JPH06149774A - ペトリネットに基づくシミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の基本ペトリネットや拡張ペトリネット
では表現できない対象や、表現するため複雑な論理構成
を必要とする対象を容易に表現し、かつペトリネット図
が繁雑となることを回避すること。 【構成】 従来の拡張ペトリネットの要素のほかに、ト
ランジションに該トランジションが発火中であることを
他のトランジションに知らせるための手段を持たせたフ
ラグ付きトランジションと、トランジション同士を接続
し始点のトランジションが発火中の場合のみ終点のトラ
ンジションが発火可能或いは不可能となる許可アークま
たは抑止アークを新たに設ける。フラグ付きトランジシ
ョンは、それが発火中である場合、これに許可アークま
たは抑止アークによって接続されている全てのトランジ
ションの発火をそれぞれのアークの種類に応じて制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークステーションや
パーソナルコンピュータ等で実現されるペトリネットに
基づくシミュレーション装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加工機械、組立機械、作業者や搬送機器
等で構成される生産システム等の離散事象システムを設
計する場合、目標とする生産能力を達成するために必要
な個々の構成機器等の数量、中間バッファの配置やその
容量等を充分検討する必要がある。

【０００３】また、生産システムに限らず、たとえば、
交差点に信号を新たに設ける場合、或いは、信号の点滅
周期を変更する場合には、交差点における交通量や交通
量の変化を予め把握して制御形態をを充分検討する必要
がある。

【０００４】このような場合、従来から汎用言語やシミ
ュレーション専用言語を用いてシミュレーションモデル
を作成し、シミュレーションを行って色々な設計案を評
価することが行われてきた。しかし、通常の設計者にと
ってはそれらの言語の利用方法の習得が難しく、使いこ
なせない状況にあった。

【０００５】この問題を解決するため、最近では特開昭
６３−１３６２４９号公報，特開昭６３−３１７８０５
号公報等に開示されているように、ペトリネットのグラ
フ表現を用いて、シミュレーションモデルの作成を視覚
的に容易に行える方法も数多く提案されている。

【０００６】ペトリネットグラフは、システム内の要素
を条件と事象に分け、条件をプレース、事象をトランジ
ションというノードで表し、条件と事象の関係をアーク
で結ぶグラフでモデルを表現するものである。そして、
条件の成立をプレースにトークンを配置することにより
表し、このトークンの移動状態に応じてトランジション
を発火させることによりシステムのダイナミクスを検証
するものである。上記プレースは、プレースに入力する
アークのリスト，出力するアークのリスト，プレースに
置かれるトークンの数等のデータからなるプレースデー
タで表現され、トランジションは、同様にトランジショ
ンに入力するアークのリスト，出力するアークのリスト
等のデータからなるトランジションデータで表現され、
また、アークは、始点ノード及び終点ノード等のデータ
からなるアークデータで表現される。

【０００７】図５は、ペトリネットの例であり、全ての
入力プレース５１，５２にトークンが存在する時、アー
ク５５，５６で接続されるトランジション５４は発火可
能となり（同図（ａ）参照）、発火終了後、入力プレー
ス５１，５２からトークンを一個づつ取り去り、アーク
５７で接続される出力プレース５３にトークンが出力さ
れる様子（同図（ｂ）参照）を表している。このペトリ
ネットのグラフ表現を利用することにより、各種システ
ムのシミュレーションモデルを視覚的に表現でき、複雑
なプログラミングを不要とすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】基本ペトリネットに基
づく上記従来技術のシミュレーション方法では、ペトリ
ネット理論で定義されているプレース、トランジショ
ン、アークならびにトークンの４つのペトリネット要素
の組合せによってシミュレーションモデルの作成を行っ
ている。このため、図６に示すような信号のある交差点
を流れる交通の表現、すなわち、あるトランジションの
発火（信号機１が青になる）によって他のトランジショ
ンの発火が制御される（道路１の交通が可能になる）よ
うな場合の表現が困難であった。

【０００９】このため、ペトリネットを拡張した拡張ペ
トリネットでは、許可アーク、禁止アークなどの要素を
取り入れて図６のような対象を表現可能にしている。図
７は、拡張ペトリネットにおいて使用されるペトリネッ
ト要素であるプレース６１，トランジション６２，アー
ク６３及び制御アーク６４を示している。なおプレース
６１の右上の四角で囲まれた数字は、そのプレースが保
持するトークンの数量（トークンカウント）を示してい
る。また制御アークとしては、許可アークと抑止アーク
があるが、ここでは許可アークを使用している。

