Bài giảng Hệ thống sản xuất linh hoạt - Chương 3: Các công cụ phân tích hệ thống sản xuất - Trần Đức Tăng

1HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA HÀNG KHÔNG VŨ TRỤ
BÀI GiẢNG MÔN HỌC
HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT
TS. Trần ðức Tăng
Bộ môn CNTB & HKVT
ðiện thoại: 0973 991486
Email: tranductang@yahoo.com
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
2. Công cụ mô phỏngNội dung
3. Sơ ñồ mạng lưới Petri net
1. Các công cụ kế hoạch hóa
Chương 3: Các công cụ phân tích HTSX
2GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
1. Các công cụ kế hoạch hóa

 Lập kế hoạch là một phần của mọi hoạt ñộng sản xuất, nó là
một công việc liên quan ñến kế hoạch thời gian và kế hoạch
hóa chi tiết. 
- Kế hoạch hóa thời gian liên quan ñến thời gian trong ñó một
công việc ñược thực hiện.
- Kế hoạch hóa chi tiết liên quan ñến sự chuẩn bị và khai thác
tối ưu tất cả các nguồn lực sản xuất.

 Khó khăn của việc lập kế hoạch là mỗi công việc sản xuất yêu
cầu phương pháp lập kế hoạch riêng, và các phương pháp
ngày càng thay ñổi.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
 Ví dụ, phương pháp lập kế hoạch có trợ giúp của máy tính
khác rất nhiều so với phương pháp lập kế hoạch bằng tay sử
dụng cách ñây 30 năm.

 Không có khái niệm chung về nội dung và cấu trúc của từng
công cụ lập kế hoạch.
 Ví dụ, công cụ lập kế hoạch cho phát triển phần mềm sẽ
khác công cụ sử dụng cho lập kế hoạch sản xuất.

 Các công cụ dùng cho hệ thống kế hoạch hóa thường xây
dựng thành các khối mà có thể áp dụng cho các vấn ñề khác
nhau.
3GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Hệ thống lập kế hoạch phức tạp có thể sử dụng các biểu ñồ, 
quy hoạch tuyến tính và quy hoạch ñộng, mô phỏng, mạng
lưới Petri, và phương pháp trí tuệ nhân tạo.
 Thông thường rất khó ñể xác ñịnh công cụ nào có lợi ñể sử
dụng trong giải quyết 1 vấn ñề ñưa ra.
 Nếu một hệ thống lập kế hoạch lớn, ñược cấu tạo từ các công
cụ lập kế hoạch cơ bản, các giao tiếp bên trong phải ñược
thiết kế cẩn thận ñể có sự liên kết hiệu quả giữa các bộ phận.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Nhiệm vụ của lập kế hoạch trải qua vài giai ñoạn:
Kế hoạch bắt ñầu với khái niệm về sản phẩm và kết thúc với
sự bảo quản, bảo dưỡng chúng. 

 Một phần quan trọng của lập kế hoạch là khả năng sẵn có của
cơ sở dữ liệu, lưu các thông tin về các sản phẩm, quá trình, 
nguồn lực sản xuất, sự cạnh tranh, v.v. 
 Người lập kế hoạch phải truy cập vào tất cả các dữ liệu cần
thiết và cập nhật cơ sở dữ liệu ñể ñảm bảo là thông tin luôn
luôn mới.
4GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Trong nhiều trường hợp, lập kế hoạch là một công việc lặp lại
và các công cụ cơ bản thường ñược sử dụng nhiều lần.
 Vì vậy, hệ thống kế hoạch hóa phải ñược thiết kế theo mô ñun, 
các mô ñun có thể ñược tham số hóa bởi người sử dụng ít
kinh nghiệm.
 Cũng có thể cung cấp dạng thư viện các thành phần, từ ñó
thiết lập nên hệ thống lập kế hoạch cho từng mục ñích.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Hai công việc lập kế hoạch liên quan ñến quá trình sản xuất là
kế hoạch về trang bị và các nguyên công. 

 Trong FMS hai công việc này không ñược phân chia một cách
rõ ràng. 

Ở ñây, ñiều quan trọng là cung cấp một sơ ñồ bố trí của các
thiết bị giúp các máy công cụ, các thiết bị vận chuyển có thể dễ
dàng ñược thiết lập ñể hệ thống có thể làm việc theo khái niệm
sản xuất ảo.
5GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Các giai ñoạn lập KH cho 1 HTSX & các công cụ hỗ trợ lập KH
Phân tích yêu cầu
Thu thập và ñánh giá
dữ liệu
Bố trí hệ thống và
ñánh giá kỹ thuật
Phân tích tính kinh tế
Thiết kế hệ thống và
lập tài liệu
Hiện thực hóa hệ
thống và kiểm tra
Các giai ñoạn lập kế hoạch
- Hệ thống hỗ trợ quản lý dự án
- Các công cụ kỹ thuật cho việc mô tả
- Thiết bị sản xuất
- Bố trí hệ thống sản xuất
- Thiết kế bộ ñiều khiển máy tính
- Thiết kế phần mềm
- Môi trường lập trình cho
- Các tế bào sản xuất
- Các máy công cụ NC
- Các robot
- Các thiết bị phụ
- Các công cụ mô hình hóa và mô phỏng cho
tất cả các thiết bị sản xuất
- Chương trình về vốn ñầu tư
- Tài liệu và các công cụ tạo biểu ñồ
- Các công cụ kỹ thuật phần mềm cho lập
trình và hệ thống cơ sở tri thức
Cơ sở dữ liệu cho lập kế hoạch
Các công cụ lập kế hoạch
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
2. Công cụ mô phỏng
2.1 Các công cụ mô phỏng

 Mô phỏng trợ giúp rất tốt cho lập kế hoạch và các hoạt ñộng
của một hệ thống sản xuất. 

