CN115903508A - 一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动制造系统技术领域，尤其涉及一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法。本发明的目的是对于一个含不可靠资源的柔性制造系统，在生产过程中不仅可以检测出由于资源分配不当带来的死锁状态，还可以检测出当不可靠资源发生故障时产生的堵塞状态。通过检测系统中的死锁状态和堵塞状态，为后续设计含不可靠资源的柔性制造系统的死锁避免控制器提供有力的技术支撑。

Description

一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法

技术领域

本发明涉及自动制造系统技术领域，尤其涉及一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法。

背景技术

国家的制造业水平是体现工业化程度的一个重要标志。随着经济和时代的快速发展，人们开始更加关心产品的更新和多样性，小批量、多品种生产已成为许多现代化制造企业的重要特征。在这新的局面，柔性制造、生产效率、产品质量等必须放在首位，柔性制造系统就是在这种形势下应运而生。

在柔性制造过程中，最重要的前提是系统无死锁。死锁是一种状态，当系统中的一个工件集合陷入了资源循环等待，那么每一个工件都在等待同一个集合中的另外一个工件占用的资源，从而导致系统瘫痪，影响加工生产。对柔性制造系统的研究，一直以来关注的点都是资源分配不合理带来的死锁问题。在生产系统中，资源分为可靠资源和不可靠资源，如果不可靠资源发生故障，会使得系统出现一种新的死锁状态，称为堵塞状态，导致系统停滞，直到故障资源被修复，系统才恢复工作。在柔性制造系统中，死锁是不希望产生但又不可回避的生产状态，为了保证系统运行的安全可靠，必须要有效的解决死锁问题，解决死锁问题的首要任务就是发现死锁，然后再分析进行排除，因此，死锁的检测就显得十分必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法。

本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：

一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法，包括以下步骤：

S1、采集一个可达标识M∈R(N_u,M_u0)；

S2、初始化，令操作使能变迁集合

标签L的状态为true；

S3、在标识M下，将操作使能的变迁放至集合T₀中；

S4、选择T₀中的任意一个变迁t_si；

S5、当变迁t_si的前置资源R_stsi的token数大于零或变迁t_si无前置资源，则在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S6、当变迁t_si的前置资源R_stsi的token数为零，则将释放资源R_stsi的操作使能变迁放至集合T₁中；

S7、选择T₁\T₂中的任意一个变迁t_di；

S8、当变迁t_di的前置资源R_stdi的token数大于零或变迁t_di无前置资源，则标签L的状态为false，并在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S9、当变迁t_di的前置资源R_stdi的token数为零，则将释放资源R_stdi的操作使能变迁放至集合T₁中，将变迁t_di放至集合T₂中，执行步骤S7；

S10、当标签L的状态为true，则标识M是一个死锁标识；

S11、当标签L的状态为false，则在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S12、在检测的过程中，若标签L的状态发生过改变且为false，则标识M是一个无死锁标识。

本发明所述的一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明不仅可以检测出由于资源分配不当带来的死锁状态，还可以检测出当不可靠资源发生故障时产生的堵塞状态。通过检测系统中的死锁状态和堵塞状态，方便为后续设计含不可靠资源的柔性制造系统的死锁避免控制器提供有力的技术支撑。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明涉及实例中柔性制造系统的Petri网模型示意图；

图3是本发明涉及实例中情形一的M标识下的Petri网模型示意图；

图4是本发明涉及实例中情形二的M标识下的Petri网模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细的描述本发明的作进一步的解释说明，以使本领域的技术人员可以更深入地理解本发明并能够实施，但下面通过参考实例仅用于解释本发明，不作为本发明的限定。

如图1所述，一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法，包括以下步骤：

S1、采集一个可达标识M∈R(N_u,M_u0)；

S2、初始化，令操作使能变迁集合

标签L的状态为true；

S3、在标识M下，将操作使能的变迁放至集合T₀中；

S4、选择T₀中的任意一个变迁t_si；

S5、当变迁t_si的前置资源R_stsi的token数大于零或变迁t_si无前置资源，则在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S6、当变迁t_si的前置资源R_stsi的token数为零，则将释放资源R_stsi的操作使能变迁放至集合T₁中；

