基於神經-體液調控機制的有機製造系統自適應控制研究

《基於神經-體液調控機制的有機製造系統自適應控制研究》是依託南京航空航天大學，由唐敦兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於神經-體液調控機制的有機製造系統自適應控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐敦兵
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

借鑑生物有機系統的神經-體液調控機制及自適應與自組織規律，提出了有機製造系統的概念。擬從製造系統、生物系統、控制系統學科交叉的角度，具體研究如何將生物有機體的神經-體液自適應調控機制和規律借用到製造系統調度、規劃與管理中，利用神經-體液協調方式的同步性強、全局最佳化能力好等特點，解決目前製造系統建模中的自適應、自組織和全局最佳化控制問題。通過建立有機製造單元來構造類生物化的有機製造系統，具體研究基於有機製造單元的多主體協調與遞歸控制理論和方法，探索有機製造系統的自適應與自組織機制，研究帶有神經-體液調節規律的有機製造系統協調模型。基於神經內分泌激素調節規律，建立有機製造系統的多重反饋控制模型，在此基礎上提出有機製造系統自適應最佳化調度算法，使得干擾環境下能實現車間層的快速自適應調度與控制。開發硬體與軟體平台對有機製造系統的神經-體液調控機制進行模擬和驗證。

結題摘要

隨著以全球化、動態化和用戶驅動為顯著特徵的市場競爭的加劇，製造系統的運行環境也越來越充滿了不確定性，經常伴有持續變化而又不可預知的任務和事件，如何快速有效地應對製造環境中出現的各種不確定性因素是現代製造系統必須考慮的一個關鍵問題，尋求具有自適應和自組織特徵的智慧型製造系統也一直是一個亟待解決的難題。本項目在此背景下，借鑑生物有機系統的自適應與自組織規律，首次提出了有機製造系統的概念，並對有機製造系統的理論與技術進行深入的探討，主要研究工作如下： 1.在對人體神經-內分泌-免疫系統的調控原理及信息處理機制分析的基礎上，建立了有機製造系統的協調控制模型； 2.基於內分泌激素調節機制，研究了智慧型化車間調度的改進型遺傳最佳化算法和自適應粒子群算法，仿真結果表明所提方法可以提高調度質量和穩定性； 3.借鑑生物體神經-內分泌調節機制，提出了有機製造系統車間動態調度方法。結果表明該方法在擾動環境下可以很好的完成動態調度並提高製造系統性能； 4.基於激素反應擴散的隱式協調原理，提出了有機製造系統的任務-資源隱式協調方法，該協調方法減少了有機製造系統協調控制過程的通訊量，提高了系統的動態適應性； 5.將神經內分泌系統的分散式協調機制運用到多AGV系統的自組織運作研究中，設計了運輸任務分配和多AGV自適應最佳化調度機制，該機制很好的解決了多AGV放碰撞及防死鎖問題； 6.根據神經內分泌反饋調節機制建立了製造系統在制品庫存與積壓任務自適應控制模型，實驗結果表明所提模型的控制效果優於常用的PID控制器，並具有強魯棒性。 7.在分析製造系統擾動的基礎上，將生物免疫機制套用到有機製造系統的監控過程中，提出了相應的免疫監控模型及其運行機制，設計了免疫識別、免疫狀態評估、免疫應答等功能模組，並給出了套用示例。 8.根據有機製造系統的體系構架，搭建了有機製造系統軟硬體仿真運行平台，並對該平台所需要的相關技術進行了研究，相關模型和算法在航空製造車間得到了套用驗證。 課題組借鑑生物系統的優良調控機制對有機製造系統的組織體系、協調方法、控制技術等方面進行了深入研究，提高現代製造系統應對動態化需求的快速回響能力，以期為“中國製造2025”戰略的推進做出應有的貢獻，另外，也可將研究成果進行轉化，指導製造企業的實際運作，對於改善和提高我國製造業的整體水平具有非常重要的現實指導意義。