petri物流系統(tǒng)建模與仿真

二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型1、連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)與離散事件系統(tǒng)（1）連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化，系統(tǒng)狀態(tài)變化是由時(shí)間驅(qū)動(dòng)的；建模方法：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；描述問(wèn)題：第一頁(yè)，共四十二頁(yè)。二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型（2）離散事件系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)狀態(tài)只在事件發(fā)生的時(shí)刻發(fā)生變化，狀態(tài)變化是不連續(xù)的，在相鄰兩個(gè)事件發(fā)生之間，系統(tǒng)狀態(tài)不發(fā)生變化；建模方法：Petri網(wǎng)模型；描述問(wèn)題：第二頁(yè)，共四十二頁(yè)。二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型2、Petri網(wǎng)簡(jiǎn)介

（1）Petri網(wǎng)的作用

研究離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一種工具：揭示出被模擬的系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為方面的重要信息，由此對(duì)被模擬的系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出改進(jìn)(或改變)系統(tǒng)的建議。

（2）Petri網(wǎng)的類型基本Petri網(wǎng)（條件/事件系統(tǒng)）低級(jí)Petri網(wǎng)（庫(kù)所/變遷網(wǎng)）賦時(shí)Petri網(wǎng)著色Petri網(wǎng)隨機(jī)Petri網(wǎng)離散/連續(xù)混合Petri網(wǎng)模糊Petri網(wǎng)第三頁(yè)，共四十二頁(yè)。

（3）考察一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)加工車間的Petri網(wǎng)模擬問(wèn)題

問(wèn)題描述

車間等待到有工件來(lái)到，便進(jìn)行加工，然后把加工好的工件送出去。事件前提條件后繼條件1無(wú)b2a、bc3cd、a4d無(wú)前提條件：事件發(fā)生需要成立的條件；后繼條件：事件發(fā)生引起前提條件消失，并產(chǎn)生一些其它條件。

事件（動(dòng)作）

1.一個(gè)工件送來(lái)；

2.車間開始加工工件；

3.工件的加工完成；

4.把加工好的工件送出去。

狀態(tài)（條件）

a.車間在等待;b.工件到達(dá)并等待加工；

c.車間正在加工工件；

d.工件加工完畢。觸發(fā)事件發(fā)生引發(fā)狀態(tài)變化事件（動(dòng)作）與狀態(tài)（條件）二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型第四頁(yè)，共四十二頁(yè)。

用變遷模擬事件，用庫(kù)所模擬條件。一個(gè)變遷的輸入庫(kù)所即是它所對(duì)應(yīng)的事件的前提條件，而輸出庫(kù)所是它的后繼條件。一個(gè)事件的發(fā)生，對(duì)應(yīng)相應(yīng)變遷的激發(fā)。條件的成立由對(duì)應(yīng)于這個(gè)條件的庫(kù)所中有一個(gè)標(biāo)記來(lái)表示。

當(dāng)一個(gè)變遷激發(fā)時(shí)，把表示其前提條件成立的使能標(biāo)記移走，而產(chǎn)生出新的其后繼條件成立的標(biāo)記。二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型Petri網(wǎng)模型及其運(yùn)行變遷庫(kù)所標(biāo)記示例第五頁(yè)，共四十二頁(yè)。3、Petri網(wǎng)基本概念（1）基本術(shù)語(yǔ)資源

與系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化有關(guān)的因素，如原料、零件、產(chǎn)品、人員、工具、設(shè)備、數(shù)據(jù)及信息等。

庫(kù)所/位置(Place)

不僅表示一個(gè)場(chǎng)所，且表示在該場(chǎng)所存放了一定的資源?！皫?kù)所”代表“條件”。變遷(Transition)

資源的消耗、使用及產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于狀態(tài)元素（庫(kù)所）的變化。“變遷”代表“事件”。二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型第六頁(yè)，共四十二頁(yè)。二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型（2）Petri網(wǎng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)（定義及圖形表示）定義1

一個(gè)基本Petri網(wǎng)（PN）是一個(gè)三元組N=（P，T，F(xiàn)），P為庫(kù)所集，T為變遷集，F(xiàn)為流關(guān)系（一個(gè)P元素和一個(gè)T元素之間的有向弧組成的集合）。（低級(jí)PN為五元組）標(biāo)識(shí)mi:庫(kù)所內(nèi)的標(biāo)記（令牌）數(shù)≥1（基本Petri網(wǎng)=1）權(quán)重wi:資源的消耗量或生產(chǎn)量≥1（基本Petri網(wǎng)=1）第七頁(yè)，共四十二頁(yè)。二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型定義2

設(shè)，令分別稱為變遷t的輸入庫(kù)所集（或t的前集）和t的輸出庫(kù)所集（或t的后集）。

第八頁(yè)，共四十二頁(yè)。二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型（3）變遷條件和觸發(fā)規(guī)則變遷條件

一個(gè)Petri網(wǎng)（PN）是一個(gè)六元組N=(P,T,F,K,W,M0)。對(duì)于,如果在標(biāo)識(shí)M下，

成立，則稱變遷t在M下有效，這時(shí)也說(shuō)M授權(quán)t發(fā)生。第九頁(yè)，共四十二頁(yè)。二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型觸發(fā)規(guī)則

