面向对象Petri网建模技术综述

阐述了面向对象技术和Petri网的结合方式,提出了面向对象Petri网的建模过程,给出其详细的建模步骤和流程图,讨论了面向对象Petri网的动态特性分析方法,分析和总结了OOPN、OOCPN、OOAPN以及OOTPN的研究现状和各自建模的利弊,最后对面向对象Petri网的相关技术和发展趋势进行了综述与展望。

基于模糊Petri网的引航员作业舒适度评价

为提高引航员的作业舒适度,提出一种基于模糊Petri网(FPN)的模糊推理算法(FRA)下的组合评价方法。首先,针对作业舒适度影响因子的不确定性信息,建立多因素耦合的FPN拓扑结构;然后,采用博弈论组合赋权法确定最优组合权重,提出融合层间相关性判断临界重要性、层次分析法和FRA,建立基于主客观权重的FRA,通过迭代求解库所可信度和状态矩阵;最后,结合上海港船舶引航的场景数据,基于FPN的FRA应用,评价引航员作业舒适度。结果表明:环境与引航设备是影响其作业舒适度的关键因素,冬季和夏季的引航作业舒适度评价等级对应“较不舒适”,其中,5月份为“较舒适”。所提方法充分体现系统舒适度影响因素的耦合特性。

基于带抑制弧的Petri网描述的嵌入式系统模型组合与性质分析

为了有效满足嵌入式系统的建模需求,提出基于带抑制弧的Petri网描述的嵌入式系统模型(PIRES+网)。当采用PIRES+网对大规模复杂嵌入式系统进行建模时,会遇到“状态空间爆炸”问题,为了有效缓解该问题,提出PIRES+网的两种组合方法;就组合网对活性和有界性的保持问题进行研究,最后以移动终端网络通信系统的建模和分析为例,表明了所提组合方法的有效性。

一种分层模糊Petri网风险评估方法

针对传统模糊Petri网在对不确定环境下的专家系统的知识表示与推理时无法兼顾不确定知识的模糊性与随机性、在复杂的故障情况下故障的因果关系表达不清晰、定量推理计算时缺乏层次性、不能局部求解的问题,构建一种基于云模型的分层模糊Petri网以加强模糊Petri网的知识表示能力和提高推理过程的计算效率。利用专家知识和Petri网层次分解原则将系统故障模式和故障原因之间的因果关系进行建模,使故障建模更具结构性,计算更加灵活;应用云模型处理知识的模糊性和不确定性;通过合理考虑局部权重和全局权重,结合Petri网层次分解原则和云聚合算子给出相应的推理算法。实例验证表明,所提方法能够有效对系统进行风险评估,且在知识表示和推理方面优于其他方法。

基于毕达哥拉斯模糊概率Petri网的FPSO单点关键部件风险评估

为准确对FPSO单点系泊系统关键部件进行风险评估,通过产生式规则建立概率Petri网络模型,基于德尔菲法的结构熵权法确定专家权重,并引入毕达哥拉斯模糊集理论收集、聚合专家意见得到基本事件的模糊可能性得分和模糊失效概率,利用概率推理算法迭代出最终的失效概率,并进行基本事件重要度分析。实例分析结果表明,引起单点系泊系统发生失效的主要因素有电滑环电刷磨损、电滑环负载电流较高、液滑环结构物晃动冲击、液滑环润滑不充分、电滑环电压过高击穿等。针对主要风险因素提出预防和控制措施,能够保障系统安全正常地运转。

