[發明專利]企業能耗過程建模與仿真方法

無效

• 申請號: 200810037456.X
• 申請日: 2008-05-15
• 公開（公告）號: CN101276437A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 王堅;戴毅茹;凌衛青;馬福民
• 申請（專利權）人: 王堅;戴毅茹;凌衛青;馬福民
• 主分類號: G06N7/00
• 分類號: G06N7/00;G06Q10/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

1、一種企業能耗過程建模與仿真方法，其特征在于包括“基于擴展模糊Petri網的能耗過程建模方法”和“基于擴展模糊Petri網的能耗過程仿真方法”，具體內容如下：

(一)基于擴展模糊Petri網的能耗過程建模方法

該方法的基本內容為：用企業能耗過程模糊Petri網模型的模糊變遷表示各能耗活動，用模糊庫所表示能耗活動相應的原料和成品的倉庫，模糊庫所中的標記數表示原料和成品的數量，相應的供需關系用結點間的連線表示，連線的連接強度表示從起點到終點運輸原料或成品時的損耗率；其中：

定義1：企業能耗過程模糊Petri網模型，記為EEC-FPN，其定義為：

一個9元組：EEC-FPN＝(P，T，G，Y_I，Y_O，SP，EP，M₀(p)，∑)；

其中，P＝{P₁，P₂，…，P_n}是模糊庫所的有限集合，用于代表企業原料和成品的倉庫；

T＝{T₁，T₂，…，T_m}是模糊變遷的有限集合，即P集與T集不相交，用于代表企業的能耗活動、能耗設備或生產加工單元；

G＝{G₁，G₂，…，G_k}是有限的非空門集，它與變遷的控制相聯系，用于代表能源傳輸管網中的分支匯聚以及散出閥門，并控制輸入或輸出生產中的不同物質流；

Y_I是P×T上的一個帶標識的模糊關系，表示庫所到變遷的連接情況和連接線上的額定輸入量i_k、連接強度α_k以及相應的輸入強度計算函數Y_I(i_k，α_k)，在能源消耗過程模型中，函數Y_I(i_k，α_k)和α_k可根據具體情況采用不同的定義：當連接強度α_k表示“能源傳輸管網的最大傳輸率”一類物理意義時，令Y_I(i_k，α_k)＝min{i_k，α_k}，當連接強度α_k表示“傳輸損耗率”之類含義時，用Y_I(i_k，α_k)＝i_k×α_k表示能源傳輸過程中的耗能量；

Y_O是T×P上的一個帶標識的模糊關系，表示變遷到庫所的連接情況和連接線上的額定輸出量i_j、連接強度β_j以及相應的標記增量計算函數Y_O(i_j，β_j)，在能源消耗過程模型中，β_j和Y_O(i_j，β_j)的定義，同α_k和Y_I(i_k，α_k)的定義相似；

SP⋐P]]>為初始模糊庫所集即EEC-FPN網絡的開始結點，EP⋐P]]>為終止模糊庫所集即EEC-FPN網絡的結束結點，它們分別用于代表生產過程的開始與結束位置；

M₀(P)是定義在P上的一個取值于[0，∞)中實數的函數，表示庫所在運行開始時的初始標記狀態，用于代表初始的資源分配；

∑＝(E，Q，Δ，∏)是附加信息集合，其中E為外部事件集合，Q為外部運算控制集合，Δ為支持生產的外部工具集，∏為生產過程中所涉及的人員信息集合；

定義2：EEC-FPN網絡中模糊庫所的定義

對∀Pi∈P,]]>P_i＝(M₀，M_i(t)，d_i，h_i)，其中，M₀為模糊庫所P_i的初始標識，即初始的資源分配，如果P_i是連續的，則M₀取值為正實數和零，如果P_i是離散的，則M₀取值為正整數和零；M_i(t)是庫所P_i在時刻t的標識，它反映隨時間的變化模糊庫所內資源或物料的變化；d_i是與模糊庫所P_i相聯系的時限；

定義3：EEC-FPN網絡中模糊變遷的定義

對∀Ti∈T,]]>T_i是10元組：T_i＝(τ_i，f_i，q_i，e_i，R_i，Δ_i，PO_i，G_i，N_i，h_Ti，d_Ti)；

其中，τ_i是定義在T上的一個取值于[0，∞)中實數的函數，表示變遷T_i的點火閾限，在能耗過程模型中用以表示為進行生產所必需的最少原料數或能耗設備工作所需的能源數量；

f_i是定義在T上的一個映象，它把T中的變遷映象為一個定義在其各輸入強度Y_I(i_k，α_k)上的一個非負函數，稱為模糊變遷T_i的狀態轉移控制函數，當f_i≥τ_i時模糊變遷具有點火的能力；

q_i∈Q是模糊變遷T_i的運算控制，用于表示能耗設備或單元能耗活動的動力學特性，通過q_i的運算得到特定量的輸入能源經某種物理、化學反應后所產生的輸出產品或中間產品的數量；

e_i∈E，e_i是與T_i相聯系的外部事件；

R_i＝(ε，π_i)，ε表示T_i執行者的信息，即

而π_i∈∏∪{null}，如果ε＝0，π_i＝null，否則π_i∈∏；

Δ_i∈Δ表示執行該任務的外部工具；PO_i＝IPO_i∪OPO_i是模糊變遷T_i的輸入輸出數據對象集，IPOi⋐P]]>為T_i的輸入對象集，OPOi⋐P]]>為T_i的輸出對象集；