 Trước ñây ngành công nghiệp xem mô phỏng như một công
cụ ngoại lai chỉ hữu dụng trong ñào tạo, do hệ thống mô phỏng
khó áp dụng và cần máy tính lớn.

 Trong những năm gần ñây, tình hình ñó ñã thay ñổi. Các hệ
thống mô phỏng ñã ñược tăng lên với thiết kế giao diện hướng
người sử dụng, và các máy chủ cũng ñược phát triển. Thêm
vào ñó, với việc phát triển của mạng máy tính, cho phép các
máy chủ liên kết với nhau tạo thành một mạng máy tính lớn.
6GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Người kỹ sư xây dựng mô hình toán hay ñồ họa các quá trình
cần nghiên cứu (với sự mô phỏng ñược hỗ trợ của máy tính) 
và quan sát trạng thái, sự làm việc của nó.

 Kết quả của mô phỏng là các bản ghi hay hình ảnh ñộng trực
quan trên màn hình. Vì vậy người kỹ sư có thể khảo sát các
hoạt ñộng sản xuất khác nhau mà không cần setup máy hay 
các quá trình gia công thật.

 Mô hình thường chỉ gồm các bộ phận thiết yếu của quá trình
cần khảo sát. Do ñó, việc xây dựng và thực hiện của mô hình
sẽ nhanh.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
 Nó cho phép khảo sát các quá trình sản xuất khác nhau
nhanh. 
 Nó cũng cho phép ñiều chỉnh tăng tốc hay làm chậm một quá
trình sản xuất ñể có một cái nhìn tổng quát hay chi tiết về quá
trình sản xuất. Ngoài ra có thể thêm các nhiễu loạn ñể xem
ảnh hưởng của nó.

 Mô phỏng cũng ñược dùng cho ñiều khiển quá trình sản xuất. 
Trong trường hợp này, mô hình ñiều khiển hoạt ñộng song 
song với hệ thống sản xuất.
7GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
2.2 Các phương pháp mô hình hóa

 Có các mô hình khác nhau ñể mô hình hóa một nhà máy sản
xuất.
Mô hình
Toán học ðồ họa Vật lý
Tĩnh ðộng Tĩnh ðộng Tĩnh ðộng
Số Phân tích Số
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Mô hình toán học
- Trong mô hình toán học, các ñối tượng của 1 hệ thống sản
xuất và các thuộc tính của nó ñược trình bày bằng các biến.
- Các hoạt ñộng ñược mô tả bằng các hàm toán học, ñịnh nghĩa
mối tương quan giữa các biến ñổi trong sản xuất.
- Mô hình toán học có thể là kiểu tĩnh hoặc ñộng. 
- Với kiểu tĩnh, mô hình hệ thống trong trạng thái cân bằng;
- Với kiểu ñộng, hệ thống có thể trong trạng thái thay ñổi liên
tục.
- Trong thực tế cả 2 kiểu ñược sử dụng ñể mô tả các hoạt
ñộng của hệ thống sản xuất.
8GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Các phương pháp vận trù học cung cấp các công cụ cho việc
xây dựng mô hình hệ thống sản xuất. Các công cụ này có thể
thấy trong mô hình hóa lập kế hoạch, ñiều ñộ và ñiều khiển
các chức năng cuả quá trình sản xuất.
- Các phương pháp vận trù học bao gồm quy hoạch tuyến tính, 
quy hoạch ñộng, phân tích mạng, mô hình hàng ñợi, và mô
phỏng số.
- Các phương pháp vận trù thường ñược áp dụng ñể giải quyết
các vấn ñề của những lĩnh vực khác nhau; chẳng hạn, thuật
toán vận chuyển cho việc phân bố các chi tiết tới các máy
công cụ có thể ñược áp dụng ñể lập kế hoạch thứ tự gia công
các lỗ trong một chi tiết kim loại mỏng có hình dạng phức tạp.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Các phương pháp vận trù chủ yếu hữu dụng cho lập kế hoạch
offline. 
- Ví dụ, nếu một máy công cụ bị hỏng, kế hoạch phải ñược
làm ñi làm lại trong chế ñộ offline. 
- ðây là một hạn chế của phương pháp vận trù học. Phương
pháp này cũng gặp khó khăn nếu một quá trình sản xuất có
các nhiễu loạn và mô hình không thể mô tả chúng một cách
phù hợp
9GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Mô hình ñồ họa

 Các mô hình ñồ họa là các công cụ quan trọng ñể biểu diễn
hoạt ñộng của hệ thống sản xuất. Hoạt ñộng sản xuất có thể
ñược hiển thị hóa bằng các biểu tượng hoặc ký hiệu.