基于随机Petri网的突发火灾应急预案流程化研究

为提高突发火灾的应急响应效率,根据突发火灾的应急响应流程构建了基于随机Petri网(SPN)的仿真模型,通过仿真计算获取了该模型的状态可达集,由可达集构建与模型同构的马尔可夫链对模型进行计算分析,得到了突发火灾SPN模型所有可达状态的稳态概率,利用库所繁忙率、变迁利用率2个指标对模型进行性能分析。结果表明,突发火灾应急响应流程中应急专家、救援人员、救援物资3个业务单元的繁忙率高达35.36%、39.37%、38.25%,展开应急救援耗时在流程总耗时中占比高达27.74%,制定突发火灾应急预案时需着重对以上业务单元及流程环节进行优化,从而优化应急资源调配,提高应急响应整体效率。

基于时序Petri网的机器人柔性作业车间无死锁调度优化算法

研究了一类源于芯片生产等智能制造领域的机器人柔性作业车间调度问题。针对该类问题在算法设计过程中,需要同时考虑工件加工、机器人运输和死锁求解等带来的问题,提出了一种基于时序Petri网的无死锁调度优化算法。首先,对问题进行时序Petri网建模,提出了一种基于Petri网变迁串的解表示形式,以方便死锁求解和算法寻优;其次,通过对问题死锁的结构分析和分类,提出了一种死锁判断和求解算法,并证明了算法可在多项式时间内求解任意类型死锁,同时也能在一定程度上保证解的优良结构;最后,提出了问题的一种离散蜂群算法求解方案,在算法寻优过程中进行实时死锁求解以保证解的可行性和较快的收敛速度。不同规模实例的数值实验和与问题最优解及最优解下界的比较分析表明,提出的算法对不同类型实例都体现了较好的性能和较低的时间复杂度。该研究为复杂作业车间实时调度问题的算法研究提供了新思路和方法。

改进Petri网下异构跨域用户身份验证方法

在异构跨域用户身份验证时,由于用户身份存在属性特征难以捕捉、状态描述误差大等问题,导致验证精准度较低,为有效解决这一问题,文中提出一种基于改进Petri网的用户身份验证算法。利用改进Petri网反映不同局域网中事物间依赖关系,将异构跨域用户活动模型与Petri网模型转换,采用同步用户的状态变化提取实时状态特征值。通过建立云间身份认证中心,计算用户不同身份代表性词语在一定周期内出现的次数和频率值。提取频率最高的词语,并计算该词语在待验证用户全部代表词语库中的权重值,对比权重值与验证熵值,将得到的验证参数输入到认证中心,输出验证结果。实验结果表明,所提方法在先验节点比例为8%时,验证准确率达到0.9,且召回率和综合指标均在0.6以上,具备一定的抗攻击性,整体实用性能强、利用价值高。

可重写Petri网:位置可重写及性质分析

针对Petri网对动态系统重构形式化描述和建模能力的不足,提出了可重写Petri网和位置可重写Petri网的基本概念.分析了位置可重写Petri网保持有界性、保守性、可重复性及活性等性质.给出了位置可重写Petri网保持活性的一个充要条件.证明了共享合成Petri网是位置可重写Petri网的一个实例,建立了退化的位置可重写Petri网模拟共享合成Petri网的算法.所得结果能够为动态重构系统的Petri网形式化建模提供理论方法,为大规模动态分布式系统的形式化验证提供有效途径.

对象化模糊Petri网的任务协同分配建模与推理

为解决FPNFCPN建模与推理过程中存在模型规模急剧增大、模糊变量颜色化的作用有限、无法表示知识分类等问题,提出了一种改进的对象化模糊Petri网(FPN)建模及模糊推理算法.该算法采用面向对象技术化简规模庞大的模糊赋色Petri网(FCPN),经简化的FCPN退化为普通的FPN,但是库所中托肯的语义也发生了变化,它不仅表示模糊语言变量的集合,更重要的是它可作为其他FCPN的引用.最后将该算法应用于协同设计环境中任务分配的模糊推理过程,可有效地降低Petri网模型的复杂程度,且对象化FPN模型直观,易于理解.

