Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитичекий обзор существующих подходов к моделированию и анализу технологических процессов ...
1.1 Технологические процессы и их моделирование 9
1.2 Постановка проблемы и определение предварительных требований к математическому аппарату
1.3 Математические модели дискретно-непрерывных систем 15
1.3.1 Агрегативная система Н.П. Бусленко 16
1.3.2 Непрерывно-дискретная системаВ.М. Глушкова 18
1.3.3 Гибридная система А. Пнуэли 20
1.3.4 Сети Петри 21
1.3.4.1 Дискретно-непрерывные (ДН) сети Петри 21
1.3.4.2 Гибридные сети Петри (ГСП) 24
1.3.4.3 Вложенные сети Петри (ВСП) 24
1.4 Существующие подходы к моделированию дискретно-непрерывных систем
1.4.1 Однокомпонентные модели 25
1.4.2 Многокомпонентные модели 27
1.4.3 Графические оболочки на базе гибридных автоматов 28
1.4.4 Программная,среда DCNET 30
2 Разработка модифицированного аппарата ВГСП для моделирования технологических процессов
2.1 Обыкновенные сети Петри 33
2.2 Расширения сетей Петри 35
2.2.1 Элементарные сети Петри 35
2.2.2 Сети Петри высокого уровня 36
2.2.3 Раскрашенные сети Петри 38
2.2.4 Непрерывно-временные сети Петри 39
2.2.5 Ингибиторные сети Петри 41
2.3 Гибридные сети Петри 41
2.4 Вложенные сети Петри 47
2.5 Модифицированный аппарат вложенных гибридных сетей Петри 53
3 Методика построения модели технологического процесса с использованием модифицированных ВГСП
3.1 Общий подход и методика построения модели технологического процесса с использованием модифицированного аппарата ВГСП
3.2 Основные положения ТАУ 72
3.2.1 Основные определения и принципы построения САУ 72
3.2.2 Классификация САУ 74
3.2.3 Цифровые системы автоматического управления 76
3.3 Реализация непрерывной части системы в терминах СП 77
3.3.1 Динамические звенья САУ 77
3.3.2 Безынерционное звено 79
3.3.3 Идеальное дифференцирующее звено 80
3.3.4 Идеальное интегрирующее звено 81
3.3.5 Реализация остальных звеньев в терминах аппарата сетей Петри 83
3.4 Реализация цифровой части системы в терминах СП 84
3.4.1 Аналого-цифровой преобразователь 84
3.4.2 Цифровое вычислительное устройство 90
3.4.3 Цифро-аналоговый преобразователь 91
4 Реализация программного комплекса на базе модифицированного расширения сетей Петри Высокого ...
4.1 Разработка архитектуры программного комплекса 94
4.2 Разработка алгоритмов программного комплекса 97
4.2.1 Блок-схема алгоритма вычисления маркировки ГСП 100
4.2.2 Блок-схема алгоритма формирования матрицы инцидентности системной сети
4.3 Моделирование типовых динамических звеньев в іерминах 109
модифицированного аппарата сетей Петри
4.3.1 Модель безынерционного звена 103
4.3.2 Модель идеального дифференцирующего звена 107
4.3.3 Модель идеального интегрирующего звена 109
4.4 Применение модифицированного аппарата ВГСП к моделированию операционного технологического процесса кузнечного отжига 111
4.5 Применение модифицированного аппарата ВГСП к моделированию , технологического процесса производства сортировки
Заключение 123
Список использованных источников 125
- Непрерывно-дискретная системаВ.М. Глушкова
- Сети Петри высокого уровня
- Основные определения и принципы построения САУ
- Блок-схема алгоритма вычисления маркировки ГСП
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Постоянный прогресс приводит к появлению новых, более сложных технологических процессов, требующих качественного анализа и соответствующих методов управления.
