Bài Giảng Hệ Thống Sản Xuất Linh Hoạt _ www.bit.ly/taiho123

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA HÀNG KHÔNG VŨ TRỤ

BÀI GiẢNG MÔN HỌC

HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT

TS. Trần ðức Tăng
Bộ môn CNTB & HKVT
ðiện thoại: 0973 991486
Email:

Chương 3: Các công cụ phân tích HTSX

1. Các công cụ kế hoạch hóa

Nội dung

2. Công cụ mô phỏng

3. Sơ ñồ mạng lưới Petri net

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

1


1. Các công cụ kế hoạch hóa
Lập kế hoạch là một phần của mọi hoạt ñộng sản xuất, nó là
một công việc liên quan ñến kế hoạch thời gian và kế hoạch
hóa chi tiết.

- Kế hoạch hóa thời gian liên quan ñến thời gian trong ñó một
công việc ñược thực hiện.
- Kế hoạch hóa chi tiết liên quan ñến sự chuẩn bị và khai thác
tối ưu tất cả các nguồn lực sản xuất.
Khó khăn của việc lập kế hoạch là mỗi công việc sản xuất yêu
cầu phương pháp lập kế hoạch riêng, và các phương pháp
ngày càng thay ñổi.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Ví dụ, phương pháp lập kế hoạch có trợ giúp của máy tính
khác rất nhiều so với phương pháp lập kế hoạch bằng tay sử
dụng cách ñây 30 năm.
Không có khái niệm chung về nội dung và cấu trúc của từng
công cụ lập kế hoạch.
Ví dụ, công cụ lập kế hoạch cho phát triển phần mềm sẽ
khác công cụ sử dụng cho lập kế hoạch sản xuất.
Các công cụ dùng cho hệ thống kế hoạch hóa thường xây
dựng thành các khối mà có thể áp dụng cho các vấn ñề khác
nhau.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

2


Hệ thống lập kế hoạch phức tạp có thể sử dụng các biểu ñồ,
quy hoạch tuyến tính và quy hoạch ñộng, mô phỏng, mạng
lưới Petri, và phương pháp trí tuệ nhân tạo.
Thông thường rất khó ñể xác ñịnh công cụ nào có lợi ñể sử

dụng trong giải quyết 1 vấn ñề ñưa ra.
Nếu một hệ thống lập kế hoạch lớn, ñược cấu tạo từ các công
cụ lập kế hoạch cơ bản, các giao tiếp bên trong phải ñược
thiết kế cẩn thận ñể có sự liên kết hiệu quả giữa các bộ phận.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Nhiệm vụ của lập kế hoạch trải qua vài giai ñoạn:
Kế hoạch bắt ñầu với khái niệm về sản phẩm và kết thúc với
sự bảo quản, bảo dưỡng chúng.
Một phần quan trọng của lập kế hoạch là khả năng sẵn có của
cơ sở dữ liệu, lưu các thông tin về các sản phẩm, quá trình,
nguồn lực sản xuất, sự cạnh tranh, v.v.
Người lập kế hoạch phải truy cập vào tất cả các dữ liệu cần
thiết và cập nhật cơ sở dữ liệu ñể ñảm bảo là thông tin luôn
luôn mới.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3


Trong nhiều trường hợp, lập kế hoạch là một công việc lặp lại
và các công cụ cơ bản thường ñược sử dụng nhiều lần.
Vì vậy, hệ thống kế hoạch hóa phải ñược thiết kế theo mô ñun,
các mô ñun có thể ñược tham số hóa bởi người sử dụng ít
kinh nghiệm.
Cũng có thể cung cấp dạng thư viện các thành phần, từ ñó
thiết lập nên hệ thống lập kế hoạch cho từng mục ñích.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Hai công việc lập kế hoạch liên quan ñến quá trình sản xuất là
kế hoạch về trang bị và các nguyên công.
Trong FMS hai công việc này không ñược phân chia một cách
rõ ràng.
Ở ñây, ñiều quan trọng là cung cấp một sơ ñồ bố trí của các
thiết bị giúp các máy công cụ, các thiết bị vận chuyển có thể dễ
dàng ñược thiết lập ñể hệ thống có thể làm việc theo khái niệm
sản xuất ảo.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

