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Programmazione e Controllo della Produzione
Modellazione dei processi produttivi
Sistemi DESReti di Petri
Equazione di statoEquazione di statoGrafo di stato
Strutture fondamentaliProprietàProprietà
Analisi matricialeP-invariantiT-invariantiT invarianti
SifoniTrappole
Macchine a stati finitiEsempio di processo manifatturiero
Modellazione dei processi produttivi 98
Programmazione e Controllo della Produzione
Reti di Petristrumento per la modellizzazione di processi mediante sistemi ad eventi discretiCarl Adam Petri, 1962
ampia diffusione nel campo dell’ingegneria elettronica e informatica
Ajmone Marsan et al., 1994modellazione di architetture di microprocessori
applicazioni nell’industria manifatturiera
modellazione di Flexible Manufacturing System (FMS) Yan et al., 1998
modellazione di sistemi just-in-time Song & Lee, 1998
Reliability Modelling Schneeweiss 1999
Modellazione dei processi produttivi 99
Programmazione e Controllo della Produzione
Nella descrizione di un processo (produttivo, organizzativo, ecc.) spesso si ha la necessità di rappresentare sottoprocessi o attività che possono essere eseguite contemporaneamente, in parallelo fra loro, ma non indipendentemente l’una dall’altra
Potrebbe accadere che un determinato passaggio o una certa fase del processo non possa verificarsi o non possa essere attivata fintanto che altre fasi o attività non sono concluse o fino al verificarsi di determinate condizioni.
situazioni di questo tipo non possono essere descritte mediante un diagramma di flusso
le attività sono rigidamente serializzate
due rami distinti non vengono mai “percorsi” contemporaneamente ma rappresentano due strade
Con le Reti di Petri la i li i d li t d l contemporaneamente, ma rappresentano due strade
alternative scelte secondo un criterio rigidamente deterministico dipendente dall’esito della valutazione di una espressione booleana
non solo permettono di rappresentare e di descrivere globalmente un
serializzazione degli step del procedimento viene superata
non solo permettono di rappresentare e di descrivere globalmente un processo, ma consentono anche di seguirne l’evoluzione permettendo di visualizzare lo stato in cui si trova in un certo istante la rete.
Modellazione dei processi produttivi 100
Programmazione e Controllo della Produzione
Strumento diPossono
i fi i iStrumento di modellazione
formale
rappresentare infiniti stati con un numero
finito di nodi
RETI DIPETRIStrumento di
Gli eventi non sono vincolati ad accaderePETRI
analisi e verifica del
comportamento di un sistema
vincolati ad accadere con frequenza
definita
Gli eventi a flusso con code vengono rappresentati
spontaneamente
Modellazione dei processi produttivi 101
Programmazione e Controllo della Produzione
0: { , , , }P P T F MRete di Petri: P → PostiT → TransizioniF → Relazioni di flussoM M i i i l
Posto
M0 → Marcatura iniziale
P i tàFlusso
Transizione1. P T
Proprietà:
Transizione2.3.
P TF P T T P
1. → gli insiemi dei posti e delle transizioni sono disgiunti2. → la rete deve avere almeno un posto o una transizione3. → F lega posti a transizioni e transizioni ai posti ma non
transizioni a transizioni e posti a posti
Modellazione dei processi produttivi 102
Programmazione e Controllo della Produzione
1 Posiziona lo stampo sotto il pistone della pressa
Esempio: pressofusioneLa pressa
1. Posiziona lo stampo sotto il pistone della pressa2. Scalda lo stampo3. Scalda il forno a muffola4. Accendi la pressa e seleziona i parametri5 Quando lo stampo è a temperatura la macchina è pronta5. Quando lo stampo è a temperatura la macchina è pronta6. Quando il forno è a temperatura inserisci il crogiolo7. Quando il materiale è fuso estrai il crogiolo ed effettua la
colata dentro lo stampo8 Al termine della colata aziona la pressa8. Al termine della colata aziona la pressa9. A fine solidificazione estrai il getto
Forno a muffolaProviniStampo
Modellazione dei processi produttivi 103
Programmazione e Controllo della Produzione
Esempio: pressofusioneMacchine pronte
Posizionare stampo
stampo posizionato
Scaldare forno
forno a temperatura
Settare pressa
pressa pronta
Riscaldare stampo Fondere materiale
stampo a temperatura materiale fuso
colata Applicaz. pressione
mat. colato mat. In press.Prodotto finito
mat. solidif.solidificazioneestrazione
Modellazione dei processi produttivi 104
Programmazione e Controllo della Produzione
Una Rete di Petri è un grafo che consiste di posti, transizioni ed archi che li collegano
gli archi di output collegano le transizioni con i postigli archi di input collegano i posti con le transizioni
Lo stato della rete indica una sua configurazione in un determinato istante dell’esecuzione del processo descritto dalla rete stessa.
