[发明专利]利用七元组和服务单元建立离散制造系统逻辑模型的方法

说明书

本发明公开了一种利用七元组和服务单元建立离散制造系统逻辑模型的方法，具体步骤为：1.对象功能映射，将离散制造系统组成按照各对象在系统中所充当的具体角色，将其映射为七元组，包括控制器、处理器、执行器、缓存器、流动实体、物流路径、虚拟服务节点；2.利用七元组或其子集，通过虚拟服务节点关联起一个系统，生成服务单元；3.流动实体通过虚拟服务节点进入服务单元，在执行器的协助下，按照输入缓存器、处理器或缓存器、输出缓存器的顺序依次流动，最后通过虚拟服务节点离开，生成服务逻辑；4.离散制造系统逻辑模型生成；本发明提出的七元组和服务单元概念适用于多种复杂离散制造系统的统一建模，具有普适性、统一性和系统性。

技术领域

本发明涉及离散制造系统建模仿真技术领域，特别是复杂离散制造系统组成的逻辑模型建模方法。

背景技术

制造模式从大批大量生产向“多品种小批量”大规模定制生产转变，特别是以复杂航空结构件制造为代表的离散制造系统在系统组成、组织结构上呈现出高度的复杂性，离散制造企业迫切需要一种系统性的建模理论和方法对离散制造系统快速设计和分析以适应个性化、定制化的市场需求。

一般地，从物理空间看，离散制造系统可以分为人员、硬件和软件(或表述为人、物和信息)；从模型空间看，又可分为资源和实体(或表述为永久实体和暂时实体)。不同的建模软件对系统组成的划分各不相同，例如，美国FlexSim公司开发的FlexSim软件将制造系统组成分为固定资源类(包括发生器、暂存区、处理器、吸收器、合成器、分解器等等)、任务执行类(包括任务分配器、任务执行器、操作员、叉车、升降机、机器人等等)、路径网络类(包括网络节点和交通控制器)、传送带模块、AGV模块等；德国西门子公司开发的Plant Simulation软件将制造系统组成分为资源生成器(Source)、资源回收器(Drain)、处理器(SinglePro)、缓冲(Buffer)等。

一方面目前离散制造系统组成缺乏统一的、系统性分类标准和规范，另一方面现有建模软件基于系统基本组成建模，缺乏对制造系统层次的建模，导致模型的可重用性和重构性较差，难以满足大规模定制生产模式下的离散制造系统快速设计的需求。在大规模定制制造模式下，针对以复杂航空结构件为代表的离散制造系统，如何按照统一的规范对离散制造系统组成和结构进行可重用、可重构的快速建模进而支持离散制造系统的快速设计是值得研究的问题。

发明内容

针对现有离散制造系统组成和结构建模的模型可重用性、可配置性较差的问题，本发明提出利用“七元组”来统一表达系统组成和基本要素，提出利用“服务单元”来统一表达系统的层次结构，并给出了明确的图形化和形式化定义，以此来建立离散制造系统的逻辑模型，方便进一步的统一的系统的建立离散制造系统模型和后期的使用。

本发明提供一种利用七元组和服务单元建立离散制造系统逻辑模型的方法，具体步骤如下：

1、对象功能映射：按照各对象在系统中所充当的角色及其功能，将离散制造系统中“人机料法环”基本要素映射为七元组，包括控制器、处理器、执行器、缓存器、流动实体、物流路径、虚拟服务节点。其代数规范为Seven Component＝＜C,P,E,B,F,L,VSN＞，其中控制器是“人”等具有决策属性的对象的映射，处理器、缓存器、执行器是对“机”等生产资源的映射，流动实体是对“料”的映射，物流路径是对物料、信息流动等“法”的映射，虚拟服务节点则描述了逻辑对象间的接口和关系，是对“环”的映射。值得注意的是，该映射是逻辑和功能上的映射，并不存在对象与逻辑模型的一一对应关系，即一个对象可以映射为多个逻辑模型，多个对象也可以映射为一个逻辑模型。

其具体映射规则如下：

(1)将为制造系统提供决策服务的人或控制设备包括但不限于人、中央控制系统、数控系统映射成“控制器(Controller)”，以正方形和大写字母“C”表示。其代数规范为：C＝IM,OM,R，其中，IM表示输入消息集，OM表示输出消息集，R表示消息处理规则集描述。