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基于NCES模型的制造单元控制系统建模与死锁分析

作　者: 江荣喜
导　师: 黄波
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 制造单元控制系统拓展对象Petri网 NCES模型建模死锁探测算法模型分解
分类号: TH16
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

制造单元控制是指在将原材料加工成零件以及将零件组装成产品过程中实现工艺和管理的控制。随着市场需求的不断变化和工业技术的发展,对制造企业快速响应市场变化能力、保持系统稳定性等要求越来越高,导致制造单元控制系统的管理日益复杂并且难以预测。因此,为制造单元控制系统建立可靠、健壮并且易于分析的模型对于检验系统设计、提高系统运行效率尤为重要。本文提出了一种基于功能块的制造单元控制系统建模与分析方法,以实现制造单元控制系统的实时动态重构为主要目标,通过一个原型建模来快速了解单元控制系统的构造及运行情况,提前发现系统在设备布局、资源调配及工序控制等方面的问题。在系统模型的构建方面,为了使控制系统能有更好的模块性、重用性、容错性以及可维护性等特性,将用于开放分布式IPMCS(Industry Process Measurement and control System,工业过程控制系统)的IEC61499功能块模型引入底层设备的建模中,提出了适应实时动态重构的通用虚拟制造设备(VMD)复合功能块概念。并以此为基础,构建了基于复合功能块的混合式控制体系结构,使得单元控制系统内的执行控制与重构控制能够并行执行。在系统的动态建模方面,结合了网络条件/事件系统(Net-Condition/Event-System, NCES)模型与拓展对象Petri网技术,提出了拓展对象NCES(Extended Object-oriented NCES,EONCES)模型的形式化定义、建模与分析方法：一给出了各VMD复合功能块的网络条件/事件模块(Net-Condition/Event-Model, NCEM)构建方法及其与扩展对象Petri网结合的建模步骤；二提出了单元控制系统EONCES模型的通用分解算法,并依据此算法对上述模型进行分解,用于系统模型的动态分析；三提出了基于VMD复合功能块EONCEM模型与系统EONCES模型的死锁探测算法,并且利用此算法对上述模型进行了死锁探测分析。最后根据本文提出的建模方法和分析理论,以一个真实完整的制造单元控制系统为研究对象,结合单元内不同零件的工艺流程对系统进行动态建模及分析。从底层设备模型的详细设计到系统内不同零件的工作流模型再到最后对模型的死锁探测分析过程,证明了上述建模理论及分析的可行性和有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-19
  1.1 选题背景及意义  10-11
  1.2 制造单元控制系统国内外研究现状  11-14
    1.2.1 制造单元及控制系统  11
    1.2.2 制造单元控制系统研究现状  11-12
    1.2.3 制造单元控制系统建模方法  12-14
  1.3 网络条件/事件系统NCES模型概述  14-17
    1.3.1 IEC61499功能块模型介绍  14-15
    1.3.2 NCES模型  15-17
  1.4 课题来源  17
  1.5 本文研究内容及论文组织  17-19
    1.5.1 主要研究内容  17
    1.5.2 主要章节安排  17-19
2 基于功能块的控制体系结构基础知识  19-23
  2.1 制造单元控制体系结构  19
  2.2 通用VMD复合功能块模型  19-21
  2.3 基于复合功能块的混合控制体系结构  21-22
  2.4 本章小结  22-23
3 EONCES模型形式化定义及建模过程  23-30
  3.1 EONCES模型形式化定义  23-25
  3.2 通用VMD复合功能块EONCEM模型建模  25-29
    3.2.1 基本功能块NCEM建模  25-27
    3.2.2 复合功能块NCEM模型  27-28
    3.2.3 结合扩展对象技术构建复合功能块EONCEM模型  28-29
  3.3 本章小结  29-30
4 制造单元控制系统的建模  30-44
  4.1 基于复合功能块的制造单元控制系统仿真模型  30-31
  4.2 各通用VMD复合功能块EONCEM模型  31-37
  4.3 制造单元控制系统EONCES模型  37-43
    4.3.1 基于通用VMD复合功能块的制造单元控制系统EONCES模型  37
    4.3.2 制造单元控制系统EONCES模型执行控制部分动态建模  37-41
    4.3.3 制造单元控制系统EONCES模型重构控制部分动态建模  41-43
  4.4 本章小结  43-44
5 制造单元控制系统EONCES模型死锁分析  44-59
  5.1 死锁分析概述  44-45
  5.2 通用VMD复合功能块EONCEM模型死锁探测  45-50
    5.2.1 通用VMD复合功能块EONCEM模型通信网构建  45-46
    5.2.2 通用VMD复合功能块EONCEM模型死锁探测  46-50
  5.3 制造单元控制系统EONCES模型死锁分析  50-57
    5.3.1 制造单元控制系统EONCES模型分解  50-53
    5.3.2 制造单元控制系统EONCES模型死锁探测  53-57
  5.4 冲突分析  57-58
  5.5 本章小结  58-59
6 总结与展望  59-61
  6.1 全文总结  59
  6.2 研究展望  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
附录符号与标记  66

基于NCES模型的制造单元控制系统建模与死锁分析

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