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可重构制造系统监督控制器的自动重构

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资料介绍

提出了基于改进的网重写系统(Improved net rewriting system,INRS)的可重构制造系统(Reconfigurable manu-facturing systems,RMS)Petri网监督控制器的自动重构方法,以快速适应由市场需求变化所引起的制造系统构形的频繁变化.INRS解决了网重写系统存在的问题,可动态调整给定Petri网模型的结构而不改变其行为属性.以集合和图的组合形式定义了RMS的构形,并提出了基于INRS的一类模块化、可重构的Petri网控制器的设计方法.针对这类Petri网控制器,提出了基于INRS的自动重构方法.方法可将RMS构形的变化转变为INRS的图重写规则,并作用于当前Petri网控制器,使其快速、自动地重构为所求的新控制器.所提出的Petri网控制器的设计与重构方法,均从理论上保证了结果的正确性,免校验.仿真研究验证了方法的有效性.

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第34卷第11期

2008年11月

自化学

V01．34，No．11

ACTA

AUTOMATICA SINICA

November，2008

可重构制造系

督控制器的自重构

孟正大1

李俊1

戴先中1

net

mann-

繁

摘要提出丫基于改的网重写系 (Improved

rewriting system，INRS)的可重构制造系 (Reconfigurable

facturing systems，RMS)Petri网督控制器的自重构方法，以快速适廊由市需求化所引起的制造系构形的

化．INRS解决，网重写系存在的

，可

整

定Petri网模型的构而不改其行属性．以集合和

的

合形式

定

丫RMS的构形，并提出丫基于INRS的一

模

化、可重构的Petri网控制器的

方法．

，并作用于当前Petri网控制器，使

与重构方法，均从理上保果的正确性，免校

Petri网控制器，提

出r基于INRS的自重构方法．方法可将RMS构形的

其快速、自地重构所求的新控制器．所提出的Petri网控制器的

．仿真研究丫方法的有效性．

可重构制造系，Petri网，督控制器，重构，

化

INRS的重写

了

关

中

分

号

TP273

Automatic

Controllers for

Supervisory

Reconfiguration

Reconfigurable

Manufacturing Systems

LI Junl

DAI

MENG

Xian-Zhon91

net

rewriting

Zheng-Dal

method for automatic

Abstract This

all

paper presents

improved

reconfiguration

system(INRS)一based

of Petri

controllers for

net(PN)supervisory

reconfigurable manufacturing

frequent

of net rewrit—

systems(RMS)to adapt rapidly

addresses the

in the

driven

market

by changes．INRS

changes

manufacturing system configurations

problems

behavioral

and can

the

of a PN model

structure with

its

preserving original

ing systems

dynamicaUy change

defined

properties．

method for a class of

An RMS

the

by incorporating

formalisms of set and

configuration

formally

graph．A design

modular and

for automatic

all

PN controllers

with

INRS— based method

reconfigurable

presented

approach

INRS．Subsequently，an

of this class of PN controllers is

the

reconfiguration

proposed．Using

reconfiguration

method，changes

an RMS

can

into

transformed

configuration

rules of the rules to the

INRS；by applying

automatically

into

graph rewriting

the needed one．The resultant PN controllers obtained

will

controller，it

both the

existing

and

reconfigured

design

the need of

verification．Simulation results

theory，without

methods are

to be valid in

reconfiguration

guaranteed

methods．

show the

of the

validity

presented

words

Key

Reconfigurable manufacturing

systems(RMS)，Petri nets(PN)，supervisory controller，reconfiguration，

design

event

离散事件系 (Discrete

督控制是自控制域的一个重要的分支【l】．

制造系典型的DES，其督控制器的重构性

已成研究点【2～．尤其是随着可重构制造系

重于研究督控制器的具体重构机制与方法【9-11|，

但不能保果控制器的正确性和有效性．

，本文提出RMS的一化的Petri网形

式的督控制器的重构方法，旨在不有Petri

网控制器控制属性的前提下，控制器的快速、

重构，以响品需求化所引起的制造系

systems，DES)

的

作

一

模

害

(Reconfigurable manufacturing

的提出，企急切地要求制造系

systems，RMS)[5】

督控制器能

的

自

由

通

重构来快速响由市需求化引起的制造系

构形的化．

构形的

部分学者提出了可重构的督控制系

框架、体系【6川l，以确保督控制器的模化，但并

出控制器重构的具体方法．另一部分工作

繁

化．

述与解决思路

的

RMS借助于构形的化，能方便、快速地

未

同一品族内另一品的生【5】5．若从督控制角

度考，RMS的构形可定如下．

收稿期2007-06-06

Received June

收修改稿几期2008_01．12

6，2007；in revised form

January

12．2008

定

1．可重构制造系 S的构形定

三元

国家重点基研究

展

划(973 划)(2002CB312204) 助

式C=(彬O，Z)，其中，

National Basic Research

Program China(973

SuppoSed by

Program)(2002CB312204)

