一種自動(dòng)制造系統(tǒng)的分布式控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動(dòng)制造系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自動(dòng)制造系統(tǒng)的分布式控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過(guò)去的數(shù)十年里，隨著信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的 制造系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)制造系統(tǒng)，其目標(biāo)是極大地降低制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量并且確 保生產(chǎn)安全，并可以對(duì)市場(chǎng)變化和定制要求做出快速響應(yīng)。自動(dòng)制造系統(tǒng)中的無(wú)死鎖性可 以類比于連續(xù)系統(tǒng)中的穩(wěn)定性，一個(gè)制造系統(tǒng)無(wú)論性能多么優(yōu)良，一旦出現(xiàn)死鎖都是不可 以接受的，因?yàn)檫@意味著系統(tǒng)隨時(shí)可能出現(xiàn)生產(chǎn)停滯現(xiàn)象，從而造成嚴(yán)重的甚至災(zāi)難性的 后果。解決自動(dòng)制造系統(tǒng)中的死鎖問(wèn)題，人們主要采用三種數(shù)學(xué)工具：有向圖、自動(dòng)機(jī)和 Petri網(wǎng)。Petri網(wǎng)可以更加恰當(dāng)?shù)啬M、分析和控制自動(dòng)制造系統(tǒng)。具有柔性加工路徑的 自動(dòng)制造系統(tǒng)能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)，能自動(dòng)調(diào)整并實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi) 多種工件的成批高效生產(chǎn)，并能及時(shí)地改變產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)需求。具有裝配操作的自動(dòng)制 造系統(tǒng)可以生產(chǎn)需要平行加工進(jìn)程并進(jìn)行裝配操作的產(chǎn)品。這兩種系統(tǒng)各自擁有對(duì)方不可 替代的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)這兩種系統(tǒng)各自的研究，已經(jīng)相當(dāng)廣泛和深入，但是將二者結(jié)合起來(lái)的研 究尚淺。
[0003] 基本的分布式的預(yù)測(cè)控制方法，在只具有柔性加工路徑的自動(dòng)制造系統(tǒng)中得到了 很好的應(yīng)用，例如S4R結(jié)構(gòu)的自動(dòng)制造系統(tǒng)。具體體現(xiàn)在，首先假設(shè)當(dāng)任意進(jìn)程正在進(jìn)行特 定操作時(shí)，其他進(jìn)程都暫時(shí)處于停止?fàn)顟B(tài)直到該操作執(zhí)行完畢。針對(duì)該特定進(jìn)程，可以預(yù)測(cè) 其中任意托肯是否可以從當(dāng)前位置前進(jìn)到距離其最近的目標(biāo)位置或者具有最大資源占有 量的位置。如果該預(yù)測(cè)結(jié)果為真，則該托肯可以前進(jìn)一步；否則，就必須暫停在當(dāng)前位置。因 此，這些目標(biāo)位置或者具有最大資源占有量的位置就被記為關(guān)鍵庫(kù)所。該方法的具體實(shí)施 過(guò)程可以參考論文〈〈Distributed Supervisor Synthesis for Automated Manufacturing Systems Using Petri Nets》。但是針對(duì)具有裝配操作的系統(tǒng)，該方法存在局限性。因此， 該方法理論上很好，但是在廣泛推廣的過(guò)程中存在缺陷。
[0004] 尤其針對(duì)同時(shí)具有柔性加工路徑和裝配操作的自動(dòng)制造系統(tǒng)，基本的分布式的預(yù) 測(cè)控制方法已經(jīng)不具有適用性。具體體現(xiàn)在：1.裝配操作需要各個(gè)平行進(jìn)程同步進(jìn)行，在 各個(gè)平行進(jìn)程的最后一個(gè)加工階段完成裝配操作。因此，如果單純?cè)谝粋€(gè)平行進(jìn)程中定義 關(guān)鍵庫(kù)所，即使托肯可以到達(dá)這些關(guān)鍵庫(kù)所，并不能保證系統(tǒng)可以完成裝配操作，裝配操作 的完成是需要各個(gè)平行進(jìn)程協(xié)同完成的。2.由于裝配操作被嵌入到柔性加工路徑中，系統(tǒng) 的復(fù)雜性大大增強(qiáng)。按照基本的分布式的預(yù)測(cè)控制方法，托肯每前進(jìn)一步之前，必須要檢驗(yàn) 現(xiàn)有的資源是否可以支持其到達(dá)距離它最近的關(guān)鍵庫(kù)所。