建模与仿真(petri网部分)案例分析
Petri网的建模与分析
Petri网的建模与分析作者：毛子剑来源：《无线互联科技》2021年第23期摘要：Petri网具有一种系统的数学建模能力，广泛地应用于具有同步、并发、冲突的离散事件系统的建模，可以用来描述较为复杂的业务过程。
随着业务过程管理的复杂程度不断增加，使得业务过程建模的难度也逐渐提高，是当前业务过程建模中需要解决的主要问题。
首先，文章介绍了Petri网的基本概念及其形式化描述，其次描述了在业务过程建模中常用的4种工作流模型的基本结构并结合Petri网构成了工作流Petri网的基本模型，以此完成对业务过程的建模。
最后，运用Petri网对索赔处理过程进行建模，并对其可达状态进行分析，进而提高业务过程管理质量。
关键词：Petri网;业务过程;工作流;过程管理;可达状态0 引言Petri网一种是离散事件系统建模的通用分析工具，在系统建模领域有着广泛的应用[1]，且具有严格的形式化定义、丰富的表达能力和直观的图像化描述等特点[2]。
Petri网适用于描述异步并发系统的网状模型，既能描述系统的结构，又可以模拟系统的运行状态。
它没有任何形式的全局控制，是一个异步系统，即按照事件间的依赖关系建立业务过程模型。
随着业务过程管理水平的不断提高，业务过程的复杂化程度也不断增加，一般的业务流程建模不具备异步并发的特点，而Petri网作为一种建模工具，不仅可以较好地描述业务过程的动态性特征，而且可以模拟过程模型的运行状态。
Petri网的基本组成元素包括库所、变迁、托肯以及流关系等，在Petri网的图形化描述中，库所、变迁和托肯分别使用圆圈、矩形块和小黑点表示，使用有向弧连接库所和变迁，从而共同构成一个基本的Petri网模型。
其中，有向弧只能由库所指向变迁或者由变迁指向库所，不存在流关系由库所指向库所或者由变迁指向变迁，即变迁之间使用库所连接。
库所表示建模过程的可能状态，变迁表示建模过程的事件活动，库所中的托肯表示资源，托肯个数则表示资源个数。
petri物流系统建模与仿真
• 企业物流库存子系统边界
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3．系统结构分析 4．反馈分析
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•企业物流库存系统因果关系反馈图
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5．系统流图
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•企业物流库存系统的系统流图 petri物流系统建模与仿真
6．仿真结果分析
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petri物流系统建模与仿 真
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2021年2月23日星期二
•二、仿真模型
•(二) Petri 网模型
•（2）离散事件系统 ➢ 特点：系统状态只在事件发生的时刻发生变化，状态变化 是不连续的，在相邻两个事件发生之间，系统状态不发生变 化； ➢ 建模方法：Petri网模型； ➢ 描述问题：
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petri物流系统建模与仿真
2．Automod
Automod是Brooks公司开发三维物流 仿真软件，主要包括了三大模块： AutoMod、AutoStat和AutoView。
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•用Automod进行物流配送中心规划仿真实例
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petri物流系统建模与仿真
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•企业物流库存系统的动力学仿真结果
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实例2：自动化立体仓库出入库系统的Petri网建 模和仿真
1．自动化立体仓库出入库系统的结构及工作原理
