声光控延时电路_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
声光控延时电路
阅读已结束，下载文档到电脑
想免费下载更多文档？
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢吸顶灯延时关灯原理解析以及延时关灯的特征
来源：我爱我家网
责任编辑：wujiaqin
    吸顶灯之所以能够实现延时关灯，那是因为我们拥有延时开关这一大法宝，你知道延时开关是什么吗？你又知道延时开关的工作原理是怎样的吗？我们去看看吧。
    我们通常在很多公关场合的天花板上看见吸顶灯，它的存在无疑给人们带来了很多的方便，但是也正是因为是公关场合的原因，就造成了吸顶灯在白天也是亮着的，在这个倡导节能环保的社会，似乎是很不尽人意，为此，针对这一现象，人们设计出了一种延时关灯弥补这一缺陷，也在很大的程度上解决了资源浪费这一现象，你知道什么是吸顶灯延时关灯吗？它的工作原理又是什么呢？不知道到的话，我们就一起去探索一下吧。
    吸顶灯延时关灯简介
    所谓吸顶灯延时关灯，也就是指一种能够自动控制吸顶灯熄灭的延时开关，它是由单向的可以控制的硅组成的一种在交流的情况下没有触电的开关、电路以及自动控制式的电容充电的电路，它的工作性能较高，使用起来非常的方便。
    吸顶灯延时关灯的特征
    吸顶灯延时关灯的功能巨大，为我们省了不少的用电量，这是因为它的延时开关具有以下几个重要的特征：
    1、
岩石开关的体积小，可以将它们安装在比较普通的拉线开关、墙壁开关一家普通的按钮
    开关上，适用面较广，因此能够很轻松的适应吸顶灯开关，在无人问津的公共场合也就能取得节电的效果。
    2、
吸顶灯岩石开关是由控制灯具通电、断电的电容充、放电电路和单项的可控硅组成的交
    流无触点开关组合而成的，精选的材料和经过细密加工的组件，能够使得在等效放电的时间数中将延缓的电容放电电路增大至几十或者是几百倍，能够使延时开关有效的控制吸顶灯熄灭。
    吸顶灯延时关灯原理
    延时开关有两根跨接在吸顶灯原有的手动开关两端的电线，当我我们闭合吸顶灯的手工开关时，吸顶灯能够正常的发光，断开后，单项的晶闸管通过限流电阻器取得了一个比较合适的电流因此，但闭合手动开关后吸顶灯不会因为一端电流的断开而马上熄灭，在这一时间范围内，典雅经过电阻器会对电容器进行充电，使得两端的电压不断的往上升，三极管获得偏压而能够实现导通，一端的电路失去电流后在交流电过零的情况下就是实现关断所有电流的情况，此时，吸顶灯就被关闭了。
更多有关的攻略，请持续关注网“”
您还可以扫描收藏我爱我家网手机端、微信公众号
如果你对我爱我家互联网套餐还有想了解和咨询的，可点击右上方的免费获取报价
要好装修，就来我爱我家！
风水相关文章
住宅风水，最佳的方式要根据主人的...
客厅是家中的聚财宝地，客厅的风水布局很重...
客厅的风水问题对于家庭装修非常重要，一个...
人人都想事业有成，但是往往事与愿违。提升...
什么是风水，风水是人类环境的客观存在，周公...
   热门案例
误删爱家装修
误删服务承诺
误删支付配送
误删关于我爱我家
爱家助手app
左下角弹出具有延时补偿的占空比预测数字控制算法_孙鹏菊_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
具有延时补偿的占空比预测数字控制算法_孙鹏菊
阅读已结束，下载文档到电脑
想免费下载本文？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，方便使用
还剩3页未读，继续阅读
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢君，已阅读到文档的结尾了呢~~
20秒延时电路,延时电路,rc延时电路,555延时电路,ne555延时电路,rc延时电路计算,555延时开关电路,电容延时电路,三极管延时电路,声光控延时开关电路图
扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
20秒延时电路
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer--144.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口基于+Petri+网的客机装配线建模方法研究_甜梦文库
基于+Petri+网的客机装配线建模方法研究
中图分类号：TP391 学科分类号：080202论文编号： -S115硕士学位论文基于 Petri 网的客机装配线建模 方法研究研究生姓名 学科、专业 研究方向 指导教师刘 霞 机械电子工程 飞机装配过程建模 叶文华 教授南京航空航天大学研究生院 机电学院二О一三年一月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Mechanical and Electrical EngineeringResearch on Modeling Method of Aircraft Assembly Line based on Petri NetsA Thesis in Mechanical and Electrical Engineering by Liu Xia Advised by Prof. Ye Wenhua Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of EngineeringJanuary, 2013
承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名： 日 期：
南京航空航天大学硕士学位论文摘要飞机装配工作量占飞机制造总工作量的一半以上，装配过程容易受到各种因素的干扰，是 影响飞机制造性能的关键因素。飞机装配线构建过程复杂、投资巨大，建成后不易做大幅度改 动，其性能将直接影响到飞机装配周期与制造成本，因此在设计阶段对装配线进行建模仿真是 至关重要的。本文针对客机装配过程，对客机装配建模方法进行研究，尝试建立一种新的建模 方法，用于客机装配的研发设计中。 本文对飞机装配线建模仿真研究现状进行分析，对飞机装配作业时间影响因素及其规律进 行探讨，综合考虑飞机移动装配技术，在基本 Petri 网的基础上，提出一种面向对象分层次随机 Petri 网（Hierarchical Object-oriented Generalized Stochastic Petri Net，HOSPN）的建模方法。鉴 于 Quest 和 eM-Plant 在航空制造业中的普遍应用，本文将基于 HOSPN 的客机装配线建模方法 与这两种仿真软件相结合，研究了 HOSPN 模型与这两种软件模型的对应关系，实现了模型的 转换，并将其应用到客机装配线的建模仿真过程中。 最后，以某型号客机装配过程为例，建立客机装配及子模型平尾装配的 HOSPN 模型，并 且建立了客机装配及子模型平尾装配的 Quest 和 eM-Plant 模型，完成了飞机装配建模工作。结 合企业实际需要，对平尾装配的 Quest 模型进行仿真，分析仿真结果并提出优化改进方案，验 证了本文提出的客机装配线建模方法的正确性，为客机装配建模仿真提供了一种新的途径。关键词：飞机装配过程，建模，仿真，Petri 网，Quest，eM-Plant.I基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究ABSTRACTAircraft assembly work accounts for more than half of the total aircraft manufacturing workload. The assembly process is easily influenced by uncertain features. The construction of aircraft assembly line is complex and expensive, which makes it hard to change. And its performance can directly influence the aircraft assembly cycle and manufacturing cost. So it is important to model and simulate the aircraft assembly line in the design stage. According to the research on passenger aircraft assembly process, this paper tries to establish a new modeling method for the passenger aircraft. According to the research status on the modeling and simulation of aircraft assembly process, a modeling method based on Petri Nets is proposed to model the passenger aircraft assembly line, which takes the aircraft moving assembly line technology into consideration. As general Petri Nets have difficulty in describing complicated systems, a Hierarchical Object-oriented Stochastic Petri Nets（HOSPN）modeling technology is proposed. Considering that Quest and eM-Plant are widely used in the aviation industry, this paper combines Petri Nets with the two model software mentioned above, and uses it to model and simulate the passenger aircraft assembly line. Finally, on the basis of the theory researched, the HOSPN model and sub-model of passenger aircraft assembly line are established, their Quest and eM-Plant model are also built. Considering the actual needs of the enterprise, this paper runs the simulation of horizontal tail’s Quest model and then proposes the further optimization scheme according to the simulation results, which verifies the feasibility of the modeling method based on Petri Nets, and provides a new modeling way for passenger aircraft assembly line.Keywords: Aircraft assembly process, modeling, simulation, Petri nets, Quest, eM- Plant.II南京航空航天大学硕士学位论文目 录第一章 绪论 .................................................................... 1 1.1 论文研究背景和意义 ...................................................... 