Современный ТП невозможно представить без элементов, осуществляющих операции обслуживания и управления системой. Элементы обслуживания входят в состав ТП, влияют на него, принимают непосредственное участие в его. работе. Образованная таким образом система состоит из разнородных компонент, в общем случае представленных сложноіі комбинацией, дискретных и непрерывных составляющих. ТП с элементами обслуживания можно- представить в виде дискретно-непрерывной или гибридной системы.
ДН системы,- это параллельные и распределенные динамические системы, состоящие из большого числа элементов различной природы. Невозможность представления ДН систем только дискретными или только динамическими моделями позволяет выделить их в отдельный класс систем, поведение которых описывается бесконечной последовательностью сменяющих друг друга мгновенных дискретных и длительных непрерывных поведений.
Исследованию проблем анализа и синтеза ДН систем, посвящены работы Н.П. Бусленко, В.М. Глушкова, А. Пнуэли, В.А. Денисенко и ряда других авторов.
Опираясь на труды предшественников, в данной диссертационной работе предлагается решать проблему исследования ТП в применении модифицированного аппарата вложенных гибридных сетей Петри для построения математической и программной модели.
Целью диссертационной работы является совершенствование ТП с элементами обслуживания на базе модифицированного аппарата вложенных гибридных сетей Петри.
В соответствии с указанной целью в работе сформулированы и решены следующие задачи:
1. Проанализированы существующие математические модели и системы моделирования ДН систем. На основе проведенного анализа выдвигается предположение о целесообразности разработки новых и совершенствования старых методов и средств анализа ДН систем, повышения эффективности, надежности и качества исследуемых систем.
2. На основе рассмотренных подходов к моделированию ДН систем представлено модифицированное вложенное гибридное расширение сетей Петри, объединяющее в себе положительные особенности вложенного и гибридного формализмов сетей Петри, и дополненное за счет введения в аппарат новых элементов и правил работы с ними.
3. Опираясь на предложенный аппарат, существующие системы моделирования ДН систем, требования к аппарату и программной реализации, разработана методика построения моделей ДН систем с применением модифицированного аппарата ВГСП.
4. Основываясь на положениях теории автоматического управления и свойствах рассматриваемых систем, представлены дополнения к предложенному модифицированному аппарату, разработаны модели звеньев ДН системы в терминах сетей Петри.
5. На базе дополненного модифицированного аппарата представлена программная реализация системы моделирования. Разработаны программные реализации звеньев ДН системы в терминах сетей Петри, составлена библиотека типовых звеньев.
6. Разработаны, построены и проанализированы с применением программной реализации модели ТП операционного кузнечного отжига и производства сортировки с учетом элементов обслуживания.
Объектом исследования является ТП с элементами обслуживания.
Методы исследования. Теоретические исследования при решении поставленных задач выполнены с применением методов теории графов, теории сетей Петри и их расширений, методов системного анализа, включая вопросы анализа, синтеза, моделирования, оптимизации и совершенствования управления сложных систем, теории систем, теории автоматического управления.
Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании и внедрении методики построения модели ТП в терминах модифицированных вложенных гибридных сетей Петри. В рамках этого решены следующие задачи: 1. Предложен модифицированный аппарат вложенных гибридных сетей Петри. Введение в аппарат переходов квантования и экстраполяции позволяет использовать в исследуемой системе такие понятия как обратные связи и датчики, а введение понятий веса дуги, ингибиторных дуг и видоизмененных правил работы с ними существенно расширяет описательные возможности представленного аппарата.
2. Предложена методика построения ч моделей ТП на основе модифицированного аппарата сетей Петри. Данная методика регламентирует основные шаги на пути построения модели ДН системы, начиная от формулировки цели функционирования системы, заканчиваяреализацией имитационной»модели системы и подведением итогов
3. Разработаны модели типовых динамических звеньев систем автоматического» управления в терминах модифицированного аппарата сетей Петри. Составлена библиотека типовых динамических звеньев.
4. Построена модель цифровой системы автоматического управления в, терминах модифицированного аппарата сетей Петрш
Практическая значимость работы, заключается в разработке алгоритмических и программных средств системы моделирования ТП с элементами обслуживания, а также программной реализации звеньев цифровой системы автоматического управления.
