基于数字激素的智能制造系统自组织调控技术研究

In the current environment, modern manufacturing systems are full of uncertainties, and accompanied by continuous changes and unpredictable tasks and events. In order to effectively deal with the various uncertainties in the dynamic manufacturing environment and quickly adapt to various changes, more reasonable self-organizing control methods and decision optimization techniques are needed. Therefore, inspired by hormone regulation mechanism, the digital-hormone based control model of manufacturing system is proposed. The main points of the project are: (1) based on the real-time state information of the workshop, a digital hormone model is setup. Combined with the control architecture of the manufacturing system, digital hormone regulation model is established. (2) On the basis of hormone diffusion and reaction principles, the releasing and reacting mechanisms of the production resources are investigated and the dynamic and organic self-organization of local production resources is explored. (3) Based on global dominance and local autonomy of digital hormonal regulation the real-time decision-making approach of manufacturing system is studied under the control of digital hormonal regulation mechanisms. (4) The software and hardware simulation platform are developed to simulate and verify the digital hormone regulation mechanisms of the proposed system. The research results of this project can provide guidance for the enterprise to carry out construction of digital intelligent manufacturing system, and moreover, it will enrich the control theory and method intelligent manufacturing systems.

新形势下，制造系统的运行环境充满了诸多不确定性，经常伴有持续变化而又不可预知的任务和事件。为了有效地应对动态的制造环境并快速地适应各种变化，制造系统需要更加合理的自组织调控方法和决策优化技术。为此，本课题受激素调节机制的启发，提出制造系统的数字激素调控模型。具体研究内容为：(1)根据车间实时状态信息，构建数字激素模型，并结合制造系统的控制构架，建立制造系统数字激素调控模型。(2)基于激素的反应扩散机制，具体研究生产资源数字激素的释放与反应机理，探讨生产资源之间动态、有机的自组织调控。(3)建立扰动环境下的数字激素模型，基于数字激素的全局主导和局部自治特性，研究制造系统数字激素调控下的实时决策方法。(4)开发相应的软硬件仿真平台对提出的制造系统的数字激素调控机制进行模拟和验证。本课题的研究成果能够为企业开展数字化智能制造系统建设提供指导，同时丰富和完善了智能制造系统调控理论与方法。

随着社会经济的发展，市场竞争日益加剧且越来越多地呈现出全球化、动态化和用户驱动的特征。在新的形势下，制造系统的运行环境充满了诸多不确定性，经常伴有持续变化而又不可预知的任务和事件。如何寻找合理的制造系统自组织调控方式和决策优化技术来适应各种变化的需求是当前制造系统必须考虑的关键问题。在此背景下，本项目受激素调节机制的启发，提出制造系统的数字激素调控模型，并对制造系统协调控制技术进行了深入的探讨，主要研究工作如下：.(1)借鉴生物有机体的激素调控原理，结合车间实时状态信息，构建了数字激素模型；并结合类生物化制造系统的控制构架，建立了制造系统数字激素调控模型。.(2) 基于生物激素的调节模型，研究了数字激素的反应扩散机理，定量表征了数字激素在生产过程中交互影响；基于数字激素释放与反应机理，研究了生产资源之间进行协作并做出动态、有机的自组织运作方法，该方法提高了系统的动态适应性。.(3) 在制造系统实时运作的基础上，研究了扰动环境下制造系统单元之间基于数字激素的相互调节和作用，实现生产资源和任务的自组织协调分配；基于数字激素调控的全局主导和局部自治特性，研究了生产资源局部自组织决策与生产计划决策全局优化方法。.(4) 根据类生物化制造系统数字激素的体系架构，开发了相应的软硬件仿真平台，并对提出的制造系统的数字激素调控机制进行模拟和验证。.本课题将生物调节机制在制造系统协调控制方法领域进行了深入的研究，丰富了智能制造系统调控理论与方法，提高现代制造系统应对动态化需求的快速响应能力，以期为“中国制造2025”战略的推进做出应有的贡献。成果能够为企业开展智能制造系统数字化提供指导，对于改善和提高我国制造业水平具有现实指导意义。