JPH06168221A - 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】 生産システム等をシミュレーションするため
のペトリネットに基づくシミュレーション装置におい
て、部品登録したペトリネットグラフを、誰でも利用し
易いようにすること。 【構成】 ペトリネットに基づくシミュレーション装置
において、部品登録したペトリネットグラフを表示する
部品管理ウィンドゥ５０を開いた時、該部品を構成する
要素についての使用上の注意事項を記した要素意味表示
部６４〜６６が、表示されるようにする。例えば、要素
意味表示部６５の「稼働時間の設定」の記事と、矢印７
１は、稼働時間を設定するにはトランジション４５に設
定すればよいことを示している。これにより、登録され
ている部品の使い方を、誰でも容易に理解することが出
来るようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生産システム等をシミ
ュレーションするための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】各種の部品や材料を生産ラインに流し、
幾つかの処理工程で処理を施し、或る製品を生産すると
いう生産システム等の離散事象システムを、ペトリネッ
トによって描いたグラフを用いてシミュレーションする
ことが行われている。システムを流れる部品等は、ペト
リネットグラフ中を移動するトークンで表現される。

【０００３】このシミュレーションを行うことにより、
生産ラインの途中で部品の溜まり過ぎとか不足とかを生
ずることなく、出来るだけ速く生産を行い得るシステム
を構築するためのヒントを得ることが出来る。そのよう
なヒントとしては、設置する機器の数に関する情報，中
間バッファの配置箇所や容量に関する情報等がある。

【０００４】ペトリネットは、C. Petri氏によって提唱
された、並列同時進行の複数のプロセスからなる離散事
象システムを表現するモデルの１種である。離散事象シ
ステムの構成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、条件と事象との因果関係を、両者を結ぶ「アー
ク」で示すことによってシステムをモデル化している。

【０００５】システムの要素である「プレース」とか
「トランジション」とか「アーク」とかを、簡単な図形
（アイコン）で表すことによりグラフ表現したものを、
ペトリネットグラフという。現在では、このようなペト
リネットグラフを、ワークステーションや高機能パソコ
ンの表示装置上に描いて、シミュレーションすることが
行われている。

【０００６】図２に、従来のペトリネットに基づくシミ
ュレーション装置のハード構成を示す。図２において、
１は中央処理装置、２は制御部、２−１は部品管理手
段、３は主記憶部、４は表示装置（例、ＣＲＴディスプ
レイ）、５はデータ入力装置（例、キーボード）、６は
ポインティング入力装置（例、マウス）、７は補助記憶
装置（例、磁気ディスク）である。補助記憶装置７は、
必要に応じて設けられる。全体として、電子計算機の構
成となっている。

【０００７】ペトリネットグラフによってシステムのモ
デルを作成するには、オペレータが、データ入力装置５
またはポインティング入力装置６を操作して、プレース
とかトランジション等のアイコンを、表示装置４の画面
上に配置して作成する。この操作は、画面との間で対話
的に行うことが出来る。制御部２は、作成されたモデル
のデータを計算機内部データに変換し、主記憶部３また
は補助記憶装置７に保存する。

【０００８】（基本動作）図９は、ペトリネットグラフ
の基本的動作を説明する図である。図９において、８〜
１０はプレース、１１〜１３はトークン、１４はトラン
ジション、１５〜１７はアークである。一般に、トラン
ジションは、その入力側にある各プレース内に、それら
とトランジションとを結んでいるアークの本数以上の個
数のトークンが存在すれば、発火可能となる。

【０００９】図９（イ）は、発火前の状態のペトリネッ
トグラフを表している。プレース８には２個のトークン
１１が存在し、プレース９には１個のトークン１２が存
在している。各プレース８，９とトランジション１４と
を結んでいるアークは、それぞれ１本であるから、トラ
ンジション１４は発火可能状態となっている。

