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人体生理机构中的内分泌系统是人体用来调节机体，适应内外环境变化的重要生理系统，其通过腺体的形式分布在机体的各个部分，在实现分布式调控功能的过程中表现出了许多优异的控制协调功能特性。比如，内分泌系统对机体中枢神经系统运作过程的影响、内分泌功能所具有的各种不同的情感反应、机体内部基于激素反应扩散机制的隐式协调机制、不同生物有机体中内分泌系统所体现出来的同源性等。这些内分泌系统的功能特性不仅是生物控制领域的研究重点，也是我们基于该信息处理机制建立新型智能制造系统—类生物化制造系统模型的理论基础和思想来源。
所谓内分泌系统，指的是生物有机体内部的某些组成部分通过向生物体内部分泌某种生物活性物质来实现机体调控的某些功能的生理系统。而这些由内分泌系统中特殊细胞（器官、组织）向机体内部分泌的、代表一定特殊含义的生物活性物质被称为激素（Hormone），其既可以由一个细胞分泌后通过体液环境传递给另外的细胞，也可以在细胞或组织内部进行传递。激素对人类机体的正常运作具有极其重要的调控作用，其中最常见的激素有甲状腺激素、生长激素和性激素等。比如，甲状腺激素的主要作用是可以促使人体蛋白质合成的有效进行，快速吸收有利于人体的糖分物质，刺激人体机体的生长及神经系统的兴奋度等；生长激素的主要作用则是刺激人体除神经组织以外的各种肌肉、器官等组织的发育和生长，促进机体内各种有益蛋白质的合成，维持机体的新陈代谢功能，是人体生长发育的重要组成部分。
在人体生理系统的各种组织器官中，有一部分器官的主要功能就是合成这些含有一定信息的化学物质（激素），并将其分泌到机体的内环境中，这些器官统称为内分泌腺体。在人体内分泌系统中，分泌激素的主要腺体包含大脑里的下丘脑、垂体（主要接收神经系统的感应信息，发出各种刺激应对指令）和人体内部的甲状腺、肾上腺（主要用来接收相应刺激指令，分泌激素调节人体机体的内部运行）等。对应地，人体内部负责合成和分泌这些不同性质化学物质（激素）的功能细胞就是内分泌细胞。内分泌细胞一般主要集中在各种不同的内分泌腺体中，在人体其他一些主要的功能器官中也有少量的分布。在内分泌细胞中，有些细胞的功能不仅仅是合成和分泌激素，其同时还具有神经细胞的功能，即可以接受、产生和传导各种神经波动，这种内分泌细胞被称为神经内分泌细胞，其所分泌的激素就是神经激素。人体内部能够接受激素并受其影响的器官被称为靶器官；同理，能够被激素作用和影响的细胞被称为靶细胞。若某种内分泌腺体既可以分泌激素，同时又可以受到某种激素的影响，其通常也被称为这种激素对应的靶腺。人体内分泌系统正是由这些内分泌腺体和内分泌细胞等通过激素所构成的一个复杂的重要的人体生理系统。
如上所述，人体内分泌系统主要的构成部分包括内分泌腺体、内分泌细胞和内分泌分子，其完整的神经内分泌结构如图2.5所示。图2.5所示的神经内分泌系统主要可以实现三种情况下的机体内环境调控作用。第一种是由神经内分泌腺体或细胞直接针对非内分泌靶器官分泌神经激素进行调节和控制。第二种是由神经内分泌腺体或细胞针对大脑中的腺垂体分泌出相应的神经激素，刺激其分泌对应的激素，通过该垂体分泌的激素来对机体内的器官或组织进行合适的调控。第三种情况是最复杂的一种情况，其不再是某种单一神经激素与腺体或垂体的对应调整，而是通过众多不同神经激素、促激素、靶器官和靶腺体等综合协调联动对人体复杂的各种内外环境进行动态处理。