1 1.2 国内外研究现状 .......................................................... 1 1.2.1 制造系统建模研究现状 ............................................... 2 1.2.2 生产线仿真研究现状................................................. 5 1.2.3 飞机装配线建模仿真研究现状 ......................................... 5 1.2.4 装配生产线平衡研究现状 ............................................. 6 1.3 论文主要研究内容和总体结构 .............................................. 6 第二章 飞机装配过程分析及其评价指标研究 ......................................... 8 2.1 飞机装配过程简介 ........................................................ 8 2.1.1 飞机总装移动生产线技术 ............................................. 8 2.1.2 飞机装配过程特点分析 .............................................. 10 2.2 飞机装配作业分析 ....................................................... 10 2.2.1 飞机装配作业划分.................................................. 10 2.2.2 飞机装配作业任务的分类 ............................................ 11 2.3 飞机装配作业时间的影响因素及其规律研究 ................................. 12 2.3.1 新机型投产阶段经验曲线对装配作业工时的修正 ........................ 12 2.3.2 批量生产阶段装配作业时间的影响因素及其规律研究 .................... 13 2.3.3 某型号客机平尾装配过程时间分析 .................................... 13 2.4 飞机装配线评价指标研究 ................................................. 14 2.4.1 装配作业资源利用率及瓶颈的识别 .................................... 15 2.4.2 生产线平衡分析.................................................... 15 2.5 本章小结 ............................................................... 17 第三章 面向对象分层次随机 Petri 网的客机装配线建模方法研究 ....................... 18 3.1 基本 Petri 网 ............................................................ 18 3.1.1 Petri 网的定义 ...................................................... 18 3.1.2 Petri 网的运行规则 .................................................. 19 3.1.3 Petri 网的基本性质 .................................................. 19 3.2 HOSPN 的定义及模型构建方法............................................. 20III基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 3.2.1 客机装配建模方法中的扩展 Petri 网 ................................... 20 3.2.2 HOSPN 的定义 .................................................... 22 3.2.3 HOSPN 模型构建方法 ............................................... 22 3.2.4 典型飞机装配过程在 HOSPN 中的表示 ................................ 23 3.2.5 飞机装配作业任务与 HOSPN 对象的对应关系 .......................... 25 3.3 装配系统的 HOSPN 模型特性分析方法...................................... 26 3.3.1 HOSPN 模型的化简 ................................................. 26 3.3.2 HOSPN 模型活性分析 ............................................... 31 3.3.3 HOSPN 模型溢出分析 ............................................... 32 3.3.4 HOSPN 模型冲突检测与消除 ......................................... 33 3.4 本章小结 ............................................................... 33 第四章 客机装配线建模方法在建模仿真工具中的实现 ................................ 34 4.1 HOSPN 与 Quest 的集成建模 ............................................... 34 4.1.1 Quest 简介 ......................................................... 34 4.1.2 Quest 基本建模元素介绍 ............................................. 35 4.1.3 Quest 仿真 ......................................................... 36 4.1.4 HOSPN 与 Quest 模型对应关系 ....................................... 37 4.2 HOSPN 与 eM-Plant 的集成建模 ............................................ 38 4.2.1 eM-Plant 基本建模元素介绍 .......................................... 38 4.2.2 HOSPN 与 eM-Plant 对应关系 ......................................... 40 4.3 基于 HOSPN 和建模仿真工具的客机装配线建模仿真研究 ...................... 40 4.4 本章小结 ............................................................... 41 第五章 某型号客机装配过程建模与仿真实例研究 .................................... 42 5.1 客机总装 HOSPN 模型的建立及其模型特性分析 .............................. 42 5.1.1 某型号客机总装作业单元划分 ........................................ 42 5.1.2 HOSPN 模型的建立 ................................................. 43 5.1.3 HOSPN 模型特性分析 ............................................... 47 5.2 客机总装模型在建模仿真工具中的建立 ...................................... 50 5.2.1 Quest 模型的建立 ................................................... 50 5.2.2 eM-Plant 模型的建立 ................................................ 51 5.2.3 Quest 和 eM-Plant 两种建模仿真工具的比较............................. 53 5.3 模型仿真实例分析........................................................ 53IV南京航空航天大学硕士学位论文 5.3.1 平尾 Quest 模型仿真及仿真结果分析 .................................. 53 5.3.2 生产线平衡系数的求解 .............................................. 56 5.3.3 生产线改进优化分析 ................................................ 56 5.3.4 改进后生产线仿真及结果对比 ........................................ 56 5.4 本章小结 ............................................................... 59 第六章 总结和展望 ............................................................. 61 6.1 总结 ................................................................... 61 6.2 展望 ................................................................... 61 参考文献 ...................................................................... 63 致谢……………………………………………………………………………………………………67 在学期间的研究成果及发表的学术论文……………………………………………………………68 附录……………………………………………………………………………………………………69V基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究图表清单图清单图 1. 1 论文的组织结构................................................................................................................. 7 图 2. 1 飞机总装移动生产线......................................................................................................... 9 图 2. 