[發明專利]一種基于Petri網的自動制造系統可診斷性驗證方法

有效

• 申請號: 202110753601.X
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113361136B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 冉寧;李承旺;郝晉淵;郝真鳴;張超巖
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/18
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅

1.一種基于Petri網的自動制造系統可診斷性驗證方法，其特征是，包括如下步驟：

a、將自動制造系統抽象為Petri網模型并構建其無故障子網模型；

b、判斷自動制造系統是否有界，如果是，則執行步驟c；如果否，則自動制造系統不可診斷；

c、構建自動制造系統的標簽可達圖及其無故障子網的標簽可達圖；標簽可達圖中的標簽，與可觀變遷相對應，其用于表示變遷可通過某技術手段來觀測；故障變遷沒有相應標簽；

d、根據步驟c所構建的兩個標簽可達圖建立SF驗證器并驗證自動制造系統是否滿足可診斷性；若SF驗證器中存在SF狀態或F環路，則自動制造系統不滿足可診斷性；若SF驗證器中既不存在SF狀態也不存在F環路，則自動制造系統滿足可診斷性；SF狀態指故障死鎖狀態，F環路指由F狀態形成的環路，F狀態指故障無死鎖狀態；

步驟c中，構建自動制造系統的標簽可達圖，具體是：首先找出自動制造系統的初始狀態M₀，且對M₀不標號；其次，從自動制造系統的初始狀態M₀開始，逐一判斷自動制造系統中未標號的狀態，并對各未標號的狀態分別執行如下操作步驟：對于某一特定的未標號的狀態M，判斷該狀態M是否死鎖，如果是，則用M，S代替M，表示狀態死鎖；如果否，判斷狀態M是否可以進入下一個狀態M′，即是否存在可使能的變遷t，令M′＝M+[C](·，t)，如果是，則將M標號；[C](·，t)表示變遷t對應的列向量，稱t的關聯向量；對M標號后，從M到M′添加邊t，如果t是故障變遷，則邊t沒有標簽；如果t是可觀變遷，則將t的標簽添加到邊上；最后，完成各狀態的標號后，刪除所有標號；

步驟c中，構建自動制造系統的無故障子網的標簽可達圖，具體是：首先找出自動制造系統的初始狀態M₀，且對M₀不標號；其次，從自動制造系統的初始狀態M₀開始，逐一判斷自動制造系統的無故障子網中未標號的狀態，并對各未標號的狀態分別執行如下操作步驟：對于某一特定的未標號的狀態M，判斷該狀態M是否死鎖，如果是，則用M，S代替M，表示狀態死鎖；如果否，判斷狀態M是否可以進入下一個狀態M′，即是否存在可使能的變遷t，令M′＝M+[C](·，t)，如果是，則將M標號；[C](·，t)表示變遷t對應的列向量，稱t的關聯向量；對M標號后，從M到M′添加邊t，并將t的標簽添加到邊上；最后，完成各狀態的標號后，刪除所有標號；

步驟a中，將自動制造系統抽象為Petri網模型并構建其無故障子網，具體如下：

將自動制造系統中的車床、機械設備抽象建模為Petri網的庫所；將自動制造系統中的加工過程抽象建模為Petri網的變遷；將自動制造系統中的加工零件抽象建模為Petri網庫所中的托肯；將庫所、變遷用有向弧連接，構成Petri網；將Petri網中的故障變遷及與故障變遷相連的有向弧刪去，得到無故障子網。

2.根據權利要求1所述的基于Petri網的自動制造系統可診斷性驗證方法，其特征是，步驟d中，根據步驟c所構建的兩個標簽可達圖建立SF驗證器，具體包括如下步驟：

所構建的SF驗證器用表示，狀態集合Q^J中，狀態q^J＝q×{F，N}×q^N，{F，N}中F表示故障狀態，N表示正常狀態；標簽集合為B^J＝(T_o×T_f)×(T_o′×{ε})，其中(T_o×T_f)表示自動制造系統的變遷集合，T_o表示可觀變遷的集合，T_f表示故障變遷的集合，(T_o′×{ε})表示無故障子網的變遷集合，ε是空符號，表示無事件發生；初始狀態

SF驗證器中運算關系為：如果發生故障t∈T_f，則自動制造系統狀態發生改變而無故障子網中狀態不發生改變(q₁，t，q₂)∈Δ，SF驗證器中狀態變為故障狀態如果發生可觀變遷t，t′∈T_o，Γ(t)＝Γ(t′)，則自動制造系統和其無故障子網狀態都發生改變SF驗證器中狀態發生變化當沒有狀態發生改變時，SF驗證器構建結束。

3.根據權利要求1所述的基于Petri網的自動制造系統可診斷性驗證方法，其特征是，步驟b中，判斷自動制造系統是否有界，具體如下：

輸入Petri網的初始狀態M₀，計算出Petri網的所有可達標識集R(N，M₀)；

檢測是否存在一個正整數K，對于使得M(p)≤K；p為庫所，P為庫所p的集合；M(p)指庫所p中的托肯數；

如果存在正整數K，對于使得M(p)≤K，則自動制造系統是有界的；否則自動制造系統是無界的。