1．引言

  MS即智能制造系统, 或许是迄今为止已启动的、在制造技术方面最大的国际合作研究计划。它包括6个方面的内容：①流程工业的洁净制造; ②全球并行工程; ③面向21世纪的全球制造; ④快速产品开发; ⑤holonic 制造系统; ⑥知识的系统化。

  其中，holonic是MS中的第五个部分，本文简单的介绍了 holonic的概念与基本结构，并对它的发展与所需做的进一步研究做了简单的描述。

  2．Holonic的基本概念

  1967 年Koest ler 在他的题为《机器里的灵魂》一书中提出了一个新的词“holon”。它是由希腊文holos (可以解释为“全”) 加后缀on (可以解释为“部分”) 构成的, 因此ho lon 可以解释为“同时为一整体且为一整体的一部分”。Holon是一个自依赖单元，一方面，它具有独立性，可以不访问上一级系统就可以对当前的突法状况做出一定的反应。一方面，它有具有协调性，每个“holon”又受到多个上级“holon”系统的影响，它们会接受上级控制“holon”系统的建议对自己的操作进行修改。因为其“为一整体且为一整体的一部分”，所以，一个“holon”又可能是另一个“holon”系统的一部分。目前，“holon”并没有一个较为固定的中文名。在文献[1]中，它被意译为“全能体”。在holonic系统中，有以下相关的定义与概念，以方便理解holon概念并将其引入到实际的制造系统中。

  Holon：是制造系统中用于转换、运输、存储或处理信息和物理对象的自治的、协作的模块。holon 由信息处理部分和通常的物理处理部分组成; 一个holon 可以是另一个holon 的一部分。

  自治性：一个实体实行／指定自身的计划或决策的能力。

  协作性：几个实体之间接受相互的计划并将其规划实施的能力。

  holon 体系结构(holarchy) : 能够协作达到一个目的或目标的holonic 系统。holarchy 定义了holon 协作的基本规则, 同时也限制了其自治性。

  holonic 制造系统(HMS) : 集成了所有制造活动的ho lon 体系结构, 包括从合同签订、设计、生产、打入市场到实现敏捷制造企业。

  holon 属性(ho lon ic at t ribu tes) : 一个实体成为ho lon 的属性。自治性和协作性是最基本的holon 属性。

  一个良好的holon可以由其他holon组成，并具有独立处理问题的能力与集成的趋向。独立处理问题是指一个holon能够自己对外界的变化做出良好的反映，而集成的趋向是指，当不同holon系统之间发生冲突时，holon系统之间能过较好的相互协调，达到全局最优化的结果。

  一般而言，holon的独立性与集成性是一个相互矛盾的过程，需要通过外界干扰的程度来进行协调。如果外界干扰的程度较大时，独立性的成分较高，而当外界干扰程度较小时，集成性的成分则更大一些。

  对于任何层次的holon来说，都需要在自治的同时与同层次的holon进行协调，在协调中构成了新的也具有自治协调性的holon，同样，这个holon也需要与同层次的holon进行协调。这种不断协调的过程构成了HMS(Holonic Manufacture System)。如图一所示：

    图1：HMS的简单示意

  与传统的CM生产线模式相比，HMS具有更高的自主性，面对生产中所发生的突发事件有着较强的自动处理修复能力，整个HMS是向着全局效率最优这个目标而进行生产的。另一方面，CM只是简单的代替了人在生产中起的作用，在很大程度上将人与生产分开，而HMS则是提高人在生产中的控制能力，有机的将人本身与生产有机的结合，充分的发挥了人在生产中的不可替代的作用。

  3．Holon模式制造系统参考

  Van Brussel 教授等人提出的一个HMS 参考模型，它包括三个部分。 他们认为制造需要包括三个方面的信息：一，自身的材料、资源等方面的信息。二，产品工艺参数，外型参数等方面的信息。三，用户需求，交货期限，交货数目等方面的信息。从这三方面出发，建立了一个有三部分的HMS模型。第一部分为控制资源信息的资源Holon，第二部分为控制产品要求信息的产品Holon，第三部分为控制用户需求信息的定单Holon。