1．南人学自化学院南京210096

1．School

1)W={伽1，W2，⋯ ，W。) S的有限机器集；

2)O=ol，02，⋯ ，D。’} 机器的有限操作序

列集．，y：O_w将每个操作序列映射到一个机器：

of Automation，Southeast

210096

University,Naajing

DOI：10．3724／SP．J．1004．2008．01337

万方数据

1338

自

化

学

34卷

于

3)Z=(V E) S的构形 (Configuration

需要．尽管可以重新

控制器，但一思路

响

性、自适性要求高的RMS来，代价

于

graph)，其中V={u1，V2，⋯ ，"。} z的有限

点集．卵：V— w将每个点映射到一个机器，

E=e1，e2，⋯ ，ek) z的有限集，每条反映

昂

．

此，本文的思路是： Petri网控制器

一

两个机器之

例如，

的

关系．

种自重构的机制，以

制造系的当前构形与

一可重构加工元，具体

明

文

目

构形之的差异，并将种差异作用于当前构

的Petri网控制器上，使其快速地重构

形所

目

献f12】．加工元的当前构形 Z1，如 2(a)所

示，可批量生 A零件，其中叫1一伽4指代4个工

作站W1一W4，a11一a15指代AGyl的搬运任

，f指代零件装／卸站．

构形所

的新Petri网控制器，同保留原

控制器的行属性(如活性、有界性和可逆性)．相

于重，重构突出了控制器的自适性和响

性．按一思路，可引入网重写系 (Net

rewriting

system，NRS)[13l，作

理Petri网控制器模型

重构的工具．但一步研究

，NRS不能保留

被

理的Petri网模型的原有活性、有界(或安全)

性和可逆性的行属性．些行属性反映了被建

模系的无死定以及行的特性，于正

确地操作和控制被建模系至关重要．分析，

、

循

可

NRS 行改，以解决上述

．

本文首先提出了改的网重写系 (Improved

rewriting system，INRS)．此外，考到Petri

net

网控制器的构也决定着它能否重构，提出了基于

INRS的一化的、可重构的Petri网控制器的

模

方法．此后，同基于INRS，着重研究了

Petri网控制器的自重构方法．

。

改

也H的网r’重，写l-J系小

．

Fig．1

01fa可rec重on构fi加gu工ra ble元m布a局nufacturing

cell

Layou

网重写系可以

地

化Petri网模型的

构，但同

会

害模型的行属性【121，此，本

提

出改的网重写系

．

2．1改的网重写系的定

(a)构形 Z1

(a)Configuration graph

定

2．改的网重写系 (INRS)定

三

元式Ⅳ=∽，冗，G)，其中，

1)C=(厶，cp) 通用的网模

型

．ct

所型接口

型均在第2．2

迁型接口的网模

型的集合，￡口

的网模型的集合．所有网模

(b)构形 Z2

介

．

(b)Configuration graph

2)G=(N，M0) Ⅳ的初始基 Petri网，其

2可重构加工元构形

中N=(P，T，F) G的构，Mo G的初始

．

Two _{configuration}

of the cell

Fig．2

graphs

3)冗={r1，r2，⋯ ，仇) 有限的重写

集．

假定客需要生另一批量的B零件，相

构形 2(b)所示，其中零件先由AGVl运到

Ⅳ1加工后，可由AGy2运往W2或由AGyl

运往w3加工．之后，由AGy2运往Ⅳ4加工，并

出．a2t(i=1，2，3)代表AGy2的3个搬运任

就需要加工元的重构．随着重构的生，有的

的

任意重写 r表示 r=(L，R，，，‘丁，丁。)．r的

如

左、右手 L、R均属于C中的

．，：L_0

全嵌入映射，将L映射 G中的全子网G．r的

关系7．=。rUr。，其中入、出接口关系分

。丁={(A，B))、丁。={(c，D))，其中A={z-，z

．

，

⋯ ，z矗}和B={可是，可，⋯ ，可箸}分

L和R

Petri网控制器便不再足新生

程的督控制

的

入

点集，C=1[z：m，z。2。。，⋯ ，z墨。)和D=

万方数据

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