第2章
基于生物啟發的智能制造系統仿生控制體系研究

2.1　引言

隨著人類社會的發展，傳統的控制理論與技術已經無法滿足現代制造業日益復雜的控制需求?，F代制造系統控制中越來越復雜的控制結構、充滿不確定性的運行環境、日益增強的系統性能要求，對現代制造系統的智能控制理論、結構和技術提出了更高的要求。因此，先進的制造控制系統理論需要與不同的學科進行交叉研究，從而推動制造系統智能控制技術的進一步發展。

早在20世紀60年代人工智能技術出現的時候，人們就發現模擬自然界各種生物的行為模式對智能技術的發展有非常重要的啟發作用，90年代后，有關智能控制技術的研究成果開始大量涌現，被廣泛應用到工業過程控制、航空航天器控制、故障自動診斷等眾多領域中，并取得了較好的效果，而其中對人類的智能研究最為重要。人體信息處理系統可以看成一個高級的生物信息處理系統，包括腦神經系統、遺傳系統、免疫系統和內分泌系統。隨著許多學者、專家對人體生理信息處理系統的組織結構、運行模式及控制機理不斷進行深入的研究，人們提出了很多先進控制理論與技術，如人工神經網絡、遺傳算法、人工免疫系統等。而現代制造系統的不斷發展也使生物系統與制造系統在控制特性上呈現出越來越多的相似性，生物系統中的多種智能控制特性正越來越多地被應用到新的制造模式中，如多智能體制造系統（MAMS）、分形制造系統（FrMS）、合弄制造系統（HMS）和仿生制造系統（BMS）等。在借鑒生物有機體的神經內分泌系統的控制運作機理的基礎上，我們提出了構建類生物化制造系統的研究思路。

本章首先對國內外基于智能控制技術的新型制造系統模式的研究現狀和方向趨勢進行了綜述，分析了現存制造系統的優缺點，引出本書的思路。其次，在對人體神經-內分泌系統控制機制及其信息處理機制仔細分析的基礎上，從宏觀上建立了類生物化制造系統遞歸控制模型，并給出了其形式化定義和描述。在對類生物化制造系統細化分析的基礎上，提出了智能自治基元的概念，搭建了控制結構，并對其類生物化性質進行了分析。本章是本書研究的總體框架和理論基礎，同時也為下一代智能制造系統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。