S7、选择T₁\T₂中的任意一个变迁t_di；

S8、当变迁t_di的前置资源R_stdi的token数大于零或变迁t_di无前置资源，则标签L的状态为false，并在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S9、当变迁t_di的前置资源R_stdi的token数为零，则将释放资源R_stdi的操作使能变迁放至集合T₁中，将变迁t_di放至集合T₂中，执行步骤S7；

S10、当标签L的状态为true，则标识M是一个死锁标识；

S11、当标签L的状态为false，则在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S12、在检测的过程中，若标签L的状态发生过改变且为false，则标识M是一个无死锁标识。

具体实施时：

定义1：Petri网是一个由四个元素组成的四元组N＝(P,T,F,M₀)，其中P＝{p₁,p₂,…,p_n}为有限库所集合。T＝{t₁,t₂,…,t_m}为有限变迁集合。F＝(P×T)∪(T×P)为有向弧集,表示库所集到变迁集或者变迁集到库所集的流关系。F_u为修复过程流关系集，表示每个工件的修复情况和释放情况(带箭头的虚线)。用R(N，M₀)表示Petri网从初始状态M₀到所有可达状态的集合。

定义2：Petri网的标识是一个映射M，token表示在M下，位置p中的加工单元个数。

则M(p)表示在M下，位置p中的token的个数。M₀是Petri网的初始标识，即初始状态下库所中token的分布情况。对于任意节点x∈P∪T，记^·x＝{y∈P∪T|(y,x)∈F}表示x的输入节点集，记x^·＝{y∈P∪T|(x,y)∈F}表示x的输出节点集。

定义3：假设(t，p)∈F，t就是p的前置变迁(用^(t)p表示)，p就是t的后置库所(用t^(p)表示)；假设(p，t)∈F，p就是t的前置库所(用^(p)t表示)，t就是p的后置变迁集(用p^(t)表示)；假设(r，t)∈F，r就是t的前置资源集(用^(r)t表示)，t就是r的后置变迁(用r^(t)表示)；假设(t，r)∈F，t就是r的前置变迁(用^(t)r表示)，r就是t的后置资源集(用t^(r)表示)。

定义4：如果M(^(p)t)>0,则变迁t在M下是操作使能，如果M(^(r)t)>0，则变迁t在M下是资源使能。

建立柔性制造系统的Petri网模型如图2所示，该系统由两条生产线的小型加工系统组成，系统可以加工的毛坯品有两种：P₁₀和P₂₀，两种毛坯品的数量均为7，加工机器有三种：r₁，r₂，r₃，其容量分别为2，2和3；每种毛坯品通过闲置区进入生产线进行加工，加工完成后再离开生产线。Petri网的初始可达标识M_u0＝7p₁₀+7p₂₀+2r₁+2r₂+3r₃。

情形一：采集一个标识M＝4p₁₀+5p₂₀+2p₁₁+p₁₃+2p₂₂+2r₃，该标识下无资源发生故障。M标识下的Petri网模型如图3所示。

初始化，令操作使能变迁集合

标签L的状态为true；检测标识M的状态，具体方法如下：

(1)在标识M下，将操作使能的变迁放至集合T₀中，T₀＝{t₁₁，t₁₂，t₁₄，t₂₁，t₂₃}；

(2)选择T₀中的任意一个变迁t₂₃，变迁t₂₃的前置资源r₁的token数为零，则将释放资源r₁的操作使能变迁放至集合T₁中，T₁＝{t₁₂}；

(3)选择T₁\T₂中的任意一个变迁t₁₂，变迁t₁₂的前置资源r₂的token数为零，则将释放资源r₂的操作使能变迁放至集合T₁中，将变迁t₁₂放至集合T₂中，T₁＝{t₁₂，t₂₃}，T₂＝{t₁₂}；

(3)选择T₁\T₂中的任意一个变迁t₂₃，变迁t₂₃的前置资源r₁的token数为零，则将释放资源r₁的操作使能变迁放至集合T₁中，将变迁t₂₃放至集合T₂中，T₁＝{t₁₂，t₂₃}，T₂＝{t₁₂，t₂₃}；

