2FMS 和 Petri 网

本章主要介绍 FMS 建模与 Petri 网及其相关特性。为接下来的讨论研究作铺垫。 

2。1FMS 的 Petri 网方法简介

科学技术的高速发展推动了工业制造水平的提高，同时也使自动化水平不断提高。当代 的社会，人们对工业产品的个性化、多样化、更新速度提出越来越高的要求，而传统的刚性 自动化投资大、更新换代慢的缺点暴露出来，已经不能满足人们不断变化的需求，这使得柔 性自动化系统应运而生。另一方面，工业产品生产厂商面对一个复杂多变的需求市场，需要 正确掌握产品参数，不断调整生产计划。所以随着计算机技术和自动化技术的推动，柔性制 造系统（FMS）越来越受到重视。

柔性制造系统是一种最为典型的离散事件系统，它通常由计算机来控制工业生产线的流 水调度。通俗来说，它是指由离散、异步发生的事件按照一定的运行规律相互作用来导致系 统状态演变的一类动态系统。这类系统表现出很多特有的属性[3]:

1。 事件驱动 离散事件动态系统的状态空间是离散的，状态之间进行的转换是被异步的事 件所驱动完成的，任一事件的发生都必须依赖其他时间的发生。所以描述事件的逻辑关系为 重中之重。 

2。 异步 系统的异步性是区分与微分方程和差分方程描述的系统的一个关键特征。在离散 时间系统中，系统状态虽然是离散的，但每个状态的变化都是在一个全局时钟同步的控制下 完成的，这种系统可以用微分方程来描述。

3。 并发 事件可以以任何次序发生。

4。 选择 有可能两种事件不能同时发生，一旦一个事件发生，另一事件将不能发生。且发生 哪一种事件完全由外部条件来驱动。

5。 互斥 由于有限的资源，并发事件会抢夺资源。故一件事件发生过后，另一事件才能开始 发生。

柔性制造系统的设计与实现过程比较复杂。它设计起来成本高，技术复杂。所以在FMS 投入使用前，要找到一个合适的柔性制造系统建模方法进行清晰准确描述整个系统的各个要 素。要能够在设计开始时就能够有效避免一些严重的错误或缺陷，在系统运转时，要能方便 的监督和完善。生产调度和流程控制是FMS中的关键问题，基于FMS建模根据一定的调度和 控制原理在动态性能仿真生产，实时输入设备、规则的相关信息，系统在运转过程中能对相 关的数据进行搜集、处理，进而可以达到寻找最优化管理方案。目前，涉及FMS系统建模的

方法有很多种，且侧重点各有不同，其中Petri网建模与设计是其中的主流技术之一。文献综述

1962年德国学者Carl Adam Petri在其论文《自动机通信》中提出的描述事件和条件关系的 网络。这种系统模型后来以Petri网为名流传。现在Petri网一词既指这种模型，又指以这种模型 为基础发展起来的理论。Petri网是一种强大的图形化的数学工具，他能够很好的契合离散事 件系统的各个特性，如并发、异步、事件驱动等等。它能够为离散事件系统的研究提供一系 列数学支持。

Petri网以研究离散事件系统的组织构架和动态变化为目的，重点在系统中可能会出现的 各种变化之间的关系。它可以对控制系统进行深入、简洁的描述，特别是它可以描述系统的 动态特性，并具有并行操作的特性。Petri网具有严格的数学理论，对柔性制造系统的运行特 性，可以方便地分析描述系统内部的数据流，并可以描述内部物流关系。Petri网模型的一些 基本结构特征包括：并发、动态、直观、抽象等等。