  资源Holon：它包括物理部分(即生产资源) 和信息处理部分(用于控制生产资源) , 它为其它holon提供生产加工能力。资源Holon是制造中一切资源如托盘，物料，机器人，夹具，刀具，工人，能量等的分配与虚拟。它利用自身保存的对资源分配的知识，对当前资源状况进行分析，并与其他Holon进行协调来控制制造中所有资源的分配。

  产品Holon：它保存有工艺和产品知识, 以保证加工产品的质量。产品holon 包括整个产品生命周期的最新信息, 以及用户需求、设计、工艺规划、物料表、质量保证过程等。因此, 它保存的是“产品模型”, 而不是“产品状态模型”。产品holon 对于HM S 中的其它holon 来说, 相当于信息服务器。它利用自身的知识与CAX方面的协调对产品的具体加工过程进行了整体上的控制。

  定单Holon：它储存了用户需求的信息，帮助另外两个Holon系统对产品制造的选择，控制等问题进行协调。订单holon 可以表示用户订单、库存订单、原型制作订单以及用于维护和修理资源的订单等。订单holon 可以看作是具有控制行为的实体, 负责管理订单通过加工系统, 在此过程中订单holon 与其它订单holon、资源holon 之间都要协商以得到加工。

  图2是这三种Holon之间的联系。订单holon与资源holon之间交换生产运行知识, 产品holon与订单holon之间交换生产知识, 产品holon与订单holon之间交换加工运行知识。

  加工知识是指在某个资源上能完成某个任务的能力。具体的说，就是现有的资源能够完成的加工质量、数量等。

  生产知识是指如何使用某种资源来完成产品的制造，如使用车床如何完成某零件的切削等等。

  加工运行知识包括有关在资源上加工进展的信息和方法, 如如何请求加工开始的知识、预约资源的知识、如何请求资源开始加工的知识等, 都是加工运行知识。

    图2:HMS的基本组成与联系

  在这些Holon之外还应有一个辅助Holon来实现各个Holon之间的协调。

  如果说这三个Holon都是具备独立完成任务的系统，彼此之间也具有一定的协调能力，那么辅助Holon就是一个给这三个Holon提供生产建议的专家。辅助的Holon不是单纯的介入三个Holon系统中去决定他们的操作，只是在三个普通操作系统中加入一个权值，最终的决定权仍旧在独立的Holon系统中。

  加入辅助Holon系统不仅可以较为平稳的是实现传统的阶梯式控制到新型控制的过度，另一方面它增强了基本holon的功能, 进而消除了系统优化中鲁棒性和敏捷性的相互影响。由于系统的分布式结构, HMS具有鲁棒性和敏捷性并易于扩展和重组。增加辅助holon后, 基本holon 尽可能服从辅助Holon的建议, 并以自治的方式完成它们的任务。而当情况不适合的适合，基本Holon又要更多的自主决定问题。

  4．HMS展望

  HMS虽然在研究中有许多进展，但是仍旧存在许多问题。

  1.对HMS的研究还多处于实验阶段，并没有投入实际的生产中，将理论转化为实践还需要一定的过程。

  2.人在HMS中应该起一个什么样的作用。尽管在HMS中十分强调人的作用，但是在HMS中人应该起一个怎样的作用仍旧是研究的一个方向。

  3.HMS的理论和实际实现，尽管提供了一个简单的三部分框架，但是HMS的实际运用仍旧需要进一步的研究。

  4.HMS中的holon设计, 研究holon的结构和基本组成、holon 的行为等。在这个方面, 有人采用分布式人工智能中的Agent理论设计HMS中的holon。

  5.holon之间的协调机制，Holon系统究竟应该以什么形式进行协调，这方面的研究并不多见。

  作为一个新型的制造系统HMS有着其自身的优势，但许多东西仍在研究中，等待着人们进一步的进行完善。(e-works)