"制造系统控制集成网方法研究和软件开发"项目介绍

项目来源:863
项目负责人:范玉顺
起止时间:1996年1月-1997年12月
主要研究内容与研究方法:
        经过分析研究认为一种能够建立合理的制造系统模型的方法或工具必须能够描述制造系统的本质特性。而制造系统的本质特性除了它属于离散事件动态系统,因此具有DEDS的自然属性外,还有另外几个比较重要的特征:如随机性和不确定性;要实现对于制造系统的有效工作,不但物料流要实现集成,而且控制、监控、调度系统的信息流和控制流要实现集成;作为CIMS的一个重要部分,制造系统还需要和CIMS中的其它分系统的应用实现集成;描述制造系统建模和控制的方法和应用系统应该能够形式化的进行描述。        根据以上需求,通过对于目前现有的制造系统建模与控制方法进行了分析比较,认为Petri网是建立制造系统模型的比较理想的方法。但是目前的Petri网方法还不能解决制造系统中出现的不确定性,资源共享,信息传递和外部程序的实时交互等问题,因此需要对它进行扩展。本项目提出了一种控制集成网方法,并给出其定义和图示化的符号表示[1-2]。并将此方法应用于制造系统建模、分析、CIMOSA模型验证和集成基础结构执行中[3-6]。   本项目提出的集成控制网方法通过引入过程变迁,不确定性弧,全局库所以及赋予每个托肯一个数据结构的方法,解决实际系统运行中出现的不确定性,资源共享,信息传递和外部程序的实时交互等问题。并开发相应的软件。在全面采用面向对象的程序设计和开发方法的基础上,保证所开发的软件具有良好的可扩展性。
        为了保证所开发的软件的质量和可移植性, 本软件的开发将分三步来进行. 第一步是采用面向对象的软件设计工具RATIONAL ROSE(其优点是保证设计的一致性和严格性, 能自动生成规范的文档)设计一个不依赖于具体操作系统和运行环境的系统核心和接口对象.(为可移植性打下良好的基础).第二步是开发在第一步定义的系统核心和接口. 第三步是开发在WINDOWS环境下的用户接口和图形界面.
主要研究成果:
   
本项目的研究和开发的目的是发展一种新的扩展有色Petri网方法--控制集成网。通过引入过程变迁,不确定性弧,全局库所以及赋予每个托肯一个数据结构的方法,解决实际系统运行中出现的不确定性,资源共享,信息传递和外部程序的实时交互等问题。并开发相应的软件。在全面采用面向对象的程序设计和开发方法的基础上,保证所开发的软件具有良好的可扩展性。本项目提出的控制和集成网方法具有如下的优点:1). 支持递阶的和并行的建模过程;2). 清晰的和易扩展的网结构;3). 易集成新的应用和子网;4). 具有和外部应用程序的自然的接口;5). 能够处理应用系统中的不确定性问题;6). 易实现系统中的事件处理,消息传递和数据传输功能;7). 清晰的图示结构易为用户理解和使用。
主要科学意义和应用前景
     在理论上,它扩展和丰富了Petri网和制造系统建模理论和方法。它提出了一种集成应用软件系统的新概念和可行方法。在实际应用上本项目开发的软件是一种全新的Petri网软件。它不但是一个应用软件,也可以作为应用软件集成的基本框架。因此具有广泛的应用前景。具体的应用有:
  • 用于制造系统调度计划系统建模和仿真、车间控制器建模和控制。
  • 应用软件集成、工作流管理系统建模和控制。
  • CIMOSA模型验证和CIMOSA集成基础结构(IIS)执行系统构建。
  • CIMS应用集成平台运行管理系统中应用协调与控制。
  • 主要论著:
  • Yushun Fan, Cheng Wu, “An Extended Color Petri Net Method and Its Application in CIM System”, Proc. of 1995 IFAC Symposium on Information Control Problems in Manufacturing, pp. 404-409, Beijing, October, 1995
  • Yushun Fan, Gunter Spur, “CIMOSA Model Execution Based on Petri Nets”, Proc. of 13th IFAC Triennial World Congress, pp. 437-442, San Francisco, USA , June, 1996
  • Fan Yushun, Gunter Spur, “A Control and Integration Net Method for Manufacturing Systems”, <<控制理论与应用>>, Vol. 14, No.3, 1997, pp. 306-312。
  • Yushun Fan, W. Schonewolf, X.. Pei, “Design of a Control and Integration Net for Simulation of CIMOSA-based Business Processes in Cellular Manufacturing”, Proc. IEEE Int. Conf. on Systems, Man, and Cybernetics, Beijing, October, 1996, Vol. 2, pp.1242-1246
  • 范玉顺,吴澄,“CIMOSA功能模型的Petri网表示方法”, 《计算机集成制造系统--CIMS》, Vol. 3, No.6, 1997, pp. 9-15
  • 范玉顺,吴澄,“基于Petri网的企业CIM系统建模方法研究”, 《机械科学与技术》, Vol.16, No.5, 1997, pp. 898-903
  • 范玉顺,马权,“基于集控Petri网方法的面向对象建模和仿真工具”, 《清华大学学报》, Vol. 38, No.10, 1998, pp. 89-92
  • 杨建华,范玉顺,“基于Petri网的车间控制器平台”,《清华大学学报》, Vol. 38, No.3, 1998, pp. 112-114
  • 范玉顺,张军. “面向对象的Petri网方法及其在软件工程中的应用”. 《计算机应用》. Vol.18, No.5, 1998, pp. 15-18.
  • 范玉顺,张军. “制造系统控制软件开发的面向对象的PETRI网方法”,第五届中国计算机集成制造系统(CIMS)学术会议,1998年8月,成都。
  • 任伟,范玉顺. “基于分层Petri网的车间建模和调度问题研究”, 第五届中国计算机集成制造系统(CIMS)学术会议,1998年8月,成都。