【００１０】これら拡張されたペトリネット要素を用い
ると、図６の交差点は図８のようにプレース２０１，２
０５，２０６，２１０，２１３，２１７，２１８，２２
２、トランジション２０３，２０８，２１５，２２０、
アーク２０２，２０４，２０７，２０９，２１１，２１
２，２１４，２１６，２１９，２２１、許可アーク２２
３，２２４で表現される。破線部２５１が道路１、破線
部２５２が信号機１，２、そして破線部２５３が道路２
を表している。図８では、制御アークとして２つの許可
アーク２２３，２２４が使われている。

【００１１】領域２５２の部分は簡単な信号機を表して
おり、トランジション２０８の発火は道路２の通行を、
また、トランジション２１５の発火は道路１の通行を許
可する青信号を意味する。図８の状態で、プレース２０
６が保持するトークンがトランジション２０８の発火に
よってこのトランジション２０８に移動し、発火継続時
間が過ぎて発火が終了するとプレース２１７に移動す
る。すると今度はトランジション２１５が発火可能とな
るため、トランジション２１５の発火によってトークン
がプレース２１７からトランジション２１５に移動し、
発火継続時間が過ぎて発火が終了すると、トークンがト
ランジション２１５からプレース２０６に移動し、１サ
イクルを終了する。このサイクル中で、トランジション
２０８の発火によってプレース２１０中のトークンもト
ランジション２０８に移動するため、空になったプレー
ス２１０と許可アークで接続されているトランジション
２０３は発火不能の状態、すなわち、道路１の信号機１
が赤の状態となる。このとき、プレース２１３にはトー
クンが存在するため、トランジション２２０は発火可
能、すなわち、信号機２は青の状態となり、道路２の通
行すなわちプレース２１８中のトークンがトランジショ
ン２２０の発火及び発火終了を経てプレース２２へ移動
することが可能となる。トランジション２０８の発火継
続時間が過ぎると、トークンはその出力プレースである
プレース２１０及びプレース２１７にトークンを移動す
る。このとき、トランジション２１５は発火可能となる
ため直ちに発火し、トークンがプレース２１７及びプレ
ース２１３からトランジション２１５に移動する。する
と、トランジション２０３は発火可能、すなわち、信号
機１が青の状態となり、プレース２０１中のトークンが
トランジション２０３の発火、発火終了を経てプレース
２０５へ移動が可能となり、逆にトランジション２２０
はプレース２１３にトークンが存在しないため、許可ア
ーク２２４の働きによって発火不能、すなわち、信号機
２が赤の状態となる。このサイクルを繰り返すことによ
り、信号機１及び信号機２が交互に青から赤へと変化
し、それに応じて道路１及び道路２の通行が交互に実現
される。

【００１２】しかし、これらの許可アークや他の制御ア
ークである抑止アークを用いても複雑な制御論理の表現
が難しく、且つこれを表現した場合においてもノード数
が増加することからペトリネット図が繁雑になり、シミ
ュレーションモデルの作成に時間がかかるという欠点が
あった。このため、従来の拡張ペトリネットによって複
雑な制御を伴う生産ラインを表現するといった場合に
は、生産機械の制御論理をペトリネットで表現するため
にかなりの熟練を必要としたり、場合によっては表現が
不可能であるという欠点があった。

【００１３】そこで本発明は、ペトリネットの機能を拡
張することにより、従来の基本ペトリネットや拡張ペト
リネットでは表現できない対象や、表現するため複雑な
論理構成を必要とする対象を容易に表現し、かつペトリ
ネット図が繁雑となることを回避することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、ペトリネットを作成する手段と、作成され
たペトリネットを表示する手段と、ペトリネットの中の
トランジションに対応して該トランジションが発火中で
あることを示す情報を保持させる手段と、トランジショ
ン同士を接続し、始点のトランジションの状態を終点の
トランジションに伝達する機能を持つアークを生成する
手段と、シミュレーション実行の際に、前記アークを介
して伝達される始点のトランジションの発火状態に応じ
て前記アークが接続された終点のトランジションの発火
を制御する手段とを備えていることを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明においては、ペトリネット図を構成する
のに、プレース、トランジション、アーク、許可アー
ク、抑止アーク及び色付きトークンなどの従来の拡張ペ
トリネットの要素のほかに、トランジションに該トラン
ジションが発火中であることを他のトランジションに知
らせるための手段を持たせた特殊なトランジション（以
下これをフラグ付きトランジションと呼ぶ）を使用した
り、或いは、トランジション同士を接続し始点のトラン
ジションが発火中の場合のみ終点のトランジションが発
火可能となるアーク（以下これをトランジション許可ア
ークと呼ぶ）やトランジション同士を接続し始点のトラ
ンジションが発火中の場合のみ終点のトランジションが
発火不可能となるアーク（以下これをトランジション抑
止アークと呼ぶ）を使用する。