2 飞机总装连续移动式生产线............................................................................................. 9 图 2. 3 经验曲线影响下产量与工时的关系 ............................................................................... 12 图 3. 1 基本 Petri 网结构图 ......................................................................................................... 18 图 3. 2 递阶装配在基本 Petri 网中的表示 ................................................................................. 23 图 3. 3 递阶装配在 HOSPN 中的表示........................................................................................ 23 图 3. 4 同步装配在基本 Petri 网中的表示 ................................................................................. 24 图 3. 5 同步装配在 HOSPN 中的表示........................................................................................ 24 图 3. 6 混合装配在基本 Petri 网中的表示 ................................................................................. 24 图 3. 7 混合装配在 HOSPN 中的表示........................................................................................ 25 图 3. 8 间歇移动在基本 Petri 网中的表示 ................................................................................. 25 图 3. 9 间歇移动在 HOSPN 中的表示........................................................................................ 25 图 3. 10 元对象 ............................................................................................................................ 26 图 3. 11 逻辑对象......................................................................................................................... 26 图 3. 12 基本随机 Petri 网顺序结构时间性能等价化简模型 ................................................... 27 图 3. 13 基本随机 Petri 网并发结构时间性能等价化简模型 ................................................... 28 图 3. 14 基本随机 Petri 网选择结构时间性能等价化简模型 ................................................... 29 图 3. 15 基本随机 Petri 网循环结构时间性能等价化简模型 ................................................... 30 图 3. 16 模型冲突的消除............................................................................................................. 33 图 4. 1 Quest 仿真应用流程图 .................................................................................................... 34 图 4. 2 HOSPN 与 Quest 集成建模与仿真过程 ......................................................................... 37 图 4. 3 基于 HOSPN 和建模仿真工具的客机装配线建模仿真流程图 .................................... 41 图 5. 1 某型号客机总装流程图................................................................................................... 42 图 5. 2 客机平尾装配流程图....................................................................................................... 43 图 5. 3 某型号客机总装 HOSPN 模型........................................................................................ 44 图 5. 4 客机平尾装配 HOSPN 模型............................................................................................ 46 图 5. 5 客机平尾装配等价 Petri 网 ............................................................................................. 48VI南京航空航天大学硕士学位论文 图 5. 6 客机平尾装配化简后 Petri 网 ......................................................................................... 48 图 5. 7 某型号客机总装 Quest 模型 ........................................................................................... 50 图 5. 8 平尾装配 Quest 模型 ....................................................................................................... 51 图 5. 9 某型号客机总装 eM-Plant 模型...................................................................................... 52 图 5. 10 子模型平尾装配的 eM-Plant 模型 ................................................................................ 52 图 5. 11 平尾装配各个站位资源利用率 I................................................................................... 55 图 5. 12 平尾装配各个站位资源利用率 II ................................................................................. 55 图 5. 13 平尾装配各个站位成品数目 ......................................................................................... 55 图 5. 14 改进后平尾装配 Quest 模型 ......................................................................................... 58 图 5. 15 改进后平尾装配各个站位利用率 I .............................................................................. 58 图 5. 16 改进后平尾装配各个站位利用率 II ............................................................................. 58 图 5. 17 改进后平尾装配各个站位成品数目 ............................................................................. 59表清单表 2. 1 某型号客机平尾装配各个站位装配作业时间的修正 ................................................... 14 表 4. 1 HOSPN 与 Quest 模型基本元素的对应关系 ................................................................. 37 表 4. 2 控制和框架类物流对象及其功能 ................................................................................... 38 表 4. 3 生产类物流对象及其功能............................................................................................... 39 表 4. 4 信息流对象及其功能....................................................................................................... 39 表 4. 5 移动对象及其功能........................................................................................................... 40 表 4. 6 HOSPN 与 eM-Plant 模型基本元素的对应关系 ........................................................... 40 表 5. 1 客机总装 HOSPN 模型的输入输出信息库所 ................................................................ 45 表 5. 2 平尾装配 HOSPN 模型的输入输出信息库所 ................................................................ 47 表 5. 