基于Agent的汽车零部件循环取货模型

第8期2013年8月组合机床与自动化加工技术MODULARMACHINETOOLAUTOMATICMANUFACTURINGTECHNIQUENO8AUG2013文章编号10012265201308014104基于AGENT的汽车零部件循环取货模型屈新怀，盛敏，丁必荣合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009摘要汽车零部件的循环取货模式作为一种新型物料供应体系，是由供应商、3PL、主机厂多个主体组成，属于复杂适应性系统。根据循环取货的概念模型，采用多AGENT建模理论对循环取货进行建模。将目标系统的AGENT粒度抽象为企业级以下的职能部门，设计生产AGENT、采购AGENT、调度AGENT等几类主体。分析AGENT内部模型，并采用形式化方法对主体行为进行描述，应用AGENTUML分析主体之间的动态交互行为。基于AGENT的建模描述了循环取货的运行机制，从而为后续的计算机仿真实现提供基础。关键词AGENT；循环取货；汽车零部件；复杂系统建模中图分类号N94文献标识码AAMODELINGMETHODOFAGENTBASEDONMILKRUNINAUTOMOBILEPARTSQUXINHUAI，SHENGMIN，DINGBIRONGSCHOOLOFMECHANICALANDAUTOMOTIVEENGINEERING，HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，HEFEI230009，CHINAABSTRACTMILKRUN，ASANEWMETHODINSUPPLYSYSTEMMANAGEMENTINAUTOMOBILEPASTSINBOUNDLOGISTIC，CANBECONSIDEREDASAKINDOFCOMPLEXADAPTIVESYSTEMITISCOMPOSEDOFSUPPLIERS，3PL，ANDAUTOMOBILEFIRMACCORDINGTOITSCONCEPTUALMODEL，THEAGENTBASEDMODELMETHODHASBEENUSEDAFTERDEFINETHERESEARCHPURPOSE，THEABSTRACTLEVEROFTHESEAGENTSFOCUSONTHECORPORATESECTORINTHEMILKRUNSYSTEM，SUCHASTHEPRODUCTAGENT，PURCHASEAGENT，SCHEDULEAGENTETCFIRSTTOANALYSISTHEINTERNALMODELOFALLAGENTS，THENTOADOPTTHEFORMALIZATIONDESCRIPTIONMETHODTODESCRIBETHEAGENTBEHAVIORSATLASTINTERACTIVEPROCESSINGBETWEENTHESEAGENTSAREBEENEXPLAINEDINAGENTUMLAPPARENTLY，THEAGENTBASEDMODELINGMETHODHASASTRONGPERFORMERONTHEPRINCIPLEOFMILKRUNSYSTEMITWILLBEEASYTOACHIEVETHESIMULATIONABOUTTHEMILKRUNBASEDONTHEAGENTMODE1KEYWORDSAGENT；MILKRUN；AUTOMOBILEPARTS；COMPLEXSYSTEMMODELINGO引言汽车零部件采购成本占据着汽车总成本的最大比重，在汽车制造讲究成本控制的精益时代，降低采购成本成为重要挖掘对象，而实施循环取货的入厂物流模式就是众多举措中的一种有效方法。汽车企业实施循环取货是指载有空料箱的一辆货车从主机厂或集配中心RDC出发，按既定路线和时间段依次到供应商处提取相应零部件，最后返回主机厂或集配中心的一种零部件入厂物流模式。国内外众多车企实施循环取货之后取得了可观的经济效益，如TNT在北美为福特汽车公司提供的循环取货服务，使运输滞留时间减少80，过渡存货缩减了50，仅1999年就为福特节约费用3000万美元；安吉天地物流公司为上海通用汽车公司提供循环取货物流服务后，运输距离减少、装载率提高，每年可节约零部件运输成本30以上。循环取货在企业中的火热应用也促使着学术界对该问题的研究。