專利名稱：：柔性制造系統(tǒng)中面向?qū)ο驪etri網(wǎng)建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于分布式控制系統(tǒng)中，對柔性制造系統(tǒng)(FMS)制造單元分析設(shè)計建模的一種方法，尤其涉及一種柔性制造系統(tǒng)(FMS)中面向?qū)ο蟮腜etri網(wǎng)建模及設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：普通的Petri網(wǎng)模型存在一些基本問題從而限制了它在復雜的FMS模型設(shè)計中的應用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面(1)對于面向普通對象Petri網(wǎng)的建立，因其結(jié)構(gòu)復雜、系統(tǒng)多具有針對性，對建立模型和改動模型都非常困難，且普通的Peir;網(wǎng)建模具有較高的系統(tǒng)獨立性，而缺少在FMS中所需要的諸如模塊性、可重用性及可維護性等特點。(2)簡單的Petri網(wǎng)很難在現(xiàn)有模型基礎(chǔ)上增加節(jié)點，不能在原有基礎(chǔ)上進行變動，用于實際的工程實踐。(3)傳統(tǒng)的Petri網(wǎng)方法忽略了控制邏輯的計劃/調(diào)度知識，并且也缺乏從控制模型及控制軟件代碼之間的直接映射的特性，這可能導致整個系統(tǒng)的沖突，一旦在控制計劃中稍變化，整個模型需要重新逑立。
發(fā)明內(nèi)容本專利針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種柔性制造系統(tǒng)(FMS)中面向?qū)ο蟮腜etri網(wǎng)建模及設(shè)計方法。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明專利采用的技術(shù)方案是第一步，在FMS中結(jié)構(gòu)模型的建立FMS布局中包括兩臺加工機床HASS數(shù)控車床和XH-714數(shù)控銑床，每臺機床前分別有一個六工位的緩沖區(qū)；緩沖區(qū)側(cè)面有一個用于裝料和卸料的裝卸站；緩沖區(qū)放置一臺具有兩個工位的AGV小車，用于在柔性生產(chǎn)線上傳輸和放置零件；兩臺機械手分別安放在HASS數(shù)控車床和XH-714數(shù)控銑床前。第二步，單個物理對象OPN模型的構(gòu)造在實時調(diào)度仿真過程中，AGV小車、HASS數(shù)控車床及XH-714數(shù)控銑床都獨立工作，它們通過機械手的動作來實現(xiàn)聯(lián)動，為了建立完整的OPN模型，以物理對象機床及AGV小車為例首先建立它們各自的0PN模型機床OPN模型的建立及一個簡單的工作循環(huán)零件被AGV小車送到機床T13上加工并放到機床的緩沖區(qū)MP12，如果機床1空閑P13并且在機床輸入緩沖區(qū)有零件MPll，緩沖區(qū)上的零件由機械手放置到機床Pll，然后機床開始加工零件Tll，這時消息"在機床輸入緩沖空閑"MP13傳送到單元控制器，加工完成后P12，機床開始卸載零件T12，MP14并發(fā)出消息"機床的輸出緩沖有零件"給單元控制器，等待機械手放回零件指令。AGV小車OPN模型建立的一個簡單的工作循環(huán)如果小車空閑P34,并且它接受到消息"小車有服務請求"MP31，小車將開始朝申請地進發(fā)T34，當它到達申請地P31，小車開始裝零件T31，當小車己完成零件的裝載P32，它將向目的地進發(fā)T32并給小車已裝上零件的消息MP32，當小車到達目的地后P33,小車開始在目的地卸載零件T33,當小車再次空閑P34,它發(fā)出小車卸載消息MP33給單元控制器，并等待接受新任務。在上述兩個機床OPN模型及AGV小車OPN模型中，有兩類Petri網(wǎng)的位置處所狀態(tài)處所和消息處所，每個有自己的輸入輸出位置，在物理對象中不同的輸入輸出位置之間有狀態(tài)變遷發(fā)生，輸入位置是其它物理對象變遷的結(jié)果，輸出位置是其它物理對象發(fā)生變遷的條件。