Программная среда позволяет исследовать модели систем на базе различных расширений сетей Петри. В ее состав входят наборы» библиотек стандартных элементов сетей Петри и типовых динамических звеньев в терминах модифицированного аппарата сетей Петри. Ценность заключается в возможности моделирования системы в реальном масштабе времени и внесении коррективов в процессе исследования. Графический интерфейс программы направлен на упрощение взаимодействия конечного пользователя с представленным аппаратом, а также на более понятное и наглядное представление результатов исследования.
Использование результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде программной среды моделирования ТП с элементами обслуживания, а также методических указаний по ее применению были приняты к внедрению на вологодских предприятиях ЗАО «Арсенал вин» и ООО «НМК», что подтверждено аісгами. Итогом внедрения следует считать полученные результаты проведенных исследований, позволяющие модернизировать существующие на указанных предприятиях ТП.
Разработанный в диссертационной работе модифицированный аппарат вложенных гибридных сетей Петри, а также программная среда моделирования ТП с элементами обслуживания использовались в учебном процессе Вологодского государственного технического университета в курсе «Автоматизированные информационно-управляющие системы». Имеется соответствующий акт о внедрении.
Результаты диссертационной работы были использованы в гранте РФФИ "Исследование фундаментальных проблем построения мультиагентных интеллектуальных систем" (2008-2009 г.г.).
Апробация полученных результатов. Предлагаемые решения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались на научно-технических конференциях и получили положительную оценку на третьей всероссийской НТК «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2005), всероссийской НК студентов и аспирантов «Молодые исследователи - регионам» (Вологда, 2005), международной НТК «Автоматизированная подготовка машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда. 2005), VII международной НТК «Кибернетика и высокие технологии ХХЬ века» (Воронеж, 2006), третьей всероссийской НПК «Имитационное моделирование теория и практика» (Санкт-Петербург, 2007), международной НТК «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и искусственного интеллекта» (Вологда, 2007), всероссийской НК студентов и аспирантов «Молодые исследователи - регионам» (Вологда, 2007), четвертой международной НТК «Автоматизация и энергоснабжение машиностроительного и металлургических производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2008). Статьи по тематике диссертационной работы были опубликованы в научно-техническом журнале «Информационные технологии моделирования и управления» (Воронеж, 2007) и научно-техническом журнале ВАК «Системы управления и информационные технологии. Перспективные исследования» (Москва-Воронеж, 2008). Кроме того, результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных выступлениях аспирантов кафедры АВТ ВоГТУ.
Основные научные результаты, выносимые на защиту:
1. Модифицированный аппарат вложенных гибридных сетей Петри.
2. Методика построения моделей ТП с элементами обслуживания с использованием предложенного модифицированного аппарата.
3. Модели типовых динамических звеньев, построенные в терминах модифицированного аппарата вложенных гибридных сетей Петри.
4. Модель цифровой системы автоматического управления, построенная в
терминах представленного модифицированного расширения сетей Петри.
5. Модели гибридных систем, построенные и проанализированные с использованием модифицированного аппарата сетей Петри.
6. Программная среда анализа и синтеза моделей ТП с элементами обслуживания, реализованная на основе предложенного аппарата.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 10 печатных работ, из них 1 - в научно-технических журналах, 1 - в журнале, рекомендованном ВАК, 4 - на всероссийских НТК, 4 - на международных НТК..
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и десяти приложений. Текст изложен на 124 страницах, содержит 36 рисунков, 7 таблиц. Библиографический список включает 105 наименований.
Непрерывно-дискретная системаВ.М. Глушкова
Разнообразие технологических процессов обусловлено видом используемого сырья, формой и количеством необходимых энергоресурсов, количеством стадий (операций) преобразования сырья, временными характеристиками операций процесса, видом готовой продукции.
