工藝規(guī)劃的Multi_agent系統(tǒng)模型研究

1、2008年7月第36卷第7期機(jī)床與液壓MACH I N E T OOL &HY DRAUL I CSJul 12008Vol 136No 17收稿日期:2007-10-12作者簡介:許煥敏(1974,女,山東聊城人,博士研究生,研究方向為數(shù)字化快速工藝準(zhǔn)備。E -mail:alexandra_xu2003yahoo 1co m 1cn 。工藝規(guī)劃的Multi 2agent 系統(tǒng)模型研究許煥敏,李東波(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,南京210094摘要:工藝規(guī)劃是數(shù)字化快速工藝準(zhǔn)備的核心內(nèi)容之一。工藝規(guī)劃是制造中的重要活動,系統(tǒng)地確定詳細(xì)的制造過程,在可用資源及其能力的范圍內(nèi)滿足設(shè)計規(guī)格的要

2、求,直接影響著企業(yè)生產(chǎn)的組織、零件質(zhì)量的保證和生產(chǎn)技術(shù)的革新。本文針對Multi 2agent 系統(tǒng)及其知識表達(dá)和推理進(jìn)行了分析與總結(jié),將Multi 2agent 技術(shù)與工藝規(guī)劃的智能化要求相融合,從宏觀與微觀的角度對工藝規(guī)劃進(jìn)行研究,宏觀上建立了工藝規(guī)劃的系統(tǒng)框架Multi 2agent 系統(tǒng)模型;微觀上提出了工藝規(guī)劃原子級任務(wù)之間的三種關(guān)系模型。關(guān)鍵詞:工藝規(guī)劃;多智能體(Multi 2agent ;知識表示中圖分類號:TH164文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1001-3881(20087-010-3Research on M ulti 2agen t System M odel for Pr

3、ocess Pl ann i n gXU Huan m in,L IDongbo(School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technol ogy,Nanjing 210094,China Abstract:Pr ocess p lanning is one of the key issues in digital rap id p r ocess p reparati on .It is an act of p reparing detailed opera 2ti on instructi ons

4、t o transf or m an engineering design t o a final part by combining manufacturing p r ocess knowledge with a s pecific designaccording t o available manufacturing res ources on a shop fl oor .It is thus the most i m portant task in manufacturing domain and thefoundati on of all p r oducti on activit

5、ies .Multi 2agent syste m and its knowledge rep resentati on and reas oning were analyzed,multi 2agent syste m model f or p r ocess p lanning was p resented by combining multi 2agent with p r ocess p lanning fr om the macr ocos m ic vie wpoint while three relati on models f or at om ic tasks of p r

6、ocess p lanning fr om the m icr ocos m ic vie wpoint .Keywords:Pr ocess p lanning;Multi 2agent;Knowledge rep resentati on0前言工藝準(zhǔn)備1-2作為制造過程的瓶頸,是影響制造過程敏捷性、企業(yè)競爭性、快速響應(yīng)市場的關(guān)鍵;工藝準(zhǔn)備的數(shù)字化與快速化是現(xiàn)代制造系統(tǒng)的需要。數(shù)字化快速工藝準(zhǔn)備作為當(dāng)前產(chǎn)品的數(shù)字化研制的關(guān)鍵技術(shù)之一,可以為企業(yè)迅速組織產(chǎn)品的生產(chǎn)裝配、提高制造業(yè)的快速響應(yīng)能力提供相應(yīng)的理論與實踐基礎(chǔ)。工藝規(guī)劃是工藝準(zhǔn)備的核心內(nèi)容之一,是制造中的重要活動,系統(tǒng)地確定詳細(xì)的制造過

7、程,在可用資源及其能力的范圍內(nèi)滿足設(shè)計規(guī)格的要求,直接影響著企業(yè)生產(chǎn)的組織、零件質(zhì)量的保證和生產(chǎn)技術(shù)的革新3。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,對數(shù)字化工藝規(guī)劃及其相關(guān)理論方法的研究具有非常重要的理論意義和應(yīng)用價值。1Multi 2agent 技術(shù)Agent 技術(shù)4在計算機(jī)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用源于20世紀(jì)70年代美國麻省理工學(xué)院研究人員開展的一系列關(guān)于分布式人工智能的研究。麻省理工學(xué)院的研究人員在對信息系統(tǒng)處理復(fù)雜問題的能力進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn),通過協(xié)作將一些簡單的信息系統(tǒng)組成一個大的系統(tǒng)可以顯著提高系統(tǒng)處理復(fù)雜問題的能力,并且通過定義合理的協(xié)作機(jī)制可以提高整體系統(tǒng)的智能水平。由此產(chǎn)生了使用具有一定智能、能被動地響

