一、引言
由于FMS具有离散性、柔性、资源共享以及运行过程中的不确定性，FMS运控软件是一类十 分复杂的计算机应用软件。在运控系统软件的开发过程中，依靠设计者的经验和人工代码审查测 试很难保证其正确性、有效性和可靠性，建立测试环境的目的是为FMS运控软件提供一种计算机 辅助形式的测试和排错手段以及一个模拟的FMS运行环境，从而使即将投入目标系统应用的软 件产品可以在该环境的模拟运行过程中被测试，同时可以对测试过程中发现的错误进行分析、归 类和定位，从而协助开发者纠正错误。
Petri网理论十分适合于描述离散事件动态系统(DEDS)，几十年来已取得了重大的理论进展， 并广泛地应用于计算机操作系统、通讯协议、决策系统和自动化领域等许多方面。PN理论具有坚 实的理论基础，具有地处理并发现象和非确定性现象能力。以网状图形表示系统模型的方法 [1] 与其 它DEDS建模方法比较，PN模型具有很多优势 [2] 。本文在建立FMS运控软件测试环境过程中，首 先对被测的FMS环境自动建模，在通过一系列的测试用例驱动以后，将运控软件产生的控制指令 转化为模型中的状态变迁，通过监控MPN模型来实现对被测软件的排错。
二、FMS的资源分类和资源结构定义
若将一般的机械加工FMS的资源分为加工设备(加工机床、辅助设备)、运输设备(装卸工、 小车、刀具机器人)、夹具(托盘)、缓冲站以及流动资源(工件、刀具)等，资源可定义为相应 结构。下面是模型中部分资源的结构，模型中其它库所的结构形式可采用类似的方法定义，而且， 资源结构的内容也可以根据应用需要自由扩展。
三、FMS环境的MPN自动建模
建立FMS的客观模型的难点在于：既要使模型简捷直观，又要使模型保留系统中的设备、环 境设置以及FMS中工件和刀具信息，以实现对整个FMS的协调和监控。通常情况下，如果工件 类型不同，加工路径、工序及可选设备都不同，若设备类型不同，则它们可完成的工件工序也不 同，夹具或托盘、缓冲站的情况也类似，所以在建立PN模型的库所和变迁时考虑工件及不同设备 类型，必然使得PN模型规模随这些因素显指数增大；另一方面，如果采用传统有色PN或谓词／ 变迁系统模型又会因为失去一些库所的个性特性而给FMS的协调和控制带来困难 [3，4] 。
FMS中的资源可分两部分：系统资源和流动资源，系统资源在系统的运行过程中数目和特性 不变，它们只有状态的变迁，如加工设备、缓冲站、装卸站、辅助设备、中央刀库及运输设备等； 流动资源作为系统的可变资源，它们在系统中既有物理位置的变更，又有自身特性的变化，如加 工工件和刀具等；两种资源的状态变化的综合构成了FMS的复杂性，换一个视角看，由于FMS的 基本事件并不多，一些典型的事件包括 [5] ：
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如果以这些基本事件作为PN模型中的变迁类型依据，就可以使PN模型得到最大限度的简 化，同时，为了在系统模型中保留资源的个性信息，本文对每一个库所采用结构的形式，本文称 这种具有结构库所的PN模型称为宏Petri网模型(MPN)，根据FMS可能发生的基本事件类型得到一般机械加工FMS的命令级物流和刀具流MPN子模型如图1和图2。
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在结构库所基础上建立的高级PN模型具有以下特点：(1)结构库所和变迁反映了DEDS中一 些事件的共性，在库所中引入结构以表达系统资源的个性，这是本模型区别于PN及其它高级PN 的最明显特征。(2)结构库所只反映相应状态的共性，集中体现了FMS资源的冲突、冲撞、混惑 等现象，同时，由于以结构库所中的变量替换了工件、刀具、加工设备等个性，使得该模型规模 只依赖于FMS中基本事件的数目，而不随系统流动资源的类型和数目、系统公用资源的数目显指 数增长，所以比其它高级PN模型具有更大的描述性和通用性。(3)网模型本身只关心库所中的托 肯，而与托肯的结构值无关。托肯所具有的结构形式不仅大大减小了模型规模，而且为实现对FMS 提供了一个全新的视角，它可以根据模型的应用场合随意扩展，以容纳更多的FMS基本事件有关 的信息。(4)基于结构库所PN建模适合于任何类型的FMS，在建模过程中，首先列举所有FMS 可能发生的基本事件类型，确定相应的库所结构，然后根据基本事件的因果关系确定变迁的结构， 建立整个谓词变迁模型，模型的初始标识及库所中托肯结构的值通过FMS的初始化获得，这一系 列过程很适合程序化、软件化。
四、测试过程及其应用
FMS运控系统测试环境实时检测软件控制信息、模拟环境产生的系统反馈信息以及每个可能 引起MPN模型状态变迁的信息将被实时地检测排错，出现调度欠当的情况下将输出警告信息，出 现致命错误时将立即停止本次测试，每次测试完成后可根据MPN模型运行过程中的统计数据的 被测系统进行客观评价。通过MPN对运控软件进行测试排错，根据MPN模型可以检测运控软件 产生的以下错误类型：(1)错误的变迁指令：如果一个变迁有发生权，则它能够发生；否则，变 迁不可能发生。如果运控指令企图使一个不具备发生权的状态变迁发生，则它为错误的运控指令。 (2)全局冲撞错误检测： FMS属于一类典型的D置DS，事件的并发性是它的重要特征之一，由于 变迁的时间滞后，不当的调度策略可能导致部分资源上的冲撞现象，检验的依据是资源库所的容 量。以及把资源库所作为目标库所的过程库所的数目。(3)违反指定调度策略的错误：对于基于 局部状态高度策略的FMS运行控制系统软件，针对系统中不同的决策点，需要预先指定相应的调 度策略。指定调度策略时，可能出现同一决策点的多级决策规则，检验过程中根据高度规则的优 先级，逐步缩小可选元素集合直到得到期望结果，将期望结果与实际的高度结果比较，可评价调 度策略的正确性。(4) FMS的物流死锁检测： FMS能够同时加工多种工件，各种类型的工件在并 发处理过程中共享系统的有限资源。对于这种系统，死锁是FMS运控软件所面临的一个重要问 题，物流的死锁是由于加工工件互相占有设备资源，同时互相等待对方所占有的资源引起的。 (5)FMS工具流的死锁检测：由于FMS一般存在多台加工机床，加工一个工件前，不同的机床准 备刀具的过程有可能独立进行，在一些加工设备上，可能引起彼此等待互为占有的刀具而死锁，这 是由于在解决刀具冲突过程中采用不合理的调度策略，与物流中的死锁现象有本质的区别，但可 用类似的方法检测。(6)故障情况下的错误行为：设备故障情况下，只有修复以后才能恢复其使 用状态，在此之前FMS运控软件不能为它安排加工作业或任务，否则为错误行为。
五、结论
FMS运控系统软件是一类较复杂的计算机工程应用软件，在建立其测试环境过程中，本文着 重研究了实现测试排错功能的途径：在一种新型高级Petri网基础上完成被测系统的自动建模，由 于这种模型在库所中引入了变量结构，更明确地反映了FMS中资源共享、冲突、冲撞等特性，而 且规模可控，适合于程序化；应用MPN模型，测试环境可以对FMS运控软件可能存在的109种 类型错误进行有效的检测和排错。
