输送系统的UML建模、优化与实现

一、引言

输送系统是指在多个源点和多个汇点之间进行物料转运的一类控制系统,在冶金、化工和各种仓库系统中有大量应用。系统的主要特点是分散性,通常包含了几百台性能各异的设备,分布在不同位置的设备共同构成了网状结构。在输送系统中要解决的向题很多,如在复杂的网络中寻找最佳路径、在间歇性生产作业中实现最优计划和调度等。其中最基本的问题是如何在固定路径下,按转运任务要求顺序启停设备。通常针对输送系统的建模通常采用Petri网的方法,几利用顺序功能图SFC实现控制方案,以系统中每台设备的状态作为控制目标,按照当前的状态和满足的条件实现状态的正确转、移。顺序控制对于少量设备是很简洁的,但是对于一个包含几百台设备的输送系统而言,顺序控制方案会导致过于复杂的逻辑运算,实现很困难,同时,系统维护的工作量大增,路径优化等高级算法几乎无法实现。因此输送控制系统必须寻求其它解决方案。

二、面向对象与UML

在设计复杂系统控制软件时,采用面向对象技术可以在三个方面改进系统的设计过程:首先优化了软件结构和开发过程；其次简化了代码修改和系统维护；第三实现了代码的重用,增强了系统白钾可扩充性。

在已有的面向对象设计工具中,UML(统一建模语言)获得了广泛的应用。UML采用图形化的语言分别建立了系统的三种模型:功能模型、对象模型和动态模型。UML模型可以方便地用各种编程语言实现。

UML为嗽件开发提供了一个清晰明了的对象结构和关系的演示平台,软件设计开发过程就是如何、设计对象的结构和对象之间的关系以实现系统功能的过程,在软件开发之初,可以用UML模型合理封装系统中的对象,分隔对象的内部活动和外部联系,用类图表示对象的结构,用状态图表示对象的内部活动,对象之间的关系则用活动图等进行精确描述,这样分隔使对象活动清晰化,暂时掩盖了软件的实现细节,从而实现分析和设计的简化。UML能够适用于复杂系统描述,特别当系统中对象繁多,关系复杂,而且要实现调度优化等高级算法时,用UML建模更能体现其特有的作用,可以用UML模型详细表示对象的继承关系、静态结构、动态特性以及相互协作等。在UML模型基础上,对系统设计的关注将更加集中到算法上,同时,面向对象的设计也为算法的快速实现提供了保证。

UML方法是一个复杂的体系,它给设计者提供了大量的图作为建模工具,但并没有指定建模的具体过程和顺序,而是由设计者决定选择那些图来表示系统。Bruccoleri采用UML对FMS系统进行建模和实现,充分利用了FMS柔性制造系统的面向对象特点,取得了良好的控制效果。Ferraxini利用Petri网和UML对加工中心建模,并探讨了采用PLC实现模型的过程。

三、输送系统的LWM分析和建模

输送系统具有潜在的面向对象特性,输送系统设计可以分解为对象设计和对象关系设计两部分。与设备对象密切相关的变量被包封到对象中以减少编程的复杂性,并提高系统的易扩展性和可维护性。基于对象的建模和分析可以大幅缩短系统的开发周期。