一種含有相關(guān)資源約束的fms無死鎖調(diào)度控制新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含有相關(guān)資源約束的FMS無死鎖調(diào)度控制方法。本發(fā)明通過建立產(chǎn)品流水線Petri系統(tǒng)，在兩種相關(guān)資源約束的條件下，通過設(shè)置產(chǎn)品流水線Petri系統(tǒng)的初始資源配置，達(dá)到系統(tǒng)無死鎖調(diào)度的目標(biāo)。本發(fā)明將工業(yè)應(yīng)用的一類柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的無死鎖調(diào)度問題，從一般的添加控制庫所和進(jìn)行結(jié)構(gòu)控制的方法，轉(zhuǎn)換到通過配置系統(tǒng)資源來進(jìn)行無死鎖控制，通過產(chǎn)品流水線Petri系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，考慮無死鎖調(diào)度的最大標(biāo)識邊界設(shè)置算法，通過算法就可以得到這類系統(tǒng)無死鎖調(diào)度的最大標(biāo)識Mmaxset，保證該類系統(tǒng)無死鎖調(diào)度的目標(biāo)。本發(fā)明提出的無死鎖調(diào)度控制方法可以降低該類FMS無死鎖調(diào)度問題的分析和控制難度，拓展已有柔性生產(chǎn)系統(tǒng)無死鎖調(diào)度相關(guān)結(jié)論的應(yīng)用范圍。
【專利說明】
一種含有相關(guān)資源約束的FMS無死鎖調(diào)度控制新方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于柔性生產(chǎn)制造領(lǐng)域，涉及含相關(guān)資源約束條件下的FMS死鎖和潛在死 鎖的定位和無死鎖最大系統(tǒng)標(biāo)識邊界設(shè)置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去的幾十年里，F(xiàn)MS的無死鎖調(diào)度問題一直是資源分配系統(tǒng)和自動(dòng)化生產(chǎn)系 統(tǒng)研究的熱點(diǎn)問題。FMS的無死鎖調(diào)度設(shè)計(jì)方法主要分為死鎖檢測與恢復(fù)、死鎖避免和死鎖 預(yù)防三種類別，其中前兩種一般為在線算法，而死鎖預(yù)防一般為離線算法。但是十分可惜的 是，在已有的研究結(jié)論中，即使是簡單的FMS系統(tǒng)，要想實(shí)現(xiàn)無死鎖調(diào)度，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析 的難度都是非常巨大的，最高效的算法也是多項(xiàng)式的，而大部分的算法都是指數(shù)階，可以歸 結(jié)為NP問題。
[0003] 隨著資源的種類不斷增多，資源之間的約束關(guān)系勢必會(huì)增大無死鎖調(diào)度問題的分 析難度。在已有的研究結(jié)論中，大部分的研究成果都是針對FMS中的約束資源是相互獨(dú)立 的，而如何針對相關(guān)的資源約束情況下的無死鎖調(diào)度還鮮有結(jié)論。除此之外，在一些特殊的 FMS中，各類資源的處理能力是有限的，如機(jī)場的飛機(jī)跑道、水運(yùn)停泊的碼頭等等，如果將已 有的研究結(jié)論應(yīng)用在這些特殊的FMS系統(tǒng)中，會(huì)增加問題分析的難度，例如在基于Petri網(wǎng) 的無死鎖調(diào)度方法中，如果資源處理能力為1，根據(jù)已有的方法勢必會(huì)增加很多抑制弧，從 而加大了系統(tǒng)分析的難度。因此，有必要針對這類特殊的FMS-一存在相關(guān)資源約束，且相 關(guān)資源的處理能力為1的系統(tǒng)進(jìn)行無死鎖調(diào)度方法的分析和設(shè)計(jì)，并在一定程度上保證所 提出的無死鎖調(diào)度設(shè)計(jì)方法是高效的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種相關(guān)資源約束下的FMS無死鎖 調(diào)度控制新方法。
[0005] 本發(fā)明提出的一種相關(guān)資源約束下的FMS無死鎖調(diào)度控制方法，主要包括以下步 驟：
[0006] Sl、提取FMS或者生產(chǎn)流水線系統(tǒng)的約束資源，分析資源之間的相關(guān)關(guān)系，建立FMS 或者生產(chǎn)流水線系統(tǒng)的資源分配Petri網(wǎng)系統(tǒng)；