4


Các giai ñoạn lập KH cho 1 HTSX & các công cụ hỗ trợ lập KH
Các giai ñoạn lập kế hoạch
Phân tích yêu cầu

Thu thập và ñánh giá
dữ liệu

Bố trí hệ thống và
ñánh giá kỹ thuật

Phân tích tính kinh tế

Thiết kế hệ thống và
lập tài liệu

Hiện thực hóa hệ
thống và kiểm tra

Các công cụ lập kế hoạch
- Hệ thống hỗ trợ quản lý dự án
- Các công cụ kỹ thuật cho việc mô tả
- Thiết bị sản xuất
- Bố trí hệ thống sản xuất
- Thiết kế bộ ñiều khiển máy tính
- Thiết kế phần mềm
- Môi trường lập trình cho
- Các tế bào sản xuất
- Các máy công cụ NC
- Các robot
- Các thiết bị phụ
- Các công cụ mô hình hóa và mô phỏng cho
tất cả các thiết bị sản xuất
- Chương trình về vốn ñầu tư
- Tài liệu và các công cụ tạo biểu ñồ
- Các công cụ kỹ thuật phần mềm cho lập
trình và hệ thống cơ sở tri thức
Cơ sở dữ liệu cho lập kế hoạch
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

2. Công cụ mô phỏng
2.1 Các công cụ mô phỏng
Mô phỏng trợ giúp rất tốt cho lập kế hoạch và các hoạt ñộng
của một hệ thống sản xuất.
Trước ñây ngành công nghiệp xem mô phỏng như một công

cụ ngoại lai chỉ hữu dụng trong ñào tạo, do hệ thống mô phỏng
khó áp dụng và cần máy tính lớn.
Trong những năm gần ñây, tình hình ñó ñã thay ñổi. Các hệ
thống mô phỏng ñã ñược tăng lên với thiết kế giao diện hướng
người sử dụng, và các máy chủ cũng ñược phát triển. Thêm
vào ñó, với việc phát triển của mạng máy tính, cho phép các
máy chủ liên kết với nhau tạo thành một mạng máy tính lớn.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

5


Người kỹ sư xây dựng mô hình toán hay ñồ họa các quá trình
cần nghiên cứu (với sự mô phỏng ñược hỗ trợ của máy tính)
và quan sát trạng thái, sự làm việc của nó.
Kết quả của mô phỏng là các bản ghi hay hình ảnh ñộng trực
quan trên màn hình. Vì vậy người kỹ sư có thể khảo sát các
hoạt ñộng sản xuất khác nhau mà không cần setup máy hay
các quá trình gia công thật.
Mô hình thường chỉ gồm các bộ phận thiết yếu của quá trình
cần khảo sát. Do ñó, việc xây dựng và thực hiện của mô hình
sẽ nhanh.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Nó cho phép khảo sát các quá trình sản xuất khác nhau
nhanh.
Nó cũng cho phép ñiều chỉnh tăng tốc hay làm chậm một quá
trình sản xuất ñể có một cái nhìn tổng quát hay chi tiết về quá
trình sản xuất. Ngoài ra có thể thêm các nhiễu loạn ñể xem
ảnh hưởng của nó.

Mô phỏng cũng ñược dùng cho ñiều khiển quá trình sản xuất.
Trong trường hợp này, mô hình ñiều khiển hoạt ñộng song
song với hệ thống sản xuất.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

6


2.2 Các phương pháp mô hình hóa

Có các mô hình khác nhau ñể mô hình hóa một nhà máy sản
xuất.
Mô hình

ðồ họa

Toán học

Tĩnh

Số

ðộng

Phân tích

Tĩnh

Vật lý

ðộng

Tĩnh

ðộng

Số

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Mô hình toán học

- Trong mô hình toán học, các ñối tượng của 1 hệ thống sản
xuất và các thuộc tính của nó ñược trình bày bằng các biến.
- Các hoạt ñộng ñược mô tả bằng các hàm toán học, ñịnh nghĩa
mối tương quan giữa các biến ñổi trong sản xuất.
- Mô hình toán học có thể là kiểu tĩnh hoặc ñộng.
- Với kiểu tĩnh, mô hình hệ thống trong trạng thái cân bằng;
- Với kiểu ñộng, hệ thống có thể trong trạng thái thay ñổi liên
tục.
- Trong thực tế cả 2 kiểu ñược sử dụng ñể mô tả các hoạt
ñộng của hệ thống sản xuất.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