8、應(yīng)信息處理的需求,除了完成事先指定的任務(wù)外,還能夠形成自主的途徑或機(jī)制以支持用戶完成任務(wù)的軟件Agent 的概念和方法。Agent 4是有一定的獨立決策和行動能力,能夠主動地采取一定的方法和手段完成委托人交給的任務(wù)。從某種意義上講,Agent 也可以定義為封裝了的、具有如下屬性的問題解決實體:自治性。Agent 在完成其主要任務(wù)時不需要人或其它Agent 的干涉,它能完全控制自身的行為和內(nèi)部狀態(tài)。社會性。Agent 會與人或其它Agent 相互作用,以完成自身或其它Agent 的活動,這需要Agent 具有最起碼的通信能力和內(nèi)部機(jī)制,以決定通信的時間和內(nèi)容。反應(yīng)力。Agent 應(yīng)該能夠感受環(huán)境

9、,并對環(huán)境的變化產(chǎn)生反應(yīng)。主動性。Agent 不僅僅能夠被動地對環(huán)境產(chǎn)生反應(yīng),還應(yīng)該在目標(biāo)驅(qū)使下具有主動采取行動的能力。以某公司的運輸Agent 作為事例進(jìn)一步說明Agent 的涵義。圖1是運輸Agent 的基本工作模式簡圖 。圖1運輸Agent 的基本工作模式選擇Agent 作為問題解決技術(shù)主要基于以下的考慮4:(1應(yīng)用領(lǐng)域需要的數(shù)據(jù)分布性質(zhì)、問題解決能力、反應(yīng)能力等與Agent 技術(shù)所特有的分布式、可封裝性、問題解決模塊化的基本模型相一致。(2同時存在的現(xiàn)有組織結(jié)構(gòu)的集成和其部門自治性的需求與Agent 具有的自治性和合作性在本質(zhì)上相吻合。(3應(yīng)用的協(xié)商、協(xié)調(diào)和信息共享等問題導(dǎo)致應(yīng)用部件之

10、間的相互關(guān)系十分復(fù)雜,這需要具有社會能力的Agent 來解決。(4問題的解決是不可能事先從頭到尾對問題進(jìn)行預(yù)知,因此問題的解決者應(yīng)該能夠?qū)ψ兓皶r地進(jìn)行響應(yīng),而Agent 的主動性正好滿足這樣的功能要求。分布對象系統(tǒng)具有封裝性,但沒有相互作用和主動性所需要的復(fù)雜推理能力。一般的分布信息處理系統(tǒng)可以解決分布帶來的問題,卻不能反映元素的自治性。綜合所有這些因素,采用Multi 2agent 技術(shù)是實現(xiàn)良好的經(jīng)營過程管理最有效的解決方法。Multi 2agent 系統(tǒng)4是指由多個Agent 組成的系統(tǒng),它是為了解決單個Agent 不能夠解決的復(fù)雜問題,由多個Agent 協(xié)調(diào)合作形成的問題求解網(wǎng)絡(luò)。為

11、了使Agent 之間能夠合理高效地進(jìn)行協(xié)作,Agent 之間的協(xié)調(diào)機(jī)制成為Multi 2agent 系統(tǒng)研究的重點問題。一般地,每個Agent 被認(rèn)為是一個物理的或者抽象的實體,能夠作用于自身和周圍環(huán)境,并可與其它Agent 通信。Multi 2agent 系統(tǒng)中的每一Agent 是為了一個共同的目標(biāo)而進(jìn)行著活動的,但它們同時有著不完全相同或者完全不同的子目標(biāo);它們之間既需要交流信息、共享公用資源,又有各自專用資源和私有信息5-6。實際上,Multi 2agent 系統(tǒng)的研究方法是用模擬人類社會系統(tǒng)的運作機(jī)制來提高計算機(jī)系統(tǒng)解決復(fù)雜問題的能力的。如同,一個人無法完成許多復(fù)雜和巨大型的任務(wù)一樣,

12、單個Agent 也無法設(shè)計成有足夠的能力來解決面臨的許多問題,因此,采用多個Agent 進(jìn)行協(xié)作,通過任務(wù)分解和任務(wù)協(xié)調(diào)提高整個系統(tǒng)的能力是一個可行的途徑。另外通過Multi 2agent 之間的合作還可以克服單個Agent 知識不完全、處理的信息不確定等的缺點。圖2是基于Agent 的互操作系統(tǒng)原理圖4。其中,圖2(a 表示使用單個Agent 作為互操作系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器,Agent 與應(yīng)用之間的連接線表示Agent 與應(yīng)用之間的通信;圖2(b 表示使用分布Agent 作為互操作系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器,Agent 與Agent 之間的連接線表示Agent 與Agent 之間的通信。圖2基于Agent 的互操

13、作系統(tǒng)原理圖2知識表達(dá)與推理Agent 的知識表達(dá)7是要在外部問題域與Agent內(nèi)部符號推理系統(tǒng)之間建立聯(lián)系。符號推理系統(tǒng)是Agent 的關(guān)于外部世界的模型,它包括用于信息存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對這些數(shù)據(jù)的操作。對Agent 所要解決的問題域中的每一個相關(guān)元素,例如一個對象或?qū)ο箝g的關(guān)系,Agent 的域模型中都應(yīng)該有一個相對應(yīng)的表達(dá)。這種映射關(guān)系使得Agent 可以通過在域模型中執(zhí)行推理過程,把結(jié)果返回到問題域。Agent 的知識表達(dá)的基本特征就是要定義清楚它的含義或稱為語義。應(yīng)用域中的每個元素在Agent 的域模型中都要有所表達(dá)。知識表達(dá)的一般特征主要包括4個方面:(1表達(dá)的充分性。用于描述領(lǐng)域