第三步，在FMS中的OPN模型的建立在沒有任務時，系統(tǒng)中的各種組織單元也就沒有必要發(fā)生相互間的聯(lián)系，這時系統(tǒng)完全分解為呈無序狀態(tài)的單個基本制造單元。一旦任務(計劃)出現(xiàn)，就會刺激各個基本單元，使得制造單元自身具有的可連通性發(fā)揮作用，單元間相互發(fā)出"連通"的要求，是由Gatel、Gate2、Gate3實現(xiàn)。其系統(tǒng)流程及算法如下(1)、Gatel():〃小車裝走工件后的事件轉(zhuǎn)移Gl表示另一種變遷，指零件從小車放到機床輸入緩沖區(qū)。這一過程省略了機器人與緩沖區(qū)的PN點。IF(MP32激活)SWITCH(MP32地點(即裝走工件地點))Ml(F認UC機床)輸出緩沖區(qū)IF(M1輸出緩沖有零件)移去Ml輸出緩沖區(qū)第一個零件〃MP12m_sentMsgl=TRUEMl實際完成零件數(shù)加1并更新數(shù)據(jù)庫M2(FANUC銑床)輸出緩沖區(qū)移去M2輸出緩沖區(qū)第一個零件〃MP22m—sentMsg2二TRUEM2實際完成零件數(shù)加1并更新數(shù)據(jù)庫(系統(tǒng)零件出口處)NULLMP32死由機床輸出緩沖站情況修改MP12、MP22狀態(tài)(2)、Gate2():〃小車卸出工件后的事件轉(zhuǎn)移及零件壓入MP11、MP21G2小車卸出工件，即從小車將工件放置到輸出緩沖區(qū)。這一過程省略了機器人與緩沖區(qū)的PN點。IF(MP33激活)IF(MP33地點(即卸出工件地點)為Ml輸入緩沖且M1輸入緩沖有空位)零件加入M1輸入緩沖〃MP11MP33死IF(MP33地點為M2輸入緩沖且M2輸入緩沖有空位)零件加入M2輸入緩沖〃MP21MP33死IF(MP33地點為系統(tǒng)零件出口)完成零件數(shù)加1MP33死IF(M1輸入緩沖不空)IF(MP11死)Ml輸入緩沖區(qū)第一個零件壓入MP11IF(M2輸入緩沖不空)IF(MP21死)M2輸入緩沖區(qū)第一個零件壓入MP21(3)、Gate3():〃小車服務申請IF(M1/M2輸入緩沖有空)MP13/MP23激活否則MP13/MP23死IF(M1/M2輸出緩沖有零件)零件壓入MP14/MP24并激活否則MP14/MP24死IF(MP14/MP24激活且m—sentMsgl/2為TRUE)將MP14/MP24中零件加入小車消息隊列8置m—sentMsgl/2為FALSEIF(小車消息隊列不空且MP31死)取出一個消息壓入MP31FMS的OPN模型中各物理對象的功能函數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明專利的在柔性制造系統(tǒng)中(FMS)中的面向?qū)ο蟮腜etri網(wǎng)的建模方法的優(yōu)點在于(1)OOPN模型的設(shè)計不僅具有Petri網(wǎng)及面向?qū)ο缶幊痰奶攸c，而且在控制邏輯中體現(xiàn)控制決策知識。與普通的Petri網(wǎng)相比，F(xiàn)MS中的OOPN模型能夠擴展并容易重構(gòu)；(2)OOPN模型中的狀態(tài)能夠根據(jù)一些預先定義的規(guī)則直接轉(zhuǎn)變成控制軟件代碼；(3)控制軟件的設(shè)計能模擬/調(diào)度基于OOPN模型的FMC的過程。通過對OOPN模型的定義及該OOPN模型所規(guī)定的控制邏輯，基于OOPN模型開發(fā)的FMS控制軟件能夠直接對應得到并可避免在系統(tǒng)中出現(xiàn)死鎖和沖突問題。