【００１６】フラグ付きトランジションは、通常のトラ
ンジション同様入力プレースまたは出力プレースと通常
のアークによって接続することができるほか、他のトラ
ンジションと許可アークまたは抑止アークによって接続
することができる。フラグ付きトランジションは、それ
が発火中である場合、これに許可アークまたは抑止アー
クによって接続されている全てのトランジションの発火
をそれぞれのアークの種類に応じて制御することができ
る。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。

【００１８】図１は、本発明の実施例の構成を示すブロ
ック図である。入力部１１は、キーボード及びマウスで
構成されており、ペトリネットを構成するプレース，ト
ランジション，アーク等の位置を入力したり、或いは、
シミュレーションの実行を指示したりするために使用さ
れる。処理部１２は、入力部１１から入力された各種デ
ータを記憶部１３に格納するとともに、これらのデータ
に基づいて、プレース生成部１４でプレースデータを生
成し、トランジション生成部１５でトランジションデー
タを生成し、アーク生成部１６でアークデータを生成す
る。更に、処理部１２は、これらのデータに基づいてシ
ミュレーションを行う。

【００１９】生成されたプレース，トランジション，ア
ーク等のデータは、ＣＲＴディスプレイ等からなる表示
部１７に供給され、ペトリネット図が表示される。

【００２０】前記処理部１２には、通常のトランジショ
ンを処理する通常トランジション処理部１８と、後述す
るフラグ付きトランジションを処理するフラグ付きトラ
ンジション処理部１９とを設けている。なお、処理部１
２には、他のペトリネット要素に対する処理部も含まれ
ているが、ここでは説明を省略している。

【００２１】本実施例においては、通常のトランジショ
ンの他に、当該トランジションが発火中であることを他
のトランジションに知らせるための手段を持たせた特殊
なトランジション（これをフラグ付きトランジションと
呼ぶ）を設けている。

【００２２】また、通常のアークの他に、トランジショ
ン同士を接続し始点のトランジションが発火中の場合の
み終点のトランジションが発火可能となるアーク（これ
をトランジション許可アークと呼ぶ）及びトランジショ
ン同士を接続し始点のトランジションが発火中の場合の
み終点のトランジションが発火不可能となるアーク（こ
れをトランジション抑止アークと呼ぶ）を設けている。
なお、トランジション許可アーク，トランジション抑止
アークは、以下に述べるように表示画面上における表示
形状を変えているだけで、その作用は、通常の許可アー
ク，抑止アークと同一である。

【００２３】フラグ付きトランジションは、たとえば、
図２に符号３０１で示すように矩形枠内に対角線が付さ
れており、他の通常のトランジションと区別されてい
る。フラグ付きトランジション３０１の内部において黒
く塗りつぶされた矩形領域３０２は、通常のアークが接
続される部分を示しており、フラグ付きトランジション
３０１の右上に位置する黒く塗りつぶされた矩形領域３
０３は、他のトランジションと接続するためのトランジ
ション許可アークまたはトランジション抑止アークを接
続するための領域である。トランジション許可アークま
たはトランジション抑止アークは、この矩形領域３０３
を始点にして他のトランジションと接続される。図２に
トランジション許可アーク３０４とトランジション抑止
アーク３０５の表現例を示す。

【００２４】フラグ付きトランジションは、従来のトラ
ンジションと同様のアーク接続部（矩形領域３０２参
照）の他にフラグ用制御アーク接続部（矩形領域３０３
参照）を持っている。フラグ付きトランジションが発火
中は、フラグ用制御アーク接続部は、ここに接続されて
いる許可アーク又は抑止アークからの問い合わせに対
し、常に発火を意味するｔｒｕｅを返す。逆に発火して
いない場合には、常に非発火中を意味するｆａｌｓｅを
返す。この戻り値は、フラグ付きトランジション中のデ
ータであるフラグデータそのものであり、フラグデータ
はフラグ付きトランジション生成時に無条件にｆａｌｓ
ｅが設定され、発火に伴いｔｒｕｅ、発火終了時にｆａ
ｌｓｅが設定される。フラグ用制御アーク接続部に接続
されている許可又は抑止アークからの問い合わせは、そ
の先に接続されているトランジションが発火可能かどう
かを調べるために行われるもので、ペトリネットシミュ
レータの基本データであるのでここでは説明しない。