Современные технологические процессы являются сложными объектами с большим числом входных и выходных переменных. Сложные нелинейные связш между переменными, недостаточность априорной информации о закономерностях протекания процессов создают значительные трудности, при создании адекватных моделей технологических процессов. Технологический процесс должен удовлетворять нескольким зачастую противоречивым требованиям к качеству готовой продукции и производительности установки [105].
Современный технологический процесс невозможно представить без так называемых элементов обслуживания, осуществляющих операции обслуживания и управления системой. Таким элементом может быть некоторый человек, влияющий на протекающие в системе процессы по мере необходимости, или некоторый управляющий коніур, реализующий заранее заданный алгоритм. Такие элементы обслуживания широко распространены в существующих технических системах, однако их исследование затруднено отсутствием полноценного математического аппарата.
Элементы обслуживания непосредственно входят в состав технологического процесса. В отличие от обслуживающих процессов они влияют на сам технологический процесс, принимая в нем непосредственное участие. Образованная таким образом система состоит из разнородных компонент, в общем случае представленных сложной комбинацией дискретных и непрерывных составляющих. Такие системы демонстрируют как непрерывные, так и дискретные аспекты поведения и носят название гибридных систем [1,19,22]. В литературе также используются термины «непрерывно-дискретные системы», «системы с переменной структурой», «событийно-управляемые» [93,94]. Под технологическим процессом в данной работе будут рассматриваться дискретно-непрерывные технологические процессы с элементами обслуживания. Дискретно-непрерывные системы - это параллельные и распределенные динамические системы, состоящие из большого числа элементов различной природы [76,77]. Поведение таких элементов описывается дискретными процессами, время реакции на события в которых является несущественным для анализа системы, и непрерывными процессами с конечной длительностью. Дискретно-непрерывные системы не могут быть сведены к чисто дискретным моделям, так как динамика их непрерывных компонент достаточно сложна. Кроме того, описание дискретно-непрерывных систем в" рамках классической теории динамических систем затрудняется возникновением событий, мгновенно изменяющих глобальное поведение системы и ее структуру. Таким образом, невозможность представления дискретно-непрерывных систем только дискретными или только динамическими моделями позволяет выделить их в отдельный класс систем, поведение которых описывается бесконечной последовательностью сменяющих друг друга мгновенных дискретных и длительных непрерывных поведений.
Проектирование, внедрение, эксплуатация и эволюция технологических процессов невозможны без использования различных видов моделирования [85,90]. На всех этапах необходимо учитывать такие особенности как сложность структуры и стохастичность связей между элементами, неоднозначность алгоритмов поведения при различных условиях, большое количество параметров и « переменных; неполноту и недетерминированность исходной информации, разнообразие и вероятностный характер воздействий внешней среды и так далее. Ограниченность возможностей экспериментального исследования таких систем делает актуальной разработку методики их моделирования, которая бы позволила описагь процессы функционирования с помощью математических моделей, получить результаты экспериментов с моделями на основе анализа характеристик исследуемых объектов [91]..
Вне зависимости от разбиения конкретного технологического процесса на подсистемы, при проектировании каждой из них необходимо выполнить внешнее и внутреннее проектирование. Используемые при этом методы и средства моделирования могут существенно отличаться. На стадии макропроектирования разрабатывается обобщенная модель функционирования технологического процесса. Стадию внешнего проектирования разбивают на анализ и синтез. При анализе изучают объекты управления, строят модель их взаимодействия с внешней средой, определяют критерии оценки эффективности, имеющиеся ресурсы, необходимые ограничения. Конечная цель стадии анализа - построение модели объекта управления для оценки его характеристик. При- синтезе на этом этапе решаются задачи выбора стратегии управления.
На стадии микропроектирования разрабатывают модели с целью создания эффекшвных обеспечивающих подсистем. Используемые методы и средства моделирования зависят от того, какое конкретно обеспечение разрабатывается: информационное, математическое, техническое, и так далее.
