ВИБІР ТА ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ МЕТОДІВ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕСТОВОГО СТЕНДУ ДОЗУВАННЯ РІДИН
DOI:
https://doi.org/10.20998/2313-8890.2025.07.01Ключові слова:
методи математичного моделювання, дискретні динамічні системи, дозування рідин за вагою, мережі Петрі, скінченні автомати, DEVS, BPMN/SFC, формальна верифікація, паралелізм процесів, PLC/SCADAАнотація
Анотація. Метою статті є вибір та обґрунтування методу математичного моделювання тестового стенду дозування рідин за ваговим принципом як дискретно-подієвої системи з паралельними процесами. Запропоновано критерії відбору методів (відповідність дискретно-подієвій природі, підтримка паралелізму, можливості формальної верифікації, наявність інструментів, придатність до імплементації в PLC/SCADA) та проведено порівняльний аналіз підходів: FSM, алгоритмічне програмування (ST/LD/FBD), графи переходів/станів, системна динаміка, DEVS, BPMN/SFC та мережі Петрі. Показано, що мережі Петрі найповніше задовольняють визначені критерії для задач керування процесом наливу: природно відтворюють паралелізм і синхронізацію, дозволяють моделювати ресурсні конфлікти, а також підтримують формальну верифікацію (досяжність, живучість, відсутність тупиків). Наведено фрагмент моделі PN для підпроцесу «налив → стабілізація → контроль» та окреслено перехід до таймованих і кольорових PN для відображення часових затримок і типізованих токенів. Практичний внесок полягає в узгодженні моделі з інструментами CPN Tools/PIPE/TAPAAL/HPetriSim і в рекомендаціях щодо мапування PN на логіку IEC 61131-3 для подальшої інтеграції в PLC/SCADA. Результати можуть бути використані для проектування, верифікації та HIL/SIL-тестування алгоритмів дозування на експериментальних і напівпромислових стендах.
Посилання
Havva O. M., Yalovych S. M. (2021). Synthesis of a precise liquid product dosing system based on electro-pneumatic complexes. Food Industry Technologies, 2021. № 3. С. 45–52., DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.247187.
Cassandras C. G., Lafortune S., Introduction to Discrete Event Systems. 3rd ed. Cham: Springer, 2021. с. 1–52. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-72274-6.
Kurdiumov D. S., Kunchenko T. Yu. (2025). Review of existing and prospective methods and algorithms for liquid dosing by weight. Power Engineering, Electronics and Electromechanics, 2025. №6. С. 12–22, DOI: https://doi.org/10.20998/2313-8890.2025.06.02.
Fajardo S., Kleijn J., Takes F. W., Langejans G. H. J. Modelling and measuring complexity of traditional and ancient technologies using Petri nets // PLOS ONE, 2022. Vol. 17, No 11, e0278310. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0278310.
Fernandes Costa T., Sobrinho Á., Chaves e Silva L., da Silva L. D., Perkusich A. Coloured Petri Nets-Based Modeling and Validation of Insulin Infusion Pump Systems // Applied Sciences, 2022. Vol. 12, No 3, Article 1475. DOI: https://doi.org/10.3390/app12031475.
Kapustianov Yu. I., Sobchuk V. V. Theory of Dynamic Systems: Textbook, 2023. Kyiv: KNU.
Kounev S., Spinner S., Huber N., Brosig F. Introduction to Performance Modeling and Engineering of Distributed Systems Using Petri Nets // ACM Computing Surveys, 2020. Vol. 53(4). Article 74. DOI: https://doi.org/10.1145/3397995.
Barad, M. Petri Nets-A Versatile Modeling Structure. Applied Mathematics, 2016. №7(9). Р. 829–839. DOI: https://doi.org/10.4236/am.2016.79074
Davidrajuh R., Skolud, B., Krenczyk D. Performance Evaluation of Discrete Event Systems with GPenSIM. Computers, 2018. №7(1). DOI: https://doi.org/10.3390/computers7010008
Li Y. Fault diagnosis of PLC-based discrete event systems using Petri net models. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, 2022. №236(2). Р. 143–155. DOI: https://doi.org/10.1177/09596518221117098.
Garcia-Vargas I., Senhadji-Navarro R. A New Approach for Implementing Finite State Machines with Input Multiplexing. Electronics, 2023. Т. 12. № 18. Арт. 3763. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics12183763.
Rosiak K., Schlie A., Linsbauer L., Vogel-Heuser B., Schaefer I. Custom-tailored clone detection for IEC 61131-3 programming languages. Journal of Systems and Software, 2021. Т. 182 Арт. 111070. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jss.2021.111070.
André É., Liu S., Liu Y., Choppy C., Sun J., Dong J. S. Formalizing UML State Machines for Automated Verification – A Survey. ACM Computing Surveys, 2023. Т. 55, № 13. DOI: https://doi.org/10.1145/3579821.
Zanker M., Bureš V., Tučník P. Environment, Business, and Health Care Prevail: A Comprehensive, Systematic Review of System Dynamics Application Domains. Systems, 2021. Т. 9, № 2. Арт. 28. DOI: https://doi.org/10.3390/systems9020028.
Foguelman D., Henning P., Uhrmacher A. M., de Castro R. D. EB-DEVS: A formal framework for modeling and simulation of emergent behavior in dynamic complex systems. Journal of Computational Science, 2021. Т. 53. Арт. 101387. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jocs.2021.101387.
Fernandes J., Reis J., Melão N., Teixeira L., Amorim M. The Role of Industry 4.0 and BPMN in the Arise of Condition-Based and Predictive Maintenance: A Case Study in the Automotive Industry. Applied Sciences, 2021. Т. 11. № 8. Арт. 3438. DOI: https://doi.org/10.3390/app11083438.
Grobelna I., Karatkevich A. Challenges in Application of Petri Nets in Manufacturing Systems. Electronics, 2021. № 10(18):2305. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics10182305.
HPetriSim: A graphical editor and simulator for Petri Nets. GitHub. URL: https://github.com/Uzuul23/HPetriSim (дата звернення: 11.08.2025).
Lladó C. M., et al. PIPE 2.7 overview: A Petri net tool for performance modeling and evaluation. Proceedings of ICPE ’22, 2022. DOI: https://doi.org/10.1145/3543146.3543163.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через [6 місяців] з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).