在国外，DU研究了循环取货运行时车辆调度系统的参数设置，SADJADI，SJ提出了循环取货的一种数学模型，并用遗传算法进行了求解。国内方面，周欣和霍佳震证明了循环取货在提前期波动较小、需求率较低、缺货成本不高、供应商的位置集中、供应商距离较远、车载量大相当于零部件体积小、重量轻的情况下具有优势，桂明华和马士华通过考虑单位重量零部件运输成本对承运量敏感与否，对循环取货的适应情况进行了判断分析。现有的研究方法主要是建立某类数学模型，然后运用启发式算法或数学方法进行求解。这类方法准确且严谨，但也存在难于理解和计算，不善于解决收稿日期20121224基金项目省级优秀青年人才基金项目2012SQRL010；合肥工业大学校科研基金2012HGXJ0675作者简介屈新怀1971一，男，安徽金寨人，合肥工业大学机械与汽车工程学院副教授，博士，研究方向为企业信息化与管理可视化，供应链与物流管理；通讯作者盛敏1985一，男，湖南益阳人，合肥工业大学机械与汽车工程学院工业工程专业硕士研究生，研究方向为供应链与物流管理，EMAILSHENGMINHFUT163EOM。142组合机床与自动化加工技术第8期非线性、非规律、动态性问题。而基于AGENT的建模和仿真正是研究非线性、动态性这些复杂适应性系统的重要手段，相比传统的数学建模，在灵活性、层次性和直观性方面有明显优势。如在研究供应链领域中的协同合作、决策方案仿真等方面该方法已有被使用一。本文首次运用基于AGENT的建模方法分析循环取货的运行机制。根据该方法的研究范式，描述循环取货体系的问题模型，按AGENT理论对研究对象进行AGENT分类和内部模型构建，最后，采用AGENTUML对AGENT之间的动态交互进行了建模。1复杂适应系统与多AGENT建模复杂适应系统的理论由遗传算法的创始人霍兰于1994年在一次名为“隐秩序”的演讲中最先提出。其核心思想是“适应性造就复杂性”。该理论认为，系统中的成员称为具有适应性的AGENT。它们能够与环境以及其他AGENT进行交流，在这种交流的过程中“学习”或积累经验，并且根据学的经验改变自身的结构和行为方式。系统复杂性出现的原因正是由构成系统的这些适应性AGENT之间、AGENT与外部环境之间不断交流和学习后，使系统在宏观上产生的涌现所致。AGENT又称之为主体、代理等名称，最早来源于人工智能领域。随着复杂系统科学成为新世纪的研究热点，和计算机仿真技术的不断发展，AGENT理论逐渐被选择为复杂适应系统的建模方法。多AGENT系统模型中，AGENT是一个软件实现的对象，存在于一个可执行的环境中，具有主动学习和适应环境的能力。复杂系统学科背景下的AGENT有以下特征反应性、自治性、交互性、移动性等。同时，AGENT与对象二者之间存在很多的相似之处，面向对象技术对于理解AGENT技术有很多借鉴作用。比如都可以看作是一个抽象实体，封装了某些属性和状态，通过信息传递进行通信。2循环取货体系的多AGENT模型结构21问题描述从复杂适应性角度来看，循环取货是由供应商、物流服务提供商、主机厂这些众多主体之间的协调与合作而实现的零部件入厂，是主体聚集之后产生的一种涌现现象。具体描述为主机厂或RDCM向第三方物流公司3PLL和众多供应商SI1，2，N发布物料采购计划，供应商S提前准备好供货量Q。3PL首先通过分析供应商S地理位置、第I个供应商供货量Q、每辆车容积约束I1，2，N和路程约束D制定多条取货路线I1，2，N，然后派出辆车按各路线依次到N个供应商S处提取零部件并最终返回主机厂或RDCM。要求在满足约束条件下，如何获取最优的路线选择，实现库存和运输成本最低。22AGENT分类与系统模型结构运用AGENT理论进行建模时，确定系统中的AGENT粒度抽象程度，以及同质与异质分析是其中的重要一步。通过对循环取货体系进行分析，将主体分为主机厂AGENT、3PLAGENT、供应商AGENT、辅助AGENT。这些AGENT构成的循环取货的AGENT体系结构模型，如图1。图1基于AGENT建模的循环取货系统模型1主机厂AGENT。其主要职责是根据销售订单和生产能力制定生产计划，分析物料需求计划和零部件库存后向零部件供应商发布采购订单，接收入库零部件，然后组织生产活动，最后将产成品入库。相关子主体有财务AGENT、采购AGENT、生产AGENT、物管AGENT，正是这些子主体的协同合作确保循环取货的正常运行。