Анализ характеристик функционирования технологического процесса с помощью только аналитических методов наталкивается на значительные трудности, приводящие к необходимости существенного упрощения моделей либо на этапе их построения, либо на этапе работы с моделью. Это может привести к получению недостоверных результатов.
Сегодня наряду с построением аналитических моделей большое внимание уделяют задачам оценки характеристик технологических процессов на основе имитационных моделей [100]. Перспективность этого вида моделирования возрастает с повышением быстродействия и развитием математического обеспечения. Это способствует появлению новых «чисто машинных» методов решения задач исследования на основе организации имитационных экспериментов с моделями. Ориентация на универсальные ЭВМ позволяет проводить не только анализ их характеристик, но и решать задачи структурного, алгоритмического и параметрического синтеза таких систем при заданных критериях оценки эффективности и ограничениях.
Сети Петри высокого уровня
Графическое представление гибридной системы в виде графа используется для описания поведения в пакетах Model Vision Studium, AnyLogic, Ptolemy II. Оно же лежит в основе описания поведения в языке UML [53,83].
Самой простой формой гибридного автомата является примитивный гибридный автомат с одним узлом и приписанной ему классической динамической системой, при возникновении событий в которой меняются только начальные-условия. Он демонстрирует достаточно сложное поведение, отличное от поведения классических систем. В пакетах чаще всего используются гибридные автоматы со многими узлами.
К достоинствам гибридного автомата относят наглядность при моделировании систем. С его помощью можно описывать системы как с дискретным, так и с непрерывным временем. Это позволяет использовать «их для описания дискретно-непрерывных систем, что важно, например; для моделирования современных технических систем, со встроенными ЭВМ и микропроцессорами. Программное обеспечение и аппаратура при этом разрабатываются одновременно, и на; ранних этапах разработки могут быть представлены похожими компьютерными моделями: дискретными для программного обеспечении и гибридными для аппаратуры. Именно совместное моделирование на ранних этапах разработки программного обеспечения и аппаратуры позволяют избежать существенных и трудно устранимых ошибок при проектировании больших систем.
Model Vision Stadium (MVS) - это интегрированная! графическая оболочка для быстрого создания интерактивных визуальных моделей дискретно-непрерывных систем и проведения вычислительных экспериментов с ними [40].
В основе технологии MVS лежит понятие виртуального лабораторного стенда, на нем -располагаются все блоки моделируемой системы. Для получения этого стенда необходимо описать моделируемую систему на входном языке пакета и создать соответствующий этому описанию программный код.
Описание проекта пользователь может вводить и редактировать как в визуальном, так и текстовом виде. При открытии в интегральной среде какого-либо проекта его внутреннее представление автоматически разворачивается в визуальное представление.- В" любой, момент времени может быть получено текстовое описание проекта, на специальном языке Model» Vision Language (MVL), включающее в себя функциональное описание и описание визуальных компонентов.