[0007] S2、確定相關(guān)資源的調(diào)度規(guī)則，相關(guān)資源的調(diào)度策略主要有以下三種：
[0008] (1)第一種調(diào)度策略在對預(yù)占用申請的調(diào)度時(shí)，資源R在使用其最后一個(gè)M類資源 時(shí)，提出下一個(gè)R類資源及其包含的所有相關(guān)的M類資源，這種調(diào)度策略記為Ll-policy。
[0009] (2)第二種調(diào)度策略對第一種調(diào)度策略進(jìn)行的改進(jìn)，資源R在使用其最后一個(gè)M類 資源時(shí)，提出下一個(gè)R類資源及其包含的所有相關(guān)的首個(gè)M類資源，這種調(diào)度策略記為L2-policy〇
[0010] (3)第三種調(diào)度策略是第二種調(diào)度策略的一種特例，當(dāng)每個(gè)R類資源都只包含唯一 的一個(gè)M類資源，這種調(diào)度策略記為L3-policy。
[0011] S3、分析FMS或者生產(chǎn)流水線系統(tǒng)對應(yīng)的資源分配Petri網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，著重 分析資源變迀回路，定位有可能會(huì)產(chǎn)生死鎖，或引發(fā)潛在死鎖的部位，其中死鎖和潛在死鎖 的定義如下：
[0012] S4、基于資源變迀回路，設(shè)計(jì)系統(tǒng)無死鎖調(diào)度的最大標(biāo)識邊界設(shè)計(jì)算法，通過找出 系統(tǒng)最大的標(biāo)識設(shè)計(jì)邊界Mmaxset,只要設(shè)置FMS對應(yīng)的資源分配Petri網(wǎng)系統(tǒng)的初始標(biāo)識滿 足條件MoS R(Mmaxset)，則可以保證通過S2定位出來的死鎖或潛在死鎖一定不會(huì)發(fā)生。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的流程模型圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施的流程圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的資源分配Petri網(wǎng)模型。
[0016] 圖4是本發(fā)明的三種調(diào)度策略下的無死鎖調(diào)度系統(tǒng)最大標(biāo)識邊界計(jì)算算法步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明提出兩種相關(guān)資源約束下的FMS的資源分配Petri網(wǎng)模型，并在此基礎(chǔ)上利 用資源變迀回路，分析對應(yīng)網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，定位出FMS的死鎖與潛在死鎖部位，并考慮 資源約束關(guān)系，設(shè)計(jì)系統(tǒng)無死鎖調(diào)度的系統(tǒng)最大標(biāo)識設(shè)置邊界，來保證此類FMS系統(tǒng)調(diào)度的 無死鎖性。
[0018] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019] 圖1所示，在流程模型中，根據(jù)流水線生產(chǎn)系統(tǒng)特征，找出所有的資源約束，并具體 分析存在相關(guān)性的約束資源。
[0020] 圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施的流程，包括相關(guān)資源的調(diào)度策略、死鎖或潛在死鎖部位 的定位和系統(tǒng)無死鎖調(diào)度最大標(biāo)識邊界集設(shè)置方法，如圖2所示。
[0021] 圖3描述了兩類相關(guān)資源約束的FMS資源分配Petri網(wǎng)模型的建模方法，模型建立 的過程如下所示：