但是在這種復(fù)雜的系統(tǒng)中，如果 以托肯到達(dá)其最近的關(guān)鍵庫(kù)所為標(biāo)準(zhǔn)的話，也可以保證系統(tǒng)的無(wú)死鎖性，但是會(huì)大大降低 系統(tǒng)的許可性，從而影響系統(tǒng)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種自動(dòng)制造系統(tǒng)的分布式控 制方法，該方法適用于同時(shí)具有柔性加工路徑和裝配操作的自動(dòng)制造系統(tǒng)，并且能夠增強(qiáng) 對(duì)復(fù)雜制造系統(tǒng)的控制能力，同時(shí)采用該方法能夠獲得更高的許可性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0007] -種自動(dòng)制造系統(tǒng)的分布式控制方法，包括以下步驟：
[0008] 1)初始化，使
其中，1^是使能的變迀的集合，Tdf是使自動(dòng)制造 系統(tǒng)無(wú)死鎖運(yùn)行的變迀的集合；
[0009] 2)采集自動(dòng)制造系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)M ;
[0010] 3)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)M，檢驗(yàn)自動(dòng)制造系統(tǒng)中每一個(gè)變迀是否使能，若心是使能的，則 Tai= T m+ltj，其中ti是自動(dòng)制造系統(tǒng)中任意一個(gè)變迀；
[0011] 4)判斷Tot中的任意一個(gè)元素 t是否位于表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊中；
[0012] 5)當(dāng)Tot中的任意一個(gè)元素 t位于表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊中時(shí)，模擬發(fā)射元 素 t ;
[0013] 6)當(dāng)t e Tot，并且t不位于表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊中時(shí)，模擬發(fā)射元素 t，若 當(dāng)前的資源能夠支持發(fā)射元素 t對(duì)應(yīng)的移動(dòng)的托肯到達(dá)中的一個(gè)關(guān)鍵庫(kù)所，那么Tdf =Tdf+{t}，否則，『$心/，進(jìn)行步驟4);其中，是系統(tǒng)中標(biāo)志圖模塊被一個(gè)庫(kù)所以及它 的前置集和后置集整體代替以后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵庫(kù)所的集合；
[0014] 7)當(dāng)Ten中所有的變迀都檢測(cè)完畢后，得到使得系統(tǒng)無(wú)死鎖運(yùn)行的變迀的集合T df， 輸出任意t e Tdf，自動(dòng)制造系統(tǒng)發(fā)射t，進(jìn)入到下一個(gè)狀態(tài)，然后再返回步驟1)。
[0015] 所述步驟5)具體包括以下步驟：
[0016] 5. 1)若當(dāng)前的資源能夠支持發(fā)射t對(duì)應(yīng)的移動(dòng)的托肯到達(dá)關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體中的 一個(gè)子關(guān)鍵庫(kù)所，并且在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有平行進(jìn)程中，存在托肯能 夠到達(dá)該關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體中對(duì)應(yīng)的子關(guān)鍵庫(kù)所時(shí)，Tdf= Tdf+{t};
[0017] 5. 2)若當(dāng)前的資源能夠支持發(fā)射t對(duì)應(yīng)的移動(dòng)的托肯到達(dá)關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體中的 一個(gè)子關(guān)鍵庫(kù)所，并且在表示裝配操作的標(biāo)志圖模塊的其他所有平行進(jìn)程中，不存在托肯 能夠到達(dá)該關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體中的子關(guān)鍵庫(kù)所時(shí)，則t g ，進(jìn)行步驟4);
[0018] 5. 3)若當(dāng)前的資源不能支持發(fā)射t對(duì)應(yīng)的移動(dòng)的托肯到達(dá)關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體中的 一個(gè)子關(guān)鍵庫(kù)所，則ε e ：Γ#，進(jìn)行步驟4)。