本例研究的是巷道式生产性自动化立体仓 库系统，其结构平面图如图所示，系统主要由 货架区、堆垛机、出/入库台和出入库缓冲区四 部分组成，整体布置采用同端出入库式。
基于颜色Petri网的生产者—消费者问题建模分析
基于颜色Petri网的生产者—消费者问题建模分析作者：周新宇来源：《无线互联科技》2019年第19期摘 ; 要：生产者—消费者问题是计算机领域一个经典的问题，经过多年的研究广泛地应用于并行系统中。
现在已经利用多种技术实现了生产者—消费者问题的仿真，其中，利用Petri 网对生产者—消费者问题仿真已经被证明是一种比较可行的仿真方案。
文章对Petri网仿真生产者—消费者问题进行进一步优化，采用颜色Petri网对其进行仿真，并对优化后的模型与普通的模型进行了模拟运行。
实验结果表明：优化后的模型与普通的Petri网模型有相近的模拟结果，说明优化后的模型可以代替原有的模型进行生产者—消费者问题的模拟，降低了系统模型的复杂度。
关键词：生产者—消费者;建模;仿真;颜色Petri网生产者—消费者问题是进程同步的经典问题，经过多年的发展，已经应用于许多领域的同步问题建模分析，如在并行算法[1]、大量数据环境[2]、网管系统[3]等场景中，利用生产者—消费者模型解决相关的同步问题。
由于生产者—消费者问题应用广泛，对这个问题的仿真也有相当多的研究，如利用Java[4]语言、Linux[5]系统、COM[6]组件、C#[7]语言等对其进行的仿真研究。
Petri网是用来描述并发系统的一种形式化方法。
Petri网是由Carl Adam Petri（德国）在20世纪60年代提出的，最初用来表示信息流模型，经过多年的发展，现在已经由简单的、普通的Petri网发展到高级Petri网模型。
生产者—消费者问题利用Petri网的建模研究已经实现了利用普通的Petri网对其建模及仿真[8-9]。
本文采用颜色Petri网对生产者—消费者问题进行建模，比较了普通的Petri网建模与本方法的建模模型，通过实验证明本方案降低了生产者—消费者问题建模的复杂性。
1 ; ;生产者—消费者问题1.1 ;模型简介生产者—消费者问题是一种多线程同步问题的模型，一個典型的生产者—消费者模型如图1所示。
Petri网建模和Flexsim仿真
Petri网建模及Flexsim仿真摘要：自Petri网创建以来，便以其简单、直观、层次清晰深受用户青睐。
随着Petri网的发展，Petri网技术现已在建模领域得到广泛的应用。
本文首先简单介绍了Petri网及其经典模型架构；然后将Petri网应用于实际系统，对系统进行建模与分析；最后应用Flexsim对系统进行仿真。
关键字：Petri网；Petri经典模型；Petri网运行规则；Petri网建模；Flexsim仿真1.Petri网概述Petri网是对离散并行系统的数学表示。
Petri网是20世纪60年代由卡尔·A·佩特里发明的，适合于描述异步的、并发的计算机系统模型。
Petri网既有严格的数学表述方式，也有直观的图形表达方式，既有丰富的系统描述手段和系统行为分析技术，又为计算机科学提供坚实的概念基础。
多年来Petri网的理论日臻完善，己发展成为具有严密的数学基础，多种抽象层次的通用网论。
Petri网的应用涉及各个领域，特别适用于模拟这样的一类系统，即系统中含有相互作用的并行分支。
由于Petri网对带有并发性、异步性、分布式、非确定性、并行性系统的有力描述，已成为目前最有前途的建模工具。
2.Petri网的经典模型一个Petri网的结构元素包括：库所(place)、变迁(translation)和有向弧(arc)。
库所使用圆来标识，用于描述可能的系统局部状态。
变迁使用矩形标识，用于描述修改系统状态的事件。
有向弧可以从库所节点指向变迁节点，或者从变迁节点指向库所节点。
通过有向弧描述库所和变迁之间的联系，等价于自动机中的状态转移函数，表示使事件发生的局部状态(因)或事件发生所引起的局部状态的变化(果)。
在Petri网模型中，系统的动态特性用令牌(token)标识，令牌表示为包含在库所节点中的圆点，它反映着库所代表的局部状态实现的动态情况。
若某库所中包含一个令牌，则表示库所代表的局部状态的一次实现(条件或结果为真)；若库所中无令牌，则表示库所代表的局部状态尚未实现(条件或结果为假)。
控制系统中的模糊Petri网建模与仿真
控制系统中的模糊Petri网建模与仿真控制系统的设计与优化一直是工程领域的研究热点之一，而Petri网作为一种形式化、可视化的工具，被广泛应用于系统建模与性能分析。
然而，传统的Petri网模型在处理模糊系统时存在着一定的局限性。