圖1為本發(fā)明專利FMS布局示意圖2為本發(fā)明專利機床OPN模型的建立及一個簡單的工作循環(huán)示意圖3為本發(fā)明專利AGV小車OPN模型建立的一個簡單的工作循環(huán)示意圖；圖4為本發(fā)明專利在FMS中的00PN模型的建立示意圖；圖5為本發(fā)明專利AGV小車線程流程圖；圖6為本發(fā)明專利機床線程流程具體實施例方式如圖1所示，F(xiàn)MS布局中包括緩沖區(qū)1、緩沖區(qū)2、機械手3、機械手4、AGV小車5、HASS數(shù)控車床6、XH-714數(shù)控銑床7、裝卸站8組成，其中兩臺加工機床HASS數(shù)控車床6和XH-714數(shù)控銑床7，HASS數(shù)控車床6前有一個六工位的緩沖區(qū)1，XH-714數(shù)控銑床7前有一個六工位緩沖區(qū)2;緩沖區(qū)側(cè)面有一個用于裝料和卸料的裝卸站8;緩沖區(qū)放置一臺具有兩個工位的AGV小車5，用于在柔性生產(chǎn)線上傳輸和放置零件；機械手3、機械手4分別安放在HASS數(shù)控車床6和XH-714數(shù)控銑床7前。如圖2所示，零件被AGV小車送到機床上加工并放到機床的緩沖區(qū)，如果機床1空閑P13并且在機床輸入緩沖區(qū)有零件MPll，緩沖區(qū)上的零件由機械手放置到機床，然后機床開始加工零件Tll，這時消息"在機床輸入緩沖空閑"MP13傳送到單元控制器，加工完成后P12，機床開始卸載零件T12，MP14并發(fā)出消息"機床的輸出緩沖有零件"給單元控制器，等待機械手放回零件指令。如圖3所示，如果小車空閑P34，并且它接受到消息"小車有服務請求"MP31，小車將開始朝申請地進發(fā)T34，當它到達申請地P31，小車開始裝零件T31，當小車已完成零件的裝載P32，它將向目的地進發(fā)T32并給小車已裝上零件的消息MP32，當小車到達目的地后P33，小車開始在目的地卸載零件T33，當小車再次空閑P34，它發(fā)出小車卸載消息MP33給單元控制器，并等待接受新任務。如圖4所示，在柔性制造系統(tǒng)中(FMS)中的面向?qū)ο蟮腜etri網(wǎng)建模方法的面向?qū)ο蟮?PN模型，其中有零件裝在機床1上Pll;機床1完成機加工P12;機床1空閑P13;零件裝在機床2上P21;機床2完成機加工P22;機床2空閑P23;小車到達申請位置P31;小車完成裝載零件P32;小車到達目的地P33;小車空閑P34;機床l正在加工零件T11;機床1正在卸載零件T12;機床1正在裝載零件T13;機床2正在加工零件T21;機床2正在卸載零件T22;機床2正在裝載零件T23;小車開始裝零件T31;小車開始向目的地前進T32;小車開始在目的地卸零件T33;小車開始向申請地出發(fā)T34;在機床1輸入緩沖區(qū)有零件MP11;在機床1輸出緩沖區(qū)有空閑MP12;在機床1輸入緩沖區(qū)有空閑MP13;在機床1輸出緩沖區(qū)有零件MP14;在機床2輸入緩沖區(qū)有零件MP21;在機床2輸出緩沖區(qū)有空閑MP22(26);在機床2輸入緩沖區(qū)有空閑MP23;在機床2輸出緩沖區(qū)有零件MP24;小車有服務請求消息MP31;小車有裝載零件消息MP32;小車有卸載零件消息MP33;系統(tǒng)零件入口A;系統(tǒng)零件出口B;小車裝走工件后的事件轉(zhuǎn)移G1;小車卸出工件后的事件轉(zhuǎn)移G2;小車服務申請G3。權(quán)利要求1、柔性制造系統(tǒng)中面向?qū)ο驪etri網(wǎng)建模方法，其特征在于建立模型步驟為第一步，在FMS中結(jié)構(gòu)模型的建立FMS布局中包括兩臺加工機床HASS數(shù)控車床和XH-714數(shù)控銑床，每臺機床前分別有一個六工位的緩沖區(qū)；緩沖區(qū)側(cè)面有一個用于裝料和卸料的裝卸站；緩沖區(qū)放置一臺具有兩個工位的AGV小車，用于在柔性生產(chǎn)線上傳輸和放置零件；兩臺機械手分別安放在HASS數(shù)控車床和XH-714數(shù)控銑床前；第二步，單個物理對象OPN模型的構(gòu)造在實時調(diào)度仿真過程中，AGV小車、HASS數(shù)控車床及XH-714數(shù)控銑床都獨立工作，它們通過機械手的動作來實現(xiàn)聯(lián)動，為了建立完整的OPN模型，以物理對象機床及AGV小車各自建立它們各自的OPN模型；第