【００１０】発火すれば、各入力プレースから、トラン
ジションと結ぶアークの本数と同じ個数のトークンが取
り去られ、出力側にあるプレースに１個のトークンが与
えられる。なお、入力プレースでの複数個のトークンの
出し入れの仕方は、いわゆる「先入れ先出し」であり、
先に入って来たものほど先に取り出される。図９（ロ）
は発火後の状態を表している。

【００１１】（階層化）図４は、シミュレーション装置
で作成したペトリネットグラフと階層化を説明する図で
ある。図４において、２０〜２７はプレース、２８〜３
１はトランジション、３２はパターンモデル、３３はパ
ターン用アイコンである。図４（イ）は、次のような生
産システムのシミュレーションモデルを表している。倉
庫（プレース２０）から材料を取り出し、加工工程Ａで
加工した後、中間バッファ（プレース２４）に送り、搬
送工程Ｂを経て製品置場（プレース２７）に送る。そし
て、加工工程Ａ，搬送工程Ｂの最初の段階では、作業者
（プレース２１）が段取りをつける。

【００１２】加工工程Ａを、更に詳細に説明する。トラ
ンジション２８は「段取り」を表しているが、これが発
火するのは、プレース２０（倉庫），プレース２１（作
業者），プレース２３（加工機械）にトークンが存在す
る時である。これらのプレースにトークンが存在すると
いうことは、倉庫から材料が取り出せ、作業者が作業可
能であり、加工機械が使用可能であることを意味してい
る。この時、「段取り」を表すトランジション２８は発
火し、所定の段取り時間（発火継続時間）の経過後、
「加工待ち」を表すプレース２２と作業者を表すプレー
ス２１とに、トークンを送る。次に、トランジション２
９（機械加工）が発火し、所定の加工時間（発火継続時
間）の経過後、「中間バッファ」を表すプレース２４と
「加工機械」を表すプレース２３とにトークンを送る。

【００１３】同様に、搬送工程Ｂを構成するトランジシ
ョン３０は「段取り」，プレース２５は「搬送待ち」，
トランジション３１は「搬送」，プレース２６は「搬送
具」を表している。そして、段取り可能な状態となった
時、段取りをつけ、搬送を実行する。

【００１４】図４（イ）は、２つの工程だけを表し、要
素の数も少ないから、それほど複雑ではない。しかし、
生産システムによっては要素数や工程数が多く、ディス
プレイ面上に一時に表示することができず、スクロール
表示や分割表示しなければならず、見にくい。無理に一
時に表示しようと縮小すると、これまた見にくくなる。

【００１５】そこで、ペトリネットグラフを簡単化する
ために、要素の配置と結合関係が同じである部分が複数
ある場合は、その部分を１つのパターンとして捕らえ、
それの代わりに１つのアイコンで代替して表示すること
が行われている。これが、ペトリネットグラフの階層化
といわれるものである。

【００１６】例えば、図４（イ）のペトリネットグラフ
の加工工程Ａと搬送工程Ｂの部分を見ると、プレースと
トランジションの配置、およびアークでの連結の仕方
は、全く同じである。そこで、これを１つのパターンモ
デルとして捕らえる。図４（ロ）は、そのようにして捕
らえたパターンモデル３２を表している。このパターン
モデル３２を、ペトリネットグラフを作成する場合の１
つの部品として定め（登録し）、補助記憶装置７（図２
参照）に格納しておく。そして、これを図４（ハ）に示
すようなパターン用アイコン３３で表す。

【００１７】図５は、階層化を実施することによって単
純化されたペトリネットグラフである。符号は図４のも
のに対応し、３３Ａ，３３Ｂはパターン用アイコンであ
る。パターン用アイコン３３Ａは加工工程Ａを表し、パ
ターン用アイコン３３Ｂは搬送工程Ｂを表している。図
５のように単純化されれば、表示装置４の画面上での表
示も分かり易くなる。パターン用アイコン３３を用いて
描かれた図５のペトリネットグラフに対し、図４（ロ）
のパターンモデル３２のグラフは、下位の階層のグラフ
という関係になる。