7


- Các phương pháp vận trù học cung cấp các công cụ cho việc

xây dựng mô hình hệ thống sản xuất. Các công cụ này có thể
thấy trong mô hình hóa lập kế hoạch, ñiều ñộ và ñiều khiển
các chức năng cuả quá trình sản xuất.
- Các phương pháp vận trù học bao gồm quy hoạch tuyến tính,
quy hoạch ñộng, phân tích mạng, mô hình hàng ñợi, và mô
phỏng số.
- Các phương pháp vận trù thường ñược áp dụng ñể giải quyết
các vấn ñề của những lĩnh vực khác nhau; chẳng hạn, thuật
toán vận chuyển cho việc phân bố các chi tiết tới các máy
công cụ có thể ñược áp dụng ñể lập kế hoạch thứ tự gia công
các lỗ trong một chi tiết kim loại mỏng có hình dạng phức tạp.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Các phương pháp vận trù chủ yếu hữu dụng cho lập kế hoạch
offline.
- Ví dụ, nếu một máy công cụ bị hỏng, kế hoạch phải ñược
làm ñi làm lại trong chế ñộ offline.
- ðây là một hạn chế của phương pháp vận trù học. Phương
pháp này cũng gặp khó khăn nếu một quá trình sản xuất có
các nhiễu loạn và mô hình không thể mô tả chúng một cách
phù hợp

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

8


Mô hình ñồ họa

Các mô hình ñồ họa là các công cụ quan trọng ñể biểu diễn

hoạt ñộng của hệ thống sản xuất. Hoạt ñộng sản xuất có thể
ñược hiển thị hóa bằng các biểu tượng hoặc ký hiệu.
Các biểu tượng là các công cụ lý tưởng cho mô phỏng khi hình
ảnh của chúng giống các thiết bị sản xuất. Tuy nhiên xây dựng
thư viện các biểu tượng là công việc buồn tẻ và tốn thời gian.
Có nhiều cách khác nhau ñể ký hiệu hóa một hoạt ñộng sản
xuất. Các công cụ mới gần ñây sử dụng mạng Petri.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Mô hình vật lý

Các hoạt ñộng sản xuất thường ñược mô hình bằng các mô
hình thử nghiệm hay hoạt ñộng thử nghiệm. Mục ñích là xây
dựng một hình ảnh vật lý của nhà máy hay một thành phần
của nó.
Các mô hình này bao gồm tất cả các ñối tượng chức năng cần
thiết cho việc biểu diễn hoạt ñộng sản xuất thật. Vì vậy có thể
mất nhiều thời gian và ñắt.
Phép ngoại suy các ứng sử của mô hình với hệ thống thật
cũng có thể dẫn tới các kết quả không thực tế.
Mô hình vật lý sẽ ñược thay bởi các mô hình ñồ họa hay toán
học
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

9


2.3 Các phương pháp mô phỏng

Nếu một quá trình sản xuất ñược mô phỏng:
Trước tiên mô hình ñối tượng mô phỏng phải ñược xây
dựng.
Trong trường hợp lý tưởng, ñối với một quá trình liên tục,
mô hình ñược xây dựng từ các phương trình toán học mô
tả trạng thái vật lý của ñối tượng.
Tuy nhiên cách này ít khi ñược thực hiện cho quá trình sản
xuất bởi vì không thể mô tả ảo các nguyên tắc vật lý bên
trong dưới một kiểu chính xác.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Các phương pháp mô phỏng cơ bản sử dụng cho các ứng
dụng sản xuất là:
Mô phỏng các sự kiện rời rạc
Và mô phỏng ñồ họa.
Có nhiều hệ thống mô phỏng kết hợp cả 2 phương pháp.
Hệ thống mô phỏng sự kiện rời rạc phù hợp cho nghiên cứu
dòng lưu thông một hoạt ñộng sản xuất ñể xác ñịnh khả
năng của nó, xác ñịnh các bottlenecks, quan sát sự phân
phôi các chi tiết tới các trạm làm việc. Các ñối tượng ñược
biểu diễn bằng các biểu tượng hay ký hiệu với mô phỏng ñồ
họa.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