图2.5 神经内分泌系统
1. 内分泌腺体
所谓内分泌腺体，是指人体器官中由大量内分泌细胞聚合所形成的，具有分泌激素功能的器官或组织，如人体内的下丘脑、腺垂体、胰腺、甲状腺和肾上腺等。
（1）下丘脑和腺垂体
大脑是人体最重要的器官之一，其组成复杂、功能全面，而下丘脑和腺垂体就位于大脑这个人体控制中心，共同构成了人体重要的生理调节系统—内分泌网络的控制中枢。下丘脑负责处理各种由人体神经网络感应所传输来的神经信号，并将其转换为各种对应的神经激素物质，由这些神经激素物质对相应的腺垂体进行作用，促进或抑制某种腺垂体的激素分泌，进而实现对整个内分泌网络运行的调控作用。腺垂体只是一个微小器官，但其在人体内分泌系统中扮演着最重要的角色，很多人体器官和组织都受其调控。医学研究者从中已经分离出了不少于9种不同类型的激素物质，正是这些不同类型的激素物质对人体内部的各种生理动作进行调节，因此，腺垂体在人体内分泌系统中发挥的作用是非常广泛和复杂的。在内分泌系统中，下丘脑与腺垂体相互关联而构成一个重要的控制单元，其既和内分泌网络外的中枢神经系统连接，也和内分泌网络内的各种靶腺连接，起到了关键的桥梁作用。
在神经内分泌系统中，下丘脑通过专门的脉络系统与腺垂体进行相互联系，由下丘脑中的神经分泌细胞向脉络系统中的毛细血管网络释放促进垂体分泌的神经激素或者抑制垂体分泌的神经激素的信息，进而对腺垂体的相关生理化学活动进行调控。脉络系统中的体液具有双向流动的特性，既可以使下丘脑的神经激素影响腺垂体，也可以使腺垂体的激素反过来影响下丘脑的活动，从而使腺垂体可以有效地应对机体内外的各种环境变化和刺激，通过激素分泌快速调节机体平衡。因此，在人体神经内分泌系统中，下丘脑和腺垂体是非常重要且不可或缺的一个环节。
（2）内分泌靶腺
在神经内分泌系统中，调控作用的产生与运行很大一部分功能要归功于遍布于机体各处的各种内分泌靶腺，正是这些不同类型的内分泌靶腺组织，接受各自特定的腺垂体激素信息后，做出或促进分泌或抑制分泌的反应，从而使腺垂体可以通过体液循环系统对整个神经内分泌系统中各种激素起到调节控制作用。由于机体内部分布的内分泌靶腺功能不同，各自又可组合成可以发挥各种特定作用的调节系统，如甲状腺调节系统、胰腺调节系统、肾上腺调节系统等。此处以甲状腺内分泌调节系统来进行简单的说明。
甲状腺调节系统的示意如图2.6所示，在大脑皮层中，有机体的神经细胞感知各种刺激信号，并将其根据生命活动需要整合传送到下丘脑组织，下丘脑组织根据接收到的信息分泌促甲状腺释放因子（TRF）给腺垂体，而腺垂体则根据TRF中的信息合成分泌促甲状腺激素（TSH）对机体组织进行调控，同时又通过体液循环系统将血液中的激素浓度状态反馈给下丘脑和腺垂体，使整个生理系统时刻处于一种动态的平衡状态中。
图2.6 甲状腺调节系统的示意图
2. 内分泌细胞
在神经内分泌系统中，发挥核心作用的内分泌腺体是由很多特殊的细胞组成的，这些细胞可以针对不同的外界信息产生不同的合成或释放某种化学物质的生理反应，这些细胞就是所谓的内分泌细胞。在一个内分泌腺体组织中，往往包含多种具有不同功用的内分泌细胞，其各自应对不同的刺激，分泌不同类型的激素，根据其功用不同，大致可分为：具有接受神经刺激信号功能的神经内分泌细胞；具有调节其他内分泌腺体作用的腺垂体细胞；接受腺垂体调控的靶腺细胞。
