关键词：
自动制造系统
事件循环等待
事件循环结构
死锁控制
Petri网
摘要：
自动制造系统作为工业生产的重要组成部分,保障其高效、稳定地运行至关重要。自动制造系统通过将原材料加工成产品来实现加工自动化,减少直接或间接的人为干预。近年来,定制化、小批量、高质量的需求愈发增多。为了满足多样的产品需求,自动制造系统可以根据产品规格进行动态配置和分配资源。总的来说,自动制造系统以其在设备利用率、产能、质量和经济效益等方面的优势,在科学研究和工程实践中得到越来越多的关注。
死锁会导致系统中的某些进程处于无限期的等待状态,从而无法正常地推进,将会直接导致生产力的急剧下降。此外,一些进程虽不必争夺资源,但仍会被那些停滞的进程所阻塞。在最坏的情况下,整个系统可能会陷入死锁。因此,对于大规模的自动制造系统而言,死锁问题亟需解决。
已有文献提出了一系列的死锁解决方法。然而,由于现存的死锁机理存在一定的局限性,致使目前的死锁控制策略具有应用范围窄、计算复杂度高等缺点。本文在Petri网范式下分析了自动制造系统中的死锁机理,旨在探索死锁产生的根本原因。在此基础上,提出一系列死锁控制策略以保证系统的活性。论文的主要研究成果如下:
1.针对多种复杂的自动制造系统,本论文提出了事件循环等待作为死锁产生的必要条件。事件循环等待可用于弥补资源循环等待所存在的局限性并探明自动制造系统的死锁机理。这部分研究在一种具有资源的一般Petri网中展开,该网得益于限制条件较少,所以适用性较广。首先,通过深层次地对比两种循环等待之间的差异,从而探索死锁产生的根本原因。其次,探究了死锁与事件循环等待之间存在的关系,进一步说明事件循环等待在研究系统活性方面的适用性和高效性。事件循环等待不仅为死锁控制提供理论支撑,并为后续的死锁预防策略和死锁避免策略提供了技术支持。
2.现有文献对死锁问题进行了深入研究并提出了各种死锁控制策略。然而,如何高效地预防死锁的产生仍然是亟需解决的问题之一。为突破这一难题,本论文提出了一种基于事件循环等待的Petri网结构,即事件循环结构。而信标作为一种基于资源循环等待的Petri网结构,与事件循环结构进行了全方位对比。首先,介绍了事件循环结构的概念、定义以及性质,并在一类具有顺序系统的Petri网中展示了信标的分类。其次,探究使用事件循环结构和信标在此类Petri网中进行活性分析的精确度差异,由此可得事件循环结构能更准确地解释死锁产生的原因。第三,提出了一种基于事件循环结构的死锁控制策略,该策略通过预防此类Petri网中死锁的产生来确保系统的活性,为系统的正常运行提供了保障。
3.死锁避免旨在于在死锁发生之前对其进行预测并加以规避,既提高了自动制造系统的运行效率,又避免了不必要的资源浪费。然而,现有方法大都面临巨大的计算复杂度难题,特别是针对大型系统。为此本文提出了一种避免演化死锁标识的方法,演化死锁标识将不可避免地导致死锁。首先,建立了事件循环结构与演化死锁标识之间的一种对应关系。其次,描述了如何应用这一基于事件循环结构的方法来避免演化死锁标识。相比于其他方法,该方法在实施过程中只需要利用Petri网的结构信息,从而提高了死锁控制的效率和便利性。
4.基于前述的避免演化死锁标识的方法,本文提出了一种改善型的死锁避免策略。这部分研究以加权增广的标识图为建模工具。得益于此类Petri网的结构特殊性,能够更好地模拟自动制造系统中的并发性进程。首先,本文对此类Petri网中的信标给出了新的分类,并说明了相比于事件循环结构,利用信标来研究系统的活性具有一定的局限性。其次,对前文所叙述的方法进行优化与改善,并提出了一种新的死锁避免策略。该方法可以及时且全面地避免所有死锁,以保证系统活性。
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