2第三方物流3PLAGENT。其主要职责是根据主机厂的采购订单准时完成零部件的取货任务，针对循环取货情况，子主体有财务AGENT、调度AGENT、运输AGENT。3供应商AGENT。其主要职责是处理主机厂的采购订单，组织零部件生产和入库。子主体有财务AGENT、销售AGENT、生产AGENT、物管AGENT。4辅助AGENT。其主要职责是为上述AGENT提供支持服务。相关子主体有道路AGENT、物料AGENT。3AGENT内部模型构建及交互建模31AGENT内部模型构建完成AGENT分类之后，需要对每个AGENT进行内部模型的构建，具体包括AGENT属性、行为、通信接口设计。对于循环取货研究来说，重点是对生产AGENT这个层次的子主体进行内部模型设计。311AGENT行为特征1生产AGENT根据销售订单和生产能力制定生产计划；计算物料需求计划；完成产品生产。2采购AGENT发布采购订单；监督第三方物流的配送情况。3财务AGENT处理催付款业务。4物管AGENT接收物料；为生产提供物料；发布零部件库存信息。5调度AGENT根据主机厂采购要求和道路信息制定取货路线；确定取货频次；确定取货车辆数目。6运输AGENT完成货物运输。7销售AGENT接收主机厂采购订单，并将信息传递至生产主体。8物料AGENT提供相关零部件属性。9道路AGENT提供各供应商地理位置数据和2013年8月屈新怀，等基于AGENT的汽车零部件循环取货模型143之间相距距离。312AGENT行为描述方法为便于理解和编程实现，采用形式化方法对系统中的AGENT行为进行分析和描述。AGENT的行为由许多活动所体现，且每个活动是由事件激发或由AGENT主动发起，每一项活动包括许多动作，这些动作并按一定的有序排列进行。有序排列包括以下三个逻辑运算设P，Q为两个元素，则“PQ”表示“先P后9”；“PVQ”表示“P与G并列”；“P八Q”表示P或Q。AGENT行为的形式表达格式B。O是AGENT所有活动目的的集合，E是AGENT能够感知的所有事件的集合，A表示AGENT内部所有动作的集合，表示所有活动的集合。在循环取货系统中，路径选择是一个关键问题，严重影响着供应链上的库存和运输成本，承担这项任务的是3PL中的调度AGENT，本文以该主体为例介绍AGENT行为的形式化描述方法。BOEA。VATV1TIEACTSLALQLATV2T2ACTS2A2Q2以上是对调度AGENT行为的形式化描述，其他主体行为的描述类似。32AGENT之间动态交互建模通过交互作用，循环取货系统中各AGENT做出相应的行为反应，协同合作完成零部件的供应任务。而描述AGENT之间的这些交互可以通过采用AUMLAGENTUNITEDMODELINGLANGUAGE，AGENT统一建模语言中的序列图来实现。AUML是对UML的扩展，是目前对AGENT建模普遍采用的方法。循环取货体系中各AGENT之间的动态交互模型包括三方面循环取货计划制定模型，涉及采购AGENT、调度AGENT、运输AGENT、销售AGENT、道路AGENT；财务业务交互模型，涉及主机厂、3PL和各供应商的财务AGENT、主机厂物管AGENT；零部件交货业务模型，涉及主机厂的生产AGENT、物管AGENT、采购AGENT，3PL的运输AGENT，供应商的物管AGENT。本文通过采用AUML的序列图分析了循环取货计划制定的交互行为模型，见图2，交互过程如下主机厂根据生产AGENT生产计划和物料AGENT的BOM信息后，发布采购订单给3PL的调度AGENT和各供应商销售AGENT，3PL的调度AGENT综合供应商销售AGENT所提供的库存信息和道路AGENT中的路况信息判断能否满足主机厂供货需求。如果不能满足，将信息反馈至主机厂采购AGENT，采购AGENT再修改采购订单信息。如果能满足，3PL调度AGENT制定循环取货路径计划，并将计划发布给主机厂采购AGENT、3PL的运输AGENT、各供应商销售AGENT。图2循环取货计划制定序列图4结束语本文实现了AGENT建模方法在构建循环取货体系中的应用，是在如何认识循环取货模型过程中进行的一次新尝试。循环取货作为一种新的人厂物流模式，体现了出其复杂适应特征，因此，将基于AGENT的建模与仿真方法运用到循环取货问题研究既是对复杂适应性理论应用领域的一个推广，也是解决循环取货问题的一种新思路。