn)程。以圖4為例，在標(biāo)志圖模塊B(t₂,t₁₀)中，局部關(guān)鍵庫所可以看成一個(gè)虛構(gòu)庫所其資源需求量虛構(gòu)庫所不代表實(shí)際的操作，僅僅用來判斷托肯是否能前進(jìn)。一旦托肯進(jìn)入到標(biāo)志圖模塊，具體的操作需要子關(guān)鍵庫所來實(shí)現(xiàn)。

定義10：給定AESM中的一條進(jìn)程，表示同一個(gè)標(biāo)志圖模塊中的所有庫所的集合，P_fic表示虛構(gòu)庫所的集合。它的全局關(guān)鍵庫所可以定義為

1）

2）且p_x＜p＜p_y。同時(shí)，p_x＜p′＜p_y，有α_p＞α_p′}；

3）且p_x＜p＜p_y。同時(shí)，p＜p′＜p_y，有a_p＞a_p′}；

4）

且p_x＜p＜pyοp

表示使用不可靠資源的庫所}。

以圖4左邊的一條進(jìn)程為例，全局關(guān)鍵庫所

為了方便說明本發(fā)明中的穩(wěn)健無死鎖控制方法，對于定義8中1）-3）稱為無死鎖子關(guān)鍵庫所，4）稱為穩(wěn)健子關(guān)鍵庫所。定義9中1）-2）稱為無死鎖局部關(guān)鍵庫所，3）稱為穩(wěn)健局部關(guān)鍵庫所。定義10中1）-3）稱為無死鎖全局關(guān)鍵庫所，4）稱為穩(wěn)健全局關(guān)鍵庫所。

一種基于Petri網(wǎng)的自動(dòng)制造系統(tǒng)的穩(wěn)健性控制方法，包括中心控制器和局部控制器，中心控制器與局部控制器電連接，其特征是：中心控制器至少包括以下步驟：

1）進(jìn)行死鎖避免算法：

1.1）初始化，使其中，T_EN是使能變遷集合，T_DF是使自動(dòng)制造系統(tǒng)無死鎖運(yùn)行的變遷集合；

1.2）采集一個(gè)可達(dá)狀態(tài)M，包括每個(gè)庫所所含的托肯數(shù)；

1.3）根據(jù)變遷使能規(guī)則，在當(dāng)前狀態(tài)M下，求出所有的使能變遷集合，即若t_i是使能的，則T_EN:＝T_EN∪{t_i}，其中t_i是狀態(tài)M下的任意一個(gè)變遷；

1.4）選擇T_EN中的任意一個(gè)變遷并判斷該變遷是否處于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中；

1.5）當(dāng)變遷位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中，模塊發(fā)射元素

1.6）當(dāng)變遷不位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中，發(fā)射變遷若當(dāng)前的資源足以支持相對應(yīng)的托肯到達(dá)最近的全局無死鎖關(guān)鍵庫所，那么i＝i+1,進(jìn)行步驟1.4），否則，i＝i+1,進(jìn)行步驟1.4）；i為加后賦值運(yùn)算符；

1.7）在狀態(tài)M下，當(dāng)T_EN中所有的變遷都檢測完畢，得到使系統(tǒng)無死鎖運(yùn)行的變遷集合T_DF。

2）進(jìn)行穩(wěn)健加強(qiáng)算法：

2.1）初始化，使其中，T_RB是使自動(dòng)制造系統(tǒng)無阻塞運(yùn)行的變遷集合；

2.2）采集當(dāng)前的狀態(tài)M，包括每個(gè)庫所所含的托肯數(shù)；

2.3）選擇T_DF中的任意一個(gè)變遷并判斷對應(yīng)的托肯是否使用不可靠資源；

2.4）當(dāng)相對應(yīng)的托肯不使用不可靠資源時(shí)，判斷其在將來的加工路徑中是否需要不可靠資源；

2.5）當(dāng)變遷在將來的加工路徑中不需要不可靠資源，則

2.6）當(dāng)變遷在將來的加工路徑中需要不可靠資源，判斷變遷是否位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中；

2.7）當(dāng)變遷位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中，模塊發(fā)射元素

2.8）當(dāng)變遷不位于裝配操作的標(biāo)志圖模塊中，發(fā)射變遷若當(dāng)前的資源足以支持相關(guān)的托肯到達(dá)最近的全局穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，并且當(dāng)相關(guān)的托肯進(jìn)入到該關(guān)鍵庫所時(shí)，剩余的資源足以支持其他未必需要不可靠資源的進(jìn)程順利地加工，那么i＝i+1,進(jìn)行步驟2.3），否則，i＝i+1,進(jìn)行步驟2.3）；

2.9）選擇T_DF中的任意一個(gè)變遷并且對應(yīng)的托肯需要使用不可靠資源；

2.10）若該不可靠資源沒有故障，則步驟類同于對應(yīng)的托肯不使用不可靠資源；

2.11）若該不可靠資源處于故障狀態(tài)，則i＝i+1,進(jìn)行步驟2.3）；

2.12）在狀態(tài)M下，當(dāng)T_DF中所有的變遷都檢測完畢，得到使系統(tǒng)穩(wěn)健運(yùn)行的變遷集合T_RB。

3）進(jìn)行并發(fā)性改進(jìn)算法：

3.1)初始化，使其中，T_MC是使自動(dòng)制造系統(tǒng)并發(fā)性改善的變遷集合；

3.2）給變遷集合T_RB中的每一個(gè)變遷對應(yīng)的托肯添加標(biāo)簽x_i；

3.3）用表示第x_i個(gè)托肯前進(jìn)的步數(shù)；

3.4）求目標(biāo)函數(shù)找出最落后的托肯，則其對應(yīng)的變遷就屬于并發(fā)性改善變遷集合，即

3.5)選擇并發(fā)性改善變遷集合T_MC中的任意一個(gè)變遷發(fā)射；然后返回到步驟1.2）。

步驟1.5）的具體過程為：

1.5.1）若當(dāng)前的資源能夠支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，并且在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有并行路徑中，分別存在托肯能夠到達(dá)各自路徑中最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，即并發(fā)路徑上對應(yīng)的托肯能進(jìn)入到無死鎖局部關(guān)鍵庫所。那么i＝i+1，進(jìn)行步驟1.4）；