3 平尾装配化简后 Petri 网的 P 不变量 ............................................................................. 49 表 5. 4 Quest 和 eM-Plant 建模工具比较.................................................................................... 53 表 5. 5 平尾装配各个站位装配作业时间分析 ........................................................................... 54 表 5. 6 平尾装配各个缓冲区工件堆积数目 ............................................................................... 56 表 5. 7 改进后平尾装配各个站位装配作业时间分析 ............................................................... 57 表 5. 8 改进后平尾装配各个缓冲区工件堆积数目 ................................................................... 59VII基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究注释表缩略词 DEDS CVDS EPC ICAM FMS ARIS LP ACC WBS OT NT 英文全称 Discrete Event Dynamic System Continuous Variable Dynamic System event-driven process chain Integrated Computer Aided Manufacturing Flexible Manufacture System Architecture of Integrated Information System Lean Production Area Control Code Work Breakdown Structure Outline Task Node Task 中文释义 离散事件动态系统 连续状态变量系统 事件驱动过程链 一体化计算机辅助制造 柔性制造系统 集成信息系统体系结构 精益生产理论 区域控制码 装配工作分解结构 大纲任务 节点任务VIII南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪论1.1 论文研究背景和意义飞机制造工业作为国民经济的支柱产业，其技术水平的发展将有效促进国家整体工业水平 的提高[1]。近几年来，我国正在致力于研制自己的大型客机，我国的大型客机必须参与国际市 场竞争，满足国内与国际市场民用航空飞机的需求，这不仅要求我国的大型客机能够按照客户 要求进行快速生产，并且必须最大限度地降低生产成本。目前，我国的飞机制造业普遍应用传 统的军机装配模式，具有生产周期长、响应速度慢、生产制造成本高等问题，不能满足大型客 机生产的需求，因此亟须采取相应措施降低飞机生产周期以及制造成本，为大型客机的研发设 计以及后续的生产制造过程奠定基础。 飞机装配在整个飞机制造过程中占有重要的地位，装配技术是一项投入高、难度大、涉及 学科广的综合性技术，装配质量通常能够决定飞机的最终成本、质量以及生产周期[2]。飞机装 配过程优化改进是提高飞机装配作业效率、降低生产制造周期的重要途径。飞机装配过程的不 确定性因素较多，导致一般的制造系统建模方法不能满足飞机装配建模的需要，国内外关于飞 机装配线建模的研究又比较少， 因此本文对客机装配线建模方法进行研究， 提出了运用扩展 Petri 网对客机装配过程进行建模的方法， 并在建模仿真工具 Quest 和 eM-Plant 中建立飞机总装模型， 最后对某型号客机装配过程进行建模仿真，提出改进优化方法，验证本文提出的建模方法的准 确性，为建模方法在大型客机研发设计中的应用奠定基础。 本文所研究的客机装配线建模方法综合考虑了飞机装配过程的复杂性、装配作业时间的波 动性、飞机移动装配线技术以及装配过程中的工艺流程和资源配套等问题，有利于对客机装配 线的优劣作出评估。将本文提出的建模方法应用到大型客机的研发设计中，能够在设计阶段找 出装配线中可能存在的问题（如瓶颈、故障等） ，使设计人员及早发现装配线中的问题，有利于 提高客机装配线的装配效率，降低客机装配成本，从而为大型客机参与市场竞争提供有力的保 障。1.2 国内外研究现状为了提高飞机装配作业效率，需要建立飞机装配过程模型辅助生产过程管理，为装配过程 设计、分析和优化奠定基础。建立飞机装配过程模型之前，先对制造系统建模、生产线仿真以 及飞机装配线建模仿真的国内外研究现状进行总结。1基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究1.2.1 制造系统建模研究现状如果系统的状态空间被描述为{0,1,2，… }或者{高，中，低}这些形式的离散集，并且系统 的状态转移仅仅发生在离散的时间点上，我们将状态转移与“事件” （ event）相联系，从而得 到 “离散事件动态系统” （Discrete Event Dynamic System， DEDS） 或者 “离散事件系统” （Discrete Event System，DES） 。从产品加工的过程特征来说，飞机装配系统是典型的离散事件系统，也 是一个复杂的制造系统。 对制造系统进行深入的研究，首先要建立完善的制造系统模型，完善的系统模型有利于更 好的理解和表达系统，以便更好的分析系统的行为和性质，对系统运行状态进行检测和控制。 通过对模型的运行分析来动态地模拟和预测实际的制造系统， 综合考察实际制造系统的生产率、 机器利用率、生产能力、制造提前期、完好率、以及在制品数目等。制造系统建模的目的就是 要定量描述系统的性能与制造系统参数之间的关系，并在此基础上对制造系统的性能进行分析 或实施控制。 国内外关于制造系统建模的研究已经形成了相当规模的研究领域，目前常用的制造系统建 模方法有 IDEF、Petri 网、面向对象、排队论、事件驱动过程链 EPC（event-driven process chain， EPC）等。 1）IDEF 建模方法 IDEF（ICAM Definition Method）方法是美国空军提出的一种可用于复杂系统结构分析和 设计的方法， IDEF 建模方法能够描述制造系统中各个活动之间的关系， 并且能够实现制造系统 的层次化分解。国内外关于 IDEF 的研究已经取得大量的成果：M. Bevilacqua 等人运行 IDEF0 建立紧急情况下的公共信息链，收集大量数据，展现整个应急系统，并为不同责任方之间提供 通信仪器[3]；Yasunori Kikuchi 等人运用 UML 和 IDEF0 相结合的方法提出一种系统信息建模方 法，综合考虑过程评估的环境、健康和安全因素，使过程评估可视化，并且对支持过程评估的 集成软件系统进行研究与讨论[4]；Shin 使用 IDEF 建模方法对制造企业的商业过程进行流程再 造[5]。哈尔滨工业大学的夏平均等人运用 IDEF 和 UML 相结合的建模方法解决复杂虚拟装配系 统的系统建模问题[6]；申江波等人提出一种基于 IDEF0 的柔性制造系统（Flexible Manufacture System，FMS）建模方法，全面而清楚地描述 FMS 的数据流、物料流以及功能活动之间的联 系，并将其应用到柴油机曲轴加工工艺过程中[7]。 IDEF 建模方法是一种面向结构的方法，在制造系统建模方面取得了很好的效果，由于它 在系统分析以及仿真方面的不足，难以实现离散制造系统的定量性能分析。 2）面向对象方法 面向对象（Object-Oriented）建模方法首先是由 Loomis、Shan 和 Rumbaugh 等人提出的， 面向对象的表达方法是以“对象”为中心，将对象的静态属性和动态行为特征“封装”在对象2南京航空航天大学硕士学位论文 内部结构中，对象包含继承性、封装性和多态性等特点，因此面向对象方法能够简化模型，降 低模型的复杂程度。 国内外对面向对象建模方法的研究已经取得不少成果。在国外，S.Biswas 等人建立一种面 向制造系统供应链的对象模型，与其它建模方法相比取得了更好的效果[8]；Ali Yalcin 等人研究 一种用于柔性制造系统实时控制的面向对象框架， 该框架重点考虑控制逻辑和制造资源等因素， 能够指导自动装配系统的设计[9]。国内西北工业大学的徐鲁兵采用面向对象建模方法，设计可 用于二次开发的航空发动机仿真系统，并将其应用到某型号单轴涡喷发动机控制器与对象全系 统的实时仿真中[10]；华中科技大学的王兴敏把面向对象方法应用到通信系统仿真中，建立通信 系统面向对象的分层次模型，并将其应用到现实通信系统中[11]。 面向对象建模方法具有封装性和继承性等优点，用于制造系统建模能够很好的表达制造系 统的结构，但是对复杂的制造系统而言，面向对象建模方法所建立的模型难以理解，模型封装 性使模型内部的运算逻辑不可见，不能很好的表达系统。 3）排队论 排队论（Queuing Theory） ，又称随机服务系统理论，通过对服务对象到达及服务时间的研 究得出等待时间、排队长度等指标的规律，依据这些规律改进服务系统，降低系统的费用，使 服务系统能够最大限度的满足服务对象的需要。 排队论是一门研究服务系统排队现象规律的学科，被广泛地应用于各类资源共享问题的随 机系统中如计算机网络、库存、生产以及运输等。排队论方法研究的目的是设计和改进各个服 务系统，使其发挥最大效益。 国内外关于排队论的研究已经取得大量的研究成果：在国外，Farokh Jamalyaria 等人将排 队论用到生物自组装系统过程的建模仿真中[12]。在国内，陈博文等将排队论引入到战损船艇装 备修理过程中，建立多阶段战损船艇维修排队系统模型，为维修能力的评估、决策及改进提供 了理论支持[13]；天津大学的陈曦等人从排队论角度对 CAN 总线系统进行建模，为 CAN 总线通 信系统的设计与优化提供了理论指导[14]。 4）情景演算 情景演算（Situation Calculus）最初是由麦卡锡提出[15]，是人工智能领域用于表示动作和变 化的理论，是一种基于情景概念的一阶理论和形式化的建模工具。可以将任何一个系统定义成 一个既定的初始情景，一个情景可以通过某个特定动作或动作集转变为另一种情景，这种转变 又称状态转换。在国外，罗马萨皮恩扎大学的 Fiora Pirri 提出感知可以触发一个推理过程，即 形成“语言思维” ，从而进一步肯定了麦卡锡的假说[16]。国内江苏大学的黑秀玲把情景演算理 论作为企业建模过程中动态活动描述的基础，对企业的管理过程进行本体建模[17]；李斌等人对 经典情境演算进行适当改造，使之能描述含时间变元的行动，并且给出了基于情景演算理论的3基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 离线方式下的时序 TAOPLID 程序语义[18]。 5）事件驱动过程链（EPC）方法 事件驱动过程链（Event-driven Process Chain，EPC）建模方法是集成信息系统体系结构 （Architecture of Integrated Information System，ARIS）中一种用于业务过程建模的方法。扩展 事件驱动过程链（Extended Event-driven Process Chain，EEPC）是一种扩展事件驱动的流程模 型化方法，EEPC 建模方法是以过程视图为中心，能够描述不确定性决策的企业业务过程[19]。 目前国内外对 EEPC 的研究已经取得大量的研究成果： Sousa 等人运用 EEPC 方法建立企业业务 过程模型，并对其进行分析[20]；Van Hee 等人将 EEPC 建模方法与着色时间 Petri 网相结合，并 将其应用到业务过程建模[21]；国防科技大学的于晓浩等人将事件驱动过程链和 Petri 网相结合， 并将其应用到军事信息系统的建模过程中[22]；东南大学的嵇文路等人提出将扩展事件驱动过程 链（eEPC）和统一建模语言（UML）相结合，综合利用两者各自在需求分析和详细设计阶段的 优点，建立某供电公司业务流程再造的模型，简化了模型的转换工作[23]。 