一种基于Petri网的虚拟企业建模与调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于企业生产经营管理技术领域，涉及虚拟企业项目建模和调度方法，特 别是涉及一种基于Petri网的虚拟企业建模与调度方法。
【背景技术】
[0002] 虚拟企业是21世纪企业进行生产经营和市场竞争的主要运作模式，其主要目的 是为了迎合快速变化的市场机遇。如何从服务质量（如生产成本、生产时间和产品质量等） 各异的候选企业中选择最适当的合作企业进行产品生产，是虚拟企业成功的关键。
[0003] 目前，有许多关于虚拟企业项目建模和调度方面的研究。《用混合遗传算法求解虚 拟企业生产计划》和《基于时间与费用双优化的虚拟企业调度算法》分别针对虚拟企业生产 计划的特点，以各成员企业承担的生产任务为对象，建立了生产任务计划的数学模型，且都 采用遗传算法来优化虚拟企业生产计划调度，充分发挥了遗传算法良好的全局搜索能力， 从而提高了算法的全局寻优能力。《基于多Agent的虚拟企业任务调度模型及优化》采用多 智能体技术构建虚拟企业任务调度模型。针对调度优化问题，以资源智能体承担的生产任 务为研究对象，综合考虑生产任务之间的时序逻辑关系、作业时间及资源自身已确定的生 产任务等影响因素，建立以生产延续时间最小为目标的优化模型，给出了粒子群优化求解 算法。针对企业的生产实际中，完工时间和交货期是一个模糊数的这类情况下的虚拟企业 伙伴选择问题，《模糊完工时间和模糊交货期下的虚拟企业伙伴选择》运用模糊集的理论， 以极大化最小客户满意度为优化指标，建立了考虑模糊完工时间和模糊交货期情况的虚拟 企业伙伴选择模型。《基于任务一资源分配图的虚拟企业伙伴优选算法》建立了统一描述虚 拟企业过程和资源的项目配置图，并以任务一资源分配图作为调度模型，采用基于相对费 效比的启发式算法迭代求解。启发式算法避免了当虚拟企业规模较大时采用遗传算法、蚁 群算法和粒子群算法等算法时间开销大的问题。
[0004] Petri网是一种图形化的系统建模工具，非常适合于描述离散、异步和并发等 过程。《A scheduling algorithm based on Petri Nets and simulated annealing》 和〈〈scheduling of complex manufacturing systems with Petri nets and genetic algorithms:a case on plastic injection moulds》详细介绍了Petri 网应用于求解制造 系统的调度问题。利用PN(Petri Nets)来建立柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System)系统模型，再利用优化算法根据模型信息搜索最优解，是近期发展起来的用于求解 FMS调度问题的极具前途的解决方案。但迄今为止，借助Petri网实现虚拟企业建模和调度 的研究较少，特别是通过一个Petri网模型可同时实现虚拟企业项目调度的成本优化和时 间优化目标。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基 于Petri网的虚拟企业建模与调度方法，采用对普通Petri网进行扩展，定义T时延广义自 控网系统，基于此对虚拟企业建模，并实现对虚拟企业任务的调度。
[0006] 本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于Petri网的虚拟企业建 模与调度方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1，对普通Petri网进行扩展，定义T时延广义自控网系统；
[0008] 步骤2,根据用户需求，创建待描述的虚拟企业的T时延广义自控网系统模型；
[0009] 步骤3,对已建立的T时延广义自控网系统模型进行虚拟企业任务调度。
[0010] 进一步，所述步骤1中具体包括：
[0011] 步骤1. 1，从普通Petri网本质出发，对P/T系统和自控网系统的定义进行扩展，定 义广义自控网系统；P/T系统是指库所/变迀系统，简称P/T系统。
[0012] 步骤1. 2,在广义自控网系统定义的基础上引入时延，定义T时延广义自控网系 统。
[0013] 进一步，所述的步骤2中具体包括：
[0014] 步骤2. 1，为虚拟企业的项目中的每个任务建模；
[0015] 步骤2. 2,依据虚拟企业项目中任务之间的时序关系，建立虚拟企业项目模型。
[0016] 虚拟企业的每个项目均包含若干个任务，各个任务之间又存在一定的时序关系， 因此，先对项目中的每个任务建模，然后依据任务间的时序关系来构造项目模型。
[0017] 进一步，所述步骤2中采用图形建模方式，根据T时延广义自控网系统模型的网规 则建立待描述的虚拟企业的T时延广义自控网系统模型。
[0018] 进一步，所述步骤3中造了统一的A*调度算法，针对总费用最小或项目完成时间 最短的调度目标，求解虚拟企业项目任务调度的最优解。
[0019] 本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于Petri网的虚拟企业建模与调度方 法，通过对普通Petri网定义的扩展，提出了 T时延广义自控网系统，用于对虚拟企业进行 建模。构造了 A*调度算法实现虚拟企业项目调度。本发明所建立的虚拟企业项目模型统 一集成了时间流和费用流，从而可以通过一个Petri网模型同时实现虚拟企业项目调度的 成本优化和时间优化目标，且调度算法建立在A*调度算法的基础上，基于Petri网的启发 信息来进行搜索，从而减小了搜索空间，提高了调度效率。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0021] 图1是本发明定义的T时延广义自控网系统模型；
