柔性制造系统可靠性形式化建模与分析

陈艳霞

摘要：该文针对柔性制造系统(FMS)的可靠性提出了广义随机Petri网和动态故障树结合建立FMS的可靠性模型，通过仿真工具Ti? meNet对模型进行仿真，仿真实验验证了模型的可行性和有效性，从而提高了系统的可靠性和安全性。

关键词：柔性制造系统；可靠性分析；广义随机Petri网；动态故障树

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：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

柔性制造系统(Flexible Manufacturing System简称FMS)最初由英国Molins公司的Theo Williamson提出。它是一种复杂的自动化制造系统。FMS系统的可靠性指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。系统(FMS)的可靠性直接影响到产品生产的可靠性和安全性，传统的可靠性建模方法如可靠性框图、排队论、故障树、活动循环图等只能分析具有静态特性的系统。由于柔性制造系统属于复杂的离散事件动态系统，采用传统的可靠性分析方法显然不能满足要求，为此在传统建模分析方法的基础上引入了各种具有动态特性的建模方法如Petri网、马尔可夫过程、动态故障树等。利用传统Petri网对FMS建立的模型存在状态空间爆炸问题，因此为了简化状态空间复杂的问题，本文利用广义随机Petri网对柔性制造系统进行建模。针对建立的模型进行可靠性分析。

3基于随机Petri网和动态故障树的柔性制造系统可靠性建模

3.1柔性制造系统动态故障树

柔性制造系统属于复杂的离散事件动态系统，分析该系统的动态可用度时，在传统方法的基础上引入了动态故障树，用广义随机Petri网对动态故障树各个逻辑门建立Petri网模型，利用动态故障树的动态特性以及广义随机Petri网具有的时间特性，从而分析

了系统的可靠性指标[3]。

柔性制造系统属于可修系统，故障发生后通过维修可以继续使用。每个单元的故障率和维修率取统计平均值，可以认为是常数。根据动态故障树的建立方法，建立柔性制造系统(FMS)的系统故障树如图2所示。

3.2柔性制造系统系统故障逻辑判定

根据组成柔性制造系统各个部分的特点，下面给出各个部分对应的动态逻辑门。如表1所示。

表1 FMS系统故障对应的逻辑门

5结论

本文采用广义随机Petri网对柔性制造系统的故障树建立可靠性模型，通过仿真实验验证了模型的正确性和可行性，从而提高了系统的可靠性。

本文的不足之处在于采用GSPN为各个子系统建模后，模型还是比较复杂，在利用仿真工具TimeNet进行仿真还存在状态空间较复杂的问题，随着模型数的增加计算状态空间的工作量也会增加。

本文进一步研究的内容是在设计中采用更好的方法提高柔性制造系统的可用度。另外寻求一种合适的模型简化方法将建立的模型进行再次简化，从而更容易的求解出系统的可靠性指标。

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