 Các biểu tượng là các công cụ lý tưởng cho mô phỏng khi hình
ảnh của chúng giống các thiết bị sản xuất. Tuy nhiên xây dựng
thư viện các biểu tượng là công việc buồn tẻ và tốn thời gian.

 Có nhiều cách khác nhau ñể ký hiệu hóa một hoạt ñộng sản
xuất. Các công cụ mới gần ñây sử dụng mạng Petri.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Mô hình vật lý

 Các hoạt ñộng sản xuất thường ñược mô hình bằng các mô
hình thử nghiệm hay hoạt ñộng thử nghiệm. Mục ñích là xây
dựng một hình ảnh vật lý của nhà máy hay một thành phần
của nó. 

 Các mô hình này bao gồm tất cả các ñối tượng chức năng cần
thiết cho việc biểu diễn hoạt ñộng sản xuất thật. Vì vậy có thể
mất nhiều thời gian và ñắt.

 Phép ngoại suy các ứng sử của mô hình với hệ thống thật
cũng có thể dẫn tới các kết quả không thực tế.

 Mô hình vật lý sẽ ñược thay bởi các mô hình ñồ họa hay toán
học
10
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
2.3 Các phương pháp mô phỏng
 Nếu một quá trình sản xuất ñược mô phỏng:
 Trước tiên mô hình ñối tượng mô phỏng phải ñược xây
dựng.
 Trong trường hợp lý tưởng, ñối với một quá trình liên tục, 
mô hình ñược xây dựng từ các phương trình toán học mô
tả trạng thái vật lý của ñối tượng.
 Tuy nhiên cách này ít khi ñược thực hiện cho quá trình sản
xuất bởi vì không thể mô tả ảo các nguyên tắc vật lý bên
trong dưới một kiểu chính xác.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
 Các phương pháp mô phỏng cơ bản sử dụng cho các ứng
dụng sản xuất là:
 Mô phỏng các sự kiện rời rạc
 Và mô phỏng ñồ họa.
 Có nhiều hệ thống mô phỏng kết hợp cả 2 phương pháp.
 Hệ thống mô phỏng sự kiện rời rạc phù hợp cho nghiên cứu
dòng lưu thông một hoạt ñộng sản xuất ñể xác ñịnh khả
năng của nó, xác ñịnh các bottlenecks, quan sát sự phân
phôi các chi tiết tới các trạm làm việc. Các ñối tượng ñược
biểu diễn bằng các biểu tượng hay ký hiệu với mô phỏng ñồ
họa.
11
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
 Khi dùng biểu tượng, hệ thống sản xuất có thể ñược hiển thị
ñộng trực tiếp trên màn hình và ñược quan sát ở các mức ñộ
chi tiết khác nhau. Nó rất hữu dụng trong việc quan sát dòng
vật liệu, quá trình gia công và lắp ráp sản phẩm.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Mô phỏng các sự kiện rời rạc
- Phần lớn các quá trình sản xuất là các sự kiện rời rạc và phải
ñược mô tả như những sự kiện rời rạc.
- Trước ñây các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Fortran, 
Pascal,  ñược sử dụng cho việc mô phỏng các sự kiện này.
- Trong quá trình sản xuất các chi tiết riêng biệt, dòng sản phẩm
hay thông tin xảy ra ngẫu nhiên, ví dụ các chi tiết tới các trạm
theo hàm phân bố xác suất. Hàm này biết trước và ñược nhập
vào hệ thống mô phỏng. 
- Trong nhiều trường hợp kinh nghiệm từ các quá trình tương tự
và giả sử sự phân bố xác suất ñược ñưa vào tính toán. Trong
một số trường hợp khác có thể giả sử hàm hoặc lấy dữ liệu
thực nghiệm từ quá trình chạy thử
12
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Mô phỏng thực hiện với ngôn ngữ bậc cao có thể ñược bao
gồm khi dòng vật liệu phải ñược mô tả, vì lý do này các ngôn
ngữ riêng ñã ñược phát triển ñể nghiên cứu các sự kiện rời
rạc. 
- Các hệ thống mô phỏng sự kiện rời rạc như: GPSS 
(general purpose simulation system), SIMULA (simulation 
language),
- Có các chương trình mô phỏng sản xuất ñặc thù ñơn giản hóa
các hoạt ñộng của nhà máy, như: Witness, Promod, 
STARCELL,
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Mô phỏng ñồ họa có thể ñược phân thành 3 phương pháp:
 Mô phỏng dùng biểu tượng (icons)
- Với kiểu mô phỏng này, các ñối tượng của hệ thống sản xuất
ñược biểu diễn bằng các hình ảnh ñơn giản (biểu tượng) và
lưu trong cơ sở dữ liệu ñồ họa ñược cấu trúc như các lớp ñối
tượng. 
- Các ñối tượng có thể là máy công cụ, xe tự hành, robot, .
- Khi hoạt ñộng của hệ thống sản xuất ñược mô phỏng, các ñối
tượng ñược ñọc ra từ cơ sở dữ liệu và ñược cấu hình ñể thiết
lập hoạt ñộng

