一种含有相关资源约束的fms无死锁调度控制新方法
【专利摘要】本发明公开了一种含有相关资源约束的FMS无死锁调度控制方法。本发明通过建立产品流水线Petri系统，在两种相关资源约束的条件下，通过设置产品流水线Petri系统的初始资源配置，达到系统无死锁调度的目标。本发明将工业应用的一类柔性生产系统的无死锁调度问题，从一般的添加控制库所和进行结构控制的方法，转换到通过配置系统资源来进行无死锁控制，通过产品流水线Petri系统的结构特征，考虑无死锁调度的最大标识边界设置算法，通过算法就可以得到这类系统无死锁调度的最大标识Mmaxset，保证该类系统无死锁调度的目标。本发明提出的无死锁调度控制方法可以降低该类FMS无死锁调度问题的分析和控制难度，拓展已有柔性生产系统无死锁调度相关结论的应用范围。
【专利说明】
一种含有相关资源约束的FMS无死锁调度控制新方法
技术领域
[0001] 本发明属于柔性生产制造领域，涉及含相关资源约束条件下的FMS死锁和潜在死 锁的定位和无死锁最大系统标识边界设置方法。
【背景技术】
[0002] 在过去的几十年里，FMS的无死锁调度问题一直是资源分配系统和自动化生产系 统研究的热点问题。FMS的无死锁调度设计方法主要分为死锁检测与恢复、死锁避免和死锁 预防三种类别，其中前两种一般为在线算法，而死锁预防一般为离线算法。但是十分可惜的 是，在已有的研究结论中，即使是简单的FMS系统，要想实现无死锁调度，其结构设计和分析 的难度都是非常巨大的，最高效的算法也是多项式的，而大部分的算法都是指数阶，可以归 结为NP问题。
[0003] 随着资源的种类不断增多，资源之间的约束关系势必会增大无死锁调度问题的分 析难度。在已有的研究结论中，大部分的研究成果都是针对FMS中的约束资源是相互独立 的，而如何针对相关的资源约束情况下的无死锁调度还鲜有结论。除此之外，在一些特殊的 FMS中，各类资源的处理能力是有限的，如机场的飞机跑道、水运停泊的码头等等，如果将已 有的研究结论应用在这些特殊的FMS系统中，会增加问题分析的难度，例如在基于Petri网 的无死锁调度方法中，如果资源处理能力为1，根据已有的方法势必会增加很多抑制弧，从 而加大了系统分析的难度。因此，有必要针对这类特殊的FMS-一存在相关资源约束，且相 关资源的处理能力为1的系统进行无死锁调度方法的分析和设计，并在一定程度上保证所 提出的无死锁调度设计方法是高效的。
【发明内容】
[0004] 基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种相关资源约束下的FMS无死锁 调度控制新方法。
[0005] 本发明提出的一种相关资源约束下的FMS无死锁调度控制方法，主要包括以下步 骤：
[0006] Sl、提取FMS或者生产流水线系统的约束资源，分析资源之间的相关关系，建立FMS 或者生产流水线系统的资源分配Petri网系统；
[0007] S2、确定相关资源的调度规则，相关资源的调度策略主要有以下三种：
[0008] (1)第一种调度策略在对预占用申请的调度时，资源R在使用其最后一个M类资源 时，提出下一个R类资源及其包含的所有相关的M类资源，这种调度策略记为Ll-policy。
[0009] (2)第二种调度策略对第一种调度策略进行的改进，资源R在使用其最后一个M类 资源时，提出下一个R类资源及其包含的所有相关的首个M类资源，这种调度策略记为L2-policy〇
[0010] (3)第三种调度策略是第二种调度策略的一种特例，当每个R类资源都只包含唯一 的一个M类资源，这种调度策略记为L3-policy。
[0011] S3、分析FMS或者生产流水线系统对应的资源分配Petri网系统的结构特征，着重 分析资源变迀回路，定位有可能会产生死锁，或引发潜在死锁的部位，其中死锁和潜在死锁 的定义如下：
[0012] S4、基于资源变迀回路，设计系统无死锁调度的最大标识边界设计算法，通过找出 系统最大的标识设计边界Mmaxset,只要设置FMS对应的资源分配Petri网系统的初始标识满 足条件MoS R(Mmaxset)，则可以保证通过S2定位出来的死锁或潜在死锁一定不会发生。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的流程模型图。
[0014]图2是本发明的一种实施的流程图。
[0015]图3是本发明的资源分配Petri网模型。
[0016] 图4是本发明的三种调度策略下的无死锁调度系统最大标识边界计算算法步骤。