G_i∈G為T_i的門集，令G_i＝IG_i為T_i的輸入門集，G_i＝OG_i為T_i的輸出門集，它將消息令牌或不同物質流的傳送、接收及路由的管理功能從模糊變遷與模糊庫所中分離出來，使得模型的結構更加清晰、合理；

N_i＝(l，∫)，l表示該T_i的嵌套屬性，

如果l＝1，∫∈EEC-FPN_S，EEC-FPN_S是EEC-FPN的子網；

對于離散的T_i，d_Ti為T_i引發的時延，而對于連續的T_i，則可定義模糊變遷T_i的最大激發速度為v_Ti，v_Ti＝1/d_Ti；

定義4：EEC-FPN中父網與子網之間的聯系

如果EEC-FPN模型中存在嵌套型模糊變遷T_i，即l(T_i)＝1，∫(T_i)＝EEC-FPN_S，并且T_i的輸入輸出數據對象集分別為IPO_i和OPO_i，則SP(EEC-FPN_S)＝IPO_i，EP(EEC-FPN_S)＝OPO_i；

(二)基于擴展模糊Petri網的能耗過程仿真方法

具體步驟如下：

步驟1、初始化網模型，以及全局仿真時鐘t和仿真結束時間tmax，確定模型中各模糊庫所的初始標識M0(P)；

步驟2、確定當前標識是否為目標標識，如果是，仿真結束，否則，轉入步驟3。(或者判斷當前t的值，如果t≥t_max，仿真結束，否則轉入步驟3；

步驟3、確定在當前t時刻的使能模糊變遷集T^E：

3.1、令A＝{a₁，a₂，…，a_n}^T＝0，E＝{e₁，e₂，…，e_m}^T＝0；這里，A表示各模糊庫所的標識情況，E表示各模糊變遷的使能狀況，其元素均為0或1；當模糊庫所P_i，i＝1，2，…，n，的標識數大于0或其被供給時，a_i為1，否則a_i為0；當模糊變遷T_j(j＝1，2，…，m)使能時，e_j為1，否則e_j為0；

3.2、對于模糊庫所P_i，i從1到n進行循環判斷，如果M_i(t)＞0，則a_i＝1；否則a_i＝0；

3.3、對于任意滿足條件a_i＝1的模糊庫所P_i進行循環判斷，判斷與其相聯的時限是否到時，如果是，a_i＝1，否則令a_i＝0；

3.4、對于模糊變遷T_j，j從1到m進行循環判斷，當T_j的輸入條件為“與”時，∀Pi∈Tj*,]]>(a_i＝1)∧(f_j≥τ_j)，則e_j＝1，否則，e_j＝0；當T_j的輸入條件為“或”時，∃Pi∈Tj*,]]>(a_i＝1)∧(f_j≥τ_j)，則e_j＝1，否則，e_j＝0；

3.5、T^E＝{T_j|e_j＝1}為此刻使能的模糊變遷集；

步驟4、對使能模糊變遷集T^E中的每個模糊變遷T_j，根據時延分別確定其激發時刻t_j，并將t_j及其相應的激發模糊變遷T_j放入將來事件表T^F中；

步驟5、掃描模型的將來事件表T^F，找出最小的激發時刻min(t_j)以及相應的激發模糊變遷T_j；

步驟6、推進全局仿真時鐘t＝min(t_j)，激發相應的模糊變遷T_j，按照下式計算相關模糊庫所中的標識，得到下一時刻網的標識，轉入步驟2：

①當模糊變遷為離散的

當T_j在t+dt激發后：

Mi(t+dt)=Mi(t)-I(Pi,Tj),∀Pi∈IOPjMi(t)+O(Pi,Tj),∀Pi∈OOPj,]]>這里I(P_i，T_j)和O(P_i，T_j)分別為模糊庫所P_i和模糊變遷T_j間的輸入、輸出強度計算函數；M_i(t)表示時刻t模糊庫所P_i的資源數量；

②當模糊變遷為連續的

在時刻t→t+dt里，P_i的標識變化：

Mi(t+dt)=Mi(t)-vj(t)·I(Pi,Tj)·dt,∀Pi∈IOPjMi(t)+vj(t)·O(Pi,Tj)·dt,∀Pi∈OOPj,]]>這里I(P_i，T_j)和O(P_i，T_j)同樣分別表示模糊庫所P_i和模糊變遷T_j間的輸入、輸出強度計算函數；M_i(t)表示時刻t模糊庫所P_i的資源數量，而v_j(t)為模糊變遷T_j的激發速度。