[0019] 所述標(biāo)志圖模塊的關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體的集合CM(；與系統(tǒng)中標(biāo)志圖模塊被一個(gè)庫(kù)所代 替以后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵庫(kù)所的集合的并集為整個(gè)自動(dòng)制造系統(tǒng)的關(guān)鍵庫(kù)所的集合 Co
[0020] 所述標(biāo)志圖模塊的關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體為若干個(gè)子關(guān)鍵庫(kù)所所組成的序偶；子關(guān)鍵庫(kù) 所分別分布在各個(gè)平行進(jìn)程中，并且子關(guān)鍵庫(kù)具有相同的類型；關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體中子關(guān)鍵 庫(kù)所的個(gè)數(shù)等于該標(biāo)志圖模塊的平行進(jìn)程的條數(shù)。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：本發(fā)明通過(guò)先采集原系統(tǒng)的狀態(tài)M，根 據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)，通過(guò)運(yùn)行該方法，得到確保系統(tǒng)無(wú)死鎖性的可發(fā)射的變迀的集合Tdf，最后為 了確保系統(tǒng)的許可性，隨機(jī)輸出指令，即隨機(jī)輸出Tdf中一個(gè)變迀t，進(jìn)而系統(tǒng)收到指令，發(fā) 射元素 t，進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，重新采集當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行新一輪的預(yù)測(cè)。本發(fā)明的步驟1)~步驟 7)構(gòu)成了本發(fā)明中提出的自動(dòng)制造系統(tǒng)的活性監(jiān)督控制器，活性即系統(tǒng)無(wú)死鎖性。本發(fā)明 旨在通過(guò)分布式的控制方法生成自動(dòng)制造系統(tǒng)的活性監(jiān)督控制器，從而保證系統(tǒng)的無(wú)死鎖 性，并盡可能的獲得較大的許可性。這種控制方法采用邊預(yù)測(cè)邊控制的方式，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在 線的控制。
[0022] 本發(fā)明的控制方法的關(guān)鍵點(diǎn)如下：
[0023] 首先，庫(kù)所被區(qū)分為關(guān)鍵庫(kù)所和非關(guān)鍵庫(kù)所（即系統(tǒng)中除了關(guān)鍵庫(kù)所以外的其他 所有庫(kù)所）。前者代表?yè)碛凶钚』蛘咦畲筚Y源占有量的位置；后者代表其他位置。從資源 獲取的角度看，在擁有最小資源占有量的位置之后，必然有著足夠充分的資源；在擁有最大 資源占有量的位置之后，必然不再需要更多的資源。關(guān)鍵庫(kù)所的存在性是毋庸質(zhì)疑的，因?yàn)?在初始和目標(biāo)位置，沒(méi)有資源被占有，它們本身就是關(guān)鍵庫(kù)所。關(guān)鍵庫(kù)所在進(jìn)程中的作用猶 如"安全島"。針對(duì)AESM(具有柔性加工路徑和裝配操作的自動(dòng)制造系統(tǒng)），該發(fā)明擴(kuò)展了 關(guān)鍵庫(kù)所原有的概念。關(guān)鍵庫(kù)所的本質(zhì)含義在于，它是一個(gè)進(jìn)程中使用資源最多或者最少 的庫(kù)所。因此，這些目標(biāo)位置或者具有最大資源占有量或最少資源占有量的位置就被記為 關(guān)鍵庫(kù)所。但是在AESM中，標(biāo)志圖模塊表示裝配操作，它的開(kāi)始與結(jié)束，標(biāo)志著它的所有平 行進(jìn)程必須同時(shí)開(kāi)始與結(jié)束。因此在標(biāo)志圖模塊中，關(guān)鍵庫(kù)所不再是單純的某一個(gè)庫(kù)所，而 是一個(gè)關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體，統(tǒng)一體中每一個(gè)元素被稱為一個(gè)子關(guān)鍵庫(kù)所。關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體實(shí) 際上是子關(guān)鍵庫(kù)所的序偶。所有的子關(guān)鍵庫(kù)所分別分布在各個(gè)平行進(jìn)程中，代表了該平行 進(jìn)程中使用資源最多或者最少的庫(kù)所。一個(gè)關(guān)鍵庫(kù)所統(tǒng)一體中，子關(guān)鍵庫(kù)所的數(shù)量等于該 標(biāo)志圖模塊中平行進(jìn)程的數(shù)量，并且子關(guān)鍵庫(kù)必須具有相同的類型，即要么全部為使用資 源最多的庫(kù)所，要么全部為使用資源最少的庫(kù)所。系統(tǒng)中不含標(biāo)志圖模塊的其他部分，關(guān)鍵 庫(kù)所仍然為使用資源最多或最少的庫(kù)所，因?yàn)槿绻麡?biāo)志圖模塊被