 Mô phỏng ñồ họa
13
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Hoạt ñộng của hệ thống ñược hiển thị trong thời gian thực và
có thể tương tác với các ñối tượng hiển thị ñể thử các chức
năng khác nhau.
- Kiểu mô phỏng này chủ yếu hữu dụng trong gỡ rối, chỉnh lý và
quan sát dòng vật liệu
- Mô hình biểu tượng cũng phù hợp cho lựa chọn các thành
phần của hệ thống ñể thiết lập hệ thống. Trong trường hợp
này các biểu tượng ñược lắp cho các ñối tượng khác nhau ñể
mô phỏng.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Các biểu tượng có thể ñược hiển thị trên màn hình và hệ
thống sẽ ñưa ra một mẫu cần ñiền cho người sử dụng ñể ñịnh
nghĩa sự hoạt ñộng của ñối tượng.
14
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Với phương pháp này, các ký hiệu ñồ họa ñược gắn cho các
chức năng hệ thống.
- Ví dụ sự ñi tới của một chi tiết, gán một chi tiết cho một
máy, bảng ñếm sản phẩm, 
- Các tham số cần ñể gọi các chức năng ñược người sử dụng
nhập. Người sử dụng có thể hiện thị và quan sát hoạt ñộng
của các thiết bị trên màn hình với sự trợ giúp của các ký hiệu, 
các ký hiệu này có thể tô màu.

 Mô phỏng sử dụng các ký hiệu logic
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Với phương pháp này, ñối tượng ñược mô tả bằng một biểu
tượng:
Ví dụ biểu diễn nhiệt ñộ băng một nhiệt kế, áp suất nén
bằng một mũi tên,
- Khi hiển thị trên màn hình, một số hệ thống cho phép nhìn hoạt
ñộng của các biểu tượng:
Ví dụ sự tăng của áp suất ñược chỉ ra bằng cữ áp suất. 
Cũng có thể hiển thị màu.

 Mô phỏng sử dụng ký hiệu ñồ họa
15
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
2.4 Chu kỳ mô phỏng
Xem xét mục ñích, yêu
cầu kỹ thuật
Phân tích vấn ñề, thu
thập và lọc dữ liệu
Thiết kế mô hình
Viết phần mềm
Thực hiện mô phỏng
ðánh giá và phân tích
kết quả
Lập tài liệu
- Dữ liệu nhập
- Phương pháp sử dụng
- Công cụ mô phỏng
- Các kết quả
Cơ sở dữ liệu
Các giai
ñoạn của
mô phỏng
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Sự thực hiện của các giai ñoạn có thể ñược thực hiện lặp lại
vài lần ñến khi nhận ñược giải pháp có thể chấp nhận ñược.

 Trong rất nhiều trường hợp dữ liệu cơ sở ñể mô phỏng không
ñủ, và dữ liệu thực nghiệm có thể phải nhận từ chạy sản xuất
thử.
16
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
2.5 Công cụ mô phỏng toàn bộ

 Công cụ mô phỏng một nhà máy sẽ bao gồm một số mô ñun
cho các thành phần của toàn bộ hệ thống. 

 Không sẵn có một hệ thống mô phỏng cho tất cả các mục ñích
mà người sử dụng phải tự liên kết các công cụ mô phỏng.

 Thông thường các hệ thống mô phỏng cơ bản như GPSS, 
SLAM có thể mua, tuy nhiên rất nhiều quá trình trong nhà máy
là các ứng dụng ñặc thù, vì vậy người sử dụng phải tự xây
dựng các mô ñun.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Hệ thống mô phỏng toàn bộ sẽ rất phức tạp bởi vì không dễ
dàng liên kết các mô ñun cùng nhau thành một khối và vấn ñề
là thời gian chạy của máy tính sẽ dài. 
 Cũng không có sự bảo ñảm là các mô ñun có thể tích hợp
thành một hệ thống hiệu quả.
 Trong nhiều trường hợp, hệ thống mô phỏng bao gồm vài
mô ñun, với cấu trúc nhập/xuất riêng và có thể có cơ sở dữ
liệu riêng cho từng mô ñun
17
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Các ñơn vị sản xuất có thể bao gồm các máy công cụ, các
robot, và các xe vận chuyển vật liệu. Hệ thống ñược xây dựng
từ 5 mô ñun: mô hình hóa, mô phỏng, lập trình, mô phỏng và
ñồ họa. Dữ liệu ñược lưu trong cơ sở dữ liệu mô phỏng.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Mô ñun này chứa tất cả các mô ñun cần thiết cho mô phỏng, 
bao gồm sản phẩm, các máy công cụ, robot, xe vận chuyển
vật liệu. 
- Các mô hình mô tả thuộc tính ñộng học cũng như  ... 
hoạt ñộng (liveness) và giới hạn - chặn (boundedness) của mô
hình mạng lưới.

 Một mô hình Petri net hoạt ñộng (live) nếu mọi ñánh dấu
(marking) có thể quay trở về ñánh dấu ban ñầu (sau một chuỗi
của các transition firing), ở ñó tồn tại một thứ tự firing ñể firing
cho mỗi transition. 

