柔性制造系統(tǒng)可靠性形式化建模與分析

陳艷霞

摘要：該文針對(duì)柔性制造系統(tǒng)(FMS)的可靠性提出了廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)和動(dòng)態(tài)故障樹結(jié)合建立FMS的可靠性模型，通過(guò)仿真工具Ti? meNet對(duì)模型進(jìn)行仿真，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的可行性和有效性，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：柔性制造系統(tǒng)；可靠性分析；廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)；動(dòng)態(tài)故障樹

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)01-0109-03

Reliability Formal Modeling and Analysis of the Flexible Manufacturing System

CHEN Yan-xia

(Hainan University, Danzhou 571737, China)

Abstract：This paper mainly discussed about the reliability of the flexible manufacturing system (FMS), established a reliability model of FMS based on the generalized stochastic Petri nets and dynamic fault tree. TimeNet was used to simulate models, these simulation experi? ments verified the feasibility and effectiveness of the model, then improved the reliability and security of system.

Key words：flexible manufacturing system(FMS); reliability analysis; generalized stochastic petri nets; dynamic fault trees

柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System簡(jiǎn)稱FMS)最初由英國(guó)Molins公司的Theo Williamson提出。它是一種復(fù)雜的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。FMS系統(tǒng)的可靠性指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。系統(tǒng)(FMS)的可靠性直接影響到產(chǎn)品生產(chǎn)的可靠性和安全性，傳統(tǒng)的可靠性建模方法如可靠性框圖、排隊(duì)論、故障樹、活動(dòng)循環(huán)圖等只能分析具有靜態(tài)特性的系統(tǒng)。由于柔性制造系統(tǒng)屬于復(fù)雜的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的可靠性分析方法顯然不能滿足要求，為此在傳統(tǒng)建模分析方法的基礎(chǔ)上引入了各種具有動(dòng)態(tài)特性的建模方法如Petri網(wǎng)、馬爾可夫過(guò)程、動(dòng)態(tài)故障樹等。利用傳統(tǒng)Petri網(wǎng)對(duì)FMS建立的模型存在狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題，因此為了簡(jiǎn)化狀態(tài)空間復(fù)雜的問(wèn)題，本文利用廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)對(duì)柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行建模。針對(duì)建立的模型進(jìn)行可靠性分析。

3基于隨機(jī)Petri網(wǎng)和動(dòng)態(tài)故障樹的柔性制造系統(tǒng)可靠性建模

3.1柔性制造系統(tǒng)動(dòng)態(tài)故障樹

柔性制造系統(tǒng)屬于復(fù)雜的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，分析該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可用度時(shí)，在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上引入了動(dòng)態(tài)故障樹，用廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)對(duì)動(dòng)態(tài)故障樹各個(gè)邏輯門建立Petri網(wǎng)模型，利用動(dòng)態(tài)故障樹的動(dòng)態(tài)特性以及廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)具有的時(shí)間特性，從而分析

了系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)[3]。

柔性制造系統(tǒng)屬于可修系統(tǒng)，故障發(fā)生后通過(guò)維修可以繼續(xù)使用。每個(gè)單元的故障率和維修率取統(tǒng)計(jì)平均值，可以認(rèn)為是常數(shù)。根據(jù)動(dòng)態(tài)故障樹的建立方法，建立柔性制造系統(tǒng)(FMS)的系統(tǒng)故障樹如圖2所示。

3.2柔性制造系統(tǒng)系統(tǒng)故障邏輯判定

根據(jù)組成柔性制造系統(tǒng)各個(gè)部分的特點(diǎn)，下面給出各個(gè)部分對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)邏輯門。如表1所示。

表1 FMS系統(tǒng)故障對(duì)應(yīng)的邏輯門

5結(jié)論

本文采用廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)對(duì)柔性制造系統(tǒng)的故障樹建立可靠性模型，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性和可行性，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

本文的不足之處在于采用GSPN為各個(gè)子系統(tǒng)建模后，模型還是比較復(fù)雜，在利用仿真工具TimeNet進(jìn)行仿真還存在狀態(tài)空間較復(fù)雜的問(wèn)題，隨著模型數(shù)的增加計(jì)算狀態(tài)空間的工作量也會(huì)增加。

本文進(jìn)一步研究的內(nèi)容是在設(shè)計(jì)中采用更好的方法提高柔性制造系統(tǒng)的可用度。另外尋求一種合適的模型簡(jiǎn)化方法將建立的模型進(jìn)行再次簡(jiǎn)化，從而更容易的求解出系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

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