若t在M下有效，則M授權(quán)t發(fā)生。發(fā)生后，M變成如下定義的新標(biāo)識(shí)M’

當(dāng)一個(gè)變遷發(fā)生后，從每一個(gè)輸入庫(kù)所中移出與輸入弧權(quán)數(shù)相等的標(biāo)記數(shù)（令牌數(shù)），在每一個(gè)輸出庫(kù)所中產(chǎn)生與輸出弧權(quán)數(shù)相等的標(biāo)記數(shù)。第十頁(yè)，共四十二頁(yè)。(4)Petri網(wǎng)事件邏輯關(guān)系順序關(guān)系并發(fā)關(guān)系沖突關(guān)系二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型第十一頁(yè)，共四十二頁(yè)。迷惑關(guān)系死鎖關(guān)系二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型第十二頁(yè)，共四十二頁(yè)。合并關(guān)系同步關(guān)系優(yōu)先關(guān)系二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型第十三頁(yè)，共四十二頁(yè)。例1例2二、仿真模型(二)Petri網(wǎng)模型第十四頁(yè)，共四十二頁(yè)。Petri網(wǎng)第十五頁(yè)，共四十二頁(yè)。三、物流系統(tǒng)仿真概述（一）系統(tǒng)仿真的概念針對(duì)真實(shí)系統(tǒng)首先建立模型，然后在模型上進(jìn)行試驗(yàn)，用模型代替真實(shí)系統(tǒng)，從而研究系統(tǒng)性能的方法稱為系統(tǒng)仿真。根據(jù)模型的不同，系統(tǒng)仿真主要分為：根據(jù)所研究的系統(tǒng)不同，系統(tǒng)仿真又可分為：物理仿真數(shù)學(xué)仿真混合模型：物理—數(shù)學(xué)仿真連續(xù)系統(tǒng)仿真離散系統(tǒng)仿真第十六頁(yè)，共四十二頁(yè)。（二）系統(tǒng)仿真的一般步驟

（1）調(diào)研系統(tǒng)，設(shè)立目標(biāo)（2）收集數(shù)據(jù)，建立模型（3）編制程序（4）運(yùn)行仿真模型（5）輸出結(jié)果分析第十七頁(yè)，共四十二頁(yè)。（三）系統(tǒng)仿真一些基本概念（1）實(shí)體：是指組成系統(tǒng)的物理單元，如物流系統(tǒng)中的AGV、緩沖站、倉(cāng)庫(kù)貨物及工件等?？煞譃榕R時(shí)實(shí)體和永久實(shí)體兩類。

（2）事件：是指引起系統(tǒng)變化的行為，也就是說(shuō)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程是靠事件來(lái)驅(qū)動(dòng)的。分必然事件和條件事件。

（3）成分：成分與實(shí)體是同一概念，只是根據(jù)習(xí)慣，在描述系統(tǒng)時(shí)用實(shí)體而在模型描述中用成分。成分分為主動(dòng)成分和被動(dòng)成分。第十八頁(yè)，共四十二頁(yè)。（4）活動(dòng)：兩個(gè)相鄰發(fā)生的事件之間的過(guò)程稱為活動(dòng)，它標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。（5）進(jìn)程：若干事件與若干活動(dòng)組成的過(guò)程稱為進(jìn)程，它描述了各事件活動(dòng)發(fā)生的相互邏輯關(guān)系。（6）仿真鐘：用于仿真時(shí)間的變化。

第十九頁(yè)，共四十二頁(yè)。（四）離散事件系統(tǒng)仿真方法離散事件系統(tǒng)仿真的仿真鐘推進(jìn)方法分為：常用的仿真算法有：下一事件步長(zhǎng)法固定增量法。面向事件的調(diào)度法：是面向事件的方法，適合于活動(dòng)持續(xù)時(shí)間比較確定的系統(tǒng)。

面向活動(dòng)的活動(dòng)掃描法：是面向活動(dòng)的。活動(dòng)開始和結(jié)束是系統(tǒng)狀態(tài)變化的標(biāo)志，而活動(dòng)的開始與結(jié)束不僅取決于時(shí)間因素，還取決于其它的因素（條件因素）。面向進(jìn)程的進(jìn)程交互法：是事件調(diào)度法與活動(dòng)掃描法的結(jié)合。它是以模型的各個(gè)主動(dòng)成分的活動(dòng)為主線來(lái)調(diào)度事件生成的順序的。第二十頁(yè)，共四十二頁(yè)。（五）仿真結(jié)果分析

一次仿真的結(jié)果，只能是系統(tǒng)性能的一次抽樣分析，不能完全代表系統(tǒng)“真正”的性能。這就要求通過(guò)多次觀察隨機(jī)變量，用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行分析。第二十一頁(yè)，共四十二頁(yè)。（六）物流系統(tǒng)仿真軟件介紹1．SIMAnimationSIMAnimation是美國(guó)3i公司設(shè)計(jì)開發(fā)的集成化物流仿真軟件。包括布局編輯器、試驗(yàn)編輯器和完整的用戶報(bào)表編輯器。同時(shí)仿真模型還包括豐富的交互特點(diǎn)。