为了解决这一问题，模糊Petri网被引入到控制系统中，以更好地描述和分析模糊性。
一、模糊Petri网的引入模糊Petri网是对传统Petri网进行了扩展，将Petri网中的变迁与库所的输入输出权重赋予了模糊值。
通过引入模糊逻辑，模糊Petri网能够更好地描述系统的不确定性和模糊性。
模糊Petri网的建模过程中，首先需要进行模糊化处理，将具体的定量信息转化为模糊的定性表示。
然后，利用模糊逻辑运算对模糊Petri网进行构建与求解。
二、模糊Petri网的建模步骤模糊Petri网的建模步骤包括系统建模、规则定义、构造模糊Petri网和仿真分析等几个关键步骤。
1. 系统建模：首先需要对待研究系统进行准确描述，并将其分解为库所、变迁和弧。
2. 规则定义：根据系统特性和实际需求，定义系统的运行规则和控制策略，包括输入输出关系、状态转换规则等。
3. 构造模糊Petri网：根据系统建模和规则定义结果，构造出模糊Petri网的初始状态，并确定库所、变迁的初始权重。
4. 仿真分析：通过模拟不同的输入条件和控制策略，对构造的模糊Petri网进行仿真分析，得到系统的性能指标和输出结果。
三、模糊Petri网的优势与应用模糊Petri网在控制系统中具有以下优势和应用价值。
1. 描述模糊性：传统的Petri网模型无法准确描述系统的模糊性和不确定性，而模糊Petri网能够通过模糊化处理，更好地体现系统的模糊特性。
2. 系统优化：基于模糊Petri网的建模和仿真分析，可以对系统进行性能优化，找到最优的输入输出关系和控制策略。
3. 效果评估：通过模糊Petri网的仿真分析，可以评估系统在不同条件下的工作效果，为系统的优化和改进提供依据。
petri物流系统建模与仿真
• 2. 车间开始加工工件；
• b. 工件到达并等待加工；
• 3. 工件的加工完成；
• c. 车间正在加工工件；
•前4.提把条加件工好：的事工件件发送生出去需。要成立
• d. 工件加工完毕。
的条件；
事件
前提条件
后继条件
•后继条件：事件发生引起前提
1 2
无 a、b
b c
条件消失，并产生一些其它条件
3
c
的顺序的。
（五）仿真结果分析
一次仿真的结果，只能是系统性能的一次抽 样分析，不能完全代表系统“真正”的性能。 这就要求通过多次观察随机变量，用统计方 法对输出结果进行分析。
若t在M下有效，则M授权t发生。发生后，M变成如
下定义的新标识M’
当一个变迁发生后， 从每一个输入库所中移出 与输入弧权数相等的标记 数（令牌数），在每一个 输出库所中产生与输出弧 权数相等的标记数。
•二、仿真模型
•(二) Petri 网模型 (4) Petri网事件逻辑关 系
① 顺序关系
② 并发关系
集，T为变迁集，F为流关系（一个P元素和一个T元素之间的有向弧组
成的集合）。（低级PN为五元组 ）
标识mi:库所内的标记（令 牌）数≥1（基本Petri网=1
）
权重wi:资源的消耗量或生 产量≥1 （基本Petri网=1 ）
•二、仿真模型
•(二) Petri 网模型
② 定义2
设
，令
分别称为变迁t的输入库所集（或t的前集）和t的输出库所集
（4）活动：两个相邻发生的事件之间的过程称为活动，它标志
着系统状态的转移。
（5）进程：若干事件与若干活动组成的过程称为进程，它描述
建模与仿真(petri网部分)案例分析饭店服务系统
饭店服务系统是一个典型的实体和事件之间相互作用的系统，可以利用Petri网进行建模与仿真。
在这里，我将简要介绍如何利用Petri网对饭店服务系统进行建模和案例分析：
1. 建立Petri网模型
在建立Petri网模型时，需要考虑系统中的各个组成部分、事件和它们之间的关系。
以下是可能包括的一些要素：
-库所（Place）：例如厨房、客房、餐厅等不同的区域或状态。
-变迁（Transition）：例如客人到达、点餐、上菜等事件或动作。
-弧线（Arc）：表示库所与变迁之间的关系，描述了事件发生时库所中物品的流动。
2. 设计Petri网的变迁规则
对于饭店服务系统，可以定义一些变迁规则，例如：
-当客人到达时，触发点餐事件；
-点餐后，触发厨房开始准备食物；
-食物准备完成后，触发上菜事件；
-客人用餐完毕后，触发结账事件等。
3. 进行仿真和分析
通过设置初始状态、变迁规则和库所之间的关系，可以进行Petri网仿真，观察不同事件的触发顺序和系统的运行情况。
可以分析系统的
瓶颈、效率等指标，进而优化服务流程。
4. 案例分析
在仿真过程中，可以针对不同的场景进行案例分析，比如：
-流程优化：通过调整变迁规则或库所之间的关系，优化服务流程，提高效率。