10


Khi dùng biểu tượng, hệ thống sản xuất có thể ñược hiển thị
ñộng trực tiếp trên màn hình và ñược quan sát ở các mức ñộ

chi tiết khác nhau. Nó rất hữu dụng trong việc quan sát dòng
vật liệu, quá trình gia công và lắp ráp sản phẩm.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Mô phỏng các sự kiện rời rạc

- Phần lớn các quá trình sản xuất là các sự kiện rời rạc và phải
ñược mô tả như những sự kiện rời rạc.
- Trước ñây các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Fortran,
Pascal, … ñược sử dụng cho việc mô phỏng các sự kiện này.
- Trong quá trình sản xuất các chi tiết riêng biệt, dòng sản phẩm
hay thông tin xảy ra ngẫu nhiên, ví dụ các chi tiết tới các trạm
theo hàm phân bố xác suất. Hàm này biết trước và ñược nhập
vào hệ thống mô phỏng.
- Trong nhiều trường hợp kinh nghiệm từ các quá trình tương tự
và giả sử sự phân bố xác suất ñược ñưa vào tính toán. Trong
một số trường hợp khác có thể giả sử hàm hoặc lấy dữ liệu
thực nghiệm từ quá trình chạy thử
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

11


- Mô phỏng thực hiện với ngôn ngữ bậc cao có thể ñược bao
gồm khi dòng vật liệu phải ñược mô tả, vì lý do này các ngôn
ngữ riêng ñã ñược phát triển ñể nghiên cứu các sự kiện rời
rạc.
- Các hệ thống mô phỏng sự kiện rời rạc như: GPSS
(general purpose simulation system), SIMULA (simulation

language),…
- Có các chương trình mô phỏng sản xuất ñặc thù ñơn giản hóa
các hoạt ñộng của nhà máy, như: Witness, Promod,
STARCELL,…

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Mô phỏng ñồ họa

Mô phỏng ñồ họa có thể ñược phân thành 3 phương pháp:
Mô phỏng dùng biểu tượng (icons)
- Với kiểu mô phỏng này, các ñối tượng của hệ thống sản xuất
ñược biểu diễn bằng các hình ảnh ñơn giản (biểu tượng) và
lưu trong cơ sở dữ liệu ñồ họa ñược cấu trúc như các lớp ñối
tượng.
- Các ñối tượng có thể là máy công cụ, xe tự hành, robot, ….
- Khi hoạt ñộng của hệ thống sản xuất ñược mô phỏng, các ñối
tượng ñược ñọc ra từ cơ sở dữ liệu và ñược cấu hình ñể thiết
lập hoạt ñộng
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

12


- Hoạt ñộng của hệ thống ñược hiển thị trong thời gian thực và
có thể tương tác với các ñối tượng hiển thị ñể thử các chức
năng khác nhau.
- Kiểu mô phỏng này chủ yếu hữu dụng trong gỡ rối, chỉnh lý và
quan sát dòng vật liệu
- Mô hình biểu tượng cũng phù hợp cho lựa chọn các thành

phần của hệ thống ñể thiết lập hệ thống. Trong trường hợp
này các biểu tượng ñược lắp cho các ñối tượng khác nhau ñể
mô phỏng.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Các biểu tượng có thể ñược hiển thị trên màn hình và hệ
thống sẽ ñưa ra một mẫu cần ñiền cho người sử dụng ñể ñịnh
nghĩa sự hoạt ñộng của ñối tượng.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

13


Mô phỏng sử dụng các ký hiệu logic

- Với phương pháp này, các ký hiệu ñồ họa ñược gắn cho các
chức năng hệ thống.
- Ví dụ sự ñi tới của một chi tiết, gán một chi tiết cho một
máy, bảng ñếm sản phẩm, …
- Các tham số cần ñể gọi các chức năng ñược người sử dụng
nhập. Người sử dụng có thể hiện thị và quan sát hoạt ñộng
của các thiết bị trên màn hình với sự trợ giúp của các ký hiệu,
các ký hiệu này có thể tô màu.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Mô phỏng sử dụng ký hiệu ñồ họa