 Thuộc tính sống-hoạt ñộng (live) bảo ñảm là hệ thống không
có deadlock (sự ñình trệ hay tắc nghẽn)
27
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Ví dụ
Petri net dưới không hoạt ñộng, do ñánh dấu M2 (từ ñánh dấu
ban ñầu qua firing t2) xảy ra deadlock
P1
t1
P3
P2
t2
t3
Sơ ñồ Petri net này có
sự tắc nghẽn (deadlock)
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Một mô hình Petri net bị giới hạn (bounded) nếu tồn tại một
giới hạn trên về số token trong trong mỗi place của mạng cho
mọi ñánh dấu (marking) từ ñánh dấu ban ñầu. Thuộc tính này
bảo ñảm là các token trong bất kỳ 1 place nào không thể tích
lũy một cách vô hạn.
P1
t1
P3
P2
t2
t3 Sơ ñồ Petri net này bị
giới hạn (chỉ có một khả
năng ñánh dấu từ M0 là
M1, M2, và M0 )
28
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Thuộc tính sống-hoạt ñộng (liveness) và giới hạn
(boundedness) rất khó kiểm tra. Nó yêu cầu xây dựng ñồ thị
mô tả tất cả các ñánh dấu có thể từ ñánh dấu ban ñầu. 
 ðối với các mạng lớn, ñồ thị này không dễ kiểm soát vì số
của các ñánh dấu có thể tới tăng theo hàm mũ.

 Liveness và boundedness cùng bảo ñảm là hệ thống có thể
làm việc liên tục với một số nguồn lực nhất ñịnh. Chính vì vậy
các thuộc tính này thu hút sự quan tâm ñặc biệt khi nghiên cứu
ñộng học của các hệ thống mô hình hóa bằng Petri nets.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Ví dụ về mô hình hóa bằng Petri nets:

 Xem xét hoạt ñộng của một rô bốt gắp và ñặt chi tiết: 
 Robot này gắp một chi tiết sau ñó ñặt nó vào vị trí mong
muốn.
 Như vậy có 2 sự việc là gắp và ñặt chi tiết. 
 Sự việc thứ nhất có thể xảy ra nếu chi tiết sẵn có và robot 
sẵn sàng ñể gắp.
29
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
 P1 biểu diễn robot, P2 biểu diễn chi tiết (các token - ñánh dấu
thể hiện robot và chi tiết ñã sẵn sàng)
 t1 biểu diễn sự việc gắp chi tiết, t2 biểu diễn sự việc ñặt chi tiết.
 Sau khi robot gắp chi tiết, một trạng thái mới ñược tạo (robot 
giữ chi tiết), ñược biểu diễn băng P3, sau ñó sự việc ñặt chi tiết
ñược biểu diễn bằng transition t2.
 Khi robot ñã ñặt chi tiết nó
sẵn sàng cho hoạt ñộng
gắp chi tiết tiếp theo,
vì vậy cần một ñường
nối từ t2 tới P2
P2
t1 P3
t2
P1
Chi tiết sẵn có
Robot sẵn sàng
Gắp chi tiết ðặt chi tiết
Robot giữ chi tiết
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
3.2.1.6 ðặc tính thời gian (Timed Petri nets)

 Timed Petri nets ñược giới thiệu lần ñầu tiên vào năm 1974 
bởi Ramchandani. 

 Hàm thời gian (Firing time funtion) :
+: T IQτ → (Tập của các số hữu tỉ dương)

 Mỗi transition t lấy một thời gian thực τ(t) ñể firing
(a) Bắt ñầu (a) Thực hiện (a) Kết thúc
⇒ ⇒

 Thời gian firing của transition thể hiện khoảng t.gian hoạt ñộng
30
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
3.2.1.7 ðồ thị biểu diễn sự việc (event graphs)

 ðịnh nghĩa: một event graph là một mạng Petri mà mỗi place 
có chính xác một input và một output
P1
t1
P3
P2
t2
t3
P1t1
P3
P4
t2
t3 P2
Một event graph Không phải là một
event graph
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Sơ ñồ mạng lưới cơ bản: 
Một sơ ñồ mạng lưới cơ bản trong một event graph là một
ñường hướng kín ñi từ một nút (place hoặc transition) và quay 
trở lại nút này, không lặp lại ở các nút khác.
P1t1
P3
P4
t2
t3 P2
 Ví dụ sơ ñồ bên gồm 2 mạng
lưới cơ bản:
1 1 2 4 1 1( , , , , )p t p t pγ =
2 1 2 2 3 3 1 1( , , , , , , )p t p t p t pγ =
31
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Tổng số token trong một sơ ñồ mạng lưới cơ bản không thay
ñổi do việc firing các transition
- Một event graph sống - hoạt ñộng (live) nếu và chỉ nếu tồn tại
ít nhất một token ở mọi sơ ñồ mạng lưới cơ bản.
P1t1
P3
P4
t2
t3 P2
0 0
1 2
0 0
3 4
( ) 1, ( ) 0,
( ) 1, ( ) 1
M P M P
M P M P
= =
= =
1 1 4
2 1 2 3
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
M M P M P
M M P M P M P
γ
γ
= +
= + +
0
1 1
0
2 2
( ) ( ) 2
( ) ( ) 2
M M
M M
γ γ
γ γ
= =
= =