-容量规划：分析不同库所的容量，避免服务瓶颈。
-应急预案：模拟突发情况下的应对措施，保障服务质量。
通过Petri网的建模与仿真，可以帮助饭店管理者更好地了解系统运行情况，发现问题并提出改进方案，从而提升服务水平和用户体验。
希望以上内容对你有所帮助。
PETRI网建模与仿真技术在制造系统中的应用实验报告
PETRI网建模与仿真技术在制造系统中的应用实验报告专业：学号：姓名：1.PETRI网简介Petri网是由德国的Carl Adam Petri在1962年所写的博士论文(用自动机通信)中提出的，Petri先生在论文中使用网状结构模拟通信系统，研究信息系统及其相互关系的数学模型。
四十多年来Petri网的理论日臻完善，己发展成为具有严密的数学基础，多种抽象层次的通用网论。
Petri网的应用涉及各个领域，特别适用于模拟这样的一类系统，即系统中含有相互作用的并行分支。
由于Petri网对带有并发性、异步性、分布式、非确定性、并行性系统的有力描述，已成为目前最有前途的建模工具。
2.实验内容及目的某厂生产的一种吊装设备变速箱主轴，长800mm，最大直径200mm，最小直径50mm，净重50kg。
过去采用锻造毛坯加工制作该零件，劳动强度大，生产成本高。
现通过对该主轴的主要结构尺寸、功用及技术要求进行分析，采用了主轴主体与法兰盘过盈配合联接的方式，使主轴工艺从毛坯选择到一系列的加工过程得到了改进，满足了实际加工的需要。
如上图所示：主轴的前端部为一较大直径的法兰结构，其直径为主轴上的最大直径，其厚度相对较小。
主轴长度大，而且最大直径与最小直径相差较大，属于一种带有局部大直径法兰的轴类件。
该轴是变速箱中传递扭矩的主要零件，它必须具有足够的刚度和强度，有良好的结构形状和形位精度。
主轴材料为45钢，机械加工性能良好。
3.实验过程1）加工工艺过程：根据企业对该产品自身的生产能力要求，并且要满足市场需求综合制定生产计划，考虑到零件尺寸的大小，资金周转、调整费用及仓容量，生产类型为中批生产。
对于中批生产来说，机床设备的可以部分采用流水线布置，部分用专用机床，广泛采用夹具。
最终采用流水线生产，工艺路线以“S”型布置。
根据零件加工要求，工艺路线分为三条如下：（1）主轴主体：备棒料→打中心孔、粗车→钻、扩内孔→精车→检验、作标记；（2）法兰盘：备锻造件→粗车→调质处理→精车→检验、作标记；（3）动力主轴：热装主轴主体与法兰盘→半精车→磨外圆→铣键槽→钻法兰各孔→精车外螺纹→精磨各外圆及锥面→检验、入库。
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建模与仿真(petri网部分)案例分析
建模与仿真是一种将现实世界的系统抽象成数学模型，并通过
计算机模拟来分析系统行为和性能的方法。
Petri网是一种常用的
建模工具，它能够描述并发系统的行为和状态变化。
以下是一个关于银行取款系统的Petri网建模与仿真案例分析： 1. 系统描述：
假设有一个银行取款系统，包括一个ATM机和多个用户。
ATM
机有两个状态：空闲和忙碌。
用户可以进行取款操作，当ATM机空
闲时可以直接进行取款，当ATM机忙碌时需要等待。
2. 建模：
首先，我们需要定义Petri网的元素。
在这个案例中，我们有
以下元素：
- 位置（Place）：ATM空闲、ATM忙碌、用户等待队列
- 变迁（Transition）：用户取款、ATM机空闲、ATM机忙碌、
用户离开
然后，我们需要定义这些元素之间的关系。
在这个案例中，我
们有以下关系：
- 用户取款前需要ATM机空闲
- 用户取款后ATM机变为忙碌状态
- 用户等待队列中有用户时，ATM机空闲时用户可以取款
- 用户取款后可以选择离开或继续等待
3. 仿真：
通过定义好Petri网的元素和关系，我们可以使用仿真工具来
模拟系统的行为和性能。
在仿真过程中，我们可以调整系统参数
（如用户到达速率、ATM机服务时间等）来观察系统的响应和效果。
例如，我们可以通过仿真来回答以下问题：
- 用户平均等待时间是多少？
- ATM机的利用率是多少？
- 用户离开的平均时间是多少？
通过不断调整参数和观察仿真结果，我们可以优化系统设计，
提高系统的性能和效率。
总结：
建模与仿真是一种重要的系统分析方法，可以帮助我们理解系
统的行为和性能。
Petri网是一种常用的建模工具，可以描述并发
系统的行为和状态变化。
通过定义Petri网的元素和关系，并使用
仿真工具进行模拟，我们可以分析系统的行为和性能，并优化系统
设计。