所谓神经内分泌细胞，指的是可以接收神经细胞传来的各种不同的神经信号，并可以将其转换为对应的神经激素信息来实现对内分泌网络系统中腺垂体调控作用的一类非常重要的内分泌细胞。这类细胞主要集中于下丘脑基的下部区域—促垂体区。神经内分泌细胞对于人体中的神经网络系统与内分泌体液调节系统之间的相互关联起到关键的衔接作用。在人体内分泌系统中，用于调节腺垂体分泌的激素种类和数量的各种神经激素信息均是通过神经内分泌细胞进行分泌的，其中主要包括生长激素释放激素、生长抑素、促肾上腺释放因子（激素）、促甲状腺释放因子（激素）等。
内分泌系统中另一种最重要的细胞就是腺垂体细胞，它是整个内分泌系统调节的控制核心，其通过接收神经内分泌细胞释放的刺激信号分泌出相应的激素物质。根据所分泌的激素发挥的作用和功能，腺垂体细胞可以分为不同的种类，如生长素细胞、促甲状腺激素细胞和促肾上腺激素细胞等。位于下丘脑中负责接收神经信号的神经分泌细胞根据外界刺激促进分泌或者抑制分泌的激素信息，通过脉络系统传导到分布式的腺垂体上，腺垂体细胞膜上的特异性靶受体根据接收到的激素信息决定腺垂体细胞的反应活动，增加或抑制相应的内分泌系统中内分泌靶腺的激素分泌量。
在人体内分泌系统中，内分泌细胞除了上述两种偏向于控制功能的细胞，还有一种重要的起到执行作用的效应细胞，即内分泌靶腺细胞。这类细胞其种类繁多，对人体内部的绝大部分生理活动起重要的调节作用。靶腺细胞的工作原理就是其细胞膜上的特异性受体接收上级对应的腺垂体分泌的某种激素信号，然后靶腺细胞根据该激素信息分泌出相应数量和种类的激素，直接参与人体内部的生理活动过程。例如甲状腺细胞，在内分泌系统中，根据腺垂体所释放出的促甲状腺激素，甲状腺细胞分泌出特定数量和浓度的甲状腺激素，而人体在生长发育过程中所需的各种有机物的合成和生理活动过程中的能量代谢则可以在甲状腺激素的促进下更好地进行。如图2.6所示，甲状腺细胞分泌的激素不仅作用于机体的生命活动，同时还对下丘脑中的神经内分泌细胞和内分泌系统中的腺垂体细胞都有反馈作用，而正是这种多重反馈调节的控制结构保证了人体生理活动过程中机体内环境的动态平衡和稳定。
3. 内分泌分子
通常情况下，常见的内分泌分子包括细胞膜受体分子、胞浆受体分子、肽类激素分子、第二信使分子和类固醇激素分子和细胞核内受体分子等。在内分泌分子的作用过程中，肽类激素分子通过与靶细胞膜上的具有特殊结构的受体结合来激活腺苷酸环化酶系统，使细胞中的ATP在Mg 2+ 存在的前提下，可以转化为CAMP（第二信使），从而令肽类激素分子的信息传递给了第二信使分子；CAMP通过激活蛋白激酶来触发靶细胞的内部反应，如神经细胞传递信息过程中的电位变化、细胞膜的通透性变化及各种不同生物酶的作用，等等。类固醇激素分子的特点是个头小且具有脂溶性，它可以快速渗透细胞膜，与细胞中的胞浆受体结合生成一种特殊的复合物，在37℃的条件下会产生一种变构，使该复合物可以穿透细胞核的外膜，进一步与细胞核内的特定受体结合，转变为激素-细胞核受体复合物，然后在细胞核内部生成或抑制mRNA，进而对DNA的转录过程进行调节控制，并通过调节蛋白质的生成来控制靶细胞的生理反应，激素的基因表达机制如图2.7所示。
图2.7 激素的基因表达机制
1. 内分泌系统对神经系统的高层调控