g p g p
pezzo 1 grezzo
Si conferisce uno stato a una Rete di Petri mediante
Una Rete di Petri evolve passando attraverso una serie di stati
operazione su 1
pezzo 1 grezzosulla macchina
una marcaturaOperaz. su 1 finita
Assegnamento di un numero Stato della
Le transizioni invece rappresentano le componenti “attive” del modello Rappresentano le attività che possono
operazione su 1
pezzo 1 grezzosulla macchina
rete e marcatura naturale ad ogni posto.
del modello. Rappresentano le attività che possono essere realizzate modificando lo stato della rete.
Operaz. su 1 finita
Modellazione dei processi produttivi 105
Programmazione e Controllo della Produzione
Le transizioni sono consentite (ossia possono essere realizzate) soltanto se sono abilitate, ossia soltanto se tutte le condizioni che le precedono sono verificate.
2 3
4
2 3
4
transizione abilitata
transizione non abilitata
4 4
Quando viene attivata una transizione vengono rimossi le marche dai posti che precedono la transizione e alcune marche vengono collocate in ognuno dei posti che seguono la transizione stessa.
2 3 2 3
4 4
Modellazione dei processi produttivi 106
Programmazione e Controllo della Produzione
grezzo sulla macchinainizio operazionepezzo in lavorazionefine operazione
scambiopezzo in attesascambiopezzi in uscita
Modellazione dei processi produttivi 107
Programmazione e Controllo della Produzione
grezzo sulla macchinainizio operazionepezzo in lavorazionefine operazione
scambiopezzo in attesascambiopezzi in uscita
Modellazione dei processi produttivi 108
Programmazione e Controllo della Produzione
grezzo sulla macchinainizio operazionepezzo in lavorazionefine operazione
scambiopezzo in attesascambiopezzi in uscita
Modellazione dei processi produttivi 109
Programmazione e Controllo della Produzione
grezzo sulla macchinainizio operazionepezzo in lavorazionefine operazione
scambiopezzo in attesascambiopezzi in uscita
Modellazione dei processi produttivi 110
Programmazione e Controllo della Produzione
grezzo sulla macchinainizio operazionepezzo in lavorazionefine operazione
scambiopezzo in attesascambiopezzi in uscita
Modellazione dei processi produttivi 111
Programmazione e Controllo della Produzione
grezzo sulla macchinainizio operazionepezzo in lavorazionefine operazione
scambiopezzo in attesascambiopezzi in uscita
Modellazione dei processi produttivi 112
Programmazione e Controllo della Produzione
T : insieme dei nodi transizione
P : insieme dei nodi posto
Pre : matrice delle marcature per lo scatto
Post : matrice delle marcature create dallo scatto
rete di Petri: N = (T, P, Pre, Post, M0)0
Modellazione dei processi produttivi 113
Programmazione e Controllo della Produzione
Matrice PRE
La macchina deve essere pronta
Il nuovo pezze deve essere arrivato in posizione
Modellazione dei processi produttivi 114
Programmazione e Controllo della Produzione
Scatto di transizione
Modellazione dei processi produttivi 117
Programmazione e Controllo della Produzione
RETE DI PETRI MARCATA: {N, M0}
Modellazione dei processi produttivi 118
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: {N, M0}
Modellazione dei processi produttivi 119
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: {N, M0}
Modellazione dei processi produttivi 120