- Với phương pháp này, ñối tượng ñược mô tả bằng một biểu
tượng:
Ví dụ biểu diễn nhiệt ñộ băng một nhiệt kế, áp suất nén
bằng một mũi tên,…
- Khi hiển thị trên màn hình, một số hệ thống cho phép nhìn hoạt
ñộng của các biểu tượng:
Ví dụ sự tăng của áp suất ñược chỉ ra bằng cữ áp suất.
Cũng có thể hiển thị màu.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

14


2.4 Chu kỳ mô phỏng
Xem xét mục ñích, yêu
cầu kỹ thuật

Cơ sở dữ liệu

Phân tích vấn ñề, thu
thập và lọc dữ liệu
Thiết kế mô hình

Các giai
ñoạn của
mô phỏng

Viết phần mềm
Thực hiện mô phỏng

ðánh giá và phân tích
kết quả
Lập tài liệu
- Dữ liệu nhập
- Phương pháp sử dụng
- Công cụ mô phỏng
- Các kết quả
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Sự thực hiện của các giai ñoạn có thể ñược thực hiện lặp lại
vài lần ñến khi nhận ñược giải pháp có thể chấp nhận ñược.
Trong rất nhiều trường hợp dữ liệu cơ sở ñể mô phỏng không
ñủ, và dữ liệu thực nghiệm có thể phải nhận từ chạy sản xuất
thử.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

15


2.5 Công cụ mô phỏng toàn bộ

Công cụ mô phỏng một nhà máy sẽ bao gồm một số mô ñun
cho các thành phần của toàn bộ hệ thống.
Không sẵn có một hệ thống mô phỏng cho tất cả các mục ñích
mà người sử dụng phải tự liên kết các công cụ mô phỏng.
Thông thường các hệ thống mô phỏng cơ bản như GPSS,
SLAM có thể mua, tuy nhiên rất nhiều quá trình trong nhà máy
là các ứng dụng ñặc thù, vì vậy người sử dụng phải tự xây

dựng các mô ñun.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Hệ thống mô phỏng toàn bộ sẽ rất phức tạp bởi vì không dễ
dàng liên kết các mô ñun cùng nhau thành một khối và vấn ñề
là thời gian chạy của máy tính sẽ dài.
Cũng không có sự bảo ñảm là các mô ñun có thể tích hợp
thành một hệ thống hiệu quả.
Trong nhiều trường hợp, hệ thống mô phỏng bao gồm vài
mô ñun, với cấu trúc nhập/xuất riêng và có thể có cơ sở dữ
liệu riêng cho từng mô ñun

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

16


Các ñơn vị sản xuất có thể bao gồm các máy công cụ, các
robot, và các xe vận chuyển vật liệu. Hệ thống ñược xây dựng
từ 5 mô ñun: mô hình hóa, mô phỏng, lập trình, mô phỏng và
ñồ họa. Dữ liệu ñược lưu trong cơ sở dữ liệu mô phỏng.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Mô ñun mô hình hóa

- Mô ñun này chứa tất cả các mô ñun cần thiết cho mô phỏng,
bao gồm sản phẩm, các máy công cụ, robot, xe vận chuyển
vật liệu.

- Các mô hình mô tả thuộc tính ñộng học cũng như ñộng lực
học, ứng sử của ñối tượng nghiên cứu.
- Mô hình nhà máy ñược sử dụng cho việc cấu hình hoạt ñộng
của toàn bộ nhà máy. Có một mô ñun cho sensor và một mô
ñun cho ñiều khiển vòng lặp ñể khảo sát các ứng sử cơ bản
của các thành phần.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

17


Mô ñun mô phỏng

- Mô ñun mô phỏng ñược sử dụng cho việc trình diễn hoạt ñộng
của thiết bị sản xuất và các thành phần của nó.
- Motion planning ñược thực hiện cho tất cả các thiết bị di
chuyển như robot, máy công cụ, hệ thống vận chuyển.
- Các mô ñun sensor và ñiều khiển cho phép mô phỏng cách ño
và ñiều khiển các hoạt ñộng. Cũng có các mô ñun cho việc ra
quyết ñịnh và các chiến lược kế hoạch hóa

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Mô ñun lập trình

- Các robot, máy công cụ, … ñược lập trình nhờ những mô ñun
này.
- Việc lập trình có thể ñược thực hiện theo dạng text, ñồ họa,
hay hướng nhiệm vụ.