在传统的医学研究中，通常会将人体的内分泌网络系统和神经网络系统分割为两个互不相关的独立系统分别进行研究。但是，越来越多的生理学研究发现，这两大网络系统在调节人体内环境平衡的作用上是密不可分的，正是通过它们之间的相互影响和协调合作，保证了人体生理系统中的内外信息能够及时准确地进行传递，从而保证了机体对各种环境变化的适应，进而维持生命活动的正常进行。神经系统接受刺激，发送电信号，刺激内分泌系统工作；同样，内分泌系统也可以以激素的形式对神经元细胞进行反馈，反过来对神经系统的行为产生影响。两者之间相互作用的过程比较复杂，蕴含很多高效的信息处理机制，同时还体现出生物特有的自适应、自学习和自组织等方面的特性。
因此，研究神经系统与内分泌系统之间的相互作用机制，既可以探索其在现代智能制造系统分布式控制中的应用，也可以利用激素的一些特性对现有的智能算法和模型进行改进。
2. 基于激素反应扩散过程的隐式协调
在内分泌系统中，各种不同种类的内分泌细胞分布于人体内部各个地方，激素分泌并扩散到整个机体，这个生理过程蕴含丰富的分布式控制机制与原理。在内分泌系统中，内分泌细胞的细胞膜表面都分布着某种特异的受体，这些受体可以感受周围环境中的某种化学信号，并根据该信息对自身的激素分泌过程做出增强分泌或抑制分泌的调节，即单个内分泌细胞完全可以看作一个具有感应器（细胞膜表面的受体）和效应器（细胞分泌激素）的自主个体，而内分泌系统则是由这些自主的个体通过相互作用所构成的一套动态的平衡网络，用以实现生命对机体内、外环境变化的自适应与自调节功能。同时，由于内分泌系统中的激素传播过程是在体液中无目标地扩散，由具有特异性受体的其他内分泌细胞对其进行响应，这种作用机制是一种典型的隐式通信机制。并且，由于内分泌系统中激素作用机理带有天然的分布性特点，对其信息处理机制进行深入研究必然给现代智能制造系统的分布式通信与控制问题带来新的思路和解决方案。
因此，在内分泌系统作用机制和调节原理的启发下，我们建立了一种智能制造系统的协调控制模型，并对蕴含隐式协调机制的内分泌系统中的激素作用原理进行研究，将其应用在现代智能制造系统动态协调控制或任务分配中，这也是本书的重要研究内容。
3. 生物内分泌系统的多重反馈特性
在人体内分泌系统中，关键的信息物质就是激素，其主要作用方式有四种：①自分泌，是内分泌细胞所释放的激素物质经过局部扩散后，反过来又可以被自己所分泌的激素影响的内分泌形式。②旁分泌，是内分泌细胞所分泌的激素物质直接扩散至附近的靶细胞发挥调节功能的内分泌形式。③远距分泌，是通过体液环境，将所分泌的激素物质扩散至机体远端的靶细胞发挥调节功能的内分泌形式。④神经分泌，是神经内分泌细胞所释放出来的激素，经过脉络网络扩散至腺垂体上发挥调节功能的内分泌形式。内分泌系统通过分泌激素来调节糖、脂肪、蛋白质及水盐代谢等生理活动，促进细胞分裂，影响神经系统活动，控制生殖器官发育等，以便维持人体内部生理环境的稳定。在内分泌系统中，激素浓度的调控过程包含多重反馈结构，既有靶腺激素的长环闭合反馈，也有腺垂体分泌促激素时的短闭合回路反馈，还包含下丘脑对激素作用的超短反馈。在内分泌系统中，中枢神经系统首先根据所感受到的外界情况来刺激下丘脑，使其分泌出合适的促激素释放因子（HRH），HRH进一步对腺垂体产生影响，使其分泌出相应的促激素（RH），然后通过体液循环扩散到对应的靶腺体，促使其分泌出机体平衡所需的激素。其中，下丘脑感知的RH浓度为短反馈，对自身分泌的HRH浓度的感知为超短反馈，对靶腺体所分泌的激素浓度的反馈为长反馈，正是由于存在这些复杂的多重反馈结构才可以使内分泌系统在调节机体平衡时能够做到快速准确。
因此，在内分泌系统多重反馈机制和结构的启发下，我们对智能制造系统的生产物流系统中的在制品库存控制模型进行研究，提出了一种基于多重反馈机制的在制品动态库存控制模型。