【００１８】（部品を使ってのペトリネットグラフ作成
例）次に、部品として登録されたパターンモデルを利用
して、ペトリネットグラフを作成する方法を、別の例を
使って説明する。今、タイマーＴを含む図６に示すよう
なペトリネットグラフを作成しようとしていると仮定す
る。なお、３６〜４２はプレース、４３〜４７はトラン
ジションである。

【００１９】最初に、タイマーＴの動作について説明し
ておく。初期状態では、プレース４１にトークンが与え
られる。そこにトークンが与えられると、トランジショ
ン４４が発火する。ここの発火継続時間は０としてあ
り、直ちにプレース３８，３９にトークンが送られる。
プレース３８にトークンが来たことにより、トランジシ
ョン４３はプレース３６にトークンが存在すると発火出
来る（動作を許可）。

【００２０】一方、プレース３９にトークンが来ると、
トランジション４５が発火する。トランジション４５の
発火継続時間が１０秒と定めてあれば、１０秒後にプレ
ース４０にトークンが送られる。この時点でプレース３
８，４０にトークンが揃うことになるから、トランジシ
ョン４６が発火する。プレース３８のトークンはなくな
り、トランジション４３は発火できなくなる（動作を不
許可）。ここの発火継続時間は０としてあり、直ちにプ
レース４２にトークンが送られ、トランジション４７が
発火する。

【００２１】トランジション４７の発火継続時間を５秒
と定めておくと、５秒後にプレース４１にトークンが送
られる。すると、上記の如き動作を再びたどり、また動
作が許可される。かくして、１０秒動作させたら、５秒
休むという間欠タイマーが実現される。

【００２２】（部品の読み出し…部品の利用）さて、上
記のようなタイマーを含むペトリネットグラフを、プレ
ース３６，３７やトランジション４３を次々と配置して
ペトリネットグラフを作成している途中で、図示するよ
うな要素構成のタイマーが部品として登録されていない
かどうかを探す。それには、部品管理ウィンドゥを開
く。

【００２３】図７は、従来の装置での部品管理の操作を
する際の表示装置４の画面を示す図である。５０は部品
管理ウィンドゥ、５１は設定完了ボタン、５２は編集中
止ボタン、５３は読み込みボタン、５４はモデル名欄、
５５はコメント欄、５６はイメージ欄、５７はペトリネ
ットグラフ表示部である。ペトリネットグラフ表示部５
７中の符号は、図６のものに対応している。

【００２４】モデル名欄５４には、部品として登録され
ているパターンモデルの名前（例、「加工工程」，「搬
送工程」，「タイマー」等々）が書かれている。そこを
見て、必要とするものを選択する。モデル名欄５４で
「タイマー」を選択すると、コメント欄５５に図示のよ
うなコメントが表示されると共に、イメージ欄５６に、
具体的な要素構成が表示される。４角内に記載されてい
る「１」は、このグラフと他の要素との接続端子数を意
味している。

【００２５】これを見て、作成に利用できると認識すれ
ば、読み込みボタン５３を押す。すると、イメージ欄５
６のグラフの拡大図がペトリネットグラフ表示部５７に
表示される。あるいは更に別の操作をすることにより、
そのパターンアイコン（図示せず）が表示される。

【００２６】次に、プレース３８から接続端子１へ向か
うアークの種類を「許可アーク」と設定し、トランジシ
ョン４５に所望の動作許可時間を設定（発火継続時間を
設定）し、トランジション４７に所望の動作不許可時間
を設定（発火継続時間を設定）する。そのようにした
後、設定完了ボタン５１を押す。すると、所望の動作許
可時間，動作不許可時間を具えたタイマーＴが、作成中
のペトリネットグラフに組み込まれ、図６のようなペト
リネットグラフが作成できる。組み込みを中止したけれ
ば、編集中止ボタン５２を押せばよい。