Tr giúp mô ph ng

- Bộ thông dịch là giao tiếp giữa hệ thống lập trình và mô phỏng.
Mã chương trình ñược biên dịch và sau ñó hiển thị như các
biểu tượng ñộng trên màn hình.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

18


- Bộ gỡ rối ñể xác ñịnh và sửa lỗi trong lập trình
- Mô ñun xác ñịnh va chạm khảo sát tất cả các chuyển ñộng của
thiết bị và tìm va chạm. Thường các va chạm có thể xảy ra là
các tay robot, sự tương tác giữa dao và phôi, và các xe tự
hành.
Tr giúp ñ h a

- Mô ñun này bao gồm tất cả các công cụ máy tính cần thiết cho
việc mô hình hóa và mô phỏng

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3. Sơ ñồ mạng Petri Nets
3.1 Giới thiệu
Trong quá trình sản xuất, các ñối tượng như dòng vật liệu
trong nhà máy có thể di chuyển: tuần tự, không tuần tự hoặc
song song.
- Ở mỗi trạm gia công, các công việc ñược thực hiện với ñối
tượng, như: cắt vật liệu, xử lý nhiệt, lắp ráp, v.v.

- Mỗi công việc (hay gọi là một sự việc) ñược thực hiện bởi
các nguồn lực sản xuất (các ñối tượng sản xuất) – các máy
công cụ, robot, công nhân,…

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

19


Năm 1964, Carl A. Petri giới thiệu mô hình Petri nets:
Mô hình Petri nets sau ñó ñã ñược phát triển rộng rãi ñể
nghiên cứu cấu trúc, ñiều khiển của các hệ thống ñồng thời
và song song.
Lúc ñầu nó ñược ứng dụng chủ yếu trong các hệ thống máy
tính và giao thức mạng, sau ñó Petri nets ñược ứng dụng
trong các hệ thống sản xuất.
Petri net ñã chứng minh rất hữu dụng trong mô hình hóa, kiểm
tra, phân tích, và ñiều khiển các hệ thống sản xuất, vì nó có
thể thu thập hay bắt giữ (capture) các ñặc tính chủ yếu của
những hệ thống này:
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- ðặc tính ñồng thời hay song song (trong thực tế rất nhiều
công việc ñược thực hiện ñồng thời)
- Không ñồng bộ (do thời gian ñể hoàn thành các công việc
là khác nhau)
- Sự xung ñột do việc dùng chung các nguồn lực sản xuất
(các máy có thể thực hiện các công việc khác nhau)
- Các quá trình rời rạc (các quá trình sản xuất có thể ñược
xem như sự nối tiếp của các sự kiện rời rạc)

ðặc tính về thời gian Petri nets rất hữu dụng trong nghiên cứu
sự thực hiện của các hệ thống FMS ñể thu nhận các thông tin
như năng suất, khả năng khai thác máy của hệ thống, v.v.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

20


3.2 Lý thuyết về Petri nets

3.2.1 Các thuật ngữ và khái niệm cơ bản
3.2.1.1 Cấu trúc của Petri nets
Cấu trúc của một Petri net là một ñồ thị hướng 2 phần, bao
gồm:
- 2 kiểu nút (node) ñược gọi là Place (vị trí) và Transition (sự
chuyển tiếp).
- Các cung ñịnh hướng (directed arcs) nối các Places và các
Transitions.
Petri net ñược mô tả như bộ ba: N = (P, T, F)
Trong ñó:
- P = {p1, p2, p3,…pn } là tập hữu hạn của các vị trí, ký hiệu:
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- T = {t1, t2, t3,…tn } là tập hữu hạn của các Transitions, ký hiệu:
- F ⊂ (P x T) ∪ (T x P) là tập của các cung ñịnh hướng, ký hiệu:
Ví dụ:
P2

Mô hình Petri net
P1

t1

P3

- P1 - Vị trí ñầu vào (Input place) của t1
- P2, P3 - Vị trí ñầu ra (Output place) của t1
- Inp (t1) = {P1}

(tập của các ñầu vào của t1)

- Out (t1) = {P2, P3}

(tập của các ñầu ra của t1)
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

21


3.2.1.2 Ma trận liên thuộc

Cấu trúc của Petri net có thể ñược mô tả bằng ma trận liên
thuộc của các places và transitions:
t1