三步，在FMS中的OPN模型的建立在沒有任務時，系統(tǒng)中的各種組織單元也就沒有必要發(fā)生相互間的聯(lián)系，這時系統(tǒng)完全分解為呈無序狀態(tài)的單個基本制造單元，一旦任務出現(xiàn)，就會刺激各個基本單元，使得制造單元自身具有的可連通性發(fā)揮作用，單元間相互發(fā)出“連通”的要求，是由Gate1、Gate2、Gate3實現(xiàn)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性制造系統(tǒng)中面向?qū)ο驪etri網(wǎng)建模方法，其特征在于所述的其系統(tǒng)流程及算法為(1)、Gatel():〃小車裝走工件后的事件轉(zhuǎn)移Gl表示另一種變遷，指零件從小車放到機床輸入緩沖區(qū)IF(MP32激活)SWITCH(MP32地點(即裝走工件地點))Ml(FANUC機床)輸出緩沖區(qū)IF(M1輸出緩沖有零件)移去Ml輸出緩沖區(qū)第一個零件〃MP12m_sentMsgl=TRUEMl實際完成零件數(shù)加1并更新數(shù)據(jù)庫M2(FANUC銑床)輸出緩沖區(qū)移去M2輸出緩沖區(qū)第一個零件〃MP22m_sentMsg2=TRUEM2實際完成零件數(shù)加1并更新數(shù)據(jù)庫(系統(tǒng)零件出口處)NULLMP32死由機床輸出緩沖站情況修改MP12、MP22狀態(tài)(2)、Gate2():〃小車卸出工件后的事件轉(zhuǎn)移及零件壓入MP11、MP21G2小車卸出工件，即從小車將工件放置到輸出緩沖區(qū)IF(MP33激活)IF(MP33地點(即卸出工件地點)為Ml輸入緩沖且M1輸入緩沖有空位)零件加入M1輸入緩沖〃MP11MP33死IF(MP33地點為M2輸入緩沖且M2輸入緩沖有空位)零件加入M2輸入緩沖〃MP21MP33死IF(MP33地點為系統(tǒng)零件出口)完成零件數(shù)加1MP33死IF(Ml輸入緩沖不空)IF(MP11死)Ml輸入緩沖區(qū)第一個零件壓入MP11IF(M2輸入緩沖不空)IF(MP21死)M2輸入緩沖區(qū)第一個零件壓入MP21(3)、Gate3():〃小車服務申請IF(M1/M2輸入緩沖有空)MP13/MP23激活否則MP13/MP23死IF(M1/M2輸出緩沖有零件)零件壓入MP14/MP24并激活否則MP14/MP24死IF(MP14/MP24激活且m—sentMsgl/2為TRUE)將MP14/MP24中零件加入小車消息隊列置m—sentMsgl/2為FALSEIF(小車消息隊列不空且MP31死)取出一個消息壓入MP31FMS的OPN模型中各物理對象的功能函數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>全文摘要本發(fā)明公開了柔性制造系統(tǒng)中面向?qū)ο驪etri網(wǎng)建模方法，建立模型步驟為第一步，在FMS中結(jié)構(gòu)模型的建立，第二步，單個物理對象OPN模型的構(gòu)造，第三步，在FMS中的OPN模型的建立，在沒有任務時，系統(tǒng)中的各種組織單元也就沒有必要發(fā)生相互間的聯(lián)系，一旦任務出現(xiàn)，就會刺激各個基本單元，使得制造單元自身具有的可連通性發(fā)揮作用，單元間相互發(fā)出“連通”的要求，是由Gate1、Gate2、Gate3實現(xiàn)，本發(fā)明與普通的Petri網(wǎng)相比，F(xiàn)MS中的OOPN模型能夠擴展并容易重構(gòu)，基于OOPN模型開發(fā)的FMS控制軟件能夠直接對應得到并可避免在系統(tǒng)中出現(xiàn)死鎖和沖突問題。文檔編號G05B19/418GK101625569SQ20091018321公開日2010年1月13日申請日期2009年7月29日優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日發(fā)明者劉全勝,孫曉艷申請人:無錫職業(yè)技術(shù)學院