6、自动化制造系统中基于有向图的死锁解决技术

自动化制造系统中基于有向图的死锁解决技术

1. 引言

在自动化制造系统（AMS）这类资源共享程度高的生产系统中，死锁是一个常见且棘手的问题。死锁表现为一组作业（零件）陷入无限循环等待的状态，因为每个作业都请求访问同一组中其他作业持有的资源，导致作业流停滞。

解决死锁的策略通常分为三类：预防方法、检测/恢复方法和避免技术。预防方法通过限制资源利用的灵活性来防止死锁发生；检测/恢复方法不阻止死锁发生，而是监测系统状态，在死锁发生时通过恢复程序使系统恢复正常；避免技术则通过对资源分配进行在线反馈控制来防止循环等待。一般来说，预防技术的性能不如检测/恢复和避免方法，而检测/恢复方法需要专用硬件来执行恢复阶段。

解决死锁问题的方法主要基于三种形式化工具：Petri网（PN）、有限状态自动机描述和图论工具。基于图论工具的模型虽然不如基于PN的模型通用和流行，但因其仅表示死锁特征所需的信息，显得更为简洁。本文将重点介绍基于图的死锁解决方法。

2. 模型

2.1 系统资源与作业

AMS由一组资源组成，如加工站、多槽缓冲区、自动导引车（AGV）系统、机器人、检测和测量站等，这些资源在计算机控制下处理一组作业$J$。用$r_i$（$i = 1, 2, \cdots, R - 1$）表示通用资源，$C(r_i)$表示其容量，即该资源可同时容纳的最大零件数。此外，引入一个虚拟资源$r_R$来表示系统输出，假设每个零件离开系统时获取$r_R$，且$C(r_R) = \infty$，即作业离开系统不受限制。

每个作业$j \in J$需要按指定顺序从资源集$R$中获取服务，工作程序$w$表示资源的顺序，$W = {w}$