PETRI网建模理论基础课件.ppt

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1、5.Petri网建模理论基础1962年德国学者CarlA.Petri在其博士论文中提出的描述事件和条件关系的网络用简单图形较好的表示并发、同步、因果等关系。以网图的方式简洁、直观的模拟离散事件系统目前已得到广泛应用,有限状态机、通信协议、同步控制、生产系统、形式语言、多处理器系统等建模中petri网的应用领域(1)通讯协议的验证通讯协议的验证是Petri网应用最为成功的领域之一最初应用在70年代初期，由于Petri网以形式语言作为基础，可形式化地对通信协议进行正确性验证。(2)计算机通讯网络性能评价及多媒体应用随着计算机网络技术和信息技术的发展，对网络进行性能

2、分析的需要，不仅出现于企业内部的生产控制的局域总线网，而且出现于光纤局域网或ATM网中。(3)软件工程由于产品开发中的竞争和革新需要，导致产品开发者面临巨大压力.在软件工程中Petri网主要用于软件系统的建模和分析，比较成熟的是加色Petri网，可以用于大型软件系统的设计、说明、仿真、确认和实现，在软件开发生命周期的各个阶段，Petri网都可以得到很好的应用。(4)知识处理Petri网可用于Al中的知识表达和推理的形式化模型的建立，可以表达各个活动之间的各种关系，如顺序关系、与关系、或关系等，并可在模型基础上通过已知的初始状态和初始条件进行逻辑推理。(5)FM

3、S的建模、分析和控制柔性制造系统(FMS)对于现代制造业具有重要作用，Petri网由于其自身优点，在制造系统中应用广泛，如带缓冲区的简单生产线、机床加工中心、自动生产线、柔性制造系统和及时加工系统。(6)系统可靠性分析系统的可靠性不仅包括硬件的可靠性、也包括软件可靠性.利用随机Petri网对系统进行可靠性分析，对软件复用、软件可靠性分析。5.1基本概念资源：与系统状态变化有关的因素，如原料、产品、工具、设备等状态元素：资源归类后的抽象库所：一个场所，存放状态元素变迁：资源状态变化事件：引起条件的变迁称为事件容量：库所的最大资源数量resourcestatepl

4、ace,“S”transitioneventCapability，“K”Petri网数学定义一个Petri网是一个三元组P={p1，p2，…，pm}为库所（place）的集合；T={t1，t2，…，tn}为变迁（transition）的集合；F=（P×T）∪（T×P）为输入函数和输出函数集，称为流关系。三元组N=（P，T；F）构成网（net）的充分必要条件：①P∩T=ф，规定了库所和变迁是两类不同的元素；②P∪T≠ф，表示网中至少有一个元素；③F=（P×T）∪(T×P)，建立了从库所到变迁、从变迁到库所的单方向联系，并且规定同类元素之间不能直接联系；一个简单的

5、Petri网Petri网描述系统的最基本概念是库所和变迁变迁的发生受到系统状态的控制，即变迁发生的前置条件必须满足；变迁发生后，某些前置条件不再满足，而某些后置条件则得到满足。库所表示系统的状态。变迁表示资源的消耗、使用及使系统状态产生的变化。图形化表示：以圆圈表示为库所以粗实线表示变迁以联结库所与变迁之间的有向弧表示输入输出函数用令牌（token）表示库所中拥有的资源数量。——黑点或数字表示库所变迁库所中令牌分布决定变迁的使能（enabled）和激发（fire），变迁的激发又将改变令牌的分布。以变迁激发导致令牌在库所间的流动，Petri网可以用于模拟系统的动

6、态运行过程，反映系统的动态特性。网N=（P，T；F）构成了描述系统静态结构框架，但还不能描述系统静态结构的全貌。网论尊重资源有限的事实。实际上，变迁发生所需的资源是有限的，库所容量也应是有限的。完整的网系统应指明资源的初始分布，规定变迁的活动原则，确定库所容量和变迁与资源数量之间的关系。实例1：工业生产线的Petri网模型有一工业生产线，要完成两项操作，分别为变迁t1和t2表示，变迁t1将进入生产线的半成品s1s2用两个部件s3固定在一起，后形成中间件s4。然后第2个变迁t2将s4和s5用3个部件s3固定在一起形成中间件s6。完成t1和t2都需要用到工具s7假

7、设受空间限制s2s5最多不能超过100件，s4最多不能超过5件，s3最多不能超过1000件。Petri网模型实例2：基于Petri网的柔性制造系统（FMS）建模举例板材加工FMS主要由以下三部分组成：①数控加工设备，包括：数控冲床、数控剪板机和数控折弯机等及其上下料辅助装置；②自动化物料运储装置，如立体仓库、堆垛机及上下料小车等；③计算机控制及管理系统。与金属切削FMS相比，板材FMS具有以下特点：①零件的种类、批量及复杂程度存在较大差异；②板料和零件的出入库等操作以托盘为单位，加工过程则以托盘上的单张板料或零件为单位；③作业计划制定涉及零件混合排样问题，零件

8、种类、排样方法及调度策略等对机床的换模