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: {N, M0}
Modellazione dei processi produttivi 121
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: {N, M0}
Modellazione dei processi produttivi 122
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: (N, M0)
Modellazione dei processi produttivi 123
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: (N, M0)
Modellazione dei processi produttivi 124
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: (N, M0)
Modellazione dei processi produttivi 128
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: (N, M0)
Modellazione dei processi produttivi 130
Programmazione e Controllo della Produzione
GRAFO DI STATO: (N, M0)
Modellazione dei processi produttivi 132
Programmazione e Controllo della Produzione
MATRICE DI INCIDENZA
Modellazione dei processi produttivi 133
Programmazione e Controllo della Produzione
EQUAZIONE DI STATO
Modellazione dei processi produttivi 134
Programmazione e Controllo della Produzione
EQUAZIONE DI TRANSIZIONE
Modellazione dei processi produttivi 135
Programmazione e Controllo della Produzione
Sequenze ammissibili: percorso ammissibile nel grafo degli stati
S143 S125No:
S124 S412 S142 S1245 S4152Si:
Modellazione dei processi produttivi 136
Programmazione e Controllo della Produzione
Approfondimenti sulle reti di Petri
Modellazione dei processi produttivi 137
Programmazione e Controllo della Produzione
Non determinismo
Proprietà di base delle Reti di Petri
Data una rete di Petri marcata con matrice di marcatura M e dato S l’insieme delle transizioni abilitate in M, solamente una di queste viene scelta a caso per lo scatto
Non si fa nessun riferimento al tempo Serve una nuova valutazione della futura transizione abilitata a scattare
Località della rete: L’evoluzione del sistema è locale e ciò è garantito dall’indipendenza degli eventi
Modellazione dei processi produttivi 138
Programmazione e Controllo della Produzione
Esempio di una evoluzione di una rete:
P1 e P2: sottorete produttoriCP3 e P4: sottorete consumatori C1
P5 e P6: sottorete consumatori C2
t1 è l’assegnazione delle materie prime
P3
t3 t4prime
t2 è la produzione: gli oggetti da produrre in P1 sono prodotti finiti in P2
P1
t1 t2P4P7 2
P7 rappresenta una coda tra i produttori e i consumatori
t3 e t5 sono le attività di P2
P5
t5 t6
22
assegnazione dei prodotti ai consumatorit4 e t6 sono le attività di consumo dei prodotti da parte deiP6
4 4
dei prodotti da parte dei consumatori
Modellazione dei processi produttivi 139
Programmazione e Controllo della Produzione
Una transizione abilitata è t2 M00
Allo scatto di t2 ci sono quattro possibili transizioni abilitate: t1 t2 t3 e t5
Scatto di t2transizioni abilitate: t1, t2, t3 e t5
Scatto di t3
Allo scatto di t3 si ha una nuova configurazioneSe volessimo aumentare i prodotti e/o i Scatto di t3Se volessimo aumentare i prodotti e/o i produttori sarebbe sufficiente aumentare le marche rispettive
Modellazione dei processi produttivi 140
Programmazione e Controllo della Produzione
Strutture fondamentaliDue transizioni sono:
in sequenzaSe t1 precede in una data marcatura t2 e lo scatto di t1 abilita t2
in conflitto strutturaleSe e solo se hanno un posto di ingresso in comuneSe e solo se hanno un posto di ingresso in comune