SIMAnimation允許用戶仿真復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，像動(dòng)力學(xué)和速度，像機(jī)器人、車床、傳輸通道、特殊空間中顯示，包括傳輸、旋轉(zhuǎn)、有形物體、視角和不斷運(yùn)動(dòng)視覺。第二十二頁(yè)，共四十二頁(yè)。2．AutomodAutomod是Brooks公司開發(fā)三維物流仿真軟件，主要包括了三大模塊：AutoMod、AutoStat和AutoView。第二十三頁(yè)，共四十二頁(yè)。用Automod進(jìn)行物流配送中心規(guī)劃仿真實(shí)例第二十四頁(yè)，共四十二頁(yè)。3．ShowFlowShowFlow仿真軟件可為制造業(yè)和物流業(yè)提供建模、仿真、動(dòng)畫和統(tǒng)計(jì)分析工具。4．QuestQuest是法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)（DassaultSystemes）公司開發(fā)，針對(duì)設(shè)備建模、實(shí)驗(yàn)、分析設(shè)備分布和工藝流程的柔性、面向?qū)ο蟮?、基于連續(xù)事件的專用模擬軟件。第二十五頁(yè)，共四十二頁(yè)。5．StreamStream是日本三井造船股份有限公司開發(fā)的仿真軟件，其最大特點(diǎn)是從日文命令組中選出并排列的形式記述每一個(gè)設(shè)備的控制邏輯，關(guān)于制作完成的模型，仍然沿襲使用了其前身MiFactory。第二十六頁(yè)，共四十二頁(yè)。6．WitnessWitness是英國(guó)LannerGroup的產(chǎn)品，是平面離散系統(tǒng)生產(chǎn)線仿真器，操作簡(jiǎn)單，在低配置計(jì)算機(jī)上也完全可以靈活使用，是生產(chǎn)線仿真器的老字號(hào)，其齊備的基本仿真功能和處理優(yōu)勢(shì)，一直是大家所公認(rèn)的。第二十七頁(yè)，共四十二頁(yè)。7．FlexsimFlexsim應(yīng)用深層開發(fā)對(duì)象，這些對(duì)象代表著一定的活動(dòng)和排序過(guò)程。8.RaLC

樂龍（RaLC）軟件由日本AIS人工智能服務(wù)有限公司開發(fā)，上海樂龍人工智能軟件有限公司為其在華獨(dú)資子公司，完全中文化界面。9.ExendExend系統(tǒng)仿真軟件是由美國(guó)ImagineThat公司開發(fā)的通用仿真平臺(tái)。第二十八頁(yè)，共四十二頁(yè)。第四節(jié)物流系統(tǒng)仿真實(shí)例實(shí)例1：企業(yè)物流庫(kù)存子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真本例以國(guó)內(nèi)某儀表生產(chǎn)廠家的企業(yè)物流庫(kù)存作為例子，說(shuō)明用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行企業(yè)物流庫(kù)存仿真分析的方法和過(guò)程，數(shù)據(jù)來(lái)源于該儀表企業(yè)。第二十九頁(yè)，共四十二頁(yè)。1．分析問(wèn)題庫(kù)存的存在是企業(yè)的一種無(wú)奈的選擇，一方面，庫(kù)存的存在可以彌補(bǔ)企業(yè)因?yàn)闊o(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)的需求變化；另一方面，庫(kù)存的存在占用企業(yè)資金，增加企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。2．系統(tǒng)邊界的確定庫(kù)存分為兩類：一類是產(chǎn)品庫(kù)存；一類是原材料庫(kù)存。第三十頁(yè)，共四十二頁(yè)。

企業(yè)物流庫(kù)存子系統(tǒng)邊界第三十一頁(yè)，共四十二頁(yè)。3．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析4．反饋分析企業(yè)物流庫(kù)存系統(tǒng)因果關(guān)系反饋圖第三十二頁(yè)，共四十二頁(yè)。5．系統(tǒng)流圖企業(yè)物流庫(kù)存系統(tǒng)的系統(tǒng)流圖第三十三頁(yè)，共四十二頁(yè)。6．仿真結(jié)果分析第三十四頁(yè)，共四十二頁(yè)。第三十五頁(yè)，共四十二頁(yè)。企業(yè)物流庫(kù)存系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果第三十六頁(yè)，共四十二頁(yè)。實(shí)例2：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)系統(tǒng)的Petri網(wǎng)建模和仿真1．自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理本例研究的是巷道式生產(chǎn)性自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)平面圖如圖所示，系統(tǒng)主要由貨架區(qū)、堆垛機(jī)、出/入庫(kù)臺(tái)和出入庫(kù)緩沖區(qū)四部分組成，整體布置采用同端出入庫(kù)式。第三十七頁(yè)，共四十二頁(yè)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)平面圖第三十八頁(yè)，共四十二頁(yè)。2．自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型的建立第三十九頁(yè)，共四十二頁(yè)。3．自動(dòng)化立