制造系统中死锁问题研究

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1、摘要制造系统中的死锁问题是一个前沿性的研究课题已受到学术界和工业界的广泛关注无死锁性是制造系统的基本要求本文针对制造系统中的死锁问题从制造系统的调度和控制着手运用Petri网自动机通讯顺序进程对制造系统建模结合遗传算法银行家算法以及符号模型检查等形式化的方法对无死锁调度死锁预防死锁避免进行了研究本文的主要工作包括:1.提出了一种在制造系统中搜索最优的无死锁调度的算法此算法是建立在遗传算法的基础上通过引入形式化的Petri网结构来保证无死锁的调度结果主要解决三个问题给定一批加工任务计算在缓冲区数量为零情况下的最优调度给定一批加工任务计算它的最优调

2、度所需要的缓冲区数目得到包含此缓冲区的整个调度结果给定加工任务和一定数量的缓冲区得到对应此情况的一个最优调度2.提出了一种基于时态Petri网和符号模型检查的死锁预防策略:根据时态Petri网的结构分析来组织模型检查中的规范符号模型检查用来执行形式化的验证这种验证将会对系统所有可能的行为进行检查即运用时态Petri网的结构分析来加强符号模型检查的问题描述能力3.对银行家算法进行改进一般银行家算法用在操作系统(OS)中而操作系统与柔性制造系统之间存在差异为使该算法适用于柔性制造系统必须对此算法进行改进对制造系统采用形式化的建模方法将系统的模型转换

3、成适合进行模型检查的形式运用SPIN来对此算法进行仿真并验证此算法模型的正确性4.提出了一种FMS的建模方法此方法是基于时间自动机模型FMS的调度和控制问题被集成到这个模型中在这个模型中系统的行为和系统的性能可以兼顾在这个模型上最优调度和最优控制可以得到检查和验证5.提出了一种FMS的集成设计方法为死锁提供一种全局的解决方案此种方法是基于无死锁调度死锁避免算法死锁检测和恢复算法着重于从调度和控制的角度来处理死锁问题6.提出了一种运用面向对象的建模语言统一建模语言(UML)和SPIN(PROMELA模型)来对柔性制造系统进行建模仿真和验证的方法此

4、方法可以描述和检查系统的性质从建模仿真一直到模型检查提供对FMS全面系统的设计方法对完善FMS建模方法指导控制系统的具体设计促进模型检查方法的工业化具有重要的作用关键词:柔性制造系统Petri网自动机通讯顺序进程遗传算法AbstractTheresearchondeadlockinmanufacturingsystemisaveryactiveandpopularsubject,towhichmoreandmoreattentionhavebeenpaidbybothacademiaandindustry.Deadlock-freeisabas

5、icrequirementofthemanufacturingsystem.Inthisdissertation,thedeadlockproblemisinvestigatedfromtheviewofschedulingandcontrolling.Petrinet,automataandcommunicationsequentialprocessareusedtosystemmodeling,geneticalgorithm,Bankersalgorithmandsymbolicmodelchecking,etc,areusedtodea

6、dlockfreescheduling,deadlockpreventionanddeadlockavoidance.Thecontentofthisdissertationincludes:1.Analgorithmforfindingoptimaldeadlock-freeschedulinginmanufacturingsystemwithbufferispresented.ThisalgorithmisbasedontheeffectiveGeneticAlgorithm(GA)searchmethod,andaformalPetrin

7、etstructureisintroducedtodetectthetokenplayerassuringdeadlock-free.Threeproblemsareresolved,givenasetofjobs,theoptimalschedulingwithoutbuffercanbegot.Givenasetofjobs,thenumberofbufferswhichtheoptimalschedulingneedscanbegot,andtheschedulingincludingthebuffersallocationcanalso

8、begot.Givendefinitenumberofbuffers,thecorrespondingoptimalschedulingcanbeca