【具体实施方式】
[0017] 本发明提出两种相关资源约束下的FMS的资源分配Petri网模型，并在此基础上利 用资源变迀回路，分析对应网系统的结构特征，定位出FMS的死锁与潜在死锁部位，并考虑 资源约束关系，设计系统无死锁调度的系统最大标识设置边界，来保证此类FMS系统调度的 无死锁性。
[0018] 以下结合附图对本发明作进一步的说明。
[0019] 图1所示，在流程模型中，根据流水线生产系统特征，找出所有的资源约束，并具体 分析存在相关性的约束资源。
[0020] 图2是本发明的一种实施的流程，包括相关资源的调度策略、死锁或潜在死锁部位 的定位和系统无死锁调度最大标识边界集设置方法，如图2所示。
[0021] 图3描述了两类相关资源约束的FMS资源分配Petri网模型的建模方法，模型建立 的过程如下所示：
[0022] 设置一个初始库所Ski放置一个调度对象〇k，当使用资源结束后，对象〇处于 虚拟的流程·+?，令所有的集合为SS。记So = {ski} (k = 1，2，…，η)，图3为了描述的简洁 省略了下标k。针对任意一个被调度对象〇 i对资源R和M使用顺次表[S11, si:2,·_·，.《知」， 触，：…f ft 名库所，库所Sij (i = l，2,…，t，j = l，2,…，max {pi，ρ2，…，pt})满足条件 V% : % € Μ，Μ = {爪1，爪2，"_為}为1的同名库所。变迀『=.{'}(:丨={1,2, - ',|})、.并设置1()(81{1)=]/[()(；1^) =M0(mj) = l(k=l，2,…，n，i = l，2,…，p，j = l，2,…，q)。令K为库所的容量函数，则Petri网 系统记为 2=(S0URUMUSS，T;F，K，M0)。
[0023] 图4是系统无死锁调度的最大标识边界设计算法的步骤图，主要步骤如下所示： [0024] 令ComR为多个RT-回路共用的R资源集合，ComM为多个RT-回路共用的M资源集合， NumSo =[ Numi，NunK，…，Numn ]为各类对象的数目向量，其中Nunn表示可并行处理的第i调度 对象数目，另外记T0TAL-NUM为所有调度对象的数目。
[0025]输入:每类调度对象资源分配模型集合PN= (N1，N2，…，阶};
[0026] 输出：Num 和 TOTAL-NUM;
[0027] 步骤：
[0028] Stepl: CVwijR = 0，= 0;//ComR和ComM为全局共有的R资源集合和M资源 集合。
[0029] for i = lto 1
[0030] Θ为Ni模型的MPRT-回路，SUbI = P1J2,…，0k}为Θ的k个子集，其中0i(ie {1， 2，…，k})为仅包含一个进路资源的RT-回路。
[〇mii 二（Λ. n/:::: i/i.//「R未ππ/ι^ν;爐刑*都:tt右的徘隗隹合未铅集会·。
[c
[c
[c
[c
[c
[c
[c
【主权项】
1. 含有相关资源约束的FMS无死锁调度控制新方法，包括资源分配Petri网模型死锁和 潜在死锁的定位方法，以及无死锁调度的最大标识边界设置方法，其特征在于:通过FMS产 品流水线系统的结构特征和结构类型对模型中的完备资源变迀回路进行定位，并在此基础 上进行FMS资源分配Petri网模型的系统标识配置，用以有效地指导FMS资源和产品的数量 配置。2. 根据权利要求1所述的资源分配Petri网模型死锁和潜在死锁的定位方法，其特征在 于:所述的死锁和潜在死锁定位方法在两类相关资源约束，且每类资源同一时刻的处理能 力为1的条件下，利用资源变迀回路的理论进行结构定位，用以有效地指导这类FMS系统无 死锁调度脆弱部位的定位。3. 根据权利要求1所述的无死锁调度的最大标识边界设置方法，其特征在于:所述的方 法利用资源变迀回路，通过系统标识的设置来规避该类FMS调度系统的脆弱部位，完成整个 系统的无死锁调度，达到无死锁控制的有效性是可以证明的。4. 根据权利要求3所述的无死锁控制的有效性证明方法，其特征在于:所述的方法通过 该类FMS的Petri网系统的结构特征，将资源的相关性和处理能力考虑在内，利用资源变迀 回路来证明这种无死锁调度控制方法是理论正确的，从而保证了该方法应用的有效性。
【文档编号】G06Q10/06GK105844389SQ201610157483
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】方欢, 张源, 方贤文, 王丽丽
【申请人】安徽理工大学