14、知識的表示方法是否能夠充分地表達(dá)問題域中所需要的知識類型。(2推理的充分性。用于描述領(lǐng)域知識的表示方法是否能夠充分地表達(dá)問題域中所需要的推理過程和步驟。推理過程通過對表達(dá)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行推理來產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這對應(yīng)于問題域中的從舊的知識產(chǎn)生新的知識。推理過程在問題解決和知識學(xué)習(xí)過程中都要用到。11第7期許煥敏等:工藝規(guī)劃的M ulti 2agent 系統(tǒng)模型研究(3問題解決的有效性。用來描述表達(dá)有效問題解決步驟的能力。譬如,在知識結(jié)構(gòu)中引入附加信息是否能將推理過程引向最有利的方向。(4知識學(xué)習(xí)的有效性。用于描述Agent 學(xué)習(xí)的能力,包括學(xué)習(xí)新的信息的能力,將所學(xué)習(xí)得到的新信息集成到Agent

15、 的現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)中的能力,以及修改現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)來更好地表達(dá)問題域的能力。3工藝規(guī)劃的Multi 2agent 系統(tǒng)模型311工藝規(guī)劃的Multi 2agent 系統(tǒng)模型工藝規(guī)劃的Multi 2agent 系統(tǒng)模型(圖3包括4個主要邏輯域:(1協(xié)調(diào)協(xié)商域。負(fù)責(zé)感知外界的刺激、與外界的通信與溝通、協(xié)商解決與外部的沖突、協(xié)調(diào)Agent 之間的相互關(guān)系等。(2工藝規(guī)劃任務(wù)域。是Multi 2agent 系統(tǒng)的核心與目標(biāo)。(3推理機(jī)制域。是Multi 2agent 系統(tǒng)的關(guān)鍵,涉及推理的控制策略Agent 與推理機(jī)Agent,它決定工藝規(guī)劃任務(wù)的推理決策邏輯。(4知識資源域。是Multi 2agent

16、系統(tǒng)的基礎(chǔ),包括客戶化知識庫、通用知識庫、資源庫、數(shù)據(jù)庫以 及其它數(shù)據(jù)庫。圖3工藝規(guī)劃的Multi 2agent 系統(tǒng)模型312工藝規(guī)劃任務(wù)域假定工藝規(guī)劃任務(wù)域用集合T 表示,集合T 包含n 個元素,即n 個Agent 。這里,根據(jù)實際情況進(jìn)行知識更新時n 隨之而變。其數(shù)學(xué)形式表示如下:T =T 1,T 2,T n假設(shè)工藝規(guī)劃任務(wù)域的每個Agent 包括若干個原子級任務(wù),其具體數(shù)學(xué)表示如下:T 1=T 11,T 12,T 2=T 21,T 22,T n=T n1,T n2,313單個Agent 的結(jié)構(gòu)模式圖4所示是Multi 2agent 系統(tǒng)模型中的單個Agent 的結(jié)構(gòu)模式。圖4單個Age

17、nt 的結(jié)構(gòu)模式4原子級任務(wù)之間的關(guān)系模型原子級任務(wù)之間的關(guān)系存在三種基本模型:獨立的、依賴關(guān)系、相互關(guān)聯(lián)。假設(shè)滿足原子級任A 的所有條件為元組X =x 1,x 2,x 3,x 4,而滿足原子級任務(wù)B 的所有條件為元組Y =y 1,y 2,y 3,y 4。(1A 與B 獨立不相關(guān)在執(zhí)行原子級任務(wù)A 與B 時,若元組X 的元素與元組Y 的元素且它們的結(jié)果之間沒有任何直接關(guān)聯(lián),則A 與B 獨立不相關(guān),如圖5 所示。圖5原子級任務(wù)A 與B 之間的關(guān)系是獨立不相關(guān)的(2A 依賴B在執(zhí)行原子級任務(wù)A 與B 時,若原子級任務(wù)B 的結(jié)果是原子級任務(wù)A 的條件之一,即為元組X 的元素,則A 依賴B,如圖6 所

18、示。圖6原子級任務(wù)A 與B 之間的關(guān)系是A 依賴B(3A 與B 相互關(guān)聯(lián)在執(zhí)行原子級任務(wù)A 與B 時,若元組X 的元素與元組Y 的元素且它們的結(jié)果之間相互影響,則A(下轉(zhuǎn)第9頁21機(jī)床與液壓第36卷lic engine mountsC.American Society of MechanicalEngineers,Dyna m ic System s and Contr ol D ivisi on(Publi2cati onDSC,v54,Trans portati on Syste m s,1994:43-51.【7】Evguenia V.Kor obko,Zinovy P.Shul m a

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