in conflitto effettivoSe sono in conflitto strutturale e, poiché le marche non sono sufficienti ad abilitarle entrambe, lo scatto di una transizione disabilita l’altra
Modellazione dei processi produttivi 141
Programmazione e Controllo della Produzione
in concorrenza strutturaleSe non condividono nessun posto di ingresso e quindi l’una non disabilita l’altra
in concorrenza effettivaco co e a e ett aLa concorrenza strutturale implica la concorrenza effettiva poiché se sono abilitate entrambe le marche sono sufficienti ad entrambe le transizioni
Transizione di sincronizzazione Più posti a monte
Transizione di inizio di concorrenza Più posti a valle
Modellazione dei processi produttivi 142
Programmazione e Controllo della Produzione
Proprietà delle reti di Petri
Raggiungibilità: Una marcatura M1 è raggiungibile a partire da M se esiste almeno una sequenza di transizioni che permetta il passaggio da M a M1
[M Insieme delle marcature raggiungibili a partire da M
1 [M M M1 raggiungibile da M
Reversibilità: Una rete {N,M0} è reversibile se per ogni marcatura raggiungibile da M0, M0 è raggiungibile da questa marcatura
0 0[ , [M M M M 0 0[ , [
Home state: Uno stato M* della rete {N,M0} è detto di home state se per ogni marcatura raggiungibile da M0, M* è raggiungibile da questa marcaturamarcatura
0[ , * [M M M M
Modellazione dei processi produttivi 143
Programmazione e Controllo della Produzione
Limitatezza: Assenza di accumulo di marcature indesiderate nella rete
Posto k-limitato: In tutte le marcature raggiungibili dalla rete non si supera mai il valore di k
Rete k-limitata: Tutti i posti della rete sono k limitatiRete k-limitata: Tutti i posti della rete sono k-limitati.
Rete limitata: Rete k-limitata per qualche valore finito di k
Esempio di rete non limitatala sequenza di scatti t1, t2, t3 può avvenire infinite volte accumulando marcature in P4
Modellazione dei processi produttivi 144
Programmazione e Controllo della Produzione
Rete binaria: Rete 1-limitata (ovvero k-limitata con k=1)Affinché una rete sia binaria la marcatura iniziale M0 e tutte le marcature da essa raggiungibili devono avere solo 0 e 1marcature da essa raggiungibili devono avere solo 0 e 1
Qualunque rete può essere resa limitata con l’aggiunta di opportuni posti detti complementari
Introduzione del posto P6 con significato complementare a P5: le marcature rappresentano le postazioni libere nel buffer
Sistema produttoriSistema produttori-consumatori con buffer intermedio
Modellazione dei processi produttivi 145
Programmazione e Controllo della Produzione
Vivezza: Capacità della rete di evolvere bene ovvero senza che si blocchi mai
Transizione viva: Se e solo se per ogni marcatura raggiungibile da M0 esiste un’altra marcatura raggiungibile dalla prima nella quale la transizione risulta abilitata
0[ , [ . .M M M M t c t abilitata in M
Rete viva: Se tutte le transizioni sono vive
Considerazioni: Una transizione è viva se da una qualunque marcatura M raggiungibile nella rete è possibile raggiungerne un’altra M* in cui t è abilitata. Se questa transizione scatta in M* si raggiunge una marcatura M** che per definizione è raggiungibile da quella iniziale. Pertanto M** ricade nella definizione di vivezza. La transizione è allora ancora viva e a partire da M** raggiunge M*** e così via.
