cpn建模原理和方法

cpn建模原理和方法

战时导航装备维修保障系统效能的研究战争实践表明，支持和维修是赢得战争胜利的重要因素，是维护和恢复战斗力的基本保证。在未来以信息技术为核心的现代化战争中,导航装备的应用领域不断延拓,传统的维修保障系统已很难完成战时的维修技术保障任务。为保持战时导航装备作战能力的正常发挥,平时积极通过建模、仿真等手段加强对导航装备维修保障系统效能的研究是非常必要的。有色Petri网采用可视化图形描述离散动态系统,并且能够对系统进行分析和评估,为提高导航装备维修保障效能提供了一种很好的方法和思路。1灰色hdd1.1减少基本petri网结构复杂度当离散事件动态系统中的关系较为复杂时,采用基本Petri网模型常会导致过多的位置节点和变迁节点,从而使运用Petri网分析计算的复杂性大大增加。采用有色Petri网(ColoredPetriNet),是减少基本Petri网模型结构复杂度的有效途径。有色Petri网通常简记为CPN,其特点是把系统中具有类同行为的元素归属到一个位置节点或一个变迁节点中,并通过对所属标识颜色的不同来进行区别,从而使Petri网的结构得到很大程度的简化。特别是描述复杂的大规模系统时,有色Petri网更能显示出巨大的优越性。但是,有色Petri网在简化模型结构的同时,增加了分析上的复杂性。应当说,有关有色Petri网分析和综合的理论与方法,至今还处于发展形成之中,有待于发展得更为完善和成熟。1.2建模、修改和语法检查Design/CPN是有色Petri网领域中著名的计算机仿真软件。目前它支持的平台有Solaris,Linux,Windows2000和WindowsXP等系统。它主要包含以下3部分:①图形编辑器,支持CPN的建模,修改和语法检查,也是人机界面的最主要部分。②各种工具包,包括仿真器、随机数产生器、变量定义单元等;主要用于实现Petri网模型与CPN仿真模型的转变。③激发图工具,主要支持CPN激发图的创建和分析。其功能包括利用图形化编辑器对系统作图形化描述,作简单的语法检查。利用一系列工具,生成激发图、状态空间报表来分析有色Petri网的性质,并能进行性能分析,从而判断模型的优劣,并进一步促进模型的优化和改进。Design/CPN涵盖了从建模、仿真到分析的一切功能,还支持递阶有色Petri网的建模和分析,及带时间的有色Petri网的仿真。另外,Design/CPN还支持复杂数据类型和复杂数据控制语言,用函数化编程语言CPML来描述。2基于cpn的导航维修系统模型2.1维修人员流程导航装备维修保障能力主要包括装备本身的可靠性、维修性、保障性,维修工具满足装备维修的需要程度,保障人员维修的熟练程度和技术水平,备件的供应情况等因素。体现在装备故障后送至维修机构接受拆卸、检测、维修方案确定、确定备件和工具、故障排除、装机等一系列的过程,如图1所示。其流程描述为:步骤1:故障装备送至维修机构;步骤2:首长签收;步骤3:相关人员验收;步骤4:故障分析人员进行分析,确定故障状态和维修程序及人员。步骤5:维修人员开始维修属于自己的部分故障,故障状态分为基本故障状态(或单一故障状态)和多故障状态,故障装备如果属于单一故障状态,能修复则返回战场,不能修复退出战场;如果属于多故障状态,该组维修人员若能修复属于自己的那部分装备,则将修复后的装备交给下一组人员进行维修,否则将装备作退出战场处理。步骤6:每个工序做好记录,登记好来了多少台故障装备,最终返回战场多少装备。根据修复好的装备(即返回战场的装备数量)占所有故障装备数量的权重值,即修复率,来做好导航装备维修保障效能分析。2.2维修机构的要求模型如图2所示,模型中各要素的具体意义如下:其中,库所的意义为:p01为维修机构领导;p02为维修机构接货人员;p1为装备故障;P2为装备等待接收;P3为接收后的故障装备;P4为故障分析人员进行故障分析,p41为故障分析人员;p5为故障装备分析后维修前的过渡空间;p51为辅助库所,用于限定维修机构场所容纳装备的数量;p6为经分析人员按故障类型分类的装备;p6i适合维修组i进行修复的故障装备;p7故障装备维修中;p7i维修组i对p6i中故障装备进行维修中;p8维修人员库所;p8i为维修组i;p9故障装备修复;spi为随机数产生器。变迁的意义为:t1维修机构领导对到来故障装备确认和签收;t2维修机构相关人员进行接收;t3故障装备开始接受故障检测;t4辅助变迁;t5故障分析完毕;t6故障装备开始接受维修;t7故障装备维修完毕或确定维修不了;其中,t6i和t7i为t6和t7的3种具体情况,以上i均为1,2,3。3多故障状态的维修顺序某型无线电导航装备在战场上的故障按部件可分为以下几种状态:f1(接收器故障)、f2(发送器故障)、f3(电源故障)、f4(天线故障)、f5(接收器和发送器同时故障)、f6(接收器和电源同时故障)、f7(接收器和天线同时故障)、f8(接收器、发送器和电源同时故障)、f9(接收器、发送器和天线同时故障)、f10(接收器、电源和天线同时故障)、f11(发送器和电源同时故障)、f12(发送器和天线同时故障)、f13(发送器、电源和天线同时故障)、f14(电源和天线同时故障)、f15(接收器、发送器、电源和天线同时故障)。其中:状态f1、f2、f3和f4为单一故障状态,其余为多故障状态,这里先不考虑装备的故障程度。设3组维修人员对各自负责部分(如表1所示)的修复概率分别是65%、75%、80%,修复时间分别为t1、t2、t3。不难理解,在t1、t2、t3值差不多的情况下,根据修复概率的大小可以定出故障并发出现时,各组进行维修的优先顺序为z1>z2>z3。当然,如果t1、t2、t3值相差很大,可以通过分析得出优先顺序,这需要根据实际情况而定。在战争的某个阶段此类装备出现了100部的故障。经分析人员统计,得出各类故障的数量,以及维修的程序如表2所示:将上述具体数值代入已建立的Petri网模型中,然后运用仿真软件Design/CPN进行仿真实现,可以得到以下结论,如表3所示:通过上述的建模和仿真得到了某型无线电导航装备实施维修保障的修复率为0.6,如果部队决策部门满意此维修保障效能结果,则说明此建模理论是有效的,维修保障系统是可加以利用的;如果决策部门不满意此维修保障效能,则可以再通过对模型各节点的分析,解决瓶颈,来提高导航装备维修保障效能,直到满意为止。4基于有色