一种自动制造系统的分布式控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于自动制造系统技术领域，涉及一种自动制造系统的分布式控制方法。
【背景技术】
[0002] 在过去的数十年里，随着信息技术、自动化技术和计算技术的广泛应用，传统的 制造系统逐渐转变为自动制造系统，其目标是极大地降低制造成本、提高产品质量并且确 保生产安全，并可以对市场变化和定制要求做出快速响应。自动制造系统中的无死锁性可 以类比于连续系统中的稳定性，一个制造系统无论性能多么优良，一旦出现死锁都是不可 以接受的，因为这意味着系统随时可能出现生产停滞现象，从而造成严重的甚至灾难性的 后果。解决自动制造系统中的死锁问题，人们主要采用三种数学工具：有向图、自动机和 Petri网。Petri网可以更加恰当地模拟、分析和控制自动制造系统。具有柔性加工路径的 自动制造系统能适应加工对象变换的自动化机械制造系统，能自动调整并实现一定范围内 多种工件的成批高效生产，并能及时地改变产品以满足市场需求。具有装配操作的自动制 造系统可以生产需要平行加工进程并进行装配操作的产品。这两种系统各自拥有对方不可 替代的优势。针对这两种系统各自的研究，已经相当广泛和深入，但是将二者结合起来的研 究尚浅。
[0003] 基本的分布式的预测控制方法，在只具有柔性加工路径的自动制造系统中得到了 很好的应用，例如S4R结构的自动制造系统。具体体现在，首先假设当任意进程正在进行特 定操作时，其他进程都暂时处于停止状态直到该操作执行完毕。针对该特定进程，可以预测 其中任意托肯是否可以从当前位置前进到距离其最近的目标位置或者具有最大资源占有 量的位置。如果该预测结果为真，则该托肯可以前进一步；否则，就必须暂停在当前位置。因 此，这些目标位置或者具有最大资源占有量的位置就被记为关键库所。该方法的具体实施 过程可以参考论文〈〈Distributed Supervisor Synthesis for Automated Manufacturing Systems Using Petri Nets》。但是针对具有装配操作的系统，该方法存在局限性。因此， 该方法理论上很好，但是在广泛推广的过程中存在缺陷。
[0004] 尤其针对同时具有柔性加工路径和装配操作的自动制造系统，基本的分布式的预 测控制方法已经不具有适用性。具体体现在：1.装配操作需要各个平行进程同步进行，在 各个平行进程的最后一个加工阶段完成装配操作。因此，如果单纯在一个平行进程中定义 关键库所，即使托肯可以到达这些关键库所，并不能保证系统可以完成装配操作，装配操作 的完成是需要各个平行进程协同完成的。2.由于装配操作被嵌入到柔性加工路径中，系统 的复杂性大大增强。按照基本的分布式的预测控制方法，托肯每前进一步之前，必须要检验 现有的资源是否可以支持其到达距离它最近的关键库所。但是在这种复杂的系统中，如果 以托肯到达其最近的关键库所为标准的话，也可以保证系统的无死锁性，但是会大大降低 系统的许可性，从而影响系统的性能。
【发明内容】
[0005] 为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种自动制造系统的分布式控 制方法，该方法适用于同时具有柔性加工路径和装配操作的自动制造系统，并且能够增强 对复杂制造系统的控制能力，同时采用该方法能够获得更高的许可性。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0007] -种自动制造系统的分布式控制方法，包括以下步骤：
[0008] 1)初始化，使
其中，1^是使能的变迀的集合，Tdf是使自动制造 系统无死锁运行的变迀的集合；
[0009] 2)采集自动制造系统当前的状态M ;
[0010] 3)根据当前状态M，检验自动制造系统中每一个变迀是否使能，若心是使能的，则 Tai= T m+ltj，其中ti是自动制造系统中任意一个变迀；
[0011] 4)判断Tot中的任意一个元素 t是否位于表示装配操作的标志图模块中；
[0012] 5)当Tot中的任意一个元素 t位于表示装配操作的标志图模块中时，模拟发射元 素 t ;