6）Petri 网建模方法 Petri 网最早由 Carlo Adams Petri 博士提出，是一种描述通信系统的方法，主要用于系统性 能评估方面。自 Petri 网提出至今，国内外的学者对 Petri 网的研究已经形成一定的研究规模， 取得了大量的成果。在理论研究领域，建立了多种 Petri 网的分析技术如代数化分析技术、图分 析技术以及参数化分析技术等。代数分析技术是用关联矩阵对网系统的结构进行分析。图分析 技术则是用有向图描述网系统的运行机制，同时反映出这个网系统的动态行为和某些特征。 国内外关于 Petri 网的研究已经取得大量的研究成果。在国外，Claudine Chaouiya 等人建立 生物调控网络的多层次 Petri 网模型，从定性或定量两个角度对模型进行分析，为生物基因调控 网络的动力学行为分析提供了一种新的方法[24]；Rivera-Rangel 等人对离散制造系统简化 Petri 网模型的建立方法进行研究，简化对系统过程分析没有帮助的状态，降低了模型计算的复杂程 度[25]。在国内，祖旭等人对产品开发过程进行详细的分析，在 Petri 网建模技术的基础上，建立 产品开发过程模型[26]； 上海交通大学的陈亮把 Petri 网应用到造船业部门级制造系统的建模与仿 真过程中，根据仿真调度方案选择最佳的调度策略，提高了系统的综合利用率[27]。 在制造系统建模过程中，Petri 网也表现出一些不足：描述复杂制造系统时，基本 Petri 网 结构过于繁琐，增加了模型理解的难度；没有层次化设计的思想，所有元素都在同一个平面上， 所以用单一 Petri 网对复杂制造系统进行建模有很大的局限性。 总体来说，有关制造系统建模的研究成果众多，所采用的方法也非常丰富，飞机装配作业 的复杂性和不确定性致使上述建模技术很难单方面满足飞机装配线建模的需要，因此国内外许 多专家和学者对生产线仿真和飞机装配线仿真进行了大量的研究，本文也在此基础上，综合多 种制造系统建模方法，探讨了一种新的面向客机装配线的建模方法。4南京航空航天大学硕士学位论文1.2.2 生产线仿真研究现状仿真（Simulation）是一种实验方法，它是运筹学和系统工程学中的一种重要的优化方法， 它的基本思想是重现某一系统或活动的作业情况，并不是真实的去建造并运转一个系统，也不 是去求解模型，而是在各种作业条件的组合下，去运行模型，根据模型运行结果，对提出的方 案进行评价。生产线仿真技术是先进制造技术的一个重要组成部分，它是以计算机仿真技术为 前提，对生产过程进行建模，将生产过程中的各个要素全部反映出来，在虚拟的环境中反映出 整个真实的生产制造过程，从而对生产制造过程进行有效的改进，使企业获得最大的利润。 国内外很多的专家和学者将计算机仿真技术用到生产线仿真过程并取得了良好的效果，目 前可用于生产线仿真的软件有 Witness，Promodel，eM-Plant，Flexsim 和 Arena 等，近年来关于 生产线仿真的研究取得了很多的成果：山东大学的许晨运用 Flexsim 对某汽车装配车间物流建 模技术进行研究，通过仿真找出整个生产线存在的问题，寻求解决方案，从而得到一种合理的 生产线组织形式[28]；上海交通大学的唐一等人以上海通用汽车动力总成项目中某生产线为研究 对象，运用 Witness 仿真软件的建模与分析方法，分析了规划设计中只用一套机械臂运输装置 能否满足产能需要，并运用敏感性分析方法，借助仿真软件，探索了提高产出量的途径[29]；西 南交通大学的姚海凤等人在分析汽车零部件生产车间的输出轴热前加工生产线的基础上，利用 系统仿真软件 eM-Plant 对生产线的运行状况进行仿真，研究系统的生产线平衡和瓶颈问题，对 系统可能存在的问题进行深入地分析与探讨， 并提出解决方法[30]； 张宴采用离散事件建模方法， 依据实际生产和订单等资料，运用 ProModel 仿真软件对半导体芯片生产全过程进行建模仿真， 通过对仿真结果的分析，寻求缩短提前期，降低库存的方法，并预测和保证交期，为芯片生产 计划提供科学的指导[31]； 上海交通大学的茅娴莘在 Witness 仿真软件的基础上研究了加工时间、 调整时间、参数设置时间、人员响应策略等因素对金凸块 TiW 蚀刻机台产能的影响机制[32]。 制造系统仿真是近年来发展起来的一门热门学科，最早的仿真多为静态模拟，然而随着计 算机技术的不断发展，这种仿真技术已由静态模拟发展成了动态仿真，与此同时，三维立体效 果也取代了二维视觉效果。随着制造系统建模方法的多样化以及仿真技术的迅速发展，国内外 专家和学者开始对飞机装配线建模仿真进行研究。1.2.3 飞机装配线建模仿真研究现状飞机装配过程建模仿真是提高飞机装配效率、降低制造成本的有效方式，国内外学者对飞 机装配建模进行了大量的研究。在国外，Boeing 公司的 Harold A.Scott 在网络图的基础上建立 了飞机装配过程操作模型，对飞机总装过程中人员与资源分配问题进行模拟，并提出优化重组 方案[33]；G.Mackulak 在 IDEF 的基础上提出一种机身制造过程分析方法，通过对制造过程的分 析获得制造计划和现场控制方法，显著提高了飞机机身制造的效率[34]；G.Heike 针对飞机装配5基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 过程劳动密集性特点，建立一种飞机混合装配过程模型，综合分析了装配工作时间与资源成本 的关系，并将其成功应用到飞机装配现场的控制过程中[35]。在国内，西北工业大学的张杰综合 利用面向对象、Petri 网和随机过程等技术，提出一种面向飞机装配作业过程的建模方法，并研 究了模型行为特性的快速验证方法 [36] ；南京航空航天大学的孙星提出一种基于 Petri 网和 eM-plant 的飞机装配线建模方法，并以机翼为例进行方法验证，为飞机装配线的建模仿真提供 了一种新的方法[37]；西北工业大学的周小波将层次时间 Petri 网用到飞机装配模型的构建过程 中，并确立模型运行规则，建立飞机装配三级作业单元模型[38]。 上述研究大多针对飞机部件装配过程，孙星提出的飞机装配线的建模方法也仅仅考虑了飞 机的多层次装配问题，对飞机装配过程的其它复杂特点未考虑在内，本文所采用的建模方法能 够建立飞机装配的详细模型，综合考虑飞机装配过程的复杂特点，并且能够与各种仿真工具集 成建模，借助仿真结果对飞机装配线进行优化改进，这也是本文提出的建模方法的优势所在。1.2.4 装配生产线平衡研究现状生产线平衡就是通过调整生产过程，使生产过程的工序均衡化，各工序的作业时间相近或 相等，消除各种等待浪费现象，缓解瓶颈问题，最终达到生产效率的最大化。国内外关于生产 线平衡的研究取得了众多研究成果，国外的学者采用了不同的平衡算法如启发式算法[39]、遗传 算法[40]、蚁群算法[41]以及仿真方法[42]等对生产线进行平衡优化研究。在国内，上海交通大学李 雷等人将生产线平衡技术应用到自动化装配线的改善过程中，确定了使生产线效益达到最大的 方案[43]；北京工业大学的杨召凯等人对发动机装配生产线平衡问题进行研究，并使用 eM-Plant 仿真软件对规划后的装配线进行仿真[44]。1.3 论文主要研究内容和总体结构本文以客机装配线为研究对象，对客机装配过程特点和内容进行深入研究，提出基于 HOSPN 的客机装配线建模方法，并在建模仿真工具（Quest 和 eM-Plant）中建立仿真模型，以 客机总装过程为例，详细说明客机装配模型建立的方法和步骤。最后，结合企业实际需要，对 某型号客机平尾装配模型运行仿真，根据仿真结果提出生产线平衡改进方案，提高了平尾装配 效率，进而验证本文提出的基于 HOSPN 的客机装配线建模方法的可行性。各章节间的内在结 构关系如图 1.1 所示，各章节的内容简单概括如下： 第一章阐述了课题研究的背景和意义，分析了制造系统建模、生产线仿真、飞机装配线建 模仿真以及生产线平衡分析的国内外研究现状，总结了课题主要的研究内容，确定了论文的总 体结构。 第二章主要介绍了飞机装配过程的特点和装配作业的划分，并且研究了飞机装配作业时间 的影响因素及其规律， 为飞机装配过程建模奠定了基础， 同时研究了飞机装配作业的评价指标，6南京航空航天大学硕士学位论文 为装配建模结果的分析提供了参考依据。 第三章介绍了基本 Petri 网的概念，根据飞机装配过程的特点，对飞机装配建模方法进行研 究，在基本 Petri 网的基础上提出适用于客机装配线建模的 HOSPN 模型，并研究了 HOSPN 模 型构建方法以及模型特性分析方法。 第四章介绍了飞机装配建模工具 Quest 和 eM-Plant 的基本建模元素和建模步骤，并且进一 步总结了 HOSPN 和 Quest 以及 eM-Plant 的对应关系， 实现了 HOSPN 模型到 Quest 和 eM-Plant 仿真模型的转换，完成了客机装配建模方法的研究。 第五章在理论研究的基础上，以某型号客机装配过程为例，建立客机总装以及子模型平尾 装配的 HOSPN 模型，根据 HOSPN 与 Quest 和 eM-Plant 的对应关系，建立客机装配的 Quest 和 eM-Plant 模型， 为了验证建模方法的正确性， 结合企业的实际需要， 本文对平尾装配的 Quest 子模型进行仿真，并提出优化改进方案。 第六章总结了本文主要的研究工作，阐述了今后需要进一步完善的问题，并对未来研究方 向进行了展望。第一章 绪论第二章 飞机装配过程分析 及其评价指标研究第三章 面向对象分层次随机Petri 的客机装配线建模方法研究第四章 客机装配线建模方法在 建模仿真工具中的实现第五章 某型号客机装配过程建模与仿真实例研究 第六章 总结与展望图 1. 1 论文的组织结构7基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究第二章 飞机装配过程分析及其评价指标研究进行飞机装配建模方法研究之前首先要对飞机装配过程进行深入的研究，本章对飞机装配 过程进行简单介绍，为后面章节的分析奠定基础。2.1 飞机装配过程简介飞机装配过程主要是依据尺寸协调原则，按照设计和技术要求，将飞机零部件或组件进行 安装，形成高一级的装配单元或整机的生产劳动过程[45]。2.1.1 飞机总装移动生产线技术传统的飞机总装方式为机库式装配（或停车场式装配） ，在这种装配模式下，将等待装配的 飞机固定，操作人员依次寻取工装夹具、零部件等，逐步完成装配以及试验工作。这种装配模 式存在一定的弊端，如工人活动范围大、现场混乱等，容易产生材料浪费现象，使得飞机装配 周期延长、交付压力增大，为有效缓解这种情况，通常采用扩大总装配面积的方法，然而这一 举措又会使厂房面积增大，增加了在线装配的飞机数量，降低了在制品周转速度。同时，由于 机库式装配过程中多组工人并行作业，使得各架飞机的实际装配作业一致性降低，进而影响飞 机装配的质量[46]。 随着现代化飞机生产环境的不断变化， 军机和民机都面临着更为艰巨的挑战， 如需求多变、 产品构型多样、同种构型产量较少、飞机生产装备投入风险增大等。为了快速适应这种生产环 境的变化，改进飞机装配方式迫在眉睫，由机库式向站点式过渡的飞机装配方式应运而生。在 站点式飞机装配过程中，设置了很多站位，在每个站位上均装入一定数量的零部件，由通用转 运设备将飞机转移到下一个站位，直至装配作业全部完成。飞机在站位式装配过程中逐站进行 移动，工人的分工、分组较为合理，但是装配厂房的混乱局面并无本质的改善，受供应链影响 的局面也没有得到彻底的改变。 为了提高飞机装配效率，西方航空巨头将移动装配线引入到飞机装配过程中，作为第一次 管理革命的产物，移动装配线为飞机装配作业带来了巨大的革新。移动装配线不仅缩短了制造 周期，降低了生产成本，更重要的是带动了整个航空制造行业管理的进步。世界各国飞机生产 向移动装配线发展的趋势给我国航空事业的发展带来了严峻的挑战，因此适时地研究和借鉴国 外飞机移动装配技术，是我国飞机制造技术迈向世界水平的必由之路。 