[0022] 图2是本发明建立的虚拟企业项目任务模型示意图；
[0023] 图3是本发明【具体实施方式】建立的T时延广义自控网系统模型示意图。
【具体实施方式】
[0024] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，下面结合 附图及实施例，对依据本发明提出的基于T时延广义自控网系统的虚拟企业建模与调度方 法的【具体实施方式】，做详细说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结 构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0025] 如图1-3所示，本发明的一种基于Petri网的虚拟企业建模与调度方法，包括包括 以下步骤：
[0026] 步骤1，对普通Petri网进行扩展，定义T时延广义自控网系统；
[0027] 步骤2,根据用户需求，创建待描述的虚拟企业的T时延广义自控网系统模型；
[0028] 步骤3,对已建立的T时延广义自控网系统模型进行虚拟企业任务调度。
[0029] 进一步，所述步骤1中具体包括：
[0030] 步骤1. 1，从普通Petri网本质出发，对P/T系统和自控网系统的定义进行扩展，定 义广义自控网系统；P/T系统是指库所/变迀系统，简称P/T系统。
[0031] 步骤1. 2,在广义自控网系统定义的基础上引入时延，定义T时延广义自控网系 统。
[0032] 进一步，所述的步骤2中具体包括：
[0033] 步骤2. 1，为虚拟企业的项目中的每个任务建模；
[0034] 步骤2. 2,依据虚拟企业项目中任务之间的时序关系，建立虚拟企业项目模型。
[0035] 进一步，所述步骤2中采用图形建模方式，根据T时延广义自控网系统模型的网规 则建立待描述的虚拟企业的T时延广义自控网系统模型。
[0036] 进一步，所述步骤3中造了统一的A*调度算法，针对总费用最小或项目完成时间 最短的调度目标，求解虚拟企业项目任务调度的最优解。A*算法是人工智能中的一种用于 高效求解最短路径的启发式算法。本发明中构造的A*调度算法集成Petri网模型和启发 式搜索技术，符合A*算法的性质。
[0037] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，下面结合 附图及实施例，对依据本发明提出的基于T时延广义自控网系统的虚拟企业建模与调度方 法的【具体实施方式】做详细说明。
[0038] 步骤1定义T时延广义自控网系统。
[0039] 本发明中，在普通P/T系统的基础上进行扩展，首先对广义自控网系统进行形式 化语法定义。用Σ表示广义自控网系统如下：
[0040] Σ = (S, T ；F, K, ff, M0)
[0041] 其中：
[0042] I) S是库所集；
[0043] 2) T是变迀集；
[0044] 3)F 是弧的有限集，TU ΓΧ&
[0045] 4)N = (S，T ;F)构成有向网，称为Σ的基网；
[0046] 5) K = {&，KH}称为N上的容量函数；
[0047] Kj S - R(库所集映射到实数集）；KH: S - R。&和K H分别称为下界容量函数和上 界容量函数。^^_￡_尽，1^(8)〈1(()(8)，3指库所集中的某个元素，即3￡5。3的容量可表示为
[Kjs)，Kh(S)]。当KJs)、Kh(S)为无穷时，容量的闭区间变成开区间。
[0048] 6) W:F -R U Exp(S)称为N上的权函数；其中Exp(S)是S元素的函数表达式集。
[0049] 7)M: S - R称为N的标识，M。称为Σ的初始标识。
[0050] 若在广义自控网系统中，对所有的Se S，令KJs) =0，KH(s)=①，且W:F -NU S， 则广义自控网系统就成为自控网系统。因此广义自控网系统状态方程可写成自控网系统的 状态方程形式：
[0051] M，=M0+ -C.U
[0052] 其中：矩阵运算符表替换加，C为Σ的关联矩阵，U为Σ的并发步序列U1U 2-" Uk的矩阵表示，M'为U发生后的后继。
[0053] 本发明中，定义T时延广义自控网系统作为虚拟企业模型，T时延广义自控网系统 用二元组（Σ，D T)表示，其中
[0054] 1) Σ= (S，T ;F，K，W，M。）是一个广义自控网系统；
[0055] 2)DT:T - Q0,其中QO为非负有理数集，表示与变迀相联系的时限。
[0056] 在模型中，变迀t旁边标注的d为时延时间。图1表示了一个T时延广义自控网 系统模型，在该网系统下，当变迀t有发生权时，库所 81和s 2中的托肯被预定，经过时间d 后，t发生，sJP s 2中各移走托肯数为m挪2m i，库所S3中增加m Jm2个托肯。
[0057] 步骤2创建虚拟企业的T时延广义自控网系统模型。
[0058] -个企业确定生产项目后，由于依靠自身的资源能力不能独立完成整个项目，将 此项目分解为若干个具有时序关系的任务，以招标的方式选择合适的合作企业组成虚拟企 业，共同完成此项目。对于每一个任务，有多个候选企业，在给定的时间内，只可选择一个候 选企业负责完成任务。每一个任务可有多个紧前任务，但最多只有