自動制造系統(tǒng)建模、分析與死鎖控制

前言

21世紀，先進制造技術(shù)呈現(xiàn)出精微化、數(shù)字化、信息化、智能化和網(wǎng)絡化的顯著特點，同時也代表了技術(shù)科學綜合交叉融合的發(fā)展趨勢。高技術(shù)領域如光電子、納電子、機器視覺、控制理論、生物醫(yī)學、航空航天等學科的發(fā)展，為先進制造技術(shù)提供了更多更好的新理論、新方法和新技術(shù)，出現(xiàn)了微納制造、生物制造和電子制造等先進制造新領域。隨著制造學科與信息科學、生命科學、材料科學、管理科學、納米科技的交叉融合，產(chǎn)生了仿生機械學、納米摩擦學、制造信息學、制造管理學等新興交叉科學。21世紀地球資源和環(huán)境面臨空前的嚴峻挑戰(zhàn)，要求制造技術(shù)比以往任何時候都更重視環(huán)境保護、節(jié)能減排、循環(huán)制造和可持續(xù)發(fā)展，激發(fā)了產(chǎn)品的安全性和綠色度、產(chǎn)品的可拆卸性和再利用、機電裝備的再制造等基礎研究的開展?！?1世紀先進制造技術(shù)叢書》旨在展示先進制造領域的最新研究成果，促進多學科多領域的交叉融合，推動國際間的學術(shù)交流與合作，提升制造學科的學術(shù)水平。我們相信，有廣大先進制造領域的專家、學者的積極參與和大力支持，以及編委們的共同努力，本叢書將為發(fā)展制造科學，推廣先進制造技術(shù)，增強企業(yè)創(chuàng)新能力做出應有的貢獻。先進機器人和先進制造技術(shù)一樣是多學科交叉融合的產(chǎn)物，在制造業(yè)申的應用范圍很廣，從噴漆、焊接到裝配、拋光和修理，成為重要的先進制造裝備。機器人操作是將機器人本體及其作業(yè)任務整合為一體的學科，已成為智能機器人和智能制造研究的焦點之一，并在機械裝配、多指抓取、協(xié)調(diào)操作和工件夾持等方面取得顯著進展，因此，本系列叢書也包含先進機器人的有關(guān)著作。

內(nèi)容概要

自動制造系統(tǒng)的死鎖控制是近二十年來生產(chǎn)自動化科學與工程領域研究的熱點問題。圖論、自動機和Petri網(wǎng)是這一領域研究的主要數(shù)學方法，其中以Petri網(wǎng)技術(shù)的應用最為廣泛。    本書闡述了基于Petri網(wǎng)理論的自動制造系統(tǒng)的死鎖預防策略，反映了這一領域的重要成果和最新進展。內(nèi)容主要包括Petri網(wǎng)的基本信標理論，基于信標的死鎖控制策略，基于可達圖的死鎖控制方法，活性Petri網(wǎng)控制器的結(jié)構(gòu)化簡方法以及計算機科學中著名的分治策略在活性Petri網(wǎng)控制器設計中的應用。    本書可供從事自動制造系統(tǒng)設計與控制的研究人員與工程師參考，并可作為高等院校相關(guān)專業(yè)高年級本科生和研究生的教材。

