基于Petri网与Witness的单品种流水线生产系统仿真研究开题报告

1. 研究目的与意义

单品种流水生产线实际上是一种排队选择模型,对于研究基于petri网的离散系统建模来说,单品种流水生产系统模型是一种最为基本的模型。

对于变换时间为指数分布的模型,它的petri网模型可以很方便地转化为马尔可夫链来求解,但由于petri网的状态空间随着库所和变迁的增加呈指数级增长,所以尽管在理论上存在求解m个机器和n个缓冲区模型,但实际上大多用仿真的方法来计算。

本文尝试使用witness仿真软件与petri网进行单品种流水生产线研究，可直接对流水生产系统所需要收集的数据进行分析,从而提高了模型的分析效率。

2. 研究内容和预期目标

（1）研究内容： ① 单品种流水生产线的工作流程； ② Petri网模型的构建； ③ 将Petri网模型与Witness软件模块对应起来； ④ 使用Witness软件模拟生产线； ⑤ 对所编写的程序进行实验验证与改进。

（2）拟解决的问题：构建单品种流水生产线的petri网模型，并通过运用Witness仿真软件进行验证和改进。

3. 国内外研究现状

petri 网是一种数学化的建模方法，根据 petri 网中标识的不断变化可以知道实际系统是如何运行的，这样可以更好的了解系统，以便后面对其做出分析。

yeung 等主要研究柔性装配系统，通过使用着色 petri 网构建模型，来达到控制过程，人员设备合理利用，防止出现死锁现象[1]；zha 在 petri 网的基础上加入了另一种方法-人工智能，他通过知识 petri 网的应用，准确、合理描述了整个系统的行为[2]；gui 的文章中提到了大规模定制系统，通过使用着色 petri 网来描述这个系统的动态行为和重组行为，但是同样存在一个缺点，在文章中没有进一步分析系统的性能[3]； hatano 等研究了混流装配系统中存在的一些特殊情况，例如加工时间的不确定，设备机器在工作过程中突然出现问题等，这些情况要用随机 petri 网来进行研究[4]。

高峰通过 petri 网模型研究了装配线系统中的瓶颈工序，对这些关键的加工步骤进行监控[5]；黄银娣等采用时间 petri 网来建立单一车型的总装配线系统模型，建立了多种车型混流总装配线系统的时间着色 petri 网模型并进行了实例应用[6]；易磊，唐秋华等通过赋时库所 petri 网建立了混流制造系统模型，完整地表达了混流装配线的静态结构和动态变化，并通过与单一产品的生产状况进行比较，为系统的性能分析提供依据[7]。

4. 计划与进度安排

2022.11--2022.01 进行本课题相关调研与文献检索，明确选题的意义、把握该课题国内外研究现状、确定欲解决的关键问题、并在此基础上完成开题报告。

2022.02--2022.04 学习和掌握petri的基本原理和witness软件的使用，构建并改进petri网模型，并使用witness仿真软件进行实验验证。

2022.04--2022.05 进一步修改程序，完成论文撰写。

5. 参考文献

[1] Yeung W H R, Moore P R. Distributed Cell Controllers Using Color Petri Net and Fieldbus: an application in Flexible Assembly[J]. Int. J. of prod. Res., 1997,35(2):327-340. [2] Zha X F,Du H, Lim Y E. Knowledge Intensive Petri Net Framework for Concurrent Intelligent Design of Automatic Assembly Systems[J]. Robotics and computer integrated manufacturing,2001(17):379-398. [3] Gui X Q,McLean C,Riddick E. Simulation System Modeling for Mass Customization Manufacturing[J].Proceedings of the 2002 Winter Simulation Conference,Los Alamitos,CA:IEEE Computer Society Press,2002(1):2031-2036. [5] Hatano L,Yamagata K,Tamura H. Modeling and On-line Scheduling of Flexible ManufacturingSystems using Stochastic Petri Net[J].IEEE Transaction on Software Engineering,2009(17):126-133. [6] 高峰,王明哲.装配生产线 Petri 网模型优化算法研究[J].机械与电子,2004(5):13-15. [7] 黄银娣，卞荣花，余伟,等.汽车混流装配线系统的时间着色Petri网建模 [J]. 控制与决策,2011,27(1):56-60. [8] 易磊,唐秋华,王盛龙.混流制造系统的 Petri 网建模与仿真研究 [J].武汉科技大学学报,2011,34(3):236-240.