飞 机 总 装 移 动 生 产 线 （ Move Line ） 技 术 源 于 丰 田 生 产 方 式 和 精 益 生 产 理 论 （ Lean Production，LP） ，能够实现飞机高质量、低成本、快速响应制造，其实质是丰田生产方式和精8南京航空航天大学硕士学位论文 益生产理论在飞机制造业中的应用，在生产过程中飞机从一个工作站缓慢地移动到下一个工作 站，在整个装配过程中，始终以平稳的速度移动，故称其为移动生产线，图 2.1 为飞机总装移 动生产线示意图，在飞机总装过程中，基准部件（机身）沿着流水生产线移动，各个系统、设 备以及附件等则在总装过程的不同阶段开始装配，在装配的同时进行调整和实验，最后总装得 到整架飞机。 目前移动生产线已成为波音、空客等航空业巨头追求的企业核心竞争力。起落架 电气无线 电系统 发动机 装配 一般和特 种设备机身基准 部件 液压冷气 系统飞机中翼尾翼机翼图 2. 1 飞机总装移动生产线 借鉴国内外对飞机总装移动生产线的研究，本文将移动生产分为连续移动和间歇移动，连 续移动装配线正常工作时是按固定加工路线与程序设置速度移动的，移动过程不间断。间歇移 动则是按固定路线和可变节拍间断式移动，在间歇移动过程中，部件每隔一段固定的时间移动 一次，代替工人在厂区内的移动。间歇移动可以设定非增值的缓冲时间，当生产管理水平跟不 上的时候，留有一定的间歇等待时间。当存在未处理完问题的时候则生产线不移动，或者将未 处理的问题留给下一个站位去完成，随着装配熟练度的提高，逐步加快间歇移动生产的节拍。 而连续移动则能够让所有现场的工人真正的看到和感觉到生产节拍，工厂中所有的人都随着移 动线的节拍努力地工作。从精益生产的观点看，可以将间歇移动式生产作为一种过渡形式，间 歇移动式生产作为阶段目标，移动式生产是最终目标。图 2.2 为飞机总装连续移动式生产线， 图中使用一个与前起落架相连的拖车向前拉动飞机移动，拖车上有一个光纤传感器可沿地面上 的白线前行，在装配过程中，机械人员安装诸如座椅、行李箱和飞机内部的结构件，同时进行 各种系统功能的测试与试验。图 2. 2 飞机总装连续移动式生产线9基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 我国大型客机研制成功以后将进行大批量生产，因此研究飞机总装移动生产线技术具有重 要的意义，移动生产线具有如下优势：移动生产线是识别和取消生产系统中浪费现象的强大工 具；移动生产线能够实现对流程的目视管理，使生产过程中的问题可见，并且产生紧迫感，能 够从根本上解决生产质量问题和效率问题，便于工人准确把握制造流程；移动生产线能够提高 物流的顺畅性， 减少工作过程中的零部件库存数目； 移动生产线能够对飞机装配现场进行控制， 节省装配空间，提高适应需求变化的灵活性。总的来说，采用移动生产线技术能够提高产品质 量、降低成本、节省空间、保证交货进度。2.1.2 飞机装配过程特点分析飞机装配线不仅拥有常规产品装配线的特点，自身还有很多独特之处，如装配过程复杂、 专业性要求高、工作面较窄、多余物较多且不易清除等。概况起来有以下几点： 1）层次划分明确。整个飞机装配过程分为多个部件装配，每个部件装配的站位较少，但各 个站位所涉及的装配内容较为复杂，单独的一个站位又可再分为多个工位，每一个工位又可以 继续划分为工序和工步，整个飞机装配过程划分为不同的装配层次，在飞机装配过程中是严格 按照层次划分进行装配的。 2）飞机装配作业时间的不确定性。首先，飞机总装作业的基本方法是原始的手工操作，自 动化和智能化水平都不高，手工作业的操作时间和质量取决于操作工人的技术水平，使飞机装 配作业时间不可能为一个固定的时间。其次，装配过程中缺件和故障经常发生，装配返工现象 更是不可避免，增加了飞机装配作业时间的不确定性。 3） 生产周期长。 飞机装配零部件和工装数量多、 装配过程复杂， 导致飞机的装配周期很长， 一般情况下，一个总装车间一年只能完成几架飞机的装配。 4） 飞机装配是小批量多品种的装配。 飞机制造基本上都是以定制为主， 装配的批量非常小， 通常都是几架次的装配并且不同架次型号各异。 5）飞机总装工作顺序性强。飞机总装过程必须严格按照一定的顺序进行装配，这样能够有 效避免安装人员在工作过程中相互干扰。 6）严格按照要求安装。严格检验和操作能够确保飞机的高质量、安全性和可靠性，飞机装 配过程中要严格控制多余物，多余物的存在将导致重大事故。2.2 飞机装配作业分析2.2.1 飞机装配作业划分部装和总装是飞机装配过程的两个重要组成部分，总装完成代表整架飞机装配的完成，而 部件交付则代表飞机某个重要组成部分装配的完成。飞机装配过程一般以部件为单位划分装配10南京航空航天大学硕士学位论文 生产线上的地理区域，如前机身装配区、机翼装配区、平尾装配区、全机对接区等。各个部件 内部装配过程的划分应以内部装配顺序和生产流程为依据。在飞机部件装配过程中，按照装配 作业之间的关系对装配作业过程进行划分，具体步骤概括如下： 1）将整个装配工作任务划分成若干个区域控制码 ACC（Area Control Code） ，在装配工艺 划分过程中，ACC 是不同工作地点的控制代码，又称装配控制码（Assembly Control Code） 。 ACC 定义了相对独立的工作，这并不代表各个 ACC 之间就没有关系，ACC 的组织关系可以由 装配流程图得出。ACC 与装配作业任务中的站位任务相对应，而站位则对应实际装配工厂工人 组织中的一个工段，ACC 的划分虽将装配任务分配到站位，但对于站位内部的流程细化不够深 入，因此需要作进一步的划分。 2）对 ACC 装配作业任务进行进一步划分，将其划分为多个工位 POS（Position） 。POS 与 装配作业任务中的工位任务相对应。 对 ACC 的划分已将工作任务分配到各个站位， 而工位 POS 的工作是由班组来完成，POS 的划分能够实现班组工作任务的合理分配，然而班组内部通常有 很多工人，因此仍需对班组内部继续细化，即工位 POS 需要进一步划分。 3）针对划分后 POS 的内容制定出工作（JOB）内容，JOB 定义了装配作业任务中的工序 （STEP）内容，JOB 的划分将 POS 的工作分配给班组中的个人，每个 JOB 的工作由一个人单 独完成或多人协作完成， 由于 JOB 中定义的工作内容对单个工人而言不够具体， 因此需要对 JOB 进行进一步的细化。 4）针对每个 JOB，将其内部工序内容具体划分为工步，工步定义了具体的工作步骤，是 装配工艺流程中最小的工作单元，工步的划分主要是根据工艺规范和工艺人员的经验。 按照上述飞机装配作业划分步骤可知， 整架飞机装配过程可以划分为 “整机装配―部件装 配”，其中将部件装配过程按照工艺流程可划分为“站位―工位―工序―工步”，这种划分不 是一成不变的，划分结果会随着生产过程中的周期、人力、设备等因素的变化而变化。飞机结 构和工艺装备决定了飞机总装工作量的大小， 同时工厂的生产规模和技术水平也会对飞机总装 工作量的大小产生一定的影响。2.2.2 飞机装配作业任务的分类通常情况下， 装配作业任务是相对于装配工作分解结构 （Work Breakdown Structure， WBS） 而言的， 在工艺准备过程中 WBS 被不断细化， 它包含着两类任务信息， 即大纲任务 （Outline Task， OT）和节点任务（Node Task，NT） 。大纲任务不能作为具体操作任务被实施，它仅仅表示装配 逻辑与工作量的划分。如中机身装配区承担中机身的装配任务，平尾装配区承担平尾的装配任 务等。节点任务是产品装配过程中具体实施的任务，它能够作为具体的操作任务被实施。另外， 节点任务是由若干工序组成，工序的集合构成了一个完整的工位。11基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究2.3 飞机装配作业时间的影响因素及其规律研究在飞机装配过程中，作业效率往往受到工人操作熟练程度、生产质量和操作工艺等因素的 影响，使作业时间具有一定的波动性，因此在飞机装配线建模仿真前，分析研究装配作业时间 的影响因素和规律具有十分重要的现实意义。在飞机装配作业过程中，通常情况下各类影响因 素对装配生产线的影响都归结到对作业时间的影响。针对以上问题，本节重点研究影响飞机装 配作业时间的因素及各类因素对作业时间的影响规律。2.3.1 新机型投产阶段经验曲线对装配作业工时的修正手工作业量大是飞机装配过程中的一大特点， 并且飞机装配零部件数目多、 装配过程复杂， 使得操作人员经验要素对飞机装配时间产生很大影响，是装配作业时间的重要影响因素之一。 在实际装配过程中，熟练操作人员与非熟练操作人员往往在同一工位上工作，其操作技能差别 很大，只有一小部分熟练操作人员能够完成全部作业内容，而大部分人员只能完成装配过程中 的某一部分工作，因此研究分析工作人员的经验对作业时间的影响十分必要。为了确保平均装 配作业时间的计算具有一定的稳定性，本文通过经验曲线对作业时间进行修正[47,48]，经验公式 表示：y ? ? x?（2-1）式中， x 为装配单元累计批次产量； y 为第 x 批次的作业时间； ? 为第一批次作业时间；? ? lg c / lg 2 表示学习曲线指数，c 为学习率，表示产量翻倍时单位作业时间的下降幅度。经验曲线对装配系统性能的影响直接表现为对装配作业时间的修正作用，图 2.3 给出了在 经验曲线影响下的产量与工时的对应关系，由图可知，操作人员的操作技能与产量具有正相关 性，随着产量的增加，操作人员的技术水平会有所提高，在图 2.3 中直接表现为装配作业工时 的下降。工时产量图 2. 3 经验曲线影响下产量与工时的关系 在新机型投产时期，经验曲线的修正作用非常明显，然而，对于操作人员变动不大的成熟12南京航空航天大学硕士学位论文 装配系统而言，装配作业工时波动性较小，上述曲线的修正作用不大。本文将着重研究在批量 生产过程中，作业时间的影响因素及其对时间的影响规律。2.3.2 批量生产阶段装配作业时间的影响因素及其规律研究1）缺件对装配作业时间的影响 飞机装配过程需要成千上万的零部件，这些零部件除少量自制件以外，大部分由外协厂商 提供或从国内外市场采购。由于飞机装配所需零部件质量要求高、制造困难、数量少、种类多， 生产与采购周期较长，并且生产周期的不确定性大，导致缺件在飞机装配过程中经常发生，缺 件一旦发生就需要等待供应商提供相应的零部件，势必对飞机装配作业时间造成一定的影响， 缺件对飞机装配作业时间影响的波动性较大，短则一两天，长则可能达几个月。 2）装配超差和返工对装配作业工时的影响 整个飞机装配过程由很多公司参与，例如国产某型号飞机的前机身组件由一个公司提供， 而另外一个公司则负责中机身（含中央翼） 、左右外翼、中后机身下半桶形组装和上半桶形零件 制造等。由于不同制造商之间的工艺不协调，使得装配过程中出现很多问题，严重性问题需开 出故障拒收单，故障拒收单开出后等待原来装配或制造部门做出答复，商讨解决方案。故障拒 收单一旦开出势必对装配作业时间造成一定的影响，在故障拒收的各类因素中装配超差与返工 最为常见。飞机装配生产过程需要大量的连接件和零部件，零部件在自身重量下的刚度相对较 小，且外形要求严格，这使得装配过程中装配超差和返工现象无法避免，严重时甚至导致装配 作业失败，拖延工期，影响整体进度。因此应采取有效的措施预防和纠正飞机装配过程中的问 题，采取科学的方法提高作业风险的预见性，避免或减少装配过程中产生的一系列风险问题。 3）批量生产阶段装配作业时间的规律研究 我国的大型客机研制成功以后将进行批量生产。飞机批量生产阶段，在各种因素的共同影 响下，装配作业时间是一个不确定性的变量，经过实际应用的验证，本文引入经验估计法对装 配作业时间进行处理，经验估算公式如式（2-2）所示，处理后的装配作业工时序列为 T={T1, T2, … ,Tn}。Ti ? ai ? 4mi ? bi 6（2-2）式中： ai ―最短工序作业时间；bi ―最长工序作业时间； mi ―最可能的工序作业时间。2.3.3 某型号客机平尾装配过程时间分析通过实地抽样调研以及问卷调查等方式收集各个站位的工作时间，对所收集的数据进行统13基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 计整理，删除不准确的数据和错误的数据，由调研结果可知平尾装配过程中各个站位的时间如 表 2.1 所示，其中修正后时间是根据式（2-2）以及收集的各个数据（最短时间、最长时间、最 可能时间）计算得出的。