For the most recent entries see the Petri Nets Newsletter.

Petrinetzbasierte Modellierung komplexer Produktionssysteme - Eine Untersuchung des Beitrags von Petrinetzen zur ProzeÑkoordinierung in komplexen Produktionssystemen, insbesondere Flexiblen Fertigungssystemen.

Zelewski, Stephan

Arbeitsberichte No. 5-15, Institut für Produktionswirtschaft und Industrielle Informationswirtschaft, Universität Leipzig, 3065 pages, 1995.

Abstract: Petrinetze erfahren seit wenigen Jahren gröÑere Beachtung hinsichtlich der Modellierung und Gestaltung von Systemen, wenn eine dezidiert prozeÑorientierte Perspektive eingenommen wird. Hierzu tragen u.a. - etwa im Vergleich zur Netzplantechnik oder ereignisgesteuerten ProzeÑketten - sowohl die Ausdrucksmächtigkeit von Petrinetzen als auch ihr tiefgreifendes mathematischlogisches Fundament bei.

In einem mehrjährigen Projekt, das Unterstützung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft fand, wurde die Eignung von Petrinetzen zur prozeÑorientierten Systemmodellierung und -gestaltung anhand eines betriebswirtschaftlich ausgerichteten Anwendungsproblems untersucht: Es handelt sich um die Koordinierung (Planung und Steuerung) von Produktionsprozessen, die in komplexen Produktionssystemen ausgeführt werden. Als Demonstrationsobjekte dienen Flexible Fertigungssysteme für die industrielle Stückgüterproduktion.

Einen ersten Schwerpunkt bildet eine intensive Analyse der konzeptionellen Breite und Tiefe von Petrinetzen. Dabei wird in mehreren Stufen zunehmender Komplexion vorangeschritten: Zunächst wird auf graphentheoretischer Basis in den Ansatz Allgemeiner Netze eingeführt. Ihre Erweiterung um arithmetische Sachverhalte leitet zu Netzen aus Stellen und Transitionen über. Ihr Ausdrucksvermögen wird um subtilere mathematische Konzepte, wie z.B. Multimengen und algebraische Signaturen, bereichert. Zusätzlich wird der Formulierungsreichtum der Prädikatenlogik 1. Stufe vollständig erschlossen. Daraus resultiert eine spezielle Klasse Höherer Netze, die als Synthetische Netze bezeichnet werden. Sie bilden die instrumentelle Grundlage für ein (petri-)netzgestütztes Modellierungskonzept, das auf die ProzeÑkoordinierung in komplexen Produktionssystemen zugeschnitten ist.

Den zweiten Schwerpunkt bildet die inhaltliche Ausgestaltung des prozeÑorientierten Modellierungskonzepts. Es zeichnet sich im wesentlichen durch fünf Aspekte aus: Erstens wird ein homogenes Modellierungskonzept entwickelt, in dem sowohl strenge Modelloptimierungen als auch anschauliche graphische Modellsimulationen vorgenommen werden können. Zweitens lassen sich Modelleigenschaften untersuchen, die von rein betriebswirtschaftlichen Systemmodellierungen bisher kaum beachtet wurden (wie z.B. Deadlockfreiheit und Promptheit oder die gesicherte Rüchführbarkeit auf Homestates). Drittens werden Prozesse in rein kausaler, nicht notwendig an ZeitgröÑen gebundener Weise repräsentiert. Dadurch erfolgt eine neuartige, zunächst zeitfreie Modellierung dynamischer Systemeigenschaften, die ausschlieÑlich an Verursachungszusammenhängen anknüpft. Viertens wird der Nebenläufigkeit (``Parallelität'') von ProzeÑausführungen besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Fünftens erweisen sich Petrinetze als eine fruchtbare konzeptionelle Schnittstelle zwischen der Modellierung komplexer Produktionssysteme einerseits und der Erforschung Künstlicher Intelligenz (KI) andererseits.

Daher lassen sich Resultate der KI-Forschung in vielfältiger Weise in die Konstruktion und Auswertung von Netzmodellen einbinden. Dies wird anhand einiger Beispiele verdeutlicht, wie etwa hinsichtlich der ``intelligenten'' Suche in groÑvolumigen Erreichbarkeitsgraphen.

Um die praktische Anwendung Synthetischer Netze zu unterstützen, werden zunächst generelle Ansätze für die Implementierung von Netzmodellen mit Hilfe der Automatischen Informationsverarbeitung aufgezeigt. Als Implementierungsumgebung wird eine Variante der logischen Programmierung auf PROLOG-Basis vorausgesetzt, die unmittelbar an das prädikatenlogische Fundament der Synthetischen Netze anknüpft. Anhand einer ausführlichen Fallstudie werden die Möglichkeiten der Modellimplementierung konkretisiert. Die Fallstudie erstreckt sich auf die Abwicklung von Produktionsaufträgen in einem einfachen Flexiblen Fertigungssystem. Das Netzmodell besitzt einen streng modularen Aufbau. Bei der Konstruktion der Netzmodule wird verdeutlicht, wie sich die allgemeinen Entwurfstechniken der hierarchischen Modellverfeinerung und der inkrementellen Modellerweiterung im Rahmen des Petrinetz-Konzepts verwirklichen lassen.

SchlieÑlich wird ein multikriterielles Beurteilungsraster entwickelt, um die Vor- und Nachteile des Petrinetz-Konzepts systematisch zu beurteilen. Es resultiert ein Stärken/Schwächen-Profil, das sich speziell mit der Eignung des Petrinetz-Konzepts für die Modellierung komplexer Produktionssysteme befaÑt.

Um die praktische Anwendung Synthetischer Netze zu unterstützen, werden zunächst generelle Ansätze für die Implementierung von Netzmodellen mit Hilfe der Automatischen Informationsverarbeitung aufgezeigt. Als Implementierungsumgebung wird eine Variante der logischen Programmierung auf PROLOG-Basis vorausgesetzt, die unmittelbar an das prädikatenlogische Fundament der Synthetischen Netze anknüpft. Anhand einer ausführlichen Fallstudie werden die Möglichkeiten der Modellimplementierung konkretisiert. Die Fallstudie erstreckt sich auf die Abwicklung von Produktionsaufträgen in einem einfachen Flexiblen Fertigungssystem. Das Netzmodell besitzt einen streng modularen Aufbau. Bei der Konstruktion der Netzmodule wird verdeutlicht, wie sich die allgemeinen Entwurfstechniken der hierarchischen Modellverfeinerung und der inkrementellen Modellerweiterung im Rahmen des Petrinetz-Konzepts verwirklichen lassen.

SchlieÑlich wird ein multikriterielles Beurteilungsraster entwickelt, um die Vor- und Nachteile des Petrinetz-Konzepts systematisch zu beurteilen. Es resultiert ein Stärken/Schwächen-Profil, das sich speziell mit der Eignung des Petrinetz-Konzepts für die Modellierung komplexer Produktionssysteme befaÑt.

Keywords: Petrinetze; ProzeÑmodellierung; ProzeÑkoordinierung; Flexible Fertigungssysteme.


Do you need a refined search? Try our search engine which allows complex field-based queries.

Back to the Petri Nets Bibliography