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Petri网理论在柔性制造系统(FMS)性能分析中的应用
引言：
随着信息技术的迅速发展和网络化的时代背景，柔性制造系统(FMS)已经成为了如今工业制造业发展的重要趋势。在实际应用中，FMS系统具有生产效率高、生产周期短、生产成本低和客户需求及时的优点，大大提高了公司的竞争力。但是，在FMS系统中，各生产单元之间存在时间上的制约关系，这也给系统的性能运行和优化带来了相当的难度。因此，为了进一步提高FMS生产系统的性能，需要引入新的理论和方法来解决这些问题。Petri网作为一种通用的描述、分析和设计离散事件动态系统的方法，已经被广泛应用于FMS系统的性能分析。本文将从Petri网理论在FMS系统性能分析中的应用角度出发，探讨FMS系统中Petri网的建模方法、分析步骤和优化模拟等方面的内容。
一、Petri网基本概念
Petri网(Petrinet)又称为地球帆，是由CarlAdamPetri于1962年首先提出的一种建立动态系统的通用模型，它是基于事件的图形语言。Petri网可以描述多进出、多路的并行和同步事件之间的关系。Petri网是一个五元组，包括：N=<P,T,F,A,I>，其中P为有向图中的库所(Place),T为有向图中的变迁(Transition),F为有向图中的弧(FlowArc)，A为有向图中的弧注述(Annotation)，I为变迁的初值标识(InputArc)。Petri网定义了一种图形化的语言来描述系统的动态行为，其可视化性质使其成为一个强大的描述和分析动态系统的工具。
二、FMS系统性能分析的Petri网建模方法
1.建立Petri网模型的步骤
FMS系统中的Petri网建模方法可以分为以下几个步骤：
（1）确定FMS系统的工作流程和生产流程；
（2）从生产流程中提取关键信息，确定Petri网的网络结构；
（3）建立Petri网的库所和变迁，库所表示系统状态，变迁代表事件或活动；
（4）建立Petri网的弧，描述库所和变迁之间的相互关系；
（5）建立Petri网的进入标志，定义进入变迁的初始状态；
（6）对Petri网模型进行参数化，以便可实现性能分析。
2.FMS系统Petri网模型的建立
在建立Petri网模型时，需要首先对FMS系统的结构进行分析，确定FMS系统的库所和变迁的初始状态以及变迁的触发条件。在建立Petri网模型时，可以采用矩阵形式或图形化语言来展示，便于对整个系统进行仿真及性能分析。
本文结合实例来说明FMS系统的Petri网建模过程。某汽车零部件的FMS生产系统包含4条加工线、3个装配工作站、2个旋压模具加工工作站和1个搬运系统。生产过程包括零件的处理、零部件的加工和组装等。生产过程所涉及的主要活动包括：开始标识，装配、加工、转移、停机、操作故障、保养和作业等。
库所：
P1：开始标识库所
P2：组件库所
P3：机器操作库所
P4：工件库所
P5：主装配库所
P6：旋转加工模具库所
P7：材料库所
P8：主装配过程终止库所
变迁：
T1：组装工作站1
T2：组装工作站2
T3：组装工作站3
T4：旋转加工模具工作站1
T5：旋转加工模具工作站2
T6：材料移动
T7：停机
T8：操作故障
T9：保养
T10：生产作业
弧：
F1、F2：从开始标识库所到原材库存库所
F3、F4、F5、F6：从原材库存库所到不同工作站的库所
F7、F8：从不同工作站到组件库所
F9、F10、F11：从组件库所到不同旋转加工模具工作站库所
F12、F13：从旋转加工模具工作站库所到工件库所
F14：从材料库所到不同工作站的库所
F15、F16、F17、F18：从工件库所到不同组装工作站库所
F19、F20、F21：从组装工作站库所到主装配库所
F22、F23、F24：从主装配库所到不同机器操作库所
F25：从机器操作库所到工作站库所
F26、F27、F28、F29、F30、F31、F32、F33、F34：从不同工作站库所到原材库存库所
F35：从主装配过程终止库所到结束标志库所
初值标识：
I1：从开始标识库所到组装工作站1变迁
I2：从原材库存库所到组装工作站1变迁
I3：从组件库所到组装工作站1变迁
......
I22：从机器操作库所到原材库存库所
3.FMS系统Petri网性能分析
在FMS系统Petri网模型建立完毕后，可以通过Petri网理论工具对系统进行性能分析，通过对模型的仿真模拟，以及对仿真结果的数据分析，可以得到系统整体的性能指标，从而设定和优化系统性能的目标。
通过Petri网分析FMS系统的性能，可以得到如下指标：
（1）系统的瓶颈
在FMS系统中，存在一些因素和因素，会对系统性能产生重要影响，这些因素通常被称为瓶颈。通过Petri网分析，可以从实验数据中找到制约系统运行性能的瓶