書籍目錄

《21世紀先進制造技術(shù)叢書》序前言符號表第1章  緒論  1.1  自動制造系統(tǒng)  1.2  自動制造系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型  1.3  死鎖控制方法  1.4  小結(jié)第2章  Petri網(wǎng)基本理論  2.1  多集  2.2  基本定義  2.3  結(jié)構(gòu)不變式  2.4  信標和陷阱  2.5  可達圖  2.6  Petri網(wǎng)的基本子類  2.7  自動機  2.8  Petri網(wǎng)模型、控制器和受控系統(tǒng)  2.9  廣義相互抑制約束  2.10  小結(jié)第3章  Petri網(wǎng)的基本信標  3.1  等價信標  3.2  基本信標  3.3  從屬信標的可控性  3.4  基本信標的選擇  3.5  小結(jié)第4章  基于信標的死鎖預防策略  4.1  S3PR網(wǎng)的控制    4.1.1  信標枚舉法    4.1.2  基本信標法    4.1.3  部分信標枚舉方法    4.1.4  部分信標枚舉方法的改進    4.1.5  控制庫所后置集的改進設計  4.2  S3PGR2網(wǎng)的控制    4.2.1  S4R網(wǎng)的定義以及C／D-RUN策略    4.2.2  算例  4.3  G-system的控制    4.3.1  G-system的定義    4.3.2  G-system中從屬信標可控性    4.3.3  死鎖控制策略    4.3.4  算例  4.4  小結(jié)第5章  基于可達圖的死鎖預防策略  5.1  優(yōu)化的活性Petri網(wǎng)控制器設計    5.1.1  區(qū)域理論的Petri網(wǎng)詮釋    5.1.2  應用實例  5.2  基于信標控制和區(qū)域理論的活性Petri網(wǎng)控制器  5.3  次優(yōu)化的活性Petri網(wǎng)控制器設計    5.3.1  無死鎖初始標識    5.3.2  死鎖預防策略    5.3.3  算例  5.4  信標選擇與死鎖控制    5.4.1  控制信標選擇的集合覆蓋方法    5.4.2  關(guān)鍵標識的選擇    5.4.3  迭代的信標控制方法    5.4.4  算例  5.5  小結(jié)第6章  活性Petri網(wǎng)控制器的簡化  6.1  基于隱式庫所的方法    6.1.1  隱式庫所    6.1.2  剔除隱式庫所算法    6.1.3  活性受限庫所的剔除  6.2  基于可達圖的方法    6.2.1  基于可達圖的冗余性測試    6.2.2  算例  6.3  小結(jié)第7章  死鎖控制的分治策略  7.1  問題求解的分治策略  7.2  Petri網(wǎng)的分解  7.3  子控制器設計與全局控制器綜合  7.4  算例  7.5  實驗研究  7.6  小結(jié)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論1.1　自動制造系統(tǒng)制造活動通常被認為是將原料、人力、動力以及設備集成起來制造高質(zhì)量產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換過程。包含這些制造活動的系統(tǒng)稱為制造系統(tǒng)。一個制造系統(tǒng)主要包含兩個子系統(tǒng)：物理子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)。物理子系統(tǒng)包括物理資源，如機床、機器人、自動引導小車、傳輸帶、夾具、緩沖存儲器等?？刂谱酉到y(tǒng)也稱決策子系統(tǒng)，用于控制物理資源的運行，以達到組織和優(yōu)化生產(chǎn)過程的目的。通常，根據(jù)生產(chǎn)流程，制造過程可分為連續(xù)制造（如化學、石油工業(yè)）和離散制造（如生活消費品、計算機工業(yè)）。離散制造系統(tǒng)又可分為裝配系統(tǒng)和非裝配系統(tǒng)。一般說來，生產(chǎn)系統(tǒng)中只有品種單一、批量大、設備專用、工藝穩(wěn)定、效率高，才能構(gòu)成規(guī)模經(jīng)濟效益。反之，如果多品種、小批量、設備專用性低，則在價格形式相似的情況下，頻繁調(diào)整工夾具，工藝穩(wěn)定難度增加，生產(chǎn)效率會大大降低。然而，科學技術(shù)的發(fā)展使得人類社會對產(chǎn)品功能與質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，產(chǎn)品的復雜程度也隨之增加。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)己遠遠不能滿足市場對多品種小批量產(chǎn)品的需求，大批量生產(chǎn)模式受到了嚴峻的挑戰(zhàn)。同時，激烈的市場競爭也迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式發(fā)生了根本改變，批量生產(chǎn)時代正逐漸被能適應市場動態(tài)變化的多品種、小批量生產(chǎn)模式所代替。

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