[0022] 設(shè)置一個(gè)初始庫所Ski放置一個(gè)調(diào)度對象〇k，當(dāng)使用資源結(jié)束后，對象〇處于 虛擬的流程·+?，令所有的集合為SS。記So = {ski} (k = 1，2，…，η)，圖3為了描述的簡潔 省略了下標(biāo)k。針對任意一個(gè)被調(diào)度對象〇 i對資源R和M使用順次表[S11, si:2,·_·，.《知」， 觸，：…f ft 名庫所，庫所Sij (i = l，2,…，t，j = l，2,…，max {pi，ρ2，…，pt})滿足條件 V% : % € Μ，Μ = {爪1，爪2，"_為}為1的同名庫所。變迀『=.{'}(:丨={1,2, - ',|})、.并設(shè)置1()(81{1)=]/[()(；1^) =M0(mj) = l(k=l，2,…，n，i = l，2,…，p，j = l，2,…，q)。令K為庫所的容量函數(shù)，則Petri網(wǎng) 系統(tǒng)記為 2=(S0URUMUSS，T;F，K，M0)。
[0023] 圖4是系統(tǒng)無死鎖調(diào)度的最大標(biāo)識邊界設(shè)計(jì)算法的步驟圖，主要步驟如下所示： [0024] 令ComR為多個(gè)RT-回路共用的R資源集合，ComM為多個(gè)RT-回路共用的M資源集合， NumSo =[ Numi，NunK，…，Numn ]為各類對象的數(shù)目向量，其中Nunn表示可并行處理的第i調(diào)度 對象數(shù)目，另外記T0TAL-NUM為所有調(diào)度對象的數(shù)目。
[0025]輸入:每類調(diào)度對象資源分配模型集合PN= (N1，N2，…，階};
[0026] 輸出：Num 和 TOTAL-NUM;
[0027] 步驟：
[0028] Stepl: CVwijR = 0，= 0;//ComR和ComM為全局共有的R資源集合和M資源 集合。
[0029] for i = lto 1
[0030] Θ為Ni模型的MPRT-回路，SUbI = P1J2,…，0k}為Θ的k個(gè)子集，其中0i(ie {1， 2，…，k})為僅包含一個(gè)進(jìn)路資源的RT-回路。
[〇mii 二（Λ. n/:::: i/i.//「R未ππ/ι^ν;爐刑*都:tt右的徘隗隹合未鉛集會(huì)·。
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【主權(quán)項(xiàng)】
1. 含有相關(guān)資源約束的FMS無死鎖調(diào)度控制新方法，包括資源分配Petri網(wǎng)模型死鎖和 潛在死鎖的定位方法，以及無死鎖調(diào)度的最大標(biāo)識邊界設(shè)置方法，其特征在于:通過FMS產(chǎn) 品流水線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和結(jié)構(gòu)類型對模型中的完備資源變迀回路進(jìn)行定位，并在此基礎(chǔ) 上進(jìn)行FMS資源分配Petri網(wǎng)模型的系統(tǒng)標(biāo)識配置，用以有效地指導(dǎo)FMS資源和產(chǎn)品的數(shù)量 配置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源分配Petri網(wǎng)模型死鎖和潛在死鎖的定位方法，其特征在 于:所述的死鎖和潛在死鎖定位方法在兩類相關(guān)資源約束，且每類資源同一時(shí)刻的處理能 力為1的條件下，利用資源變迀回路的理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)定位，用以有效地指導(dǎo)這類FMS系統(tǒng)無 死鎖調(diào)度脆弱部位的定位。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無死鎖調(diào)度的最大標(biāo)識邊界設(shè)置方法，其特征在于:所述的方 法利用資源變迀回路，通過系統(tǒng)標(biāo)識的設(shè)置來規(guī)避該類FMS調(diào)度系統(tǒng)的脆弱部位，完成整個(gè) 系統(tǒng)的無死鎖調(diào)度，達(dá)到無死鎖控制的有效性是可以證明的。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無死鎖控制的有效性證明方法，其特征在于:所述的方法通過 該類FMS的Petri網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，將資源的相關(guān)性和處理能力考慮在內(nèi)，利用資源變迀 回路來證明這種無死鎖調(diào)度控制方法是理論正確的，從而保證了該方法應(yīng)用的有效性。
【文檔編號】G06Q10/06GK105844389SQ201610157483
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】方歡, 張?jiān)? 方賢文, 王麗麗
【申請人】安徽理工大學(xué)