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基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法研究
基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法研究
一、引言
柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）是一种灵活高效的生产方式，它通过多种生产资源协同工作，实现了批量生产与个性化定制的平衡。然而，由于FMS涉及的部件及工艺流程过于复杂，它的故障问题时常发生且故障难以发现和排除。因此，如何进行FMS的建模及故障诊断成为了该领域的关键问题。
Petri网(Petrinet)作为一种形式化、通用、强大的建模工具，被广泛应用于许多领域，其中包括FMS系统的建模。Petri网的建立和分析有助于FMS生产过程的设计和优化，同时也提高了故障诊断的效率。本文就基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法进行研究。
二、Petri网的基本概念
Petri网是由一些称为“位置”(Place)的圆形节点、一些称为“变迁”(Transition)的矩形节点和有向边组成的二元组(P,T,F)。其中，P是位置集合，T是变迁集合，F是流向关系矩阵。常用的Petri网可以分为以下两类：
1.有向标号Petri网。在有向标号Petri网中，对位置和变迁均有标号。
2.有向无标号Petri网。有向无标号Petri网中，仅变迁有标号，位置无标号。
除了Petri网的基本概念，若干扩展概念也非常重要：
1.初始标识：指在Petri网模型中，所有位置的初始标识。
2.引理：指Petri网中变迁的可被使能状态。
3.状态：指Petri网的所有位置状态。
三、基于Petri网的FMS建模
Petri网可以被用来表示FMS的制造工程，如机器操作、运输、存储和质量控制等工序。建立基于Petri网的FMS模型需要经历以下步骤：
1.建立Petri网。该步骤需要确定FMS中所涉及到的位置和变迁，它们可以概括为工件、机器、工作区、物料、动态产生者等。
2.给变迁分配标识。根据标识可以确定变迁的行为方式，以反映不同的事件/操作。标识的分配可以利用事件序列、流程图或Petri网分析等方法。
3.分析系统初始状态。该步骤需要确定FMS系统初始状态，包括生产过程开始时位置的状态以及器件和工艺的可用性等。
4.制定策略。就当前FMS系统的结构和性能制定相应的策略，包括制订调度方案、优化各部件之间的关系等。此外，策略的制定也需要考虑到系统的稳定性、安全性等问题。
四、基于Petri网的FMS故障诊断
故障诊断是FMS的重要问题，其目标是在最短的时间内发现、定位和修复故障，以保证FMS系统的正常运行。基于Petri网的FMS故障诊断方法包括以下步骤：
1.故障分析。该步骤需要确定故障类型和出现位置，以及理解故障原因对产品的影响。具体地，故障类型可分为资源故障、作业故障和质量故障等几类。
2.构建Petri网。该步骤需要根据机器，零件，物料等元素来构建Petri网模型。
3.预测理论模型。基于Petri网中的理论模型，利用模型推断算法进行故障预测。
4.故障定位与诊断。根据故障现象和预测模型进行故障定位和诊断。此时该过程可能要进行仿真实验，以辅助定位可能存在的故障。
5.故障修复和恢复。确定故障原因后，需要进行故障修复和恢复。
五、结论
本文对基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法进行了研究。FMS作为一种灵活高效的生产方式，获得了广泛的应用，但其线复杂多样的特性也引发了许多故障问题。为此，建立合理的FMS系统模型以及基于Petri网的故障诊断方法成为了热门的研究方向。基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法能够提高FMS系统的生产效率和捕捉故障的有效性，因此在未来时代将会有更多的研究基于这一理念进行。