14、工业网络物理系统中的整体控制架构解析
工业网络物理系统中的整体控制架构解析
1. 引言
在过去20年里，整体控制架构（HCAs）在制造生产领域得到了广泛研究与发展，是一种有效的系统控制解决方案。其在不同工业领域都有应用，涵盖汽车、铁路和制药等行业。接下来将深入探讨现有整体架构，明确其对工业网络物理系统的贡献。
2. HCA 基础原理
- 决策制定：决策是 HCA 的基本属性。在工业工程中，决策是缩小可能性集合的活动，与之相关的概念是“自由度”。从这个角度衍生出经典决策活动，如选择、排序等，涵盖离散和连续领域。在 HCA 中，决策融入更大的决策过程，包括监控、启动、设计可能决策、先验评估、决策、实施和后验评估等活动。
- 决策过程类型：决策过程（整体行为）可分为反应式（对刺激的自动反射响应）和主动式（目标导向响应）。反应式整体感知环境刺激并按预编程行为响应，主动式整体不仅能对刺激做出反应，还能主动实现自身目标。整体在决策时总是试图选择最优决策，可借助模拟或优化模型。由于整体层级的递归性，决策过程也是递归的，可在不同层级的整体中实现。
- 适应性：整体在不断变化且难以预测的环境中运行，其预定义目标可能因环境变化而失效，因此需要具备适应性，根据对环境的了解修改目标，这就要求整体从经验和环境中学习，通过获取生产系统的数据生成新知识。
- 自主性：自主性指每个整体在决策能力方面的自由度，可与优化工具中的搜索空间约束相关联。自主性水平可在设计阶段由设计者设定，也可在运行阶段由