[0013] 6)当t e Tot，并且t不位于表示装配操作的标志图模块中时，模拟发射元素 t，若 当前的资源能够支持发射元素 t对应的移动的托肯到达中的一个关键库所，那么Tdf =Tdf+{t}，否则，『$心/，进行步骤4);其中，是系统中标志图模块被一个库所以及它 的前置集和后置集整体代替以后的系统结构的关键库所的集合；
[0014] 7)当Ten中所有的变迀都检测完毕后，得到使得系统无死锁运行的变迀的集合T df， 输出任意t e Tdf，自动制造系统发射t，进入到下一个状态，然后再返回步骤1)。
[0015] 所述步骤5)具体包括以下步骤：
[0016] 5. 1)若当前的资源能够支持发射t对应的移动的托肯到达关键库所统一体中的 一个子关键库所，并且在表示装配操作的标志图模块的其他所有平行进程中，存在托肯能 够到达该关键库所统一体中对应的子关键库所时，Tdf= Tdf+{t};
[0017] 5. 2)若当前的资源能够支持发射t对应的移动的托肯到达关键库所统一体中的 一个子关键库所，并且在表示装配操作的标志图模块的其他所有平行进程中，不存在托肯 能够到达该关键库所统一体中的子关键库所时，则t g ，进行步骤4);
[0018] 5. 3)若当前的资源不能支持发射t对应的移动的托肯到达关键库所统一体中的 一个子关键库所，则ε e ：Γ#，进行步骤4)。
[0019] 所述标志图模块的关键库所统一体的集合CM(；与系统中标志图模块被一个库所代 替以后的系统结构的关键库所的集合的并集为整个自动制造系统的关键库所的集合 Co
[0020] 所述标志图模块的关键库所统一体为若干个子关键库所所组成的序偶；子关键库 所分别分布在各个平行进程中，并且子关键库具有相同的类型；关键库所统一体中子关键 库所的个数等于该标志图模块的平行进程的条数。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过先采集原系统的状态M，根 据当前的状态，通过运行该方法，得到确保系统无死锁性的可发射的变迀的集合Tdf，最后为 了确保系统的许可性，随机输出指令，即随机输出Tdf中一个变迀t，进而系统收到指令，发 射元素 t，进入下一个状态，重新采集当前状态进行新一轮的预测。本发明的步骤1)~步骤 7)构成了本发明中提出的自动制造系统的活性监督控制器，活性即系统无死锁性。本发明 旨在通过分布式的控制方法生成自动制造系统的活性监督控制器，从而保证系统的无死锁 性，并尽可能的获得较大的许可性。这种控制方法采用边预测边控制的方式，实现实时的在 线的控制。
[0022] 本发明的控制方法的关键点如下：
[0023] 首先，库所被区分为关键库所和非关键库所（即系统中除了关键库所以外的其他 所有库所）。前者代表拥有最小或者最大资源占有量的位置；后者代表其他位置。从资源 获取的角度看，在拥有最小资源占有量的位置之后，必然有着足够充分的资源；在拥有最大 资源占有量的位置之后，必然不再需要更多的资源。关键库所的存在性是毋庸质疑的，因为 在初始和目标位置，没有资源被占有，它们本身就是关键库所。关键库所在进程中的作用犹 如"安全岛"。针对AESM(具有柔性加工路径和装配操作的自动制造系统），该发明扩展了 关键库所原有的概念。关键库所的本质含义在于，它是一个进程中使用资源最多或者最少 的库所。因此，这些目标位置或者具有最大资源占有量或最少资源占有量的位置就被记为 关键库所。但是在AESM中，标志图模块表示装配操作，它的开始与结束，标志着它的所有平 行进程必须同时开始与结束。因此在标志图模块中，关键库所不再是单纯的某一个库所，而 是一个关键库所统一体，统一体中每一个元素被称为一个子关键库所。关键库所统一体实 际上是子关键库所的序偶。所有的子关键库所分别分布在各个平行进程中，代表了该平行 进程中使用资源最多或者最少的库所。一个关键库所统一体中，子关键库所的数量等于该 标志图模块中平行进程的数量，并且子关键库必须具有相同的类型，即要么全部为使用资 源最多的库所，要么全部为使用资源最少的库所。系统中不含标志图模块的其他部分，关键 库所仍然为使用资源最多或最少的库所，因为如果标志图模块被