经过大量的实际应用验证，在不具备某一个站位作业时间的情况下， 通过经验估计法得到的计算时间，能够比较准确的反应该站位的作业时间。表 2.1 中计算得出 的修正时间将在第五章平尾实例研究过程中得到应用。 表 2. 1 某型号客机平尾装配各个站位装配作业时间的修正 站位 ACC200 前梁组件装配 ACC220 前梁、可卸前缘配钻 ACC230A 可卸前缘组件装配 ACC230B 后梁肋组件和平衡 舱装配 ACC215 可卸前缘装配 ACC205 后梁组件装配 ACC210 后缘装配 ACC235 扭力盒装配 ACC240 衬套安装 ACC245I 铰链安装 ACC230CD 可卸前缘组件、 成型件、翼尖支架的装配 ACC245II 间隙罩 ACC246 平尾密封 ACC250 涂胶 ACC255 装箱发送 最长时 间/h 39 22 7.5 14 39 35 36 57 6.5 18 15 18 18.5 6.5 6.4 最短时 间/h 29 19 6 12 31 30 31 53 5.5 16 12 16 16 5.5 5.8 最可能时 间/h 32.5 19.5 7 13 35 33.2 33 55 6 16.8 13.4 17 16.8 6 6.1 修正时 间/h 33 19.8 6.92 13 35 32.97 33.1 55 6 16.9 13.4 17 16.95 6 6.12.4 飞机装配线评价指标研究建立评价指标是飞机装配线评价过程中的首要问题，对飞机装配线评价指标的研究为评价 飞机装配线的优劣提供了依据。基于飞机装配过程特点，本文从装配作业资源利用率、瓶颈环 节对生产线的影响以及装配生产线的平衡分析等几个方面对飞机装配线进行评价。14南京航空航天大学硕士学位论文2.4.1 装配作业资源利用率及瓶颈的识别不同生产形态下各类装配资源的忙闲状态可通过资源利用率量化反应出来，这对设备资源 配置及作业人员组织具有重要的指导意义，尤其是瓶颈资源的识别以及合理的资源配置方案的 产生。资源利用率可以通过建模仿真软件 Quest 和 eM-Plant 的仿真过程中得到，在仿真过程中 可以清楚地看到各个站位的资源利用率。 在实际生产过程中，瓶颈是指实际生产能力小于或等于生产负荷的资源，该类资源制约着 整个系统的产能，如果不能提高瓶颈环节的产能，则整个系统的产出速度也无法提高。在约束 理论中，瓶颈环节的确定依赖于机器利用率、机器前平均队列长度和平均等待时间等参数[49]。 本文结合飞机装配作业特点，选用机器利用率和缓冲区零部件堆积个数作为确定系统瓶颈环节 的参数。 为了提高制造系统中生产设备的利用率，避免设备利用率低下对系统产能造成影响，必须 提供足够的生产任务，但是过多的生产任务，又会加重瓶颈环节的负担，造成在制品在瓶颈环 节设备上的堆积、产品的平均生产周期延长、企业市场竞争力下降。因此必须采取有效措施对 瓶颈环节进行优化改进，以提高制造系统整体效率。2.4.2 生产线平衡分析1）生产线平衡分析指标研究 生产线平衡问题，又称工序同期化，是指对于特定的产品，给定流水线节拍，求出使装配 线所需的工位数量或工人数量最少的配置方案[50]。生产线平衡分析的目的是计算出生产线的平 衡系数以及生产线的其它衡量指标，为生产线的平衡改善提供相应依据，是缓解瓶颈的基本措 施之一，也是提高企业利润的有效措施。 生产线平衡率和平衡延迟 Bd （Balance Delay）是评价装配线平衡效果的两大指标，平衡延 迟是指一件在制品在线上的总空闲时间与它自始至终留在装配线上的总时间的百分比值。计算 公式如式（2-3） 、 （2-4）所示： 生产线平衡率=[各工序时间总和/(CT*工序数)]*100% 式中：CT――理论节拍，即生产线工序中的最大标准工时。Bd ? ? N ? CT ? t总 ? / ? N ? CT ? ? 100%（2-3）（2-4）式中： N―工位数； CT―理论节拍，即生产线工序中的最大标准工时；t 总 ―总工作时间。一般来说，当装配生产线的平衡率在 50%-60%之间时，装配生产过程是一种粗放式生产， 没有人和科学管理意识；当平衡率在 60%-70%之间时，生产过程具有人为管理因素；当平衡率15基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 在 70%-85%之间时，生产过程是在科学管理下进行的；当生产线平衡率大于 85%时，生产过程 是按一个流方式进行生产的。 对于 Bd 值，有以下三个区间的评价结论，若 Bd ? 10% ，则装配线的评价结果为优；若10% ? Bd ? 20% ，则装配线的评价结果为良好；若 Bd ? 20% ，则装配线的评价结果较差。2）常用生产线平衡改善方法 生产线平衡分析的目的是找出生产线的不合理环节，对生产线进行改进优化，常用的生产 线平衡分析方法是利用 ECRS 原则进行的。 生产线平衡分析 ECRS 原则是指通过对各项活动的 分析和检验，采用科学方法对原生产过程中的每一项活动进行“取消（ Eliminate ） ” 、 “合并 （Combine） ” 、 “重排（Rearrange） ”和“简化（Simplify） ” ，使生产过程得到优化改进，趋于更 加合理的状态，同时使生产流程的运作效率得到显著的提高。 （1）取消（Eliminate） 在进行生产线平衡改善时，首先要考虑该项工作是否有取消的可能性。如果该项工作、工 序、操作可以取消且不影响半成品的组装进度和质量，则取消是最有效的改善。取消是对整个 范围的省略，例如，不必要的工序、检验、搬运操作等都应取消。对于有些工作量特别大的装 配作业而言，若不能全部取消，则可考虑部分取消。例如由自行研制变为外购，也是一种取消 方法。 （2）合并（Combine） 合并是将两个（或者两个以上）不同对象合并为一个对象的过程，工作或工序可以进行合 并，工具也能合并。当工序间的生产能力表现出不平衡，出现工人忙闲程度不均、个别工位物 料堆积严重等情况时，则应该对这些工序进行相应的调整或合并。例如，把一些相同的工作分 散到各个不同的部门去做，也可以考虑是否能够将它们合并在同一道工序内进行。合并能够消 除重复现象，在改善和优化生产线平衡方面具有重要的意义。 （3）重排（Rearrange） 重组又称替换，是指通过改变工作程序，对工作的先后顺序进行重新组合，以达到改善工 作效率的目的。例如，前后工序的对换调整、手动改换为脚动、生产现场机器设备的位置调整 等。 （4）简化（Simplify） 简化是一种对工序的改善方法，也是局部范围的省略。经过取消、合并、重组等操作之后， 再对该项工作做进一步的分析研究，尽量简化现行方法。简化能够最大限度地缩短作业时间， 提高工作效率。 在实际的生产车间中，经常存在平衡效果不好的生产线，当生产线的平衡率较低时，势必 会影响到整个车间的生产流程。 对于实际的生产线而言， 常用的平衡改善方法主要有以下两种：16南京航空航天大学硕士学位论文 改善耗时较长的工序，缩短作业时间，如分割作业、提高作业的机械化程度和作业的并行度、 增加工作人员的数目等；改善耗时较短的工程，如分割作业、将耗时较短的工序结合起来减少 工序数目、减少工序的工人数目。 3）生产线平衡研究意义 当今社会市场竞争日益激烈，提高企业的市场竞争力具有十分重要的意义。企业的市场竞 争力与车间的生产效率息息相关，表现为提高车间生产效率是增强市场竞争力的基础。因此， 在实际生产过程中， 可通过提高生产线的平衡率来提高生产效率， 从而增强企业的市场竞争力。 对车间生产线进行平衡分析主要有以下几个方面的作用。 首先，对装配生产线进行平衡研究，能够制定合适的作业标准，安排合适的作业人员，有 利于提高人员和设备的工作效率，缩短产品生产周期，提高产品的生产效率。 其次，对生产线平衡进行研究，有利于减少单件产品的工时消耗，降低生产成本。通过合 理安排和组合生产工序，使得每个工位的空闲时间均趋向于零，最终降低了用于单件产品的工 时消耗，从而降低了产品的成本，间接提高了产品利润。 最后，对装配生产线平衡进行研究，能够有效减少在制品的数量，为真正实现“一个流生 产”奠定基础。2.5 本章小结本章主要介绍了飞机装配过程的特点以及飞机总装移动生产线技术，同时介绍了飞机装配 作业划分的有关内容，并且研究了飞机装配作业时间的影响因素及其规律，为飞机装配过程建 模奠定了基础，同时研究了飞机装配作业的评价指标，为生产线的评价分析提供了参考依据。17基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究第三章 面向对象分层次随机 Petri 网的客机装配线建模方法研究飞机装配过程是典型的离散事件驱动系统，Petri 网是描述离散事件系统有力的工具，Petri 网严谨的数学描述能力和直观的图形表达能力， 使得 Petri 网比一般的建模方法更适合于飞机装 配过程建模，并且扩展 Petri 网能够有针对性的表达飞机装配过程的特点，为飞机装配建模提供 了一条新的途径。下面简单的介绍一下基本 Petri 网的一些知识，以及本文提出的用于客机装配 建模的扩展 Petri 网的理论。3.1 基本 Petri 网3.1.1 Petri 网的定义最基本的 Petri 网由三个元素组成 N=（P,T,F） ，并且满足以下约束条件[51]：P T ? ?，P T ? ?（3-1） （3-2） （3-3）F? （P ? T）（T ? P）dom ? F ? cod ? F ? ? P T其中，P={p1，p2，p3，…，pn}表示所有库所结点的集合，T={t1，t2，t3，…，tm}表示所有变迁 结点的集合，F 为库所结点与变迁结点之间有向弧的集合。 对 ?x ? P T ，令x ? y ? y ? P T ? ? ? ? y, x ? ? F ? x ? y ? y ? P T ? ? ? ? x, y ? ? F ???（3-4） （3-5）??则称?x 为 x 的前置集，x?为 x 的后置集； ?p 表示库所 p 的输入变迁集合，p?表示库所 p 的 输出变迁集合； ?t 表示变迁 t 的输入库所集合，t?表示变迁 t 的输出库所集合。 在图 3.1 基本 Petri 网的结构图中， 库所用圆圈表示， 代表系统中与状态有关的元素如原料、 部件、产品、人员、工具和数据等；库所中的黑点代表托肯，黑点的数目代表托肯的数目；变 迁用矩形表示，变迁的使能代表系统的状态发生转移；有向弧则用带箭头的直线表示，代表了 库所与变迁之间的流关系。P1 T1 P2 T2P3图 3. 1 基本 Petri 网结构图18南京航空航天大学硕士学位论文3.1.2 Petri 网的运行规则在基本 Petri 网中，变迁 T 能否使能与输入库所中的托肯数目和输入函数有关，输入库所 P 代表变迁使能的前提条件，输入库所与变迁之间的输入函数则代表变迁使能需要前提条件的次 数。Petri 网的运行规则可以描述为： ?Ti ? T ，当且仅当 ?P i ??Ti : M ( P i ) ? I (P i , Ti ) 时，变迁 Ti 在标识 M 下使能，其中 ?Ti 是 Ti 的输入库所集合，代表 Ti 的所有输入库所。以图 3.1 中的 Petri 网为例，?T1 ? {P1 , P3? ，?T2 ? {P2? ，并且满足 M （P ） ?1?（ I P ） ? 1 ，M （P ?1?（ I P ） ?1 ， 1 3 ,T 1 3） 3 ,T 1 所以变迁 T1 使能；而 M （P2） ? 0＜（ I P2 , T2） ? 1 ，所以变迁 T2 不能使能。 变迁 T 使能后，前提状态的消耗及次数由变迁 T 的输入函数决定，结果状态的产生及次数 由变迁 T 的输出函数决定，变迁 T 的使能将会消耗输入库所中的托肯，同时增加输出库所中的 托肯数目，Petri 网将产生新的标识 M ? [52]：?P i ? P : M '( P i ) ? M (P i ) ? I (P i , T ) ? O( P i ,T ) ?P i ??T : M '( P i ) ? M (P i ) ? I (P i ,T ) ?P i ? T ? : M '( P i ) ? M (P i ) ? O( P i ,T )（3-6） （3-7） （3-8）在图 3.1 所示的 Petri 网中，当变迁 T1 被激发后， M （ ? P ） ?0，M （ ? P ? 0，M （ ? P2） ? 