 Các thuộc tính event graphs
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Phân tích ñặc tính thời gian trong ñồ thị Event Graph

 Tổng thời gian firing trong một mạng lưới cơ bản τ(γ) :
1
( ) ( )
n
i
i
tτ γ τ
=
=∑

 Số token M(γ) trong một mạng lưới cơ sở γ
0
1
( ) ( )
n
i
i
M M pγ
=
=∑ (M0 là ñánh dấu ban ñầu)

 Thời gian lặp lại C(γ) (chu kỳ) của mạng lưới cơ sở ñược xác
ñịnh bởi:
( )( ) ( )C M
τ γγ
γ
=
32
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Hệ thống quay lại chu kỳ ban ñầu sau một thời gian nhất ñịnh.

 Thời gian lặp lại ñược xác ñịnh bởi thời gian lớn nhất tiêu tốn
trong số các sơ ñồ mạng lưới cơ bản, nghĩa là: 
ax (C( ))C M
γ
γ=
Nói cách khác, tần suất (hệ số) mà transition fire là:
1 1( )( )MinC Cγλ γ= =

 Mạng lưới cơ sở γ* có thời gian lặp lại (chu kỳ) lớn nhất (nghĩa
là C=C(γ*)) ñược gọi là mạng giới hạn (critical circuit). 
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Ví dụ

 Xét event graph như hình bên. Giả sử giá trị thời gian firing 
như sau:
P1t1
P3
P4
t2
t3 P2
1 2 3( ) ( ) 2, ( ) 1t t tτ τ τ= = = (ðơn vị thời gian)

 Chúng ta nhận ñược:
1 1 2
2 1 2 3
1 2
( ) ( ) ( ) 4
( ) ( ) ( ) ( ) 5
( ) 2, ( ) 2
t t
t t t
M M
τ γ τ τ
τ γ τ τ τ
γ γ
= + =
= + + =
= =

 Vì vậy:
1 2( ) 4 / 2 2, ( ) 5 / 2 2.5C Cγ γ= = = =

 Thời gian lặp lại (chu kỳ) của event graph là:
1 2 2ax(C( ), C( )) = C( ) = 2.5C M γ γ γ=

 γ2 là mạng giới hạn
33
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
P4
P1t1
P3
t2
t3 P2
P4
P1t1
P3
t2
t3 P2
P4
P1t1
P3
t2
t3 P2
P4
P1t1
P3
t2
t3 P2
M0 Sau 2 ñơn vị t.gian Sau 3 ñơn vị t.gian
Sau 4 ñơn vị t.gian
P4
P1t1
P3
t2
t3 P2
Sau 5 ñơn vị t.gian
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
3.3 Mô hình hóa FMS bằng Petri net

 Xem xét một hệ thống sản xuất gồm:
 m máy, ký hiệu: M1, M2,Mm
 n kiểu công việc (hay chi tiết) khác nhau: P1, P2,Pn

 Lộ trình sản xuất mỗi chi tiết ñược chỉ ra bởi thứ tự chi tiết ñến 
các máy

 Thời gian xử lý ñược cho trước và xác ñịnh. 

 Các công việc giả sử có tính chu kỳ (cycle).
34
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Ví dụ: Phân xưởng gồm 3 máy M1, M2, M3
 Phân xưởng sản xuất 3 sản phẩm (3 kiểu công việc): P1, P2, P3
 Thứ tự thực hiện các công việc trên các máy như sau:
P1: M1(1), M2(9)
P2: M1(2), M3(4) 
P3: M1(3), M3(2)
 Như vậy, chi tiết P1 ñược xử lý ở máy M1 trong khoảng 1 ñơn
vị thời gian, sau ñó ở máy M2 trong 9 ñơn vị thời gian và công
việc ñược hoàn thành.
(Giá trị trong ngoặc là
thời gian xử lý) (1)
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Giả sử các công việc ñược xử lý theo các tỉ lệ như nhau.
Như vậy hỗn hợp sản phẩm như nhau và bằng 1/3 cho các
kiểu công việc.

 Nhóm chi tiết nhỏ nhất (minimum part set - MPS): nhóm nhỏ
nhất chứa tất cả các kiểu công việc (job) theo tỉ lệ về các tỉ lệ
sản xuất. 
Trong ví dụ trên:
 S = {P1, P2, P3} do tất cả các chi tiết ñược sản xuất theo tỉ lệ
giống nhau (product mix: 1/3P1 1/3P2 1/3P3)
 Giả sử nếu tỉ lệ sản xuất là (1/2 1/4 1/4), tức là gấp 2 lần số
chi tiết 1 (hay kiểu công việc 1) ñược sản xuất. Khi ñó MPS 
sẽ là: S = {P1, P1, P2, P3} 
35
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Giả sử thứ tự thực hiện trên các máy M1, M2, M3 như sau:
M1: S1 = {P1, P2, P3}
M2: S2 = {P1} (2) 
M3: S3 = {P2, P3} 

