金融机具产品开发设计的模具探究范文

在任务结构的描述中，任务和决定关系可以有XOR-合并和AND-分支，因此同步器也有XOR-合并和AND-分支。根据上述任务结构的描述，对任务结构做如下定义和描述。定义1一个任务结构可以定义为W=(X，U，T，S，D，Dt，Trig，Name，I)(1)式中，各个单元的意义如下:任务组集合X是一组同步器S、一组任务T和一组决定D的联合体。在D中，包含终止的决定子集Dt，U是非同步器的集合;Trig:表示关联触发器;X:获取能够启动的任务目标;Name是函数名称:对应了TN，对应到任务名称，这里N是一组名称;I是非同步器U的子集，它包含初始项。

基于Petri网的工作流网过程模型

Petri网是一个状态变迁模型，可用来描述系统中异步成分之间的关系，同时允许发生多个状态变迁，也是一个并发模型，用Petri网描述的系统有一个共同的特性就是系统的动态行为表现为资源(物质资源和信息资源)的流动，Petri网被认为是系统建模最重要的方法之一。Petri网的特点归纳起来具有以下特点:

①模拟性从组织机构的角度和模拟系统的控制和管理，不涉及实现所依赖的物理和化学原理。②客观性精确描述时间(变迁)间的依赖关系和非依赖关系。

③流特征适合描述以有规则的流动卫星为特征的系统，包括能量流、物质流和信息流。

④描述性用同一的语言或者图形描述系统结构和系统行为。

⑤异步并发性对于局部环境不相交的变迁可以实现完全独立(并发地)地发生。随着研究的深入，Petri网理论也在不断完善和发展，从基本条件网、库所变迁网(P/T)到着色网在各个领域都有了深入的应用。本文提出的工作流网就是Petri网的一种扩展。

工作流管理系统作为过程控制的重要工具广泛地应用于PDM、PLM等系统中，而Petri网作为一种适应于多系统的图形化、数学化建模工具，为描述研究并行、异步、分布式和随机性等特征的复杂性系统提供了强有力的手段。在Petri网的基础上工作流网的概念被提出，用来准确、清晰地定义复杂过程的逻辑。Petri网建立在严格的数学基础上，拥有成熟的分析方法和工具。基本的Petri网是一个带双节点类型，我们称之为库所的双向曲线图和变迁，为了引进工作流网的概念和定义，扩展基本Petri网增加带有弧权重函数，它代表了一定的库所和变迁之间连接的数量关系。定义2带有弧权重的Petri网是一个4元组:(P，T，F，W)。其中，P是库所的有限集合;T是变迁的有限集合，且P∩T=Φ;F∈(P×T)∪(T×P)是一组弧;W:F→N+，是设定权重到弧的函数。

当且仅当存在一个直接由P到T的弧连接时，P称作一个变迁的输入库所，当且仅当存在一个由T到P的直接弧连接时，P称作一个变迁的输出库所，我们用•t定义一个变迁的输入库所。T•定义一个变迁的输出库所，P•和•P有相类似的意义，即P•是作为输入共享库所P的一组变迁。在任何时候，一个库所包含有0个或者多个令牌，状态M用来表示令牌在各个库所的分配情况，可以用以下方式表示一个状态:1p1+2p2+1p3+0p4。代表了在一个令牌在库所1，2个令牌在库所2，一个令牌在库所3，在库所4没有令牌，也可以表示为:1p1+2p2+p3。要比较2个状态，可以定义并行指令，例如可以对于任何2个状态M1和M2，M1≤M2成立的条件是所有的p∈P:M1(p)≤M2(p)。

在过程执行期间令牌的数量可能改变，变迁在Petri网中是活动的单元，根据以下的规则变迁改变网的状态。①当且仅当每一个变迁的输入库所包含至W(p，t)函数所要求的令牌时，这个变迁被称为是使能的。②一个使能的变迁能够激活，如果一个变迁激活，那么t从每一个t的输入库所p中消耗W(p，t)的令牌，并且对于每一个T的输出库所p产生W(t，p)的令牌。定义3Petri网成为工作流网(WF-net)的条件是当且仅当满足以下条件:①Petri网有2个特殊的库所:i和o。库所i是一个源库所:•i=o;库所o是一个接收库所:o•=o。②如果我们增加一个变迁t*到Petri网中，这个Petri网用i连接o，即:•t*={o}及其t*•={i})，则这个Petri网是强连接的。工作流网中有一个输入库所(i)和一个输出库所(o)。如果一个实例进入到工作流系统完全处理时，则系统就会产生过程处理的工作流网实例，工作流网定义了一个实例的全部生命周期，带有上述扩展特性的Petri网允许任意弧权重存在，这些为任务结构到工作流网的映射奠定了基础。

