基于軟件Agent的虛擬工藝設(shè)計系統(tǒng)的研究

1 引言

　　敏捷制造是面向21世紀(jì)的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和模式，虛擬企業(yè)(或企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟)是實現(xiàn)敏捷制造的主要途徑。虛擬企業(yè)克服了傳統(tǒng)企業(yè)的封閉性、局限性和設(shè)計、制造能力的不完備性，強(qiáng)調(diào)充分利用社會上已有的設(shè)計、制造資源，通過組織動態(tài)聯(lián)盟，減少資源的重復(fù)投入，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，提高產(chǎn)品從設(shè)計、制造到銷售全過程的整體柔性和敏捷性，增強(qiáng)企業(yè)(群體)的競爭能力。

　　如上所述，在虛擬企業(yè)中，由于組織的分散化和國際化，產(chǎn)品的工藝設(shè)計將由核心企業(yè)和合作企業(yè)分別完成，跨地域的聯(lián)合工藝設(shè)計將成為虛擬企業(yè)工藝設(shè)計的主要方式。

　　2 基于多Agent的虛擬工藝設(shè)計系統(tǒng)一VPPS

　　2.1 虛擬工藝設(shè)計的三層體系結(jié)構(gòu)

　　傳統(tǒng)的工藝設(shè)計系統(tǒng)采用的是二級體系——車間級、企業(yè)級，企業(yè)級進(jìn)行總體工藝設(shè)計，主要包括：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性審查，產(chǎn)品工藝零件組劃分，產(chǎn)品工藝流程(亦稱分工計劃)制定;車間級進(jìn)行專項工藝設(shè)計，包括毛壞制造工藝設(shè)計，零件加工工藝設(shè)計，各種熱處理、表面處理等工藝設(shè)計，焊接、裝配等工藝設(shè)計，監(jiān)測、試驗等其他工藝設(shè)計等。

　　在虛擬企業(yè)中，異地聯(lián)合設(shè)計將成為工藝設(shè)計的主要方式，傳統(tǒng)的工藝設(shè)計系統(tǒng)已無法適應(yīng)新形勢下的要求，為此，在傳統(tǒng)的一級體系基礎(chǔ)上，增加一個企業(yè)合作級，構(gòu)建了虛擬工藝設(shè)計系統(tǒng)的二級體系結(jié)構(gòu)—車間級、企業(yè)級和企業(yè)合作級。具體地說，當(dāng)某一新產(chǎn)品的工藝設(shè)計任務(wù)下達(dá)給某一企業(yè)后，企業(yè)首先根據(jù)自身的加工能力、工藝設(shè)計要求、原材料供應(yīng)狀況等做出判斷是否承接，當(dāng)自身能力不足或部分滿足時，可將工藝設(shè)計任務(wù)的個部或部分轉(zhuǎn)讓給其他協(xié)科企業(yè)(企業(yè)合作級)，以保證工藝設(shè)計任務(wù)順利、高效的完成。

　　2.2 Agent和多Agent聯(lián)邦

　　作為一種能代表用戶去執(zhí)行計算和信息處理任務(wù)的智能化軟件實體，Agent一般都具有社交和領(lǐng)域知識，能依據(jù)心理狀態(tài)(信念、期望和意向)自主工作，并具有語義互操科和合作的協(xié)調(diào)能力。

　　定義1： Agent可表示為一個五元組，Agent=(Activity-Mod-el，Self-Model，Behavior-Controller，Info-Blackboard，Commnnication-Interface)，其中：

　　Activity-Model——描述一組由該Agent調(diào)度和監(jiān)控的活動，活動(參見定義2)可以是基本的(不可分解)或復(fù)合的，復(fù)合活動往往需要由多Agent系統(tǒng)(Multi-agent System，MAS)中的多個Agent協(xié)作執(zhí)行。

　　Self-Model——描述該Agent擁有的執(zhí)行基本活動的技能和執(zhí)行復(fù)合活動的意向。

　　Behavior-Controller負(fù)責(zé)控制Agent的行為，分兩個層次：協(xié)作層和領(lǐng)域?qū)?，協(xié)作層實行對復(fù)合活動的聯(lián)合，領(lǐng)域?qū)觿t啟動執(zhí)行面向基本活動的技能。

　　Info-Blackboard—記載該Agent接受的外部信息和自身運(yùn)行時產(chǎn)生的中間結(jié)果或信息。

　　Communication-Interface—支持與其它Agent(或人)間的通信。

　　多Agent系統(tǒng)是由多個Agent組成的集合，其中每個Agent都能作用于自身和環(huán)境，并與其他Agent進(jìn)行通訊。在MAS中，Agent之間的合們起著極重要的們用，通過合作，MAS提高了整個系統(tǒng)求解問題的水平。

　　定義2：作為一類特殊的Agent系統(tǒng)(Multi-agent Sys-tem，MAS)，Agent聯(lián)邦(Agent-Federation)可以定義為一個兩元組(Manager-Agent，Member-Agent-Set)，其中：

　　Manager-Agent代表該聯(lián)邦的管理Agent，負(fù)責(zé)過程的調(diào)度、規(guī)劃和分配，是本Agent聯(lián)邦的核心;

　　Member-Agent-Set代表該聯(lián)邦內(nèi)除管理Agent外其它成員Agent組成的集合，以BNF范式描述為：

　　::={}

　　成員Agent在Manager-Agent中注冊并接受Manager-Agent分配的子過程并加以執(zhí)行。

　　類似于MAS，在Agent聯(lián)邦中，Agent之間的合作起著極重要的作用，通過合作，Agent聯(lián)邦提高了求解問題的水平，表現(xiàn)出比單個Agent更優(yōu)越的性能。

　　定義3：Agent之間的合作(Agent-Collaboration)分縱向合們(Vertical-Collaboration)和橫向合作(Horizontal-Collabora-tion)兩種，以BNF范式描述為：

　　其中，Composite-Process代表需要通過多個Agent合作才能完成的復(fù)合過程;Manager代表發(fā)起該復(fù)合過程的Agent，通常為Agent聯(lián)邦中的Manager-Agent：Other-Manager-Set代表參與橫向合作的其它Agent聯(lián)邦中的Manager-Agent所組成的集合。

　　通常情況下，Agent之間的縱向合作發(fā)生在Agent聯(lián)邦內(nèi)部，為簡化起見，這種縱向合作以Manager-Agent對Member-Agent的調(diào)度方式進(jìn)行，也就是說，Member-Agent只是負(fù)責(zé)接受Manager-Agent分配的Sub-Process并加以執(zhí)行;而Agent之間的橫向合作發(fā)生在Agent聯(lián)邦之間，由各聯(lián)邦的Manager-Agent和互協(xié)商確定是否參與合作。