【００２７】（部品の登録）なお、図６の要素構成のタ
イマーＴを最初に作成し、これは後にも利用できるから
部品として登録しておきたいという場合には、メニュー
項目（図示せず）の中から「部品登録」を選び、部品管
理ウィンドゥ５０を呼び出す。そして、イメージ欄５６
にタイマーＴのグラフを取り込んだり、モデル名欄５４
に「タイマー」という部品名を記載する等、必要な編集
作業を行った後、設定完了ボタン５１を押す。すると、
このグラフが部品として補助記憶装置７（図２参照）に
保存される。

【００２８】図８は、以上のような動作をするシミュレ
ーション装置の機能ブロックを示す図である。６０はペ
トリネットグラフ作成部、６１はペトリネットグラフ階
層管理部、６２は部品管理部、６３はペトリネットグラ
フ記憶部である。ペトリネットグラフ作成部６０は、デ
ータ入力装置５（またはポインティング入力装置６）に
よりプレースやトランジションの配置を行い、ペトリネ
ットグラフを作成する機能を表す。パターンアイコンの
作成も、これで行う。

【００２９】ペトリネットグラフ階層管理部６１は、ペ
トリネットグラフを階層化した時、その階層関係を管理
する。例えば、図４のパターンアイコン３３で、図４
（ロ）のパターンモデル３２を表す時は、その関係を記
録する。部品管理部６２は、ペトリネットグラフを作成
するのに使う部品を管理する。パターンモデル３２を部
品として使うと定めた時には、これを１つの部品として
登録し、要求があった時には取り出せるように管理す
る。ペトリネットグラフ記憶部６３は、作成したペトリ
ネットグラフを記憶する。

【００３０】なお、ペトリネットに基づくシミュレーシ
ョンに関する従来の文献としては、例えば、「計測と制
御」誌 １９６９年９月号（Vol. 28, No.9)，Ｐ１〜４
３、特開平 4−130953号公報等がある。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】

（問題点）前記した従来のペトリネットに基づくシミュ
レーション装置では、登録された部品のどの要素に、ど
のようなパラメータを設定しなければならないかが、直
ちには分からず、部品が利用しくいという問題点があっ
た。

【００３２】（問題点の説明）例えば、図６のタイマー
Ｔの要素構成が部品として登録してあったとする。第３
者が図７のような部品管理ウィンドゥ５０を開いて、こ
のタイマーＴを使おうとする場合、この図を見ただけ
で、プレース３８から接続端子１へ向かうアークの種類
としては、「許可アーク」と設定する必要があるとか、
タイマーオンの期間はトランジション４５の発火継続時
間の設定時間で決まるとか、タイマオフの期間はトラン
ジション４７の発火継続時間の設定時間で決まるとかと
いうことを、直ちに見抜くことは困難である。そのよう
に見抜いて、所望の時間を設定するに至るまでには、相
当の熟練と時間を要する。従って、他人が作成して登録
した部品は、利用しにくいものとなっている。本発明
は、このような問題点を解決することを課題とするもの
である。

【００３３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、ペトリネットグラフを表示するための
表示装置と、ペトリネットグラフを作成編集する操作を
行うための入力装置と、記憶装置と、前記表示装置，入
力装置および記憶装置と接続され、ペトリネットグラフ
のパターンモデルを部品管理する手段を含み、ペトリネ
ットグラフ作成編集の処理を行う中央処理装置とを有す
るペトリネットに基づくシミュレーション装置におい
て、部品としてのパターンモデルを構成する要素につき
使用上の注意事項を教示するための辞書を設け、該パタ
ーンモデルを該注意事項と共に表示し得るようにした。

