Μοντελοποίηση και μελέτη συστημάτων παραγωγής τυχαίας τοπολογίας με δίκτυα Petri: μια προσέγγιση ιεραρχικού ελέγχου

Abstract

Στην παρούσα διατριβή, αναπτύσσεται μια γενική μεθοδολογία βασισμένη στη χρήση θεμελιωδών υποσυστημάτων για τη μοντελοποίηση, την ανάλυση, τη σύνθεση, την αξιολόγηση αποδοτικότητας και τον εποπτικό έλεγχο συστημάτων παραγωγής. Η προτεινόμενη μεθοδολογία είναι γενική, αφού δεν αναφέρεται σε συγκεκριμένα συστήματα, αλλά ακολουθώντας μια σειρά από αυστηρά ορισμένα βήματα μπορεί να εφαρμοστεί σε συστήματα παραγωγής οποιασδήποτε τοπολογίας και πολυπλοκότητας. Επιπλέον, η προτεινόμενη μέθοδος καλύπτει τις σημαντικότερες κατηγορίες συστημάτων παραγωγής (αφιερωμένα, πολυ-παραγωγικά, συστήματα παραγωγής σε παρτίδες και συστήματα με διαφορετικούς τύπους βιομηχανικής ευελιξίας), καθώς και συστήματα παραγωγής μέρη των οποίων ανήκουν σε περισσότερες από μια από τις παραπάνω κατηγορίες. Στα πλαίσια υλοποίησης της μεθοδολογίας, για κάθε τύπο συστήματος παραγωγής αναγνωρίζεται ένας μικρός αριθμός υποσυστημάτων, τα οποία χρησιμοποιούνται ως δομικά στοιχεία για την περιγραφή πολύπλοκων συστημάτων. Στη συνέχεια, κατασκευάζονται τα γενικευμένα μοντέλα τους κι αναλύονται όσον αφορά τις ιδιότητες συμπεριφοράς τους και μια σειρά από ποσοτικά και ποιοτικά στοιχεία. Ακολούθως, ορίζεται διαδικασία σύνθεσης των θεμελιωδών υποσυστημάτων, με τρόπο που εξασφαλίζει τη διατήρηση των ιδιοτήτων τους στο συνολικό σύστημα. Οι πολυπλοκότητες των μοντέλων των συνολικών συστημάτων δίνονται από εξισώσεις που συνυπολογίζουν την τοπολογία τους και τους αριθμούς και τους τύπους των θεμελιωδών μοντέλων που έχουν χρησιμοποιηθεί κατά τη σύνθεσή τους. Τέλος, στη δομή του μοντέλου που αναπτύσσεται και περιγράφει την παραγωγική διαδικασία, εισάγεται εποπτικός έλεγχος δύο επιπέδων (σε επίπεδο συστήματος και σε επίπεδο επιμέρους υποσυστημάτων), που περιορίζει τη συμπεριφορά του συστήματος σε επιθυμητά πλαίσια. Το βασικό εργαλείο που χρησιμοποιείται στην παρούσα διατριβή για την ανάπτυξη του πλαισίου μοντελοποίησης και μελέτης συστημάτων παραγωγής, είναι τα δίκτυα Petri κι οι επεκτάσεις τους. Τα δίκτυα Petri συνδυάζουν ένα απλό γραφικό περιβάλλον, που αυξάνει σημαντικά τη δυνατότητα κατανόησης και εποπτικής παρακολούθησης της κατάστασης του υπό μελέτη συστήματος, με ένα πλήρες μαθηματικό πλαίσιο που διευκολύνει τη χρήση των υλοποιούμενων μοντέλων για την ποιοτική και ποσοτική ανάλυση των συστημάτων που αναπαριστούν. Τα μοντέλα που υλοποιούνται εφαρμόζοντας την παραπάνω μεθοδολογία μπορούν να χρησιμοποιηθούν, μεταξύ άλλων, στην αξιολόγηση της αποδοτικότητας των συστημάτων, στη βελτιστοποίηση της σχεδίασης νέων συστημάτων, στη μελέτη των παραγωγικών δυνατοτήτων των συστημάτων και τη σύγκριση εναλλακτικών σχεδιάσεων, στην ανάλυση συμπεριφορών για την κατανομή κοινών πόρων και την απομάκρυνση αδιεξόδων.