1 ，此 1 3） 时 T1 不能再被激发了，而 T2 可以被激发，继续产生新的标识 M ?? 。3.1.3 Petri 网的基本性质Petri 网的基本性质主要包括可达性 （Reachability） 、 有界性 （Boundness） 、 安全性 （Safeness） 、 可逆性（Reversibility）和活性（Liveness）等[53]，下面将简单的介绍一下这些性质。 1）可达性 如果从初始标识 M0 开始激发一个变迁产生新标识 Mr，则称 Mr 是从 M0 直接可达的，所有 从 M0 可达的标识的集合称为可达标识集，记为 R(M0)。 2）有界性和安全性： 假 设 ? ? ( P, T , F , M 0 ) 是 一 个 基 本 Petri 网 ， 且 p ? P 。 如 果 存 在 正 整 数 B ， 使 得?M ? R(M 0 ) : M (p) ? B, 则称库所 p 为有界的，并且称满足这个条件的最小的正整数 B 为此库所 p 的界，记作 B(p)，即 B( p) ? min{B ?M ? R(M 0 ) : M ( p) ? B} ，当 B(p)=1 时，库所 p 是安全 的。 设 ? ? ( P, T , F , M 0 ) 是一个基本 Petri 网， 如果每个 p ? P 都是有界的， 则称基本 Petri 网 ? 为 有界的，称 B ? ? ? ? max B ? p ? p ? P 3）可逆性??为 ? 的界。当 B ? ? ? =1 时，则称 ? 为安全的 Petri 网。19基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 如果在 Petri 网中，对每个标识 M∈R(M0)，都有 M0∈R(M)，则称 Petri 网是可逆的，即初 始标识 M0 是从所有可达标识 M 可达的，Petri 网具有可逆性表示模型可以自身初始化。 4）活性 对任意变迁 Ti 和标识 Mi，如果存在某一个变迁序列 Pr，并且此变迁序列能够使变迁 Ti 使 能，则称此变迁是活的，若 Petri 网中所有的变迁都是活的，则称此 Petri 网是活的。若 Petri 网 是活的，则此 Petri 网中不存在锁死。3.2 HOSPN 的定义及模型构建方法基本 Petri 网能够很好的用于离散事件动态系统的建模， 但是它所建立的模型高度依赖于系 统原型，缺少模型与制造系统实体（装配作业单元）之间的直观比照，所建立的模型难以理解， 并且对于复杂系统而言，所建立的模型非常庞大，不利于模型的分析和理解，因此为了满足现 代化制造系统的要求，国内外学者和专家提出了各种扩展 Petri 网用于制造系统的建模分析。常 见的扩展 Petri 网如赋时 Petri 网、着色 Petri 网、面向对象 Petri 网、模糊 Petri 网、随机 Petri 网以及混合 Petri 网等[54]， 针对飞机装配过程特点， 下面介绍一下用于客机装配建模的几种扩展 Petri 网。3.2.1 客机装配建模方法中的扩展 Petri 网1）面向对象 Petri 网 Petri 网在事件驱动、图形表达以及数学分析方面具有独特的优势，但其模块性较差，建立 复杂系统模型时比较困难。虽然面向对象方法在控制逻辑分析能力以及系统动态行为预测方面 具有一定的局限性，但是其模块性较好。将 Petri 网与面向对象方法相结合，形成面向对象 Petri 网，将其应用到客机装配建模中，能够综合利用两者在建模方面的优势，使所建立的客机模型 易于理解。 国内外对于面向对象建模方法与 Petri 网结合的研究主要集中在三个方面：第一，通过基本 Petri 网的理论为面向对象语言或方法论提供形式化的描述基础； 第二， 直接为 Petri 网中的托肯 定义复杂的数据类型来扩展 Petri 网；第三，参考面向对象的模块化与封装性特点，在 Petri 网 形式化方法中直接应用面向对象的建模概念进行建模。针对飞机装配过程的复杂性，本文采用 第三种方式对 Petri 网进行扩展，使传统 Petri 网模型具有模块化和可重复使用的特点，降低装 配系统的复杂度，方便工作人员对模型进行分析和改进。 由于面向对象 Petri 网将面向对象建模方法与 Petri 网有机结合起来，对象将活动以及不同 活动之间的关系包裹起来，因此只需关注不同对象之间以及对象与外界之间的信息传递口就可 以掌握整个系统行为。由此可见，面向对象 Petri 网系统模型比基本 Petri 网模型简洁。 2）分层次 Petri 网20南京航空航天大学硕士学位论文 飞机装配结构复杂、 零部件数量巨大并且飞机装配过程涉及成千上万的工装、 夹具和工具， 装配过程十分复杂，整个飞机装配过程是严格按照装配工艺流程划分进行的，飞机装配是按照 “整机装配―部件装配―站位―工位” 的分层次模型进行装配的， 针对上述情况， 本文引入 “分 层次”的概念。分层次 Petri 网能够针对飞机不同的层次建模，有利于简化模型，使所建模型具 有很强的层次性，使模型便于理解和分析。 制造系统采用多层次建模时，建模过程是自顶向下逐层分解的，下层模型被看作是上层模 型的一部分，上下层模型之间的衔接是层次化建模中的关键问题，决定着制造系统中的物流、 信息流和控制决策信息的准确传递。Petri 网层次分解过程中涉及的模型比较复杂，多人参与设 计过程，因此更需要注意层间以及不同子模型之间的信息协调。 3）时间 Petri 网 基本 Petri 网不包含时间因素，因此不可能建立含有时间因素的制造系统模型，用于制造系 统的性能分析。Ramchandani 首先在 Petri 网中引入时间的概念，提出时间 Petri 网（Time Petri Nets，TPN） ，用于描述事件发生所历经的时间。在 Petri 网中引入时间要素的方法主要分为以 下三种： （1）在基本 Petri 网中，将时间与变迁相关联，则该变迁可以代表发生过程需要一段固定 时间的事件或者操作，称其为赋时变迁 Petri 网（Time Transition Petri Net，TTPN） 。在 TTPN 中，变迁一旦使能，则立即从该变迁的每一个输入库所中都移去相应数目的托肯，但是变迁要 延迟一段固定的时间后再激发，变迁激发后，输出库所中立即增加相应数目的托肯。 （2）在基本 Petri 网中，将时间与库所相关联，则该库所可以代表发生过程需要一段固定 时间的事件或者操作，称其为赋时库所 Petri 网（Time Place Petri Net，TPPN） 。在 TPPN 中， 变迁一旦使能则立即激发，从变迁的每一个输入库所中移去相应数目的托肯，于此同时输出库 所中增加相应数目的托肯，但是，输出库所中增加的这些托肯必须延迟一段固定的时间之后才 能使用，只有可以使用的托肯才可以使下一变迁使能。 （3）在基本 Petri 网中，将时间与从变迁到库所的输出弧关联，则该输出弧代表发生过程 需要一段固定时间的运输过程或物料流动过程，使能的变迁立即发生，同时输入库所中托肯数 目减少，但是托肯要经过一段固定的时间才能到达下一个库所，即输出库所中的托肯数目要经 过一段固定的时间后才能增加。 4）随机 Petri 网 飞机装配过程中存在很多的不确定性因素，人们不可能用一个确定的时间来估算手工作业 时间，装配时间只存在理论上的额定工时，因此本文将变迁与不确定时间延迟联系起来，在时 间 Petri 网的基础上引入随机 Petri 网对飞机装配过程进行建模。把变迁与随机指数分布相结合 是由 Molly 等人首次提出的，称其为随机 Petri 网（Stochastic Petri Nets，SPN） ，其中变迁实施21基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 时间看作一个随机变量 xt 且服从于分布函数：Ft ( x) ? P{xt ? x}, ?t ?T : Ft ? 1 ? e??t x且x ? 0, ?t ? 0.（3-9）?t 是变迁的平均实施速率，它表示随机变量所涉及的事件在单位时间内发生的次数。 ?t 的值为修正后装配作业时间的倒数， 修正后的装配作业时间由 2.3.3 节的计算获得， 若变迁不需要 发生时间，则该值是一个无穷大的值。 本文应用扩展 Petri 网，针对飞机装配过程不同的特点进行针对性建模，综上所述，本文将 采用面向对象分层次随机 Petri 网（HOSPN）对飞机装配过程进行建模。3.2.2 HOSPN 的定义面向对象分层次随机 Petri 网（Hierarchical Object-oriented Generalized Stochastic Petri Net， HOSPN）的定义如下表达式所示： HOSPN ? ? OP, OT , OF , D ,Q, M 0 ? 1）OP=P∪R∪IM∪OM，OP 为库所的集合，由四类库所集合组成，其中 P 为对象内部的 状态库所集和，R 为对象内部的资源库所集和，IM 为对象之间的输入信息库所集和，OM 为对 象之间的输出信息库所集。 2）OT=T∪G，OT 为变迁的集合，其中 T 为对象内部普通变迁的集合，G 为不同对象之间 输入、输出信息库所之间变迁的集合(即对象与对象之间的变迁集合)，称之为条件变迁或门变 迁。 3）OF= F∪DF, F 为同一层次作业单元之间有向弧的集合，表示装配工序的前后关系。 DF 为不同层次作业单元之间有向弧的集合。 4）D=Dp∪Dt∪Df ，D 为时间延迟的集合，其中 Dp 为赋时库所的时间集合，Dt 为赋时变 迁的时间集合，Df 为赋时有向弧的时间集合。 5）Q：是所有子网的集合，并且每一个子网 q∈Q 是一个面向对象的分层次随机 Petri 网。 6）M0 为初始标志。 面向对象分层次随机 Petri 网中包含了随机时间、对象、分层次等基本 Petri 网没有的性质， 能够更准确的描述飞机装配过程的各种特点，更好的分析飞机装配过程的相关性能，便于装配 过程的优化改进。3.2.3 HOSPN 模型构建方法基于 HOSPN 的飞机装配过程建模是一个自顶向下、由静态向动态的分层次建模过程，可以 分为以下几个步骤： 1）根据步骤 Step1- Step4 建立 HOSPN 的顶层模型。 Step1：建立装配对象集合 Ob。根据装配流程的划分，把不同的装配作业单元看作独立的22南京航空航天大学硕士学位论文 对象，建立各个装配对象 Ob={Ob1，Ob2，… Obn}。 Step2：建立各个对象之间的门变迁 G。根据装配流程图，在各个对象的始末位置插入表示 各个对象信息传递的门变迁 G={g1，g2，… gn}。 Step3：细化对象 Obi。建立各个对象的内部网系统以及输入输出信息库所 IM 和 OM。对象 内部网由基本 Petri 网 N=（P,T,F）构成。 Step4：建立状态弧集合 F。用有向弧将已经建立的所有对象 Ob 和门变迁 G 根据相应的装 配关系连接起来。 2）对具有底层模型的部分，重复步骤 Step1- Step4，建立 HOSPN 的底层模型。 3）建立初始标识 M0，把所有库所中的初始标识表示出来。3.2.4 典型飞机装配过程在 HOSPN 中的表示1）递阶装配 递阶装配模式在飞机装配过程中最为常见， 由于飞机装配过程中工艺特性的制约， 将飞机装 配作业并行拆分非常困难，递阶装配模式在飞机装配过程中占有较大的比重，有的时候站内所 有的作业工序几乎都是递阶装配的。递阶装配表示工序变迁序列在装配过程的不同时刻逐次获 取依次装配。在递阶装配过程中，子装配体不需要同时交付，只需按照先后关系在某个环节交 付即可，递阶装配模式在基本 Petri 网中的表示如图 3.2 所示，在 HOSPN 中的表示如图 3.3 所 示。图 3. 2 递阶装配在基本 Petri 网中的表示图 3. 3 递阶装配在 HOSPN 中的表示23基于 Petri 网的客机装配线建模方法研究 2）同步装配 同步装配模式也是飞机装配作业的基本存在形式，在飞机装配过程中较为常见。它表示工 序作业变迁在某个时刻必须满足多个条件才能使能，即某个装配作业需要同时获得其它若干子 装配体。同步作业模式在基本 Petri 网中的表示如图 3.4 所示，对象之间的同步作业模式在 HOSPN 中的表示如图 3.5 所示。图 3. 4 同步装配在基本 Petri 网中的表示图 3. 5 同步装配在 HOSPN 中的表示 3）混合装配 飞机装配过程十分复杂，很多情}