制造系统体系结构分类探析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：从集中式到分布式、混合式的发展，制造系统体系结构逐渐从紧耦合向松耦合变迁，而自治性和动态灵活性逐渐增强。图3-1制造系统控制体系结构发展及其特点分层递阶体系采用层次控制的方法，对制造系统的控制功能进行分解，不同层次之间具有不同的功能，上下层之间存在主从关系，同一层次实体独立控制，信息不能相互传输，下层实体只服从上层指令，并将信息反馈给上层。因此，混合体系结构具有多种不同结构。

近些年，围绕着容错能力、可扩展性、可重构性等要求，制造系统体系结构得到了很多学者和企业的研究和关注，而制造系统的控制体系结构也得到了长足发展，如图3-1 所示，经历了从集中式、分层递阶式、分布控制式和混合式的形式变迁。从集中式到分布式、混合式的发展，制造系统体系结构逐渐从紧耦合向松耦合变迁，而自治性和动态灵活性逐渐增强。

集中式体系结构将控制集中于一台中央计算机上，进行全局资源优化控制，通过指令对全局进行统一控制决策。该体系结构在系统动态灵活性、鲁棒性和实时反馈方面存在一定的局限。

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图3-1　制造系统控制体系结构发展及其特点(https://www.chuimin.cn)

分层递阶体系采用层次控制的方法，对制造系统的控制功能进行分解，不同层次之间具有不同的功能，上下层之间存在主从关系，同一层次实体独立控制，信息不能相互传输，下层实体只服从上层指令，并将信息反馈给上层。

分布式体系结构是把整个系统划分成多个独立自治的实体，相互之间通过信息传递实现系统的整体功能和控制。局部实体享有独立自治权，由事先定义好的协商规则进行全局决策。

经历了分层递阶和分布体系结构，研究发现单纯的分层递阶和分布式结构不能满足现代制造系统柔性的要求，对复杂制造系统的变动性，各种扰动不能及时、有效地调整和适应。因此，相关学者通过结合两者的特点发展了混合式体系结构，该体系结构将整个系统划分成若干个独立自治实体，并将传统的集中式决策分散到各个实体上进行分布控制。同时，建立一定的实体间协调机制，对同层实体允许相互协调。混合式体系结构将分层递阶体系结构的整体控制性能和分布体系结构的灵活性结构起来，与此同时，不同学者根据不同的制造系统，对递阶与分布层都进行不同的设计。因此，混合体系结构具有多种不同结构。在提高了系统整体结构设计灵活性的同时，对控制体系设计的难度也随之增加，因此，该体系结构得到了越来越多学者的关注和研究。

制造系统体系结构分类探析

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