基于隐式协调的自适应制造系统协调控制机制研究

Inspired by the biological behavior, looking the self-organization and self-adaptation as life features of manufacturing system, the relevant coordination control theories and models of self-adaptive manufacturing systems are researched by referring to these knowledge of the biological systems and biological control theory. From the point view of interdisciplinary of the manufacturing system, control systems and biological systems, how to apply the self-adaptive coordination and control mechanism of the implicit regulation to coordinate and control manufacturing systems is researched in order to enrich and improve control and coordination problems of biological manufacturing system, and solve the self-adaptation, self-organization and global optimal control problems of the current manufacturing control systems. The self-adaptive coordination and control model of manufacturing systems is established by using bio-inspired manufacturing cell. The operating mechanism and methods based on bio-inspired manufacturing cell are researched specifically. The self-adaptive immune monitoring model and operating mechanisms are researched of the manufacturing system. The coordination mechanisms and algorithms of manufacturing systems are researched based on immune monitoring combined with implicit coordination. The hardware simulation platform is developed to simulate and verify the coordination and control mechanism of self-adaptive manufacturing system.

受生物行为的启发，借鉴生物系统和生物控制论的相关知识，将自组织与自适应视为制造系统的生命特征，来研究自适应制造系统的相关协调控制理论与模型。拟从制造系统、控制系统、生物系统等学科交叉的角度，具体研究如何将基于生物隐式调节的自适应协调控制机理应用到制造系统协调控制中，从而丰富和完善生物型制造系统中的控制与协调环节，同时解决当前制造系统控制中的自适应、自组织和全局优化控制问题。首先通过建立有机制造单元来构造自适应制造系统协调控制模型，具体研究基于有机制造单元的自组织运作机制与方法；研究制造系统的自适应免疫监控模型与运作机制；研究基于免疫监控与隐式协调相结合的制造系统协调机制与算法；开发硬件仿真平台进行自适应制造系统协调控制机制的模拟和验证。

随着以全球化、动态化和用户驱动为显著特征的市场竞争的加剧,制造业面临着越来越大的挑战,现代制造系统的运行环境越来越充满了不确定性，如不可预知任务的变化、设备故障等。这些诸多的不确定因素，要求制造系统动态地协调来响应这些变化，使资源得到优化配置，达到制造系统运行的整体优化。传统的显示协调机制已经无法很好满足对制造环境变化的适应性以及对市场变化快捷响应的要求。如何使制造系统能够快速、高效和经济地适应市场需求，是对制造企业的一个严峻挑战。本项目受生物行为的启发，借鉴生物系统和生物控制论的相关知识，将自组织与自适应视为制造系统的生命特征，来研究自适应制造系统的相关协调控制理论与模型。拟从制造系统、控制系统、生物系统等学科交叉的角度，具体研究如何将基于生物激素-免疫调节的自适应协调控制机理应用到制造系统协调控制中，从而丰富和完善生物型制造系统中的控制与协调环节，同时解决当前制造系统控制中的自适应、自组织和全局优化控制问题。首先通过建立有机制造单元来构造自适应制造系统协调控制模型，具体研究基于有机制造单元的自组织运作机制与方法；研究制造系统的自适应免疫监控模型与运作机制；研究基于免疫监控与隐式协调相结合的制造系统协调机制与算法；开发了硬件仿真平台进行自适应制造系统协调控制机制的模拟和验证。研究了基于改进蚁群算法的柔性作业车间调度问题，开发了软件系统，并将该系统应用到某生产企业，效果良好。本项目的研究能够使制造系统研究中的协调控制问题得以完善和发展，为不确定性环境下的自适应制造系统的实现提供科学理论依据与有效技术支持。