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柔性制造系统一般Petri网模型内在活性结构与死锁控制研究
摘要：
柔性制造系统（FMS）是一种新型制造技术的代表。在这种制造环境下，机器和生产系统具有良好的灵活性，可以在一定范围内进行自适应、自组织和自管理。然而，FMS的高度灵活性，也意味着要在多种工艺上进行任务的调度和分配，使得FMS的建模变得更加复杂。Petri网是一种简单、直观、有表达力的可视化方法，尤其是在FMS模型建模方面是非常有效的。本文主要探讨Petri网模型在FMS内在活性结构的表达和死锁控制的问题。通过对FMS内部任务和资源的关系、Petri网模型的构建、FMS死锁的产生及其解决方案的分析，研究了Petri网模型内在活性结构的特征及其对死锁控制的影响，为现代制造业的研究提供一定的参考。
关键词：柔性制造系统、Petri网、内在活性结构、死锁控制
一、引言
柔性制造系统（FMS）是一种整合计算机控制技术、通讯技术和自动化技术的制造技术，它能够有效地提高生产率、降低生产成本、提高生产质量和提高客户满意度。同时，FMS还可以在不同的生产环境下进行自适应、自组织和自管理，以适应不断变化的市场需求。在FMS中，机器、设备和生产系统具有高度灵活性，可以在一定范围内进行任务的分配和调度，使得生产效率得以最大化。
然而，FMS系统的高度灵活性也意味着在任务和资源分配上存在着一定的复杂性。如何对FMS进行建模，以便对其进行控制，是FMS系统设计的一大挑战。Petri网是一种广泛应用于建模和分析离散事件系统的工具，已被广泛应用于各种复杂系统的建模和控制中。Petri网的图形化表示和直观的可视化方法，使得FMS的建模变得更加简单、清晰。但是，Petri网模型在FMS内在活性结构的表示和死锁控制等问题，仍需要进一步研究和探索。
二、柔性制造系统建模
柔性制造系统建模是指将FMS系统的过程、事件和活动转化为量化和可视化的模型。这种方法可以让我们更好的理解系统内部的工作流程、过程之间的关系及其影响，从而帮助决策者做出更好的决策。Petri网是一种广泛应用于离散事件系统建模和分析的工具，被广泛应用于复杂系统的建模和控制中。一个Petri网由一个变迁和一个库所组成，每个库所和变迁之间都有一个有向边连接，表示库所和变迁之间的关系。
FMS建模中，我们可以使用Petri网对系统内部的任务和资源进行建模。如下图所示，其中，圆形表示库所，表示系统中的资源或工艺环节；方形表示变迁，它表示任务或事件。由于一个任务可能需要多个资源或者多个任务需要同样的资源，所以在库所和变迁之间都会有多个有向边。
【图片】
在FMS系统中，任务和资源之间的关系可以通过Petri网的有向边来表示，同时它们之间也可能存在相互依赖或竞争的关系，FMS系统的不断变化也使得Petri网模型需要动态生成和调整。这些问题也为FMS建模和控制带来了新的挑战。
三、柔性制造系统中Petri网模型的内在活性结构
FMS中，任务和资源的多对多关系使得Petri网模型也具有多对多的连接关系。同时，FMS自适应性和灵活性的特点也意味着Petri网模型必须具有多种可能的状态和活性结构。这些活性结构体现了FMS内部的活动和竞争情况，这对死锁控制也有重要影响。
以下是Petri网模型中几种常见的内在活性结构：
1.临界路径和临界变迁
临界路径是指在Petri网模型中连接资源和任务的关键路径，它被定义为从任务到资源的路径。在临界路径上最重要的变迁被称为临界变迁。临界路径和临界变迁对于任务和资源的调度和竞争是至关重要的。
2.并发库所和并发循环
并发库所是指Petri网模型中连接多个变迁的库所，同时也与多个变迁相连。并发循环是指库所周围的一组变迁形成的循环，在这个循环中，每个变迁需要等待其他变迁执行完毕才能开始执行。并发库所和并发循环的特性都会影响Petri网模型的内在活性结构。
3.循环结构和嵌套结构
循环结构和嵌套结构对于柔性制造系统建模的复杂性具有很大的影响，它们通常出现在重复性任务和复杂任务的情形下。循环结构和嵌套结构的存在，使得Petri网的模型更加复杂。
以上这些内在活性结构，都有可能对FMS系统的运作和死锁控制产生影响。因此，我们需要更加深入地研究Petri网模型的内在结构，为死锁控制提供更加有效的解决方案。
四、柔性制造系统中的死锁控制
死锁是指两个或多个任务之间相互等待的状态，从而无法完成任务的情况。在柔性制造系统中，由于任务和资源之间的多对多关系和竞争关系，死锁问题是非常严重的。一旦死锁发生，FMS系统就可能陷入无限等待和死循环之中，从而造成系统的崩溃。因此，死锁控制是FMS系统设计和控制的一个重要组成部分。
1.死锁的产生
在FMS系统中，死锁是由于任务和资源之间的竞争关系造成的。例如，如果两个任务需要同样的资源，而它们又相互等待，