Описание проекта включает в себя описание классов устройств, глобальных констант и алгебраических процедур и функций, а также описание конкретної! конфигурации виртуального стенда, с которой будет проводиться вычислительный эксперимент. AnyLogic - инструмент имитационного моделирования, объединивший методы системной динамики, "процессного" дискретно-событийного и агентного моделирования в одном языке и одной среде разработки моделей [39]. AnyLogic включает набор примитивов и библиотечных объектов для эффективного моделирования производства и логистики, бизнес-процессов и персонала, финансов, потребительского рынка, а также окружающей инфраструктуры в их естественном взаимодействии. Объектно-ориентированный подход, предлагаемый AnyLogic облегчает итеративное поэтапное построение больших моделей. В AnyLogic включены средства анализа данных и большой набор элементов бизнес-графики, спроектированных для эффективной обработки и презентации результатов моделирования: статистики, наборы данных, графики, диаграммы, гистограммы. Языком для описания структур данных, действий, правил и алгоритмов в AnyLogic является Java. При необходимости возможно расширить и доопределить функциональность любых примитивов AnyLogic, добавив в них фрагменты Java-кода. Java делает модели, разработанные на AnyLogic, кросс-платформенными. Открытость моделей на уровне Java позволяет легко интегрировать их с внешними Java и другими элементами корпоративной 1Т-инфраструктуры. Среда DCNET является программной средой моделирования систем с управляемой структурой [46]. Она разработана на базе дискретно-непрерывных сетей Петри - расширения классических сетей Петри. Программа DCNET предназначена: 1. для моделирования- и исследования гибких автоматизированных производств, АСУТП совместно с технологическим объектом управления, автономно функционирующих объектов космического, воздушного, наземного, водного и подводного назначения, САУ; 2. для проектирования электронных экзаменаторов, динамических и пультовых тренажеров; 3. для разработки экспертных систем. Режим редактирования предназначен для графического ввода структуры, элементов и параметров дискретно-непрерывной сети. Он позволяет оперативно получать информацию о структуре схемы и параметрах ее элементов; добавлять и удалять элементы, изменять их параметры, число входов и выходов, а также соединения между ними; осуществлять копирование и перемещение отдельных блоков, их групп, как с сохранением связей, так и без, что ускоряет набор схемы; вводить в структуру модели переменные параметры и типы (имена) соединений; строить иерархические модели из библиотеки готовых подмоделей; производить поиск элементов по заданным типам, номерам или именам, для облегчения ориентации в больших схемах.
Режим редактирования маркировки сети предназначен для быстрого ввода и удобного просмотра маркировки сети. Он позволяет осуществлять ввод начальной маркировки сеіи, оперативную корректировку маркировки сети в процессе моделирования, проверку схемы на обнаружение неподключенных входов элементов, несоответствия соединенных типов входов и выходов:
Режим моделирования позволяет визуализировать дискретно-непрерывную и структурную динамики . поведения системы; осуществлять, оперативное вмешательство в процесс моделирования, производя при необходимости коррекцию состояния непрерывных и дискретных элементов системы; производить пошаговое моделирование системы с остановками через заданные временные интервалы или контролем достижения системой заданного структурного состояния; определять статистические характеристики процессов системы; накапливагь результаты моделирования в графической либо табличной формах; осуществлять документирование результатов моделирования.
Программная среда DCNET являлась одной из первых разработок, позволяющих проводить моделирование систем с управляемой структурой. Она обладает простым интерфейсом и доступна широкому, кругу пользователей.
Основные определения и принципы построения САУ
Так как программный комплекс (ПК) в целом представляет собой довольно большой код, объединяющий несколько подпрограмм, в данном разделе будут рассмотрены несколько алгоритмов, характеризующих различные стороны его работы.
Разработка ПК велась на языке Delphi 7.0. Данный язык программирования обладает широкими возможностями по созданию приложений для среды Windows. Являясь объектно-ориентированным языком программирования, Delphi позволяет значительно сократить затраты на реализацию программного кода приложения [27,59,61,99].
Несмотря на.огромные возможности Delphi, имеющихся в его библиотеках компонентов и классов оказалось недостаточно для реализации ПК. Поэтому были разработаны новые классы и компоненты, ниже рассмотрим более подробно некоторые из них.
