智能工廠設(shè)計(jì)仿真第3章智能工廠3D組態(tài)建模與離散事件系統(tǒng)仿真3.1

3D組態(tài)建模與離散事件系統(tǒng)仿真技術(shù)概述3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2.1模型組態(tài)快速建模1.基于OCC的模型封裝和數(shù)據(jù)庫(kù)建立3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模2.基于OSG的仿真模型通用顯示技術(shù)3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.模型的快速導(dǎo)入3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模4.面向生產(chǎn)線級(jí)的交互處理技術(shù)3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模5.模型導(dǎo)入效果3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2.2運(yùn)動(dòng)組態(tài)建模1.機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)組態(tài)建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模2.機(jī)床的運(yùn)動(dòng)組態(tài)建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.AGV的運(yùn)動(dòng)組態(tài)建模4.輸送帶的運(yùn)動(dòng)組態(tài)建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2.3事件組態(tài)建模1.產(chǎn)生裝置的事件組態(tài)建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模2.輸送帶的事件組態(tài)建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.機(jī)器人的事件組態(tài)建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模4.機(jī)床的事件組態(tài)建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2.4邏輯組態(tài)建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.2.5多組態(tài)弱裝配關(guān)系的構(gòu)建1.生產(chǎn)線關(guān)鍵要素間布局關(guān)系的建立2.事件間邏輯關(guān)系的建立3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.關(guān)鍵要素間邏輯關(guān)系的建立3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模4.生產(chǎn)線關(guān)鍵要素弱裝配關(guān)系的快速構(gòu)建技術(shù)3.2生產(chǎn)線關(guān)鍵要素的3D組態(tài)物化建模3.3離散事件系統(tǒng)的仿真策略3.3.1事件調(diào)度法3.3.2活動(dòng)掃描法1）仿真初始化，設(shè)置仿真開始時(shí)間st和結(jié)束時(shí)間ft。2）掃描各實(shí)體的TimeCell，用最小值更新系統(tǒng)仿真時(shí)鐘TIME，如果TIME≤ft轉(zhuǎn)3），否則轉(zhuǎn)4）。3）活動(dòng)例程掃描。4）仿真結(jié)束。該方法還要求每個(gè)實(shí)體必須具備至少三個(gè)屬性，即代表實(shí)體下一確定B類活動(dòng)發(fā)生時(shí)間的仿真時(shí)間元，實(shí)體在未來(lái)某時(shí)刻的可用性，以及實(shí)體預(yù)期的下一B類活動(dòng)例程。1）仿真初始化，設(shè)置仿真開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。2）時(shí)間掃描A階段。3）B階段。4）C階段。3.3離散事件系統(tǒng)的仿真策略5）C階段掃描結(jié)束后，判斷仿真結(jié)束條件是否成立，成立則轉(zhuǎn)6），否則轉(zhuǎn)2）。6）仿真結(jié)束。3.3.3進(jìn)程交互法1）仿真初始化，在FEL中設(shè)置初始事件以及初始化系統(tǒng)仿真時(shí)鐘。2）將當(dāng)前時(shí)刻發(fā)生的事件從FEL中移入CEL。3）掃描CEL，判斷各個(gè)事件記錄的條件，滿足的盡可能推進(jìn)對(duì)應(yīng)的進(jìn)程。4）掃描CEL結(jié)束后，繼續(xù)推進(jìn)仿真時(shí)鐘，判斷仿真結(jié)束條件是否成立，成立轉(zhuǎn)5），否則轉(zhuǎn)2）。5）仿真結(jié)束。3.3離散事件系統(tǒng)的仿真策略3.3.4基于多仿真時(shí)鐘的仿真策略3.3離散事件系統(tǒng)的仿真策略3.3離散事件系統(tǒng)的仿真策略（1）進(jìn)程仿真的執(zhí)行流程該仿真策略需要每一個(gè)實(shí)體建立進(jìn)程，同時(shí)當(dāng)該進(jìn)程活動(dòng)中固定時(shí)長(zhǎng)活動(dòng)的數(shù)量大于0時(shí)，就需要在仿真時(shí)對(duì)該進(jìn)程增加一個(gè)仿真時(shí)鐘（由于計(jì)算函數(shù)和同步運(yùn)行的實(shí)時(shí)性，該時(shí)鐘真實(shí)的時(shí)鐘），該進(jìn)程在仿真后運(yùn)行于自己的線程上。