In una rete viva tutte le transizioni possono scattare infine volte qualunque sia la marcatura raggiungibile da quella iniziale
Modellazione dei processi produttivi 146
Programmazione e Controllo della Produzione
Marcatura viva: Se e solo se per ogni transizione esiste una marcatura i ibil d M t l h l t i i i lt bilit traggiungibile da M tale che la transizione risulta abilitata
, * [ . . *t T M M t c t abilitata in M
A ti d ll t i è ibil f ttA partire dalla marcatura viva è possibile far scattare una qualunque transizione
PROPRIETÀ: Una rete è viva se e solo se tutte le sue marcature raggiungibili dalla marcatura iniziale sono vive
Marcatura morta: Se e solo se nessuna transizione è abilitata in M
Modellazione dei processi produttivi 147
Programmazione e Controllo della Produzione
Limitatatezza: SIVivezza: NOReversibilità: NO
Limitatatezza: SIVivezza: NOReversibilità: SI
Limitatatezza: NO
Reversibilità: SI
Limitatatezza: NOVivezza: SIReversibilità: SI Limitatatezza: SI
Vivezza: SIReversibilità: NO
Esempi di Murata
Modellazione dei processi produttivi 148
Programmazione e Controllo della Produzione
Analisi delle reti di Petri
Insieme di raggiungibilità: Insieme R(N,M0) più piccolo di marcature tale che:
’
0 0
0 0
( , )
* ( , ), . . *[ ** ** ( , )
M R N M
M R N M t T t c M t M M R N M
La marcatura iniziale appartiene all’insieme
Tutte le marcature iniziali raggiungibili dall’insieme di raggiungibilità appartiengono all’insieme
Grafo di raggiungibilità G(N,M0) ≡ Grafo di stato {N,M0} completo e minimo
Modellazione dei processi produttivi 149
Programmazione e Controllo della Produzione
Rete di Petri Grafo di raggiungibilità
Modellazione dei processi produttivi 150
Programmazione e Controllo della Produzione
Analisi matriciale
Metodo di analisi che sfrutta le informazioni contenute nella matrice di incidenza
Caratteristiche che dipendono dalla topologia della rete e non dalla marcatura
Caratteristiche staticheCaratteristiche statiche
P-Invarianti Sifoni
T-Invarianti Trappole
Vettori colonna Insiemi di posti
Modellazione dei processi produttivi 151
Programmazione e Controllo della Produzione
P-invarianti: Insiemi di posti tali che la somma pesata delle marche che contengono rimane costante per tutte le marcature raggiungibili
Def.:
( ) ' ' 'M R N M x t c x M x M
Un vettore è P-invariante se:
0 0( , ), ' . . ' 'M R N M x t c x M x M
Eq. Di stato:
Moltiplico a sinistra per x’ valida per ogni s non vuotoMoltiplico a sinistra per x valida per ogni s non vuoto
Se x’ è invariante allora:
Modellazione dei processi produttivi 152
Programmazione e Controllo della Produzione
Gli invarianti si trovano dalle:Eq. 1
Eq. 2
Infinite soluzioni: Se un x è un P-invariante allora anche k x con k intero lo è
Se un x1 e x2 sono P-invarianti allora anche x = x1 + x2 lo èSe un x1 e x2 sono P-invarianti allora anche x = x1 + x2 lo è
Problema: determinare il più piccolo insieme di P-invarianti in grado di generare tutte le soluzioni delle equazioni
Modellazione dei processi produttivi 153
Programmazione e Controllo della Produzione
Supporto di un P-invariante: Insieme dei posti corrispondenti ad elementi non nulli di x
P-invariante a supporto minimo: Un p-invariante è detto a supporto minimo se il suo supporto non contiene quello di nessun altro P-invariante della rete
P-invariante canonico: Un p-invariante è detto a canonico se il massimo comun divisore dei suoi elementi non nulli è 1
Un P-invariante composto di soli elementi positivi permette di identificare un gruppo di posti dove si conserva non tanto il numero di marche ma una loro combinazione linearenumero di marche ma una loro combinazione lineare
Gli P-invarianti positivi sono detti componenti conservative di una retecomponenti conservative di una rete
Modellazione dei processi produttivi 154
Programmazione e Controllo della Produzione
Esempio di P-invariante negativo
Il numero di marche in P1 è vincolato ad essere uguale a quello di P2
Generatore di P-invarianti positivi: Il più piccolo insieme di P-invarianti positivi PIkGeneratore di P invarianti positivi: Il più piccolo insieme di P invarianti positivi PIktale che ogni altro P-invariante della rete è ottenibile tramite ombinazione lineare degli invarianti di PIk
Gli elementi dell’insieme si chiamano P invarianti minimiGli elementi dell insieme si chiamano P-invarianti minimi
Proposizione 1 Un P-invariante è minimo se e solo se è canonico e a supporto minimo
Proposizione 2 L’insieme generatore di P-invarianti è finito ed è unico
Modellazione dei processi produttivi 155
Programmazione e Controllo della Produzione
Rete coperta da P-invarianti: Ogni posto della rete appartiene al supporto di p g p pp ppalmeno un P-invariante
Rete conservativa: Rete coperta da P-invarianti non negativi
, P-invariante . . || || ( ) 0p P x t c p x et x p
Proposizione 3 Una rete conservativa è limitataProposizione 3 Una rete conservativa è limitata
In una rete conservativa il numero di marche non cresce mai indefinitamente.