【００２５】上述したプレースデータ、トランジション
データ及びアークデータのデータ構造の一例を表１、表
２及び表３に示す。

【００２６】

【表１】

【表２】

【表３】 図３は、図６の交差点を上記したフラグ付きトランジシ
ョンを用いてペトリネット図で表現したものである。図
３に示すペトリネット図は、プレース４０１，４０５，
４０６，４１０，４１１，４１５、通常のトランジショ
ン４０３，４０８、フラグ付きトランジション４１３，
４１７、通常のアーク４０２，４０４，４０７，４０
９，４１２，４１４，４１６，４１８、許可アーク４１
９，４２０で表現される。破線部５０１が道路１、破線
部５０２が信号機１，２、そして破線部５０３が道路２
を表している。

【００２７】このペトリネット図は、従来の装置と同様
に、入力部１１からプレース，トランジション，アーク
等に関する情報を入力することにより各生成部１４，１
５，１６でプレース，トランジション，アークが作成さ
れ、各ペトリネット要素に対応したデータは記憶部１３
に格納される。

【００２８】図３に示すペトリネット図において、道路
１及び道路２の部分は、図８に示すペトリネット図と同
様であるが、一方の信号機を表現する部分のトランジシ
ョン２０８、ひとつのトークンを含むプレース２１０及
びアーク２０９が、一つのフラグ付きトランジション４
１３で表現されており、他方の信号機を表現する部分の
トランジション２１５、ひとつのトークンを含むプレー
ス２１３及びアーク２１４が、一つのフラグ付きトラン
ジション４１７で表現されている。

【００２９】図３の例では、許可アーク４１９によって
フラグ付きトランジション４１３と接続されているトラ
ンジション４０３は、フラグ付きトランジション４１３
が発火中の間だけ発火可能である。同様に、トランジシ
ョン４０８は、フラグ付きトランジション４１７が発火
中の間だけ発火可能である。フラグ付きトランジション
４１３とフラグ付きトランジション４１７は交互にしか
発火しないので、図３は図１の交差点モデルを表現して
いることになる。

【００３０】先に説明したように、フラグ付きトランジ
ションは、従来のトランジションと同様のアーク接続部
の他にフラグ用アーク接続部を持っている。トランジシ
ョンが発火可能か否かの判定は、通常トランジション処
理部１８により次のようにして行われる。

【００３１】まず、当該トランジションの全ての入力ア
ークに対し、条件が満たされているかどうかを問い合わ
せる。あるアークが条件を満たしているかどうかは、こ
のアークが通常のアークの場合、アークの先のプレース
にアークデータ中の多重度分のトークンが存在するかど
うかを調べることによって行い、多重度分のトークンが
存在すればｔｒｕｅ、存在しなければｆａｌｓｅを返
す。また、このアークが許可アークであれば、アークの
先のプレースにトークンが存在すればｔｒｕｅを返し、
存在しなければｆａｌｓｅを返す。抑止アークの場合
は、許可アークの逆の値を返す。全ての入力アークへの
問い合わせの結果が全てｔｒｕｅならば当該トランジシ
ョンは発火可能と判定されるが、一つでもｆａｌｓｅが
返されると発火不可能と判定される。当該トランジショ
ンが通常トランジション処理部１８によって発火させら
れると、トランジションデータのフラグが発火中を示す
ｔｒｕｅにセットされ、発火終了に伴って非発火中を示
すｆａｌｓｅにセットされる。なお、トランジションを
生成した時点では、全てのフラグは非発火中を示すｆａ
ｌｓｅにセットされる。

【００３２】さて、当該トランジションの入力アークが
制御アークで、この制御アークの先がフラグ付きトラン
ジションであった場合、トランジションからの発火可能
か否かの問い合わせに対しては、フラグ付きトランジシ
ョンのデータであるフラグの値を返す。したがって、フ
ラグ付きトランジションが発火中ならばｔｒｕｅ、そう
でなければｆａｌｓｅを返す。

【００３３】トランジションとフラグ付きトランジショ
ンをアークによって接続すると、そのアークは制御アー
クと見做され、アークの始点をフラグ付きトランジショ
ンに、また、終点をトランジションに設定する。この処
理は、フラグ付きトランジション処理部１９によって行
われる。