Все разработанные классы сгруппированы в программном модуле ClassColl. Кроме классов были определены следующие типы: 1. TUkazPos = А TPosition - указатель на объект класса TPosition (указатель на позицию сети Петри). 2. TUkazPer = АТРег - указатель на объект класса ТРег (указатель на переход сети Петри). 3. TUkazDuga = ATDuga - указатель на объект класса TDuga (указатель на дугу сети Петри) 4. TUkazIm = ATImage - указатель на объект класса TImage (указатель на графическое изображение позиции, перехода или дуги сети Петри). Описанные типы требуются для построения элементов сети Петри и их корректного взаимодействия. Так как в ходе построения сети Петри формируются целые наборы позиций, переходов и дуг, их соединяющих, целесообразно объединить их в коллекции для удобства дальнейшей работы. Любая- коллекция- эго объект (но не компонент), потомок класса TCollection. Она содержит элементы, причем каждый элемент - это тоже объект (но тоже не компонент), потомок класса TCollectionltem. Оба этих класса являются лишь базовыми, то есть имеют только ту функциональность, которая нужна для самой коллекции. Чтобы получить что-то полезное, мы должны построить свой класс "элемент коллекции" и свой класс "коллекция", введя в них нужные свойства и методы. Ниже рассмотрим реализацию класса, характеризующего набор позиций сети Петри (TPosition). Класс TPosition содержит следующие поля: 1. Поля FX, FY определяют координаты позиции; 2. Поле FText определяет текст, несущий в себе информацию о типе позиции, ее порядковом номере среди позиций данного типа и количестве меток, находящихся в позиции в текущий момент. 3. Поле FTypeP содержит тип позиции, непрерывная или дискретная. 4. В поле FNumM содержится количество обыкновенных (атомарных) меток, находящихся в данной позиции в текущий момент времени. 5. В поле FNumMN содержится количество сетевых меток, находящихся в данной позиции в текущий момент времени. Для класса TPosition определены методы чтения, записи для поля FText, метод переопределения полей класса, метод создания объекта «позиция». Представленная реализация класса TPosition позволяет получить доступ к конкретным полям объекта, создавать и работать с элементами, представленными этим классом. Аналогично были построены классы для работы с переходами и дугами сети. Для реализации графического отображения сети Петри был разработан класс TOblm. Класс ТОЫга содержит следующие поля: 1. Поле Flmage гипа TImage отвечает за графическое представление конкретных позиций или переходов. В объект TImage выводится само графическое изображение соответствующего объекта и текст его характеризующий. 2. Поле FLine гипа TLine отвечает за графическое представление дуг сети Петри. Программная реализация компонента TLine рассмотрена ниже. 3. Поля FUkazPos, FUkazPer FUkazDuga отвечают за связь графического представления с конкретным объектом сети. Они представляют собой указатели на объекты - позиции, объекты - переходы, объекты - дуги соответственно. Если объект TObIm реализует графическое представление объект - позиции, то первому указателю присваивается адрес объекта — позиции. В случае реализации графического представления объекта - перехода1 второму указателю присваивается адрес объекта - перехода. Если объект TObIm реализует графическое представление объекта — дуги третьему указателю присваивается адрес объекта - дуги. Обращаясь к элементу TObIm, мы можем определить, какой конкретно элемент сети Петри он отображает, а, значит, можем установить связь между графом сети и конкретными элементами его составляющими. Методы PaintPos и PaintPer класса TObIm выводят графическое представление на экран главного приложения, учитывая при этом тип отображаемого объекта, его порядковый номер и характеризующие его параметры. Как было сказано выше, рассмотренный класс формирует коллекцию графических представлений объектов ДН - сети Петри. Объекты коллекции являются связующими звеньями между графическим представлением системы и реальными объектами коллекций позиций и переходов. Таким образом, в і ходе работы над ПК были разработаны классы позиций TPosition, переходов ТРег, дуг TDuga и графических элементов TObIm. При разработке класса дуг был разработан новый компонент Line. Разработка данного компонента оказалась необходимой вследствие того, что в среде Delphi нет компонента, позволяющего соединить два графических изображения простой линией, таким образом, чтобы к созданной линии можно было бы обращаться как к объекту, последнее должно упростить ряд операций над линиями (дугами сети Петри).
Блок-схема алгоритма вычисления маркировки ГСП
Использование в основе программного комплекса предложенного модифицированного аппарата-ВГСП позволило сделать его универсальным для моделирования систем на базе дискретного, непрерывного, гибридного, а также вложенного расширений классических сетей Петри; Построенное ПО наглядно отображает результаты моделирования. Кроме того, программный комплекс позволяет оперативно вмешиваться в. процесс моделирования при обнаружении ошибок и недочетов В ИСХОДНОЙ МОДЄЛИІ
Реализованная на основе программного комплекса библиотека типовых динамических звеньев позволяет строить системы любой сложности в терминах сетей Петри, опираясь на правила и законы ТАУ.