Non è detto il contrario
Modellazione dei processi produttivi 156
Programmazione e Controllo della Produzione
Esempi:
Reti coperte dal P-invariante [1,1,1]
Qualunque sia la marcatura iniziale ilQualunque sia la marcatura iniziale il numero delle marche si mantiene costante Questa rete è viva
Due processi diversi si devonoDue processi diversi si devono sincronizzare ovvero deve esistere una attesa reciproca
Gli P-invarianti minimi sono: [1,1,0,0] e [0,0,1,1]
Modellazione dei processi produttivi 157
Programmazione e Controllo della Produzione
Calcolo degli P-invarianti minimi
Algoritmo di Colom e Silva
I i id i à di di iIn matrice identità di dimensione n
Modellazione dei processi produttivi 158
Programmazione e Controllo della Produzione
T-invarianti: In modo duale agli P-invarianti rappresentano possibili sequenze di scatti che riportano la rete alla marcatura iniziale
Def.: Un vettore (colonna) y è T-invariante se è soluzione dell’equazione: Eq. 3
Se y è un vettore delle occorrenze coincidente con un T-invariante allora:
Osservazione: La presenza di un T-invariante non implica che sia veramente possibile ritornare alla posizione di partenza
Il significato di un T-invariante y è quello che, se fosse possibile far scattare ogni transizione del supporto di y in un ordine qualunque ma un numero di volte pari a quello definito da y allora lo stato della rete potrebbetornare al valore iniziale al termine della sequenza
Modellazione dei processi produttivi 159
Programmazione e Controllo della Produzione
Confrontando l’Eq. 2 con l’Eq. 3
Eq. 2
q qEq. 3
Si deduce che: gli T-invarianti di una rete con matrice di incidenza C coincidono con
La matrice di incidenza C’ si ottiene dalla rete con matrice C scambiando i posti con le
gli P-invarianti di una rete con matrice di incidenza C’ e viceversa
ptransizioni senza alterare gli indici dei nomi e invertendo il verso degli archi
Se non di invertisse il verso degli archi si otterrebbe una matrice di incidenza C’Se non di invertisse il verso degli archi, si otterrebbe una matrice di incidenza –C
Ad ogni modo C’x=0 equivale a -C’x=0 così come Cy=0 equivale a -C’y=0 pertanto si otterrebbero gli stessi T-invarianti e P-invariantiotterrebbero gli stessi T invarianti e P invarianti
Modellazione dei processi produttivi 160
Programmazione e Controllo della Produzione
Sifoni: Rappresenta un insieme di posti che complessivamente tende a perdere marche durante l’evoluzione della rete e che, una volta arrivati a zero, non è più in grado di riacquistarnep g q
Notazione per le matrici dei Pre e dei Post: ●X ≡ Pre[X]
X● ≡ Post[X][ ]
Def.: Un sifone S è un insieme di posti se e solo se:
S S
Tutte le transizioni di ingresso per un sifoneTutte le transizioni di ingresso per un sifone sono anche di uscita ma esistono delle transizioni di uscita che non sono di ingresso
Modellazione dei processi produttivi 161
Programmazione e Controllo della Produzione
Esempio:
Sifone:Sifone:
é contenuto in:infatti:
Sifone:
é contenuto in:infatti:
Modellazione dei processi produttivi 162
Programmazione e Controllo della Produzione
Sifone minimo.: Un sifone S è minimo se e solo se esiste un altro sifone S’ tale che:
'S S'S S
Proprietà L’unione di sifoni è un sifone
Sifone di base: Un sifone di base è un sifone che non può essere ottenuto come unione di altri sifoniessere ottenuto come unione di altri sifoni
Proprietà Se S è un sifone privo di marche in una certa marcatura M allora p pè priva di marche anche ogni marcatura raggiungibile M’[M>
In presenza di un sifone non marcato tutte le transizioni di S● sono morte e la rete in con S non viva
Modellazione dei processi produttivi 163
Programmazione e Controllo della Produzione