基于三层混合编程模型的Petri网并行算法研究

为解决多核机群Petri网并行化过程中,运用MPI+OPenMP混合编程实现同步会出现死锁的问题,提出了基于三层混合编程模型的Petri网并行算法。首先,根据事务内存的同步优势,在多核机群环境下构建MPI+OPenMP+STM的三层编程模型;然后,对Petri网的几何模型与代数模型的并行化进行分析,建立MPI+OPenMP+STM三层结构的Petri网并行模型,并对三层混合编程模型的Petri网并行算法进行设计与分析;最后,通过示例进行编程验证,该算法的运行效率明显优于其他编程模式,而且Petri网的规模越大,其并行计算的效果就越明显。因此,该算法是多核机群环境下模拟Petri网并行运行的一种高效且可行的算法。

故障检测的Petri网模型与Petri网故障进程

Petri网进程是分析网系统运行规律的有力工具,能够准确的模拟系统的动态运行过程,且能反映故障传播的固有特性.分析故障在Petri网进程中的表现特征,提出了故障检测的Petri网模型和故障进程,并给出了故障检测、定位方法.首先,对Petri网进行扩展,提出了带输入输出的Petri网和故障检测的Petri网模型,为了描述该类Petri网的动态行为特征,给出了Petri网故障进程、2-进程以及故障检测进程的定义和构造方法;然后,基于故障检测进程给出了故障检测和故障定位的检测方法;最后采用该方法,给出了时序电路故障检测应用实例.

基于优先级时间Petri网的实时嵌入式多核系统分析

已有的基于点区间优先级时间Petri网分析实时嵌入式多核系统的工作,存在以下不足:(1)点区间优先级时间Petri网只考虑每个任务的执行时间是一个固定值的情况,而更多的实际应用中每个任务的执行时间是在一个区间范围内,因此不能模拟这些应用;(2)没有实现从任务依赖图到点区间优先级时间Petri网的自动转化,不便于工程设计人员使用;(3)没有考虑任务间互斥访问共享变量的情况.为此,定义了优先级时间Petri网(Pri-TPN)以弥补第1个不足;定义带有资源分配与优先级的任务依赖图(TDG-RAP)以弥补第3个不足;给出从TDG-RAP到Pri-TPN的转化规则与算法以弥补第2个不足,以及基于Pri-TPN分析任务最坏执行时间与系统死锁的算法;开发工具软件,方便工程设计人员使用.

SSPN-RA:基于SS-petri网的工业控制系统安全一体化风险评估方法

随着信息化与工业化的融合不断加深,工业控制系统中信息域与物理域交叉部分越来越多,传统信息系统的网络攻击会威胁工业控制系统网络。传统的工业控制系统安全评估方法只考虑功能安全的风险,而忽略了信息安全风险对功能安全的影响。文中提出一种基于改进petri网的工业控制系统功能安全和信息安全一体化风险建模方法(Safety and Security Petri Net Risk Assessment,SSPN-RA),其中包括一体化风险识别、一体化风险分析、一体化风险评估3个步骤。所提方法首先识别并抽象化工业控制系统中的功能安全与信息安全数据,然后在风险分析过程中通过构造结合Kill Chain的petri网模型,分析出功能安全与信息安全中所存在的协同攻击路径,对petri网中功能安全与信息安全节点进行量化。同时,通过安全事件可能性以及其造成的各类损失计算出风险值,实现对工业控制系统的一体化风险评估。在开源的仿真化工工业控制系统下验证该方法的可行性,并与功能安全故障树分析和信息安全攻击树分析进行对比。实验结果表明,所提方法能够定量地得到工业控制系统的风险值,同时也解决了功能安全与信息安全单一领域分析无法识别的信息物理协同攻击和安全风险问题。

基于Petri网的多Agent系统建模的研究

多Agent系统正成为分布式自治系统研究的一个热点,并被大量应用在商业和工业软件系统的开发中.这些系统的复杂性表明急需一种系统建模技术来构造多Agent系统,从而支持可靠的、可维护的和可扩展的系统设计.文中分析了Petri网技术在多Agent系统建模领域的应用背景,对基于Petri网的多Agent系统建模方法进行了分类、分析、比较和评估,指出了目前使用Petri网技术对多Agent系统进行建模存在的问题,并给出了今后的研究方向.