P2

A = [ aij ]nm

t3

Trong ñó:

 +1 pi ∈ Out ( t j )


aij =  −1 pi ∈ Inp ( t j )

Otherwise
0

P1
t2

P3

Ma trận liên thuộc của mô hình Petri net trong ví dụ trên như sau:
t1

t2

t3

P1

-1

-1

+1

P2

+1

0

-1

P3

+1

+1

-1
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3.2.1.3 ðánh dấu (marking)

ðánh dấu của một mạng Petri net N là một hàm:
M: P → {0, 1, 2, . . .} (tập của các số nguyên dương)
- Gán một số không âm của các token (ký hiệu bằng dấu chấm
màu ñen) cho mỗi vị trí (place) của mạng Petri.
- Một vị trí (place) pi ñược ñánh dấu nếu M(pi) ≠ 0
- Ký hiệu M0 là dấu ban ñầu (initial marking).

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

22

Ví dụ về ñánh dấu ban ñầu (Initial marking)
t1

M ( P1 ) = 1
0

M ( P2 ) = 0
0

P2
t3

P1
t2

M ( P3 ) = 2
0

P3

ðể ñơn giản ký hiệu chúng ta cũng có thể ký hiệu ñánh dấu
của Petri net bằng n-vector:

M 0 = [1, 0, 2]
Trong ñó thành phần thứ i tương ứng với ñánh dấu của vị trí
(place) thứ i (i = 1,…,n)
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3.2.1.4 Nguyên tắc firing (firing rules)

- ðánh dấu (marking) có thể thay ñổi bởi firing transitions (thể
hiện tính ñộng trong Petri nets)
- Một transition t ñược gọi là fireable bởi ñánh dấu M nếu và chỉ
nếu mọi ñầu vào p ∈ Input (t) chứa ít nhất một token, nghĩa là
M(p)>0
- Mọi transition ñược khởi ñộng bởi ñánh dấu M có thể firing
- Khi một transitition t nào ñó firing, một token ñược loại bỏ khỏi
input place, và một token ñược thêm vào các output place của
nó => Tạo ra một sự ñánh dấu mới của mạng Petri nets.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

23


Ví dụ:

- t1 và t2 có khả năng firing bởi ñánh dấu ban ñầu M0, tuy nhiên t3
không có khả năng (ñầu vào của (p2) không có token)
- Firing của t1 loại một token từ ñầu vào p1, thêm một token cho
mỗi ñầu ra p2 và p3
- Kết quả ñánh dấu mới M1=[0,1,3]
t1

t1

P2

P2
t3

t3
P1

P1
t2

⇒

P3

t2

M0 = [1,0,2]

P3

M1 = [0,1,3]
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

t1

t1

P2

P2

t3
P1
t2

t3

⇒

P3

P1
t2

M1 = [0,1,3]
t1

P3

M0 = [1,0,2]
t1

P2

P2
t3

t3
P1

P1

t2

P3

M0 = [1,0,2]

⇒

t2

P3

M1 = [0,0,3]

DEAD

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

24


t1 và t2 trong trường hợp thứ 2 gọi là xung ñột với nhau. Vì vậy
cần phải lựa chọn transition mà sẽ firing.
Sự tiến triển tiếp của các mạng Petri có thể khác nhau, phụ
thuộc vào transition nào ñược chọn ñể firing.
Petri net không yêu cầu số token cần phải bảo tồn, do tổng số
của token có thể thay ñổi sau mỗi lần firing. Trong trường hợp
thứ nhất của ví dụ trên, firing của t1 loại bỏ một token nhưng
tạo ra 2 token, vì vậy tăng tổng số của token thêm 1.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3.2.1.5 Các thuộc tính cơ bản của Petri net

Firing của một transition trong thực tế có thể ñược diễn giải
như sự xảy ra của một sự việc (event), nó tiêu tốn một nguồn
lực và tạo ra các nguồn lực khác.
Token biểu diễn các nguồn lực ở một trạng thái ñã biết, ñược
thể hiện bởi các places
Sự tồn tại của một hay nhiều các token chỉ ra sự sẵn sàng của
các nguồn lực, vì vậy có thể làm cho các sự việc (event) có thể
xảy ra; ngược lại nếu không có token nghĩa là các nguồn lực
chưa sẵn sàng.

GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

25