В соответствии с поставленными задачами достигнуты следующие результаты: в терминах модифицированного аппарата сетей Петри разработаны и промоделированы минимально необходимые типовые динамические звенья; в терминах модифицированного аппарата сетей Петри реализованы и промоделированы аналого-цифровой преобразователь, цифровое вычислительное устройство, цифро-аналоговый преобразователь; реализована библиотека стандартных элементов модифицированного аппарата вложенных гибридных сетей Петри, определены их основные характеристики; построены начальные элементы библиотеки типовых динамических звеньев; разработаны, построены и проанализированы модели технологических процессов операционного кузнечного отжига и производства сортировки.
В ходе выполнения работы были выделены основные особенности технологических процессов, а также подходов к пх моделированию. Отмечена необходимость исследования всех входящих в состав технологического процесса компонент как единого целого.
Сделан анализ существующих подходов к представлению гибридных систем, а также их аналитический обзор. Отмечена проблема нехватки полноценного математического аппарата для описания технологических процессов с элементами обслуживания, а также реализованного на его основе программного комплекса.
Выделены предварительные требования к математическому аппарату, преимущества и недостатки отдельных методов. Из анализа рассмотренных подходов, систем моделирования и выдвигаемых требований сделан вывод о целесообразности использования сетей Петри в качестве основы для построения нового аппарата исследования технологических процессов.
Выполнен обзор существующих расширений, аппарата сетей Петри. Рассмотрены основные отличия и особенности формализмов. Выделены аппараты гибридных и вложенных сетей Петри. Отмечаются преимущества указанных формализмов при работе с гибридными системами сложной структуры.
Предложен модифицированный аппарат вложенных гибридных сетей Петри, полученный путем частичного объединения гибридного и вложенного расширений классических сетей Петри.
Модифицированный аппарат вложенных гибридных сетей Петри дополнен новыми элементами: переходами квантования и экстраполяции, позволяющими осуществить переход от непрерывного сигнала к дискретному множеству значений и обратно. В аппарат введены понятия веса дуги и ингибиторных дуг. Расширена область определения веса дуги, предложены видоизмененные правила работы с ним, что существенно расширяет описательные возможности аппарата. Модифицированный аппарат вложенных сетей Петри позволяет исследовать технологические процессы с элементами обслуживания.
Опираясь на особенности системного подхода, принимая во внимание структуру исследуемых систем и предложенный аппарат, выделены основные положения методики построения модели технологического процесса с использованием модифицированного аппарата ВГСП.
Разработан механизм реализации звеньев цифровой части ЦАС в терминах модифицированного аппарата сетей Петри, включающеіі аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, а также цифровое вычислительное устройство.
Построен универсальный программный комплекс на основе предложенного модифицированного аппарата ВГСП для моделирования систем на базе дискретного, непрерывного, гибридного, а также вложенного расширений классических сетей Петри. ПО наглядно отображает результаты моделирования в виде графиков и матриц на экране компьютера, а также в виде текстового файла, содержащего значения маркировки для каждого шага исследования. Кроме того, программный комплекс позволяет оперативно вмешиваться в процесс моделирования при обнаружении ошибок и недочетов в исходной модели системы.
Реализованные на основе программного комплекса библиотеки стандартных элементов модифицированных вложенных гибридных сетей Петри и типовых динамических звеньев позволяют строить системы любой сложности в терминах сетей Пеіри. В терминах модифицированного аппарата сетей Петри разработаны и промоделированы типовые динамические звенья, а также составляющие ЦАС. Разработаны, построены и проанализированы модели технологических процессов операционного кузнечного отжига и производства ЛВИ. Практическая ценность полученных результатов заключается в разработанном модифицированном аппарате вложенных гибридных сетей Петри, ме юдике построения моделей технологических процессов, а также представленном программном обеспечении.