【００３４】以上の動作により、図３に示されるような
モデルの機能を実現することができる。

【００３５】図４は、トランジション許可アークを用い
て図６に示す交差点を表現したものである。なお、図３
に示すペトリネット要素と対応する部分には同一符号を
付している。図４に示すペトリネット図においては、図
３のフラグ付きトランジション４１３，４１７をそれぞ
れトランジション５１３，５１７に置き換え、許可アー
ク４１９，４２０をそれぞれトランジション許可アーク
５１９，５２０としたものである。トランジション許可
アーク５１９，５２０の接続先であるトランジション４
０３，４０８は、このアークの引き出し元のトランジシ
ョン５１３，５１７が発火中の間だけ発火可能であるの
で、図４に示すペトリネットは、図３に示すペトリネッ
トと同様な機能を果たすことができる。

【００３６】上述したように、図３及び図４のいづれの
方法を用いても、図６の交差点のモデルを簡潔に表現す
ることができる。すなわち、図８に示す従来の拡張ペト
リネットによる表現では、プレースが８個、トランジシ
ョンが４個、アークが１０個、制御アークが２個の計２
４個のペトリネット要素を必要としたのに対し、図３に
示す本発明による表現では、プレースが６個、トランジ
ションが２個、フラグ付きトランジションが２個、アー
クが８個、許可アークが２個の計２０個のペトリネット
要素しか必要とせず、ペトリネット図が簡単化される。

【００３７】なお、上述した実施例では、視覚的に分か
りやすくするためにフラグ付きトランジションに許可ア
ークまたは抑止アークを接続するための領域を新たに設
けているが、通常のアークと許可アーク及び抑止アーク
を区別するようにすればこれらのアークを同一の領域に
接続することが可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明において
は、トランジションが発火中であることを他のトランジ
ションに伝えるための手段を設けたので、下記の効果を
奏することができる。

【００３９】（１） 基本ペトリネットや従来の拡張ペ
トリネットだけでは表現できない処理を記述できる。

【００４０】（２） 複雑な論理構成を容易に表現する
ことが可能となる。

【００４１】（３） ペトリネット図の規模を小さくで
きる。

【００４２】（４） シミュレーションモデルを迅速に
作成することが可能となる。

【００４３】（５） ペトリネット図が繁雑となること
を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】 本発明で新たに導入されたペトリネット要素
を示す説明図である。

【図３】 図６に示す交差点をフラグ付きトランジショ
ンを使用してモデル化した例を示す説明図である。

【図４】 図６に示す交差点をトランジション許可アー
クを使用してモデル化した例を示す説明図である。

【図５】 ペトリネットの原理を示す説明図である。

【図６】 モデル化すべき交差点の例を示す説明図であ
る。

【図７】 従来の拡張ペトリネットにおいて使用される
ペトリネット要素を示す説明図である。

【図８】 従来の拡張ペトリネットによりモデル化した
図６に示す交差点のペトリネット図である。

【符号の説明】

１１：入力部、１２：処理部、１３：記憶部、１４：プ
レース生成部、１５：トランジション生成部、１６：ア
ーク生成部、１７：表示部、１８：通常トランジション
処理部、１９：フラグ付きトランジション処理部、５
１，５２：入力プレース、５３：出力プレース、５４：
トランジション、５５〜５７：アーク、６１：プレー
ス、６２：トランジション、６３：アーク、６３：制御
アーク、２０１，２０５，２０６，２１０，２１３，２
１７，２１８，２２２：プレース、２０２，２０４，２
０７，２０９，２１１，２１２，２１４，２１６，２１
９，２２１：アーク、２０３，２０８，２１５：トラン
ジション、２２３，２２４：許可アーク、２５１〜２５
３：破線部、３０１：フラグ付きトランジション、３０
２，３０３：矩形領域、３０４：トランジション許可ア
ーク、３０５：トランジション抑止アーク、４０１，４
０５，４０６，４１０，４１１，４１５：プレース、４
０２，４０４，４０７，４０９，４１２，４１４，４１
６，４１８：通常のアーク、４０３，４０８：通常のト
ランジション、４１３，４１７：フラグ付きトランジシ
ョン、４１９，４２０：許可アーク、５０１〜５０３：
破線部、５１３，５１７：トランジション、５１９，５
２０：トランジション許可アーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペトリネットを作成する手段と、 作成されたペトリネットを表示する手段と、 ペトリネットの中のトランジションに対応して該トラン
   ジションが発火中であることを示す情報を保持させる手
   段と、 トランジション同士を接続し、始点のトランジションの
   状態を終点のトランジションに伝達する機能を持つアー
   クを生成する手段と、 シミュレーション実行の際に、前記アークを介して伝達
   される始点のトランジションの発火状態に応じて前記ア
   ークが接続された終点のトランジションの発火を制御す
   る手段とを備えていることを特徴とするペトリネットに
   基づくシミュレーション装置。