 Hệ thống có 2 phần phân biệt:
 Phần vận hành (operative part): ñược chỉ ra bởi thứ tự sản
xuất
 Phần ñiều khiển (control part): chỉ ra bởi thứ tự các máy
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Operative part: ñược mô hình hóa như là nhóm của các mạch
(circuits) của event graphs, ñược gọi là các processing circuits. 
Mỗi circuite biểu diễn chu kỳ quá trình sản xuất của một công
việc của MPS theo thứ tự sản xuất ñược cho trước (1).
(processing circuits)P1
P2
t1 t2
(M1) (M2)
P1
P3
P4
t3 t4
(M1) (M3)
P2 P6
P5
t5 t6
(M1) (M3)
P3
36
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
 Quy tắc mô hình hóa như sau:
 Mỗi transition biểu diễn một hoạt ñộng (operation) thực hiện
bởi một máy, firing time = thời gian xử lý của máy. 
• Trong ví dụ trên t1 biểu diễn hoạt ñộng ñầu tiên trong quá
trình sản xuất của chi tiết (hay công việc) P1 thực hiện
trên máy M1
 Token biểu diễn công việc trong quá trình xử lý. Giả sử là
mỗi công việc (chi tiết) ñược mang bởi một thiết bị vận
chuyển như pallet (mỗi pallet mang một chi tiết). Vì vậy
token luân chuyển trong một processing circuit biểu diễn
chu trình sản xuất của một kiểu công việc (chi tiết)
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
 Place biểu diễn ràng buộc về thứ tự ưu tiên giữa các hoạt
ñộng.
 Token trong place biểu diễn công việc (chi tiết) ñang ñợi ñể
ñược xử lý. Vì vậy các place cũng có thể ñược xem như
các trạm ñợi
37
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Control part: ñể mô hình hóa thứ tự thực hiện các công việc
trên một máy, 
 Tất cả các transition mà biểu diễn một operation thực hiện
bởi một máy ñược liên kết trong một mạch (circuit), ñược
gọi là control circuit (mạch ñiều khiển).
 Thứ tự của các transition trong mạch xác ñịnh bởi thứ tự
các công việc ñược xử lý trên máy.
 Mạch ñiều khiển theo thứ tự các máy ñược cho ở (2) như
sau:
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Processing và control circuite
P1
P2
P2
P1t1 t2
(M1) (M2)
P3
P4
t3 t4
(M1) (M3)
P6
P5
t5 t6
(M1) (M3)
P3
c1
c5 c3
c2
c6 c4
• ðể phân biệt place 
của processing circuite
và place của control 
circuite (gọi là control 
place) - ký hiệu c ñược
sử dụng
• Control place mô tả
trạng thái có thể của
một máy.
• Chỉ có một và chỉ một
token luân chuyển trong
mỗi control circuit, 
nghĩa là mỗi máy chỉ
thực hiện một công việc
ở một thời gian
38
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Vị trí của token trong control circuit xác ñịnh trạng thái của
máy:
 Token nằm trong transition nghĩa là transition ñang firing 
hay máy ñược khai thác
 Token nằm trong place nghĩa là máy ñợi ñể thực hiện công
việc tiếp theo theo thứ thự ñã ñược lập
 ðánh dấu ban ñầu (initial marking) ñược xác ñịnh bởi công
việc ñầu tiên theo thứ tự ñã cho (2). Trong ví dụ trên, token 
trong control circuit của máy M1 ñược ñặt ở place c5 bởi vì
công việc ñầu tiên ñược xử lý là P1
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Mô hình trên minh họa những ñặc ñiểm cơ bản của Petri nets.
 Transition biểu diễn các hoạt ñộng khác nhau của hệ thống
 Token biểu diễn các nguồn lực sử dụng.
 Trong mô hình ví dụ trên có 2 kiểu nguồn lực cơ bản là
nguồn lực về vận chuyển (như các pallets) và các máy. 
Place và token cùng mô tả trạng thái của hệ thống.
 Operative part mô tả quá trình sản xuất lặp lại của các công
việc
 Control part mô tả thứ tự của các công việc trên các máy
39
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
ðánh giá khả năng thực hiện

 Tính toán cycle time
 Bước ñầu tiên là xác ñịnh tất cả các mạch trong mô hình
mạng lưới (các processing circuit và control circuit). Ngoài
ra còn có thêm các mạch mà chứa cả các buffer và control 
place – các mạch này gọi là các mạch hỗn hợp (mixed 
circuit)
 Mô hình Petri net mô tả ở ví dụ trên có 8 mạch:
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Xác ñịnh các mạch cở bản trong mô hình
1 1 2 2 1 1
2 3 4 4 3 2
3 6 6 5 5 3
( , , , ) ( )
( , , , ) ( )
( , , , ) ( )
p t p t job P
p t p t job P
p t p t job P
γ
γ
γ
=
=
=
4 1 3 3 5 5 1 1
5 2 2 2
6 4 6 6 4 3
( , , , , , ) ( )
( , ) ( )
( , , , ) ( )
c t c t c t M
c t M
c t c t M
γ
γ
γ
=
=
=
P1
P2
P2
P1t1 t2
(M1) (M2)
P3
P4
t3 t4
(M1) (M3)
P6
P5
t5 t6
(M1) (M3)
P3
c1
c5 c3
c2
c6 c4
Processing circuits:
Control circuits:
7 1 3 3 4 4 6 5 5 5 1
8 3 5 6 6 6 4 4 3
( , , , , , , , , , )
( , , , , , , , )
c t p t c t p t c t
c t p t c t p t
γ
γ
=
=
Mixed circuits:
40
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 ðối với các mạng lưới nhỏ chúng ta có thể dễ dàng xác ñịnh
các circuits, với sơ ñồ mạng lưới lớn ta không dễ xác ñịnh một
cách thủ công, tuy nhiên ñã có các thuật toán có thể thực hiện
công việc này một cách dễ dàng (Martinez và Silva, 1980).

