网中网理论在柔性制造系统中的应用

[摘 要]：柔性制造系统的宏观模型，根据网中网理论并结合Renew构建，即将通用标记（网）用对象来替代。当变迁SupplyA激活后到达Robo0tSystem，通过共用库所与系统网发生交互。机械处理后到达装配缓冲区AssemblyBuffer，操作结束后标记到达装配系统对象网.此时另一标记SupplyB也参与到系统生产变迁，装配结束后到达处理缓冲库所，再经机器人控制系统及缓冲处理库所Deposit2，最终提交完成产品加工。 关键词： 网中网；参考网； 柔性制造系统 0 引目 柔性制造系统是Petri网理论应用比较成功的领域，但随着系统日益庞大，状态空间和系统层次数目给系统仿真模拟增加难度。Petri网理论体系中对象Petri网（Obiect Petri Nets）和网中网理论（Nets-within-Nets）的出现，可采用面向对象或面向Agent的技术解决复杂系统设计验证。即用网中网概念构建柔性制造系统宏观模型，在系统实现上采用基于网中网理论开发工具Renewtools2.0。 1 网中网理论（Nets Within Nets） 1.1网中网（Nets within Nets） 网中网中，库所中标记（Token）被用来描述对象，此标记可以是Petri网，如图1。在库所P1中有一标记，该标记由另一Petri网构成，当变迁T2满足条件激活后，P1中的标记传送到库所P2中，同时作为一个子网用标记表示的子Petri网内部变迁如满足条件也激活，库所Place1中的标记传送到Place2中。一个标记网（Token net）也称为对象网（Obiect net）与系统网（System net）形成对比。通过面向对象的方法可简化和组织系统设计。 1.2参照网（Reference nets） 参照网是结合网中网特点的高层Petri网，且扩充着色Petri网（Colored Petri nets）的基本概念,同时动态创建Petri网实例（Net instance），特点是将创建网实例作为标记映射到其他的Petri网实例，动态变迁的同步通信通过使用同步通道（Synchronous Channels）实现。参照网不仅提供图形化建模界面还结合Java语言作为内嵌编程语言。 在面向对象Petri网中，标记对应系统网的最底层即对象网。参照网创建时仅仅是一个静态结构作为后期模板使用。在系统仿真时可创建任意数目的网实例，每个网实例具有独立的标记，可独立激活与之相对应的网实例。网实例需相应的通信算法实现不同变迁间的同步通信，参照网中使用同步通道实现通信，同步通道最早是在着色petri网中提出，同步意味着两个变迁可同时激活。同步通道双方在发生通信前双方须约定具有相同通道名和相对应的通信参数，如图2。其中变迁T1和T2使用共同的通道名ch（），this用于创建通道。当T1和T2满足通信条件时同时激活。 按面向对象编程语言需再将参照网初始化成对应网实例。初始化变迁需特殊内嵌下行 （downlink）标识来描述低层网请求，被请求变迁成为上行（uplink）作为接受其他网实例请求的服务方，每个同步通道触发后，通道表达式按标准同时触发两个变迁。通常带有上行标识的变迁若无相应的下行变迁匹配时不能被其他变迁激活，变迁可具有任意数目的下行变迁但只能有一个上行变迁。 2 网中网理论在柔性制造系统中的应用 Renew设计中，图3针对柔性制造系统模型，使用不同命名区分不同参照网元素，图中黑色变迁为子系统对象网。系统生产过程描述为：先变迁SupplyA经20个延时单位，在Renew tools开发工具中使用@表示相应的延迟激活，变迁SupplyA激活后经处理缓冲区Depositl到RobotSystem，此时RobotSystem相当于系统对象子网，经共用库所与系统网发生交互后，由缓冲库所DepositBuffer传送系统ConverySystem到机械缓冲区MachineBuffer，此时对象子网系统MachineSystem对传输标记加工处理，结束后经传送带系统ConveryBeleSystem到装配缓冲区AssemblyBuffer，由人工操作参与系统生产流程，同样变迁Handwork的延迟时间设置为30个时间单位，结束后标记到装配系统对象网，而另一标记也参与到系统生产变迁SupplyB触发经库所Deposit3与手工操作一起进入装配系统，装配结束后到处理缓冲库所DepositBuffer再由机器人控制系统处理，经缓冲处理库所Deposit2，最终提交完成产品加工即标记到达变迁DeliveryAB完成执行。 机器人控制对象子网如图4，机器人有3种状态：供应、提交、空闲。不同的机器人状态都有1个缓冲库所与之相关联，对象子网通过共用库所DepositBuffer与整个系统发生交互。 传送系统如图5，待处理标记即需加工的产品经加载变迁Load，到传送库所OnCoySys，再到卸载变迁Unload触发后标记到达机械缓冲区MachineBuffer即完成传输任务。 传送带对象网如图6，处理过程与传输系统类似，经进入缓冲区，传送、结束最后到装配冲区。 采用参考网开发工具Renew可有效验证系统的运行流程，并且通过标记动态（Tokengame）的形式直观形象的表示出系统每一步执行过程，上述模型采用网中网的理论从宏观角度出发构建1个柔性制造系统的整体模型和具体对象网的模型。 3 结论与展望 采用面向对象方法，分析和验证系统可有效地提高系统分析和设计效率。网中网理论很好的结合了面向对象（Orient Obiect）和面向智能体（Orient Agent）技术，并在此基础上扩展了Petri网的基本概念，用网中网的理论实现宏观模型构建。