第2章
基于生物啟發(fā)的智能制造系統(tǒng)仿生控制體系研究

2.1　引言

隨著人類社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制理論與技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)日益復(fù)雜的控制需求。現(xiàn)代制造系統(tǒng)控制中越來越復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)、充滿不確定性的運(yùn)行環(huán)境、日益增強(qiáng)的系統(tǒng)性能要求，對現(xiàn)代制造系統(tǒng)的智能控制理論、結(jié)構(gòu)和技術(shù)提出了更高的要求。因此，先進(jìn)的制造控制系統(tǒng)理論需要與不同的學(xué)科進(jìn)行交叉研究，從而推動制造系統(tǒng)智能控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

早在20世紀(jì)60年代人工智能技術(shù)出現(xiàn)的時候，人們就發(fā)現(xiàn)模擬自然界各種生物的行為模式對智能技術(shù)的發(fā)展有非常重要的啟發(fā)作用，90年代后，有關(guān)智能控制技術(shù)的研究成果開始大量涌現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用到工業(yè)過程控制、航空航天器控制、故障自動診斷等眾多領(lǐng)域中，并取得了較好的效果，而其中對人類的智能研究最為重要。人體信息處理系統(tǒng)可以看成一個高級的生物信息處理系統(tǒng)，包括腦神經(jīng)系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)。隨著許多學(xué)者、專家對人體生理信息處理系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式及控制機(jī)理不斷進(jìn)行深入的研究，人們提出了很多先進(jìn)控制理論與技術(shù)，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、人工免疫系統(tǒng)等。而現(xiàn)代制造系統(tǒng)的不斷發(fā)展也使生物系統(tǒng)與制造系統(tǒng)在控制特性上呈現(xiàn)出越來越多的相似性，生物系統(tǒng)中的多種智能控制特性正越來越多地被應(yīng)用到新的制造模式中，如多智能體制造系統(tǒng)（MAMS）、分形制造系統(tǒng)（FrMS）、合弄制造系統(tǒng)（HMS）和仿生制造系統(tǒng)（BMS）等。在借鑒生物有機(jī)體的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的控制運(yùn)作機(jī)理的基礎(chǔ)上，我們提出了構(gòu)建類生物化制造系統(tǒng)的研究思路。

本章首先對國內(nèi)外基于智能控制技術(shù)的新型制造系統(tǒng)模式的研究現(xiàn)狀和方向趨勢進(jìn)行了綜述，分析了現(xiàn)存制造系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，引出本書的思路。其次，在對人體神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)控制機(jī)制及其信息處理機(jī)制仔細(xì)分析的基礎(chǔ)上，從宏觀上建立了類生物化制造系統(tǒng)遞歸控制模型，并給出了其形式化定義和描述。在對類生物化制造系統(tǒng)細(xì)化分析的基礎(chǔ)上，提出了智能自治基元的概念，搭建了控制結(jié)構(gòu)，并對其類生物化性質(zhì)進(jìn)行了分析。本章是本書研究的總體框架和理論基礎(chǔ)，同時也為下一代智能制造系統(tǒng)的控制組織模型提供一個參考方案，具有重要的理論研究意義。