(4)T₁\T₂中无变迁可以选择，标签L的状态为true，则标识M是一个死锁标识。

在标识M下，不可靠资源无故障发生，且变迁t₂₃等待t₁₂释放r₁的资源，变迁t₁₂等待t₂₃释放r₂的资源，由此，变迁集合{t₁₂，t₂₃}形成了资源循环等待，标识M是一个死锁标识。在死锁状态下，即使不可靠资源再发生任何故障，系统仍然还是一个死锁状态。

情形二：采集一个标识M＝4p₁₀+5p₂₀+2p₁₂+2p₂₁+p_u2+2r₁，该标识下有故障发生。M标识下的Petri网模型如图4所示。

初始化，令操作使能变迁集合

标签L的状态为true；检测标识M的状态，具体方法如下：

(1)在标识M下，将操作使能的变迁放至集合T₀中，T₀＝{t₁₁，t₁₃，t₂₁，t₂₂}；

(2)选择T₀中的任意一个变迁t₁₃，变迁t₁₃的前置资源r₃的token数为零，则将释放资源r₃的操作使能变迁放至集合T₁中，T₁＝{t₂₂}；

(3)选择T₁\T₂中的任意一个变迁t₂₂，变迁t₂₂的前置资源r₂的token数为零，则将释放资源r₂的操作使能变迁放至集合T₁中，将变迁t₂₂放至集合T₂中，T₁＝{t₂₂，t₁₃}，T₂＝{t₂₂}；

(3)选择T₁\T₂中的任意一个变迁t₁₃，变迁t₁₃的前置资源r₃的token数为零，则将释放资源r₃的操作使能变迁放至集合T₁中，将变迁t₁₃放至集合T₂中，T₁＝{t₂₂，t₁₃}，T₂＝{t₂₂，t₁₃}；

(4)T₁\T₂中无变迁可以选择，标签L的状态为true，则标识M是一个死锁标识。

(5)假设p₁₃在加工过程中资源没有发生故障或者p_u2中故障资源已经修复完成，那么在标识M′＝4p₁₀+5p₂₀+2p₁₂+p₁₃+2p₂₁+2r₁下引发变迁t₁₄，即可释放资源r₃，变迁集合{t₂₂，t₁₃}不会形成资源循环等待，则标识M′是一个无死锁标识。

在标识M下，由于p₁₃发生故障导致变迁t₁₃等待t₂₂释放r₃的资源，变迁t₂₂等待t₁₃释放r₂的资源，因此变迁集合{t₂₂，t₁₃}形成了资源循环等待，所以标识M是一个因为不可靠资源发生故障导致死锁的堵塞标识。

本发明的目的是对于一个含不可靠资源的柔性制造系统，在生产过程中不仅可以检测出由于资源分配不当带来的死锁状态，还可以检测出当不可靠资源发生故障时产生的堵塞状态。这里的不可靠资源是指含多个相同加工单元的机器，而不是含缓冲区的工作站。通过检测系统中的死锁状态和堵塞状态，为后续设计含不可靠资源的柔性制造系统的死锁避免控制器提供有力的技术支撑。为保证系统在资源故障时也能继续进行加工，假设同一类型的不可靠资源里面所有的加工机器不能同时全部发生故障，而且只在生产加工中发生故障。

以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于Petri网的柔性制造系统的鲁棒死锁检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集一个可达标识M∈R(N_u,M_u0)；

S2、初始化，令操作使能变迁集合

标签L的状态为true；

S3、在标识M下，将操作使能的变迁放至集合T₀中；

S4、选择T₀中的任意一个变迁t_si；

S5、当变迁t_si的前置资源R_stsi的token数大于零或变迁t_si无前置资源，则在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S6、当变迁t_si的前置资源R_stsi的token数为零，则将释放资源R_stsi的操作使能变迁放至集合T₁中；

S7、选择T₁\T₂中的任意一个变迁t_di；

S8、当变迁t_di的前置资源R_stdi的token数大于零或变迁t_di无前置资源，则标签L的状态为false，并在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S9、当变迁t_di的前置资源R_stdi的token数为零，则将释放资源R_stdi的操作使能变迁放至集合T₁中，将变迁t_di放至集合T₂中，执行步骤S7；

S10、当标签L的状态为true，则标识M是一个死锁标识；

S11、当标签L的状态为false，则在T₀中将变迁t_si删除，执行步骤S4；

S12、在检测的过程中，若标签L的状态发生过改变且为false，则标识M是一个无死锁标识。

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