参考文献1左晓露，刘志学，郑长征汽车零部件循环取货物流模式的分析与优化J汽车工程，2011179842DUT，WANGFK，LUPAREALTIMEVEHICLEDISPATCHINGSYSTEMFORCONSOLIDATINGMILKRUNSJTRANSPORTATIONRESEARCHPARTE4320075655773SADJADISJ，JAFARIM，AMINITANEWMATHEMATICALMODELINGANDAGENETICALGORITHMSEARCHFORMILKLXLNPROBLEMJINTJADVMANUFTECHNO12009441942004周欣，霍佳震随机提前期下考虑循环取货的最优采购策略J系统管理学报，201132872955桂华明，马士华SUPPLYHUB环境下的多源供货模式与协同批量决策研究J中国管理科学，201017882144组合机床与自动化加工技术第8期6李锋，魏莹决策行为影响牛鞭效应的仿真J系统管理学报，201L55335387唐建生，郑江波制造型企业供应链的冲突机理及多AGENT系统的研究J组合机床与自动化加工技术，2004842448徐国志系统科学M上海上海科技教育出版社，20009方美琪，张树人复杂系统建模与仿真M北京中国人民大学出版社。201110葛世伦，聂冬芹基于MULTIAGENT的第四方物流信息平台结构模型的研究J计算机应用研究，2012257557811曹军海，张和明，熊光楞多AGENT仿真中AGENT行为的形式化描述方法J系统仿真学报，2004112398240012林勇，刘卫国，黄志刚，等基于AUML的AGENT建模方案研究J计算机与数字工程，2009127075编辑赵蓉本刊投稿须知为确保本刊的质量、加快出版进度，特请本刊作者投稿时注意如下几点1本刊主要围绕科研、生产实际，讨论先进机械装备制造技术；以大批量生产的关键工艺技术和成套技术设备的开发设计为报道中心，同时也讨论机械设备的自动化控制应用技术，注重实际应用，来稿应尽量简练通顺、主题突出、文字图表所占版面一般不应超过7000字。对已有的观点、知识和信息，力求避免重新描述，而采用标注参考文献的办法。2文章题名应简洁、恰当、真实的反映文章的主题特色。字数在2O字以内，应尽量避免使用数学公式、符号、同行不熟悉的简称、缩写。3文摘中英文是本刊录用的重要依据之一，所以本刊特别强调文摘必须详尽，要按GB644786文摘编写规则推荐的规范。由作者自行撰写，除综述性论文以外，3000字以上的论文，文摘应不少于200字，另外重点要突出文章的研究主题、过程和方法，结果结论等部分。文摘要着重反映新内容和作者特别强调的观点。应采用“对进行了研究，在分析了提出了一种”，等第三人称记述方式标明一次文献的性质和文献主题，不要使用“本文”、“作者”等做为主语。4图、表应有图号、图名、表号和表名、图表号按顺序排列。出于检索的需要，在文摘后应给38个关键词中、英文，关键词的标引应建立在对全文进行主题分析的基础上，选择能够反映文献特征内容规范的词与词组。关键词也应避免业内不熟悉的简称、缩写，中文关键词力求用中文。5本刊考虑国际交流的需要，研究性论文作者应提供英文的题名、作者姓名、关键词和文摘，由于英文文摘是能否进入国际检索系统的主要依据，所以特别提请作者认真撰写。6“参考文献”请按以下顺序书写1图书序号、作者姓名、书名、出版社所在城市、出版社、出版年；2杂志序号、作者姓名、论文题名、刊名、出版年卷期号；3本刊要求研究性论文参考文献在1O条以上，欢迎参考本刊近两年发表的可借鉴的文章。7为了缩短出版周期、加快稿件处理流程，请作者采用网上在线投稿。稿件应使用DOC文件，复杂的机械图应使用DWG文件单独附上。文章排版格式正文采用5号宋体，双栏排版详见在线投稿栏中的样稿。本刊HTTPWWWZHJCZCORNCN，同时作者要留方便联系的电话、信箱等。8按科技论文统计与分析课题组的需要，科技论文，文后应附有第一作者简介，简介按以下顺序标出姓名出生年一，性别，民族汉族可略，籍贯，供职单位，职称，学位。例作者简介陈伟1967一，女，回族，河北乐亭人，深圳职业技术学院电子系副教授，博士，主要从事计算机控制研究等，电话02087263558，EMAILCHENWEI163CORN。9获得基金资助的论文，应标注基金项目名称