任务结构到工作流网的映射

在设计开发过程中，结合产品功能对开发过程进行任务分解成为一种广泛应用的方法，但是基于任务模型的过程模型在分析时具有局限性。而Petri网作为成熟的分析理论，提供了有利的工具和方法，因此提出将任务结构模型映射成工作流网过程模型的方法，能够对系统进行更加准确地分析和仿真。在转换过程中增加了一个隐含库所S，它用于时刻反映在任何点的一段时间内的并行处理信息流的数量，另外带有n个输出弧的任何一个变迁Ct有一个权重为n－1的来自于S的输入弧。同步器对应为Hs的变迁，它有m个输入弧和p个输出弧到S。弧的权重如果m＞p则为m-p;如果m＜p，将会有一个由S到Hs的弧。而对于没有输出弧的变迁以Fd表示。转换时会有一个到S的弧，这样的变迁表示信息流的终止。弧权重函数WWN设定为1到以下表达式的每一个弧:这里C是一个并行信息流的最大数量，在初始化状态下的库所i有一个令牌而其他的库所没有令牌。在任务结构映射到工作流网的过程中，为了保证并行操作的路径而增加的隐含库所S对于决定一个任务结构是否中止是至关重要的，但是它并不是语法中的一部分，因此它并不改变行为的特征。

实例分析

金融机具产品具有机构复杂、多专业、设计精度高的特点。以高档金融机具纸币清分机为例，是对各个国家纸币进行高速处理自动清分的高端智能化产品，面对不同国家的纸币特点，产品的性能指标不同，产品的技术参数多、性能指标要求高，尤其是机械结构复杂，对传感器测控、控制技术等有很高的要求，产品开发的需求复杂，以某公司的纸币清分机产品开发过程描述如下:

①市场需求提出(Request)由客户需求部门提出新产品需求，具体内容包括产品功能(清分、计数、鉴伪)、参数(处理速度、处理纸币种类、进钞口和出钞口数量)、产品需求时间和价格等信息。

②需求分析(Analyse)新产品设计部门针对现有产品系列和技术基础进行分析，内容包括:待处理纸币尺寸、机读防伪特征、纸币清分机标准、其他标准、现有技术和进一步实施的可能性。

③提出不同的解决方案(Propose)方案包括(a)现有产品完全满足要求;(b)需求进行机械结构和鉴伪识别技术的变形开发才能满足要求;(c)完全没有满足要求的产品，需要全新设计新的产品3个部分。

④任务分配(Distribute)如果属于新产品的变形开发如一个新的国家纸币清分机开发确定为派生产品，全新结构如出钞口不同的开发为正式产品的设计开发，两类产品的开发过程、要求和任务分工均不同。

⑤并行设计(Design)机械机构设计、电气部分的设计，在这两个部分进行设计时都要进行测试。

⑥文档(Release)当机械和电气部分样机设计完成后，进行样机文档的下发。⑦测试(Test)在进行各个部分进行设计的同时，同时又有测试。确定是否满足需求，如果满足，则进行测试。以上过程应用任务结构图表示，如图3所示。根据任务结构到WF-NET的映射规则，可以得到纸币清分机基于工作流网的设计开发流程，如图4所示。在图4中的最大并行任务数是3，所以我们将C设定为3。

对照两种设计开发过程的描述可以看出，对于纸币清分机产品的样机开发过程只能实现产品开发过程的简单描述，不能对设计开发过程进行定量研究。经过对并行设计开发过程的任务模型应设成WF-NET，根据工作流网的特点，可以对工作流网分析工具进行各种分析，其中可以对库所数量、变迁的数量、弧连接和状态变化的数量进行统计，也能够实现对设计开发过程的活性、有界性和合理性进行确认，经过对转换后的工作流网的分析。

针对金融机具纸币清分机的开发过程基于WF-NET的设计过程验证，我们可以应用Petri网的分析工具对纸币清分机产品并行产品设计开发过程的任务分配、性能评估、产品开发周期进行更量化、更精确的分析，其结果经过验证是安全、正确和有界的。

结语

本文对于产品开发过程控制提出的应用图形语言的任务结构模型，应用工作流系统与任务结构的相似性，结合产品实现功能要求对开发过程的任务结构图进行详细描述，实现了由产品开发过程的任务结构到工作流网的映射，通过并行产品开发过程的分析，建立基于工作流网的产品开发过程模型，实现了对系统模型的精确分析。

作者：崔文华刘晓冰王伟单位：大连理工大学控制科学与工程学院辽宁科技大学电子与信息工程学院