[发明专利]企业能耗过程建模与仿真方法

权利要求书

1、一种企业能耗过程建模与仿真方法，其特征在于包括“基于扩展模糊Petri网的能耗过程建模方法”和“基于扩展模糊Petri网的能耗过程仿真方法”，具体内容如下：

(一)基于扩展模糊Petri网的能耗过程建模方法

该方法的基本内容为：用企业能耗过程模糊Petri网模型的模糊变迁表示各能耗活动，用模糊库所表示能耗活动相应的原料和成品的仓库，模糊库所中的标记数表示原料和成品的数量，相应的供需关系用结点间的连线表示，连线的连接强度表示从起点到终点运输原料或成品时的损耗率；其中：

定义1：企业能耗过程模糊Petri网模型，记为EEC-FPN，其定义为：

一个9元组：EEC-FPN＝(P，T，G，Y_I，Y_O，SP，EP，M₀(p)，∑)；

其中，P＝{P₁，P₂，…，P_n}是模糊库所的有限集合，用于代表企业原料和成品的仓库；

T＝{T₁，T₂，…，T_m}是模糊变迁的有限集合，即P集与T集不相交，用于代表企业的能耗活动、能耗设备或生产加工单元；

G＝{G₁，G₂，…，G_k}是有限的非空门集，它与变迁的控制相联系，用于代表能源传输管网中的分支汇聚以及散出阀门，并控制输入或输出生产中的不同物质流；

Y_I是P×T上的一个带标识的模糊关系，表示库所到变迁的连接情况和连接线上的额定输入量i_k、连接强度α_k以及相应的输入强度计算函数Y_I(i_k，α_k)，在能源消耗过程模型中，函数Y_I(i_k，α_k)和α_k可根据具体情况采用不同的定义：当连接强度α_k表示“能源传输管网的最大传输率”一类物理意义时，令Y_I(i_k，α_k)＝min{i_k，α_k}，当连接强度α_k表示“传输损耗率”之类含义时，用Y_I(i_k，α_k)＝i_k×α_k表示能源传输过程中的耗能量；

Y_O是T×P上的一个带标识的模糊关系，表示变迁到库所的连接情况和连接线上的额定输出量i_j、连接强度β_j以及相应的标记增量计算函数Y_O(i_j，β_j)，在能源消耗过程模型中，β_j和Y_O(i_j，β_j)的定义，同α_k和Y_I(i_k，α_k)的定义相似；

SP⋐P]]>为初始模糊库所集即EEC-FPN网络的开始结点，EP⋐P]]>为终止模糊库所集即EEC-FPN网络的结束结点，它们分别用于代表生产过程的开始与结束位置；

M₀(P)是定义在P上的一个取值于[0，∞)中实数的函数，表示库所在运行开始时的初始标记状态，用于代表初始的资源分配；

∑＝(E，Q，Δ，∏)是附加信息集合，其中E为外部事件集合，Q为外部运算控制集合，Δ为支持生产的外部工具集，∏为生产过程中所涉及的人员信息集合；

定义2：EEC-FPN网络中模糊库所的定义

对∀Pi∈P,]]>P_i＝(M₀，M_i(t)，d_i，h_i)，其中，M₀为模糊库所P_i的初始标识，即初始的资源分配，如果P_i是连续的，则M₀取值为正实数和零，如果P_i是离散的，则M₀取值为正整数和零；M_i(t)是库所P_i在时刻t的标识，它反映随时间的变化模糊库所内资源或物料的变化；d_i是与模糊库所P_i相联系的时限；

定义3：EEC-FPN网络中模糊变迁的定义

对∀Ti∈T,]]>T_i是10元组：T_i＝(τ_i，f_i，q_i，e_i，R_i，Δ_i，PO_i，G_i，N_i，h_Ti，d_Ti)；

其中，τ_i是定义在T上的一个取值于[0，∞)中实数的函数，表示变迁T_i的点火阈限，在能耗过程模型中用以表示为进行生产所必需的最少原料数或能耗设备工作所需的能源数量；

f_i是定义在T上的一个映象，它把T中的变迁映象为一个定义在其各输入强度Y_I(i_k，α_k)上的一个非负函数，称为模糊变迁T_i的状态转移控制函数，当f_i≥τ_i时模糊变迁具有点火的能力；

q_i∈Q是模糊变迁T_i的运算控制，用于表示能耗设备或单元能耗活动的动力学特性，通过q_i的运算得到特定量的输入能源经某种物理、化学反应后所产生的输出产品或中间产品的数量；

e_i∈E，e_i是与T_i相联系的外部事件；

R_i＝(ε，π_i)，ε表示T_i执行者的信息，即

而π_i∈∏∪{null}，如果ε＝0，π_i＝null，否则π_i∈∏；

Δ_i∈Δ表示执行该任务的外部工具；PO_i＝IPO_i∪OPO_i是模糊变迁T_i的输入输出数据对象集，IPOi⋐P]]>为T_i的输入对象集，OPOi⋐P]]>为T_i的输出对象集；