基于随机Petri网的民机审定试飞实施流程建模与分析

审定试飞是民用飞机获取型号合格证书的重要活动,具有高成本、高风险的特点。研究审定试飞的实施流程有利于推动试飞工作有序进行,进而缩短试飞周期及降低试飞成本。目前对试飞流程的研究局限于流程描述与定性分析,缺乏对试飞流程的形式化建模与性能分析,无法检验流程中的关键环节。为解决上述问题,文中研究了审定试飞3个阶段的实施流程,并利用随机Petri网构建了该流程的仿真模型;通过建立与该模型同构的马尔可夫链,对实施流程进行了性能分析,识别出了流程中耗时较多的关键环节,进而分析了关键环节的实施速率对流程平均运行时间的影响。最后通过一个案例验证了模型与方法的可行性。结果表明,制造符合性检查环节与试飞数据处理环节是流程中耗时较多的关键环节,应将其作为流程优化的重点,同时提升上述两个关键环节的实施速率相比提高单环节速率,成本更低且流程运行效率提升幅度更大。

融合PSO-模糊Petri网的室内燃气泄漏风险研究

近年来室内燃气事故多发,而燃气用户风险意识淡薄、户内安全检查难度大。针对现行室内燃气安全管理技术多为静态主观评估的局限性,构建了基于模糊Petri网(Fuzzy Petri Net,FPN)的风险计算规则,提出了结合粒子群优化算法(Particles Swarm Optimization,PSO)和FPN的室内燃气泄漏动态风险评估模型。首先,应用Petri网的直观图像描述和异步并发处理能力建立室内燃气泄漏事故风险演化的拓扑结构模型,借助FPN的模糊推理能力处理风险传播的不确定性;然后,根据燃气运维数据,融合PSO动态更新初始参数,提高风险评估的准确性。结果表明,基于PSO-FPN的室内风险评估方法可弱化燃气公司安检人员分析的主观不确定性,更为准确地量化风险因子演化过程,实现室内燃气泄漏风险的动态分析,有效支持户内燃气泄漏风险管控。

模糊神经Petri网算法优化及其收敛性分析

针对模糊神经Petri网(fuzzy neural Petri net,FNPN)学习算法计算精度低、收敛性差及训练过程中网络震荡较大的问题,提出一种优化的FNPN算法.本算法采用两种S型连续函数分别表示变迁使能及变迁点燃后的新标记值,并在传统参数修正公式的基础上考虑修正前的数值进而增加新型的动量项,从而改善网络的收敛性.本文证明了优化后的参数修正算法可以保证FNPN网络的收敛性.

基于执行器冲突预防的平行Petri网控制系统设计

为了获得可靠安全的控制系统,提出一种执行器冲突预防的平行Petri网设计方法。利用智能体扩展了平行Petri网定义,并设计平行Petri网执行算法;给出Petri网3种基本模块的设计方法,将生产工艺转化为Petri网模型;设计了执行机构冲突预防算法,通过添加控制库所避免Petri网进入冲突状态,得到无冲突的Petri网模型。最后,通过C语言和Twin CAT联合编程,在一个芯片检测系统上进行实验,验证了该方法的可行性和有效性。

基于随机着色Petri网的应急联动系统(IEMS)建模分析

为了高效利用有限的资源,提高政府对紧急事件的快速反应能力和抗风险能力,并为市民提供更快捷的紧急救助服务,在分析应急联动系统(IEMS)业务流程的基础上,引入随机着色Petri网对系统建模,实现了系统的动态模拟,并针对系统所建模型给出了其性能分析的方法.