【００３４】

【作 用】ペトリネットに基づくシミュレーション装
置に、部品としてのパターンモデルを構成する要素につ
き使用上の注意事項を教示するための辞書を設け、その
教示内容がパターンモデルと共に表示されるようにす
る。新規に部品登録する際には、パターンモデルを構成
する要素の内、数値等のパラメータを設定してやらなけ
ればならない要素については、その設定を行うようにと
の注意事項を記して登録しておく。

【００３５】すると、登録してある部品（パターンモデ
ル）を利用しようとして読み出した場合、前記注意事項
も表示されるから、その部品を使用するに当たり、構成
要素のどれとどれに、どのような意味の数値を設定しな
ければならないかが、直ちに分かる。これにより、部品
作成者以外の者でも、登録されている部品を容易に利用
することが出来るようになる。

【００３６】

【実施例】

（構成）以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図１は、本発明のペトリネットに基づくシミ
ュレーション装置のハード構成を示す図である。符号は
図２に対応し、７−１は補助記憶装置７に設けた辞書で
ある。図２と同じ符号の部分は、従来と同様の動作をす
るので、その説明は省略する。

【００３７】本発明の特徴は、表示装置４の画面上に部
品としてのペトリネットグラフを表示した時、使用上の
注意事項も表示し得るようにするための辞書７−１を、
補助記憶装置７に設けた点である。部品管理手段２−１
を駆使して、部品管理ウィンドゥ５０を表示する際、必
要な教示が辞書７−１から提供される。そのような動作
は、例えばソフト的に実現される。

【００３８】（部品登録）図３は、本発明の装置で部品
管理の操作をする際の表示装置４の画面を示す図であ
る。符号は図７のものに対応し、６４〜６６は要素意味
表示部、６７〜６９は編集ボタン、７０〜７２は矢印で
ある。ペトリネットグラフ表示部５７に、編集ボタン
（６７〜６９）を具えた要素意味表示部（６４〜６６）
が設けられ、この領域には辞書７−１を用いて使用上の
注意事項を書き込むことが出来るようにされている。ま
た、要素意味表示部と教示の対象となっている要素と
を、矢印（７０〜７２）で結ぶことが出来るようにされ
ている。

【００３９】例えば、図６のタイマーＴの要素構成を部
品として登録する際には、まず従来と同様、メニュー項
目（図示せず）の中から「部品登録」を選び、部品管理
ウィンドゥ５０を表示する。そして、モデル名（「タイ
マー」）やコメント（「これは工程の稼働時間を表現す
るモデルです…」）を記載したり、ペトリネットグラフ
のイメージを取り込んだりする。次に、このペトリネッ
トグラフを第３者が読み出して利用する際に、数値等の
パラメータを設定する必要のある要素について、教示内
容（使用上の注意事項）を書き込む。

【００４０】図３の例では、プレース３８から接続端子
１へ向かうアークと要素意味表示部６４とを矢印７０で
結び、要素意味表示部６４の領域内に「許可アークを設
定」という教示内容を書き込む。トランジション４５と
要素意味表示部６５とを矢印７１で結び、「稼働時間を
設定」と書き込み、トランジション４７と要素意味表示
部６６とを矢印７２で結び、「稼働不可時間を設定」と
書き込む。以上のように処置した後、設定完了ボタン５
１を押すことによって部品登録する。

【００４１】（部品の読み出し）上記のようにして登録
した部品を読み出すには、部品管理ウィンドゥ５０を開
き、モデル名欄５４の「タイマー」を選択する。する
と、これに対応したコメントやイメージが、コメント欄
５５やイメージ欄５６に表示される。これらを見て、利
用できると判断したなら、読み込みボタン５３を押し、
ペトリネットグラフ表示部５７に、部品の詳細図を表示
させる。