Trappole: È il duale del sifone e rappresenta un insieme di posti che complessivamente tende ad acquistare marche durante l’evoluzione della rete e che, una volta presa almeno una marca a zero, non è più in grado , p , p gdi smarcare contemporaneamente tutti i suoi posti
Def.: Una trappola S è un insieme di posti se e solo se:se:
S S
Tutte le transizioni di uscita per una trappola sono anche di ingresso ma esistono delle transizioni di ingresso che non sono di uscitatransizioni di ingresso che non sono di uscita
Modellazione dei processi produttivi 164
Programmazione e Controllo della Produzione
Esempio:
Trappole:Trappole:
é contenuto in:infatti:
Trappole anche: e
Modellazione dei processi produttivi 165
Programmazione e Controllo della Produzione
Proprietà L’unione di trappole è una trappola
Proprietà Se S è una trappola marcata in una certa marcatura M allora rimane marcata in ogni marcatura raggiungibile M’[M>
Proprietà Il supporto di un P-invariante con elementi non negativi è un sifone e una trappola
Non tutti i sifoni o trappole di una rete sono pericolosi ai fini della vivezza. Il legame tra queste strutture e la vivezza non è semplice
Proprietà Se M è una marcatura morta allora l’insieme dei posti privi di marche:
È un sifone non marcato
Modellazione dei processi produttivi 166
Programmazione e Controllo della Produzione
Proprietà Se ogni sifone contiene una trappola marcata in una marcatura M allora non esiste in [M> una marcatura morta
Se infatti, per assurdo, esistesse una simile marcatura M’ allora i posti senza marche in M’ costituiscono un sifone senza marche contraddicendo l’ipotesi
N.B.: non è detto che una rete in cui ogni sifone contiene una trappola sia viva
Esempio precedente:Esempio precedente:
Sifoni marcati che non Infatti tramite la sequenza [ t3 t1 t2 t1 ] è possibileSifoni marcati che non contengono trappole
Infatti tramite la sequenza [ t3 t1 t2 t1 ] è possibile raggiungere M = [ 2 0 0 0 ]’ che è morta
Modellazione dei processi produttivi 167
Programmazione e Controllo della Produzione
Macchine a stati finiti
La macchina a stati finiti è un automaLa macchina a stati finiti è un automa
Macchina a stati finiti: È una rete di Petri tale che:
, 1 1j j jt T t et t
Proprietà :
È strettamente conservativa
Il numero di marche nella rete non cambia mai
Il sistema è finito e pure il grafo di raggiungibilità
Se la marcatura iniziale contiene una sola marca allora la rete è binaria
Se la rete è fortemente connessa (cioè è possibileSe la rete è fortemente connessa (cioè è possibile andare da un nodo all’altro seguendo una relazione di flusso) e se ha almeno un gettone
Allora la rete è viva
Modellazione dei processi produttivi 168
Programmazione e Controllo della Produzione
Grafo marcato
Sottoclasse delle reti di Petri in cui ogni posto ha esattamente una transizione diSottoclasse delle reti di Petri in cui ogni posto ha esattamente una transizione di ingresso e una di uscita
Grafo marcato: È una rete di Petri tale che:
, 1 1i i ip P p et p Proprietà :
Mentre la macchina a stati può avere al suo interno dei conflitti (un posto con molte transizioni in uscita), il grafo marcato non può modellare conflitti
A differenza della macchina a stati il grafo marcato può modellare la creazione eA differenza della macchina a stati, il grafo marcato può modellare la creazione e la distruzione di marche necessarie per la simultaneità necessaria per la sincronizzazione
Un grafo marcato è vivo se e solo se ogni suo ciclo contiene almeno un posto con g g puna marca
Sequenza di posti ottenuta con un flusso in cui la transizione di ingresso al primo posto della sequenza è anche quella di uscita all’ultimo posto
Modellazione dei processi produttivi 169
Programmazione e Controllo della Produzione
Reti a scelta liberaSono reti che non ammettono confusione
Scelta libera: È una rete di Petri tale che:
, , { } { }j i j i i jt T p P t p opp p t
Per ogni arco da un posto ad una transizione o quel posto è l’unico posto in ingresso a quella transizione (non c’è sincronizzazione) oppure quella transizione è l’unica transizione in uscita da quel posto (non ci sono conflitti)
I conflitti potenziali sono controllati: I conflitti accadono solo se il postoI conflitti potenziali sono controllati: I conflitti accadono solo se il posto è in ingresso a molte transizioni
Se un posto è in ingresso a molte transizioni allora esso è l’unico ingresso per tutte le transizioniesso è l unico ingresso per tutte le transizioni
O tutte le transizioni sono permesse o non lo è nessuna Scelta libera
Modellazione dei processi produttivi 170
Programmazione e Controllo della Produzione
Una macchina a stati e un grafo marcato sono reti a scelta libera ma non vale il viceversa
Tipica situazione di confusione
Non è chiaro a priori quale delle due transizioni scatterà
CONFLITTO
Modellazione dei processi produttivi 171
Programmazione e Controllo della Produzione
Reti a scelta libera estesa
ÈScelta libera estesa: È una rete di Petri tale che:
, , un arco da tutti i posti di ingresso a a tutte le trasizioni di uscita di j i j it T p t p
Se due posti hanno una transizione di uscita in comune, allora quei posti hanno le stesse transizione di uscita:
Rete a scelta libera estesa
a o e s esse a s o e d usc a
Una rete a scelta libera estesa è una rete a scelta libera ma non vale il viceversa
trasformazione in rete a scelta liberaTeorema di Commoner: una rete a
scelta libera estesa è viva se i suoiscelta libera estesa è viva se i suoi sifoni contengono una trappola
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Reti a scelta asimmetrica
ÈScelta libera asimmetrica: È una rete di Petri tale che:
opp i j i j i jp p p p p p
Esempio di scelta asimmetrica
Proprietà Una rete a scelta asimmetrica è viva se (ma non solo se) tutti i sifoni contengono una trappola
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Diagramma di Venn per le relazioni tra le classi di reti di PetriPetri
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Esempio di processo manifatturieroIl processo in esame è costituito da due centri di lavoro, due robot e due nastri trasportatori. Ogni centro è servito da un robot per le operazioni di carico e scarico. Un nastro è usato per i
i d l i bi di d ll l L’ l è ipezzi da lavorare, con un massimo per entrambi di due alla volta. L’altro nastro è usato per i pallet vuoti. Ci sono tre pallet disponibili nel sistema. Ogni pezzo da lavorare è manipolato su M1 e M2, in questo ordine.
Centro di lavoro M1
Centro di lavoro M2
Robot 1Robot 2Semilavorati
Prodotti finitiNastro trasportatore 2
Nastro trasportatore 1Pallet Pallet
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Marcatura iniziale:
Matrice di incidenza:
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Unico T-invariante:
Gli P-invarianti minimi sono 6:
Supporti agli P-invarianti:
Ogni posto della rete appartiene ad almeno un P-invariante dunque la rete è CONSERVATIVA e LIMITATA
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Marcature raggiungibili dalla rete:
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Grafo di raggiungibilità
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Analisi del grafo di raggiungibilità
Dal grafo di deduce che la rete progettata è viva
a partire da ogni marcatura raggiungibile, è possibile raggiungerne un’altra in cui una determinata transizione sia abilitata
Infatti:
Lo si poteva vedere anche considerando che la rete di Petri è un grafo marcato
poiché gli unici sifoni che contiene sono i supporti dei P-invarianti che sono inizialmente marcati, allora la rete è viva
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