随着工业互联网技术的发展,工业4.0和中国制造2025倡导的智能制造系统集成了越来越多的单元设备,系统规模日益增长,而且小批量、多批次和定制化的动态强度日趋剧烈,这使得无论调度策略的求解还是控制代码的设计,都面临着巨大的计算复杂性挑战。加上调度层和控制层割裂,很难满足信息物理系统对于生产事件快速灵活响应的要求。为了解决上述问题,本文将上层调度和底层控制紧密结合,以Petri网为建模工具,Twin CAT为计算平台,提出了制造系统的调度与控制一体化方法。本文的研究工作主要有以下几个方面:1)文中定义了一种兼顾调度和控制的新型Petri网,称为平行Petri网,从而集成地描述了传感器、执行器、任务和资源信息,构建制造系统的信息物理系统模型。除了普通Petri网结构外,还定义了动作函数和激活函数,并将其映射到库所结点,解决了网模型与环境交互的问题。并分别给变迁和动作函数加上标签和时间信息,使之不局限于控制,同样适用于调度。最后,给出了平行Petri网的执行算法,并定义了合法行为,得到了制造系统平行Petri网的一般设计方法。2)针对平行Petri网,给出了其优化调度方法。首先,描述了融合结构和宏库所,进而给出平行Petri网到赋时Petri网的抽象简化方法,大规模压缩优化调度所需搜索的状态空间。基于赋时Petri网,求解得到最优调度策略并定义了策略Petri网来描述。3)设计了平行Petri网和策略Petri网的同步执行算法,构建了基于平行Petri网的制造系统调度与控制一体化执行框架。4)构建了基于平行Petri网的调度与控制一体化框架,以Twin CAT为计算平台,柔性组装系统为实验平台,编写了C程序和PLC程序,使得Petri网与被控物理对象平行演化,实现了平行Petri网在策略Petri网的引导下对物理过程的调度和控制。本文方法能够统一地解决调度与控制问题,使得系统能够快速响应外界需求和变化,提高了生产效率,为Petri网在制造系统中的工程应用提供了有效工具。