【００４２】この時、ペトリネットグラフ表示部５７に
は、図３のように教示内容が書かれた要素意味表示部６
４〜６６が現れる。そして、例えば、要素意味表示部６
５には「稼働時間を設定」と書いてあり、トランジショ
ン４５と矢印７１で結ばれているから、稼働時間の設定
をするにはトランジション４５に設定すれば良いという
ことが直ちに理解される。従って、この部品を作成した
人でない人が見ても、利用するに当たってどこに注意す
れば良いかが容易に理解されるので、極めて利用し易い
ものとなる。

【００４３】教示に従って「稼働時間」を設定するに
は、要素意味表示部６５内にある編集ボタン６８をクリ
ックする。すると、図示はしないが、時間を設定するた
めの指示が現れ、対話的に操作することによって時間設
定ができる。他のパラメータについても、同様にして設
定する。設定が全て終了した後、設定完了ボタン５１を
クリックする。これにより、新しい設定内容が保存さ
れ、利用に供される。

【００４４】なお、本発明は、ペトリネットグラフの部
品に例をとって説明したが、階層関係を取り入れている
グラフ（例、フローチャート，ＰＥＲＴ図）における部
品管理においても、応用することが出来る。

【００４５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明では、部品とし
てのパターンモデルを構成する要素につき使用上の注意
事項を教示するための辞書を設け、その教示内容がパタ
ーンモデルと共に表示されるようにしたので、登録して
ある部品を利用しようとして読み出した場合、それを構
成する要素のどれとどれに、どのような意味の数値を設
定しなければならないかが、直ちに理解できるようにな
った。これにより、部品作成者以外の者でも、登録され
ている部品を容易に利用することが出来るようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のペトリネットに基づくシミュレーシ
ョン装置のハード構成を示す図

【図２】 従来のペトリネットに基づくシミュレーショ
ン装置のハード構成を示す図

【図３】 本発明の装置で部品管理の操作をする際の表
示装置の画面を示す図

【図４】 シミュレーション装置で作成したペトリネッ
トグラフと階層化を説明する図

【図５】 階層化を実施することによって単純化された
ペトリネットグラフ

【図６】 パターンモデルを含むペトリネットグラフ

【図７】 従来の装置で部品管理の操作をする際の表示
装置の画面を示す図

【図８】 シミュレーション装置の機能ブロックを示す
図

【図９】 ペトリネットグラフの基本的動作を説明する
図

【符号の説明】 １…中央処理装置、２…制御部、２−１…複数シミュレ
ーション条件設定手段、２−２…アイコン変更手段、３
…主記憶部、４…表示装置、５…データ入力装置、６…
ポインティング入力装置、７…補助記憶装置、７−１…
辞書、８〜１０…プレース、１１〜１３…トークン、１
４…トランジション、１５〜１７…アーク、２０〜２７
…プレース、２８〜３１…トランジションン、３２…パ
ターンモデル、３３…パターン用アイコン、３６〜４２
…プレース、４３〜４７…トランジション、５０…部品
管理ウィンドゥ、５１…設定完了ボタン、５２…編集中
止ボタン、５３…読み込みボタン、５４…モデル名欄、
５５…コメント欄、５６…イメージ欄、５７…ペトリネ
ットグラフ表示部、６０…ペトリネットグラフ作成部、
６１…ペトリネットグラフ階層管理部、６２…部品管理
部、６３…ペトリネットグラフ記憶部、６４〜６６…要
素意味表示部、６７〜６９…編集ボタン、７０〜７２…
矢印

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペトリネットグラフを表示するための表
   示装置と、ペトリネットグラフを作成編集する操作を行
   うための入力装置と、記憶装置と、前記表示装置，入力
   装置および記憶装置と接続され、ペトリネットグラフの
   パターンモデルを部品管理する手段を含み、ペトリネッ
   トグラフ作成編集の処理を行う中央処理装置とを有する
   ペトリネットに基づくシミュレーション装置において、
   部品としてのパターンモデルを構成する要素につき使用
   上の注意事項を教示するための辞書を設け、該パターン
   モデルを該注意事項と共に表示し得るようにしたことを
   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。