 Giả sử là các công việc ñã sẵn sàng ngoài hệ thống và ñang 
ñợi ñể ñược xử lý (chưa có công việc nào ñã hoàn thành), và
giả sử là các công việc (chi tiết) luân chuyển cùng với pallet, 
cũng giả sử là có 3 pallet dùng ñể phân phối cho mỗi công việc
(chi tiết) của MPS. 
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Theo (1) transition firing time ñược cho như sau:
1
2
3
4
5
6
1
9
2
4
3
2
τ
τ
τ
τ
τ
τ
=
=
=
=
=
=
(ðơn vị thời gian)
41
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
P1
P2
P3
P2
P1t1 t2
(M1) (M2)
P3
P4
t3 t4
(M1) (M3)
P6
P5
t5 t6
(M1) (M3)
c1
c5 c3
c2
c6 c4
Mô hình với 3 pallet
Trạng thái
ban ñầu
ñược mô tả
như hình vẽ
bên.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Bảng cycle time của các mạch
5.566965610C(γ)
22111111M(γ)
11126965610τ(γ)
γ8γ7γ6γ5γ4γ3γ2γ1
Mixed circuitControl circuitProcessing cirtcuit
42
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Thời gian chu kỳ:
1ax( ( )) ( ) 10C m C Cγ γ γ= = =

 γ1 là mạch giới hạn, nghĩa là năng suất bị giới hạn bởi chu kỳ
sản xuất của công việc (chi tiết) P1

 Do chu kỳ sản xuất bao gồm 3 kiểu công việc (P1, P2, P3) và tỉ
lệ xử lý là λ=1/C = 0.1, 
 Tổng năng suất là: 
TH = 3 x 0.1 = 0.3 job/ñơn vị thời gian
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Nâng cao khả năng thực hiện của mô hình

 Giả sử ta thêm một pallet và phân bổ cho P1. 
Như vậy sẽ có 2 tokens trong mạch γ1 (như mô tả ở hình
bên)

 Cycle time cho mạch γ1 là C(γ1) = 10/2 = 5 ñơn vị thời gian

 Cycle time của các mạch còn lại không thay ñổi.

 Và cycle time lớn nhất là C = 9 (tương ứng với mạch γ5). Mạch
γ5 (ñó là mạch control M2) trở thành mạch giới hạn.
43
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Mô hình với 4 pallet
P1
P2
P3
P2
P1t1 t2
(M1) (M2)
P3
P4
t3 t4
(M1) (M3)
P6
P5
t5 t6
(M1) (M3)
c1
c5 c3
c2
c6 c4
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Kết quả chỉ ra rằng:
 Sự thực hiện của hệ thống phụ thuộc vào sự phân bổ của
các pallet cho các kiểu công việc cũng như thứ tự thực hiện
trên các máy. 
 ðể thấy rõ ñiều này, giả sử ta không thêm một pallet cho
job P1 mà phân bổ cho P2 hoặc P3. 
 Cycle time của γ1 vần là 10 và như vậy sự thực hiện của hệ
thống không có sự thay ñổi.
44
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

 Giả sử bây giờ ta vẫn thêm một pallet và phân bổ cho P1
nhưng ta ñổi thứ tự thực hiện của công việc trên máy M3 theo
thứ tự:
S3 = {P3, P2} (thay vì S3 = {P2, P3} như ban ñầu).
Trong mô hình mạng Petri net bây giờ token ở control circuit γ6
(M3) nằm ở place c4 (thay vì c6) (như hình vẽ bên)
Trong trường hợp này số token trong 2 mixed circuit ñã thay
ñổi:
(M(γ7)=3) và C(γ7) = 12/3 = 4; C(γ8) = 11/1 = 11.
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
P1
P2
P3
P2
P1t1 t2
(M1) (M2)
P3
P4
t3 t4
(M1) (M3)
P6
P5
t5 t6
(M1) (M3)
c1
c5 c3
c2
c6 c4
45
GV: TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
 Như vậy γ8 bây giờ trở thành mạch giới hạn và cycle time là
C = 11.
Năng suất tương ứng là;
TH = 3/11 = 0.273 job/ñơn vị thời gian

 Như vậy sự thực hiện của hệ thống phụ thuộc rất nhiều vào sự
phân bổ của các pallets và thứ tự thực hiện của các máy chứ
không phụ thuộc vào số pallet có thể dùng.