1.5.2）若當(dāng)前的資源不能支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，或者當(dāng)前的資源能夠支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，但是在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有并行路徑中，不存在托肯能夠到達(dá)各自路徑中最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，那么，i＝i+1，進(jìn)行步驟1.4）。

步驟2.6）的具體過程為：

2.6.1）若當(dāng)前的資源能夠支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，并且在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有并行路徑中，分別存在托肯能夠到達(dá)各自路徑中最近的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，即并發(fā)路徑上對應(yīng)的托肯能進(jìn)入到穩(wěn)健局部關(guān)鍵庫所。同時(shí)，當(dāng)各個(gè)進(jìn)程中的托肯進(jìn)入到該局部關(guān)鍵庫所時(shí)，剩余的資源足以支持其他未必需要不可靠資源的進(jìn)程順利地加工，那么i＝i+1，進(jìn)行步驟2.3）；

2.6.2）若當(dāng)前的資源不能支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，或者當(dāng)前的資源能夠支持變遷所對應(yīng)的托肯進(jìn)入到最近的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所，但是在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有并行路徑中，不存在托肯能夠到達(dá)各自路徑中最近的無死鎖關(guān)鍵庫所，那么，i＝i+1，進(jìn)行步驟2.3）。

以圖4中的AESM為例。在該圖中找出一個(gè)可達(dá)狀態(tài)，即M=4·p₁+p₂+p₅+p₆+p₁₀+p₁₂+7·p₁₃+p₁₆+2·r₁+r₃+2·r₄+2·r₅+r₆。根據(jù)死鎖避免算法，可以得到一組無死鎖變遷集合，即T_DF={t₂，t₃，t₆，t₇，t₁₂，t₁₃，t₁₆}，其中任意一個(gè)變遷的發(fā)射都不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)死鎖。

根據(jù)穩(wěn)健加強(qiáng)算法，t₁₂，t₁₃和t₁₆屬于T_RB，因?yàn)檫@些變遷對應(yīng)的進(jìn)程不需要任何不可靠資源。t₃和t₆屬于T_RB，因?yàn)橛凶銐虻馁Y源支持對應(yīng)的托肯進(jìn)入到穩(wěn)健關(guān)鍵庫所。當(dāng)不可靠資源r₆處于好的狀態(tài)，t₇屬于T_RB，因?yàn)樵撟冞w之后的進(jìn)程不需要任何不可靠資源。t₂不屬于T_RB，因?yàn)樵撟冞w之后需要使用不可靠資源，但是沒有足夠資源支持相應(yīng)的托肯進(jìn)入到對應(yīng)的穩(wěn)健關(guān)鍵庫所。因此，可得T_RB={t₃，t₆，t₇，t₁₂，t₁₃，t₁₆}。

根據(jù)并發(fā)性改善算法，我們知道變遷t₃，t₆，t₇，t₁₂，t₁₃和t₁₆對應(yīng)的托肯分別在庫所是p₂，p₅，p₆，p₁₂，p₁₃和p₁₆。這些托肯對應(yīng)的庫所的步數(shù)分別是1，2，3，5，0和3，最大的步數(shù)差是5。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)發(fā)射一個(gè)變遷使得最大步數(shù)差減小，因此可得T_MC＝{t₁₃}，該變遷的發(fā)射會(huì)實(shí)現(xiàn)較高的并發(fā)性。

本發(fā)明中符號(hào)說明：

T_ENT_EN 使能變遷集合

T_DFT_DF 無死鎖變遷集合

T_RBT_RB 穩(wěn)健性變遷集合

T_MCT_MC 改善并發(fā)性變遷集合

空集

M 一個(gè)狀態(tài)標(biāo)識(shí)

∪∪ 并

∩∩ 交

不屬于

∈∈ 屬于

t 變遷

p 庫所

r 資源

N Petri網(wǎng)系統(tǒng)模型

P 庫所集合

T 變遷集合

F 庫所與變遷之間的連接關(guān)系

W 庫所和變遷之間的連接弧上的權(quán)值

P_BP_B 開始庫所集合

P_EP_E 結(jié)束庫所集合

P_AP_A 操作庫所集合

P_RP_R 資源庫所集合

可靠資源庫所集合

不可靠資源庫所集合

N_KN_K 進(jìn)程的總數(shù)量

B（t_st_s，t_et_e） 標(biāo)志圖模塊

B（p_sp_s，p_ep_e） 狀態(tài)機(jī)模塊

a_pa_p 庫所p資源需求量

L 資源的種類數(shù)

N+N+ 正整數(shù)

l_subl_sub 子關(guān)鍵庫所集合

l_LOCl_LOC 局部關(guān)鍵庫所集合

l_RBl_RB 全局關(guān)鍵庫所集合

P_ficP_fic 虛構(gòu)庫所集合

縮略詞對照表

縮略詞 英文全稱 中文對照

SM State Machine 狀態(tài)機(jī)

AESM Augmented Extended State Machine 擴(kuò)增的狀態(tài)機(jī)

SSP Simple Sequential Path。