G_i∈G为T_i的门集，令G_i＝IG_i为T_i的输入门集，G_i＝OG_i为T_i的输出门集，它将消息令牌或不同物质流的传送、接收及路由的管理功能从模糊变迁与模糊库所中分离出来，使得模型的结构更加清晰、合理；

N_i＝(l，∫)，l表示该T_i的嵌套属性，

如果l＝1，∫∈EEC-FPN_S，EEC-FPN_S是EEC-FPN的子网；

对于离散的T_i，d_Ti为T_i引发的时延，而对于连续的T_i，则可定义模糊变迁T_i的最大激发速度为v_Ti，v_Ti＝1/d_Ti；

定义4：EEC-FPN中父网与子网之间的联系

如果EEC-FPN模型中存在嵌套型模糊变迁T_i，即l(T_i)＝1，∫(T_i)＝EEC-FPN_S，并且T_i的输入输出数据对象集分别为IPO_i和OPO_i，则SP(EEC-FPN_S)＝IPO_i，EP(EEC-FPN_S)＝OPO_i；

(二)基于扩展模糊Petri网的能耗过程仿真方法

具体步骤如下：

步骤1、初始化网模型，以及全局仿真时钟t和仿真结束时间tmax，确定模型中各模糊库所的初始标识M0(P)；

步骤2、确定当前标识是否为目标标识，如果是，仿真结束，否则，转入步骤3。(或者判断当前t的值，如果t≥t_max，仿真结束，否则转入步骤3；

步骤3、确定在当前t时刻的使能模糊变迁集T^E：

3.1、令A＝{a₁，a₂，…，a_n}^T＝0，E＝{e₁，e₂，…，e_m}^T＝0；这里，A表示各模糊库所的标识情况，E表示各模糊变迁的使能状况，其元素均为0或1；当模糊库所P_i，i＝1，2，…，n，的标识数大于0或其被供给时，a_i为1，否则a_i为0；当模糊变迁T_j(j＝1，2，…，m)使能时，e_j为1，否则e_j为0；

3.2、对于模糊库所P_i，i从1到n进行循环判断，如果M_i(t)＞0，则a_i＝1；否则a_i＝0；

3.3、对于任意满足条件a_i＝1的模糊库所P_i进行循环判断，判断与其相联的时限是否到时，如果是，a_i＝1，否则令a_i＝0；

3.4、对于模糊变迁T_j，j从1到m进行循环判断，当T_j的输入条件为“与”时，∀Pi∈Tj*,]]>(a_i＝1)∧(f_j≥τ_j)，则e_j＝1，否则，e_j＝0；当T_j的输入条件为“或”时，∃Pi∈Tj*,]]>(a_i＝1)∧(f_j≥τ_j)，则e_j＝1，否则，e_j＝0；

3.5、T^E＝{T_j|e_j＝1}为此刻使能的模糊变迁集；

步骤4、对使能模糊变迁集T^E中的每个模糊变迁T_j，根据时延分别确定其激发时刻t_j，并将t_j及其相应的激发模糊变迁T_j放入将来事件表T^F中；

步骤5、扫描模型的将来事件表T^F，找出最小的激发时刻min(t_j)以及相应的激发模糊变迁T_j；

步骤6、推进全局仿真时钟t＝min(t_j)，激发相应的模糊变迁T_j，按照下式计算相关模糊库所中的标识，得到下一时刻网的标识，转入步骤2：

①当模糊变迁为离散的

当T_j在t+dt激发后：

Mi(t+dt)=Mi(t)-I(Pi,Tj),∀Pi∈IOPjMi(t)+O(Pi,Tj),∀Pi∈OOPj,]]>这里I(P_i，T_j)和O(P_i，T_j)分别为模糊库所P_i和模糊变迁T_j间的输入、输出强度计算函数；M_i(t)表示时刻t模糊库所P_i的资源数量；

②当模糊变迁为连续的

在时刻t→t+dt里，P_i的标识变化：

Mi(t+dt)=Mi(t)-vj(t)·I(Pi,Tj)·dt,∀Pi∈IOPjMi(t)+vj(t)·O(Pi,Tj)·dt,∀Pi∈OOPj,]]>这里I(P_i，T_j)和O(P_i，T_j)同样分别表示模糊库所P_i和模糊变迁T_j间的输入、输出强度计算函数；M_i(t)表示时刻t模糊库所P_i的资源数量，而v_j(t)为模糊变迁T_j的激发速度。