①活動(dòng)類型為固定時(shí)長(zhǎng)活動(dòng)時(shí)，按照活動(dòng)持續(xù)時(shí)間推進(jìn)真實(shí)的仿真時(shí)鐘，推進(jìn)結(jié)束后使該仿真時(shí)鐘清零。②活動(dòng)類型為可變時(shí)長(zhǎng)活動(dòng)時(shí)，執(zhí)行活動(dòng)的計(jì)算函數(shù)或者同步運(yùn)行。3.3離散事件系統(tǒng)的仿真策略（2）事件分配器的執(zhí)行流程事件分配器主要有兩個(gè)作用：①在接收到某進(jìn)程的事件時(shí)，按照進(jìn)程間的交互關(guān)系將該事件發(fā)送至其他進(jìn)程。②對(duì)進(jìn)程所在的線程進(jìn)行管理。3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展3.4.1面向虛擬車間的DEVS仿真算法（1）DEVS概述虛擬數(shù)字李生車間屬于離散事件系統(tǒng)，其虛擬實(shí)體的行模型描述需要借助離散事件系統(tǒng)的層次化描述方法。1）原子模型。2）耦合模型。（2）DEVS仿真算法DEVS原子模型和耦合模型設(shè)計(jì)了仿真器（Simulator）、協(xié)調(diào)器（Coordinator）以及根協(xié)調(diào)器（Root-Coordinator），如圖3-36所示。3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展3.4.2面向虛擬車間的DEVS仿真算法的擴(kuò)展1）缺乏層次化的虛擬車間建模方法，導(dǎo)致建模人員無(wú)法對(duì)模型進(jìn)行封裝從而復(fù)用，使得建模效率低下。2）離散事件系統(tǒng)建模對(duì)虛擬車間的適用性不足。3）模型的描述缺乏統(tǒng)一的方法。（1）虛擬車間的分層模型陶飛等人提出的數(shù)字李生模型可以表示一個(gè)五元組，即MDT=（PE,VE,Ss,DD,CN）3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展①單元級(jí)虛擬實(shí)體的定義。②系統(tǒng)級(jí)虛擬實(shí)體的定義。③復(fù)雜系統(tǒng)級(jí)虛擬實(shí)體的定義。3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展（2）基于擴(kuò)展離散事件系統(tǒng)的DEVS擴(kuò)展思路DEVS擴(kuò)展的目的是為了能夠利用DEVS擴(kuò)展對(duì)離散車間虛擬實(shí)體的分層行模型進(jìn)行描述。3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展1）DEVS原子模型的擴(kuò)展。①時(shí)間推進(jìn)函數(shù)的擴(kuò)展。②原子模型擴(kuò)展內(nèi)部數(shù)據(jù)。③端口擴(kuò)展。2）DEVS耦合模型的擴(kuò)展。（3）VDEVS模型的形式化定義1）VDEVS原子模型的定義。2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖以及實(shí)例。3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展3）VDEVS耦合模型的定義。（4）VDEVS仿真算法DEVS仿真算法規(guī)定了兩個(gè)過(guò)程：原子模型狀態(tài)序列的切換及對(duì)應(yīng)時(shí)間推進(jìn)函數(shù)、輸出函數(shù)的執(zhí)行；不同原子模型之間的協(xié)調(diào)調(diào)度。1）模型的扁平化處理。①判斷輸出端口的數(shù)量，大于0則進(jìn)行端口處理，為0則繼續(xù)進(jìn)行下一步。②當(dāng)前模型的類型耦合模型時(shí)，則對(duì)耦合模型的所有子模型繼續(xù)遞歸過(guò)程①、②。③當(dāng)前模型的類型為原子模型時(shí)，遞歸終止，退出遞歸過(guò)程。3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展①新建輸入端口列表用于存放端口，利用該列表存放的端口連接樹形結(jié)構(gòu)的事件輸入端口葉節(jié)點(diǎn)。②對(duì)當(dāng)前端口進(jìn)行處理，當(dāng)前端口有NextPort時(shí)，且其端口所在模型的類型力耦合模型或者端口的類型輸出端口時(shí)，遞歸執(zhí)行過(guò)程①、②。③當(dāng)端口所在模型的類型為原子模型且端口的類型為輸入端口時(shí)，將該端口放入輸入端口列表。2）VDEVS模型的仿真。3.4

DEVS仿真算法及其擴(kuò)展①仿真器。（a）輸入器。a）原子模型的配對(duì)事件端口先于數(shù)據(jù)端口接收到一個(gè)事件時(shí)，輸入器中的狀態(tài)機(jī)從Wait狀態(tài)轉(zhuǎn)換UnBlock狀態(tài)，UnBlock狀態(tài)下如果該端口仍然接收到了事件則繼續(xù)停留在UnBlock狀態(tài)。b）原子模型配對(duì)的數(shù)據(jù)端口的臨時(shí)緩沖區(qū)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，輸入器的狀態(tài)機(jī)由Un-Block狀態(tài)轉(zhuǎn)換力Pass狀態(tài)，并將該數(shù)據(jù)從臨時(shí)緩沖區(qū)放置到配對(duì)的數(shù)據(jù)端口，處理結(jié)束后轉(zhuǎn)換狀態(tài)力Wait狀態(tài)。c）原子模型配對(duì)的數(shù)據(jù)端口的臨時(shí)緩沖區(qū)先于事件端口接收到一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，輸入器的狀態(tài)機(jī)由Wait狀態(tài)轉(zhuǎn)換Block狀態(tài)，進(jìn)入Block狀態(tài)時(shí)，將數(shù)據(jù)