（管理科学与工程专业论文）基于多agent的虚拟企业协调机制的研究.pdf

摘要 摘要 随着科学技术和生产技术的进步与发展，生产和竞争均呈现明显的国际化趋 势，市场对产品的需求日趋多样化和个性化，导致了产品的生命周期愈来愈短， 这就要求企业必须适应个性化、瞬息多变的市场需求。在竞争合作的市场环境中， 虚拟企业被认为是2 l 世纪最具竞争力的企业组织和运作模式。 本文以基于多a g e n t 的虚拟企业协调机制为研究对象，介绍了虚拟企业和a g c a t 技术的相关概念，提出使用多a g e n t 技术构建支持全生命周期的虚拟企业系统体系 结构，研究了该体系结构下虚拟企业合作伙伴选择，以及虚拟企业a g e n t 间的协调 机制等问题。根据虚拟企业选择合作伙伴的要求，引入动态规划方法扩展了采用 层次分析法的伙伴选择模型；运用逻辑演算描述多a g e n t 虚拟企业运行阶段的协调 机制，并使用x m l 技术解决虚拟企业异构系统数据的表示和交换；最后探讨了基 于j a d e 构建原型系统的原则和方法，并对所研究课题进行了总结和展望。 关键词：虚拟企业多a g e n t 系统协调机制生命周期伙伴选择 a b s 仃a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dm a n u f a c t u r et e c h n o l o g y , b o t h p r o d u c t i o na n dc o m p e t i t i o na p p e a ro b v i o u s l ya ni n _ c e m a f i o n a l i z a t i o nt r e n d t h ed e m a n d o fp r o d u c t i o nf m mm a r k e t p l a c eb e c o m e so fd i v e r s i f i c a t i o na n dc u s t o m i z a t i o nd a yb y d a y , w h i c ht n a k e st h ep r o d u c t i o n sl i f e c y c l es h o r t e ra n ds h o r t e r e n t e r p r i s e sm u s td o s o m er e n o v a t i o nt oa d a p tt ot h i sc u s t o m i z e da n dc h a n g e f u lm a r k e td e m a n d v i r t u a l e n t e r p r i s ei st h o u g h tt ob et h em o s tc h a l l e n g e a b l eo r g a n i z a t i o na n do p e r a t i o nm o d e lo f 2 1 “c e n t u r yi nt h ec h a l l e n g e a b l ea n dc o o p e r a t i n gm a r k e te n v k o n m e n l t h i sa r t i c l ed o e s 翻) l n er e s e a r c ho bt h em e c h a n i s mo fm u l t i - a g e n tb a s e dv i r t x l a l e n t e r p r i s e ，g i v e s a ni n t r o d u c t i o no ft h ec o n c e p to fv i r t u a le n t e r p r i s ea n da g e n t t e c h n o l o g y , p u t sf o r w a r da na r c h i t e c t u r ec o n s t r u c t e du p o nm u l t i - a g e n tt e c h n o l o g y , w h i c hs u p p o r t st h ew h o l el i f e c y c l eo fv i r t u a le n t e r p r i s e , s t u d i e s 丘e l d so fp a r t n e r s e l e c t i o na n da g e n tc o o r d i n a t i o nm e c h a n i s mo f v i i 似e n t e r p r i s eu n d e rt h i sa r c h i t e c t u r e a c c o r d i n gt ot h ed e m a n do fp a r t n e rs e l e c t i o n , t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e sd y n a m i c a l l y p r o g r a m m i n gm e t h o dt oe x t e n dt h ep a r t n e rs e l e c t i o nm o d e lo fa h p 9d e s c r i b i n gt h e m e c h a n i s mo ft h eo p e r a t i n gs t a g eo fv i r t u a le n t e r p r i s eb yu s i n gl o g i c a ld e d u c t i o n , r e s o l v i n gt h ep r o b l e mo fd a t ar e p r e s e n t a t i o na n de x c h a n g i n gi nt h eh e t e r o g e n e o u s s y s t e mo fv i r t u a le n t e r p r i s e ，p r o b i n gi n t ot h ep r i n c i p l ea n dm e t h o do fp r o t o t y p es y s t e r n c o n s t r u c t i o nb yu s i n gj a d e ，a n dm a k e sa np r o s p e c to f t h er e s e a r c h i n gf i e l d si nt h ee n d k e y w o r d s ：v w t u a le n t e r p r i s em u l t i - a g e n ts y s t e m c e a r d i n a t i o nm e c h a n i s m l i f e e y e l e p a r t n e rs e l e e l i o n 创新性声明 创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果：也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 不实之处，本人承担一切的法律责任。 日期坦12 ：f ：星 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文 本人签名： 导师签名： 一年解密后适用本授权书。 日期塑呈2 ：! ：星 日期2 亚：! ：兰鍪 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的研究背景 2 0 世纪9 0 年代以来，随着全球信息网络技术的发展，全球化市场的形成及技 术变革的加速，企业面临的是一个全新并快速变化的环境。主要体现在企业间的 竞争态势由完全竞争转向协同竞争；企业的产品开发能力不断提高，研制周期大 幅下降，产品生命周期越来越短；客户已不满足于仅仅要求产品或服务具有一流 的质量和较高的性能价格比，其需求的个性化趋势日益明显；客户需求的变化以 及激烈的竞争，使得企业必须面对客户越来越短的交货期需求。与此同时，计算 机网络技术的快速发展，极大地促进了企业内部以及企业之间的信息沟通。 在这种状况下，企业越来越难以独立胜任复杂的生产任务，必须以一种全新 的组织与运作模式适应当前的时代特点，把握住瞬息万变的市场机遇。生产技术 的快速更新和产品周期的缩短也促使企业必须寻求一种快速、灵敏的制造模式， 才能适应这种全球的合作竞争趋势。虚拟企业作为敏捷制造的组织形式由此产生。 虚拟企业是一个没有实际的总部和管理层的企业合作联盟。这个合作网络中 的成员节点保持自治，他们将各自的技能和资源加入到这个暂时的联盟，以提供 更好的产品和服务，提高在竞争经济环境中的竞争力。虚拟企业是已存在的企业 为了一个共同的目标组成的企业联盟，其中的单个企业可作为一个单独的实际企 业运作。虚拟企业的运作模式与传统企业的运作模式存在显著的不同，传统的企 业模式已不再完全适合虚拟企业的运作要求。为了促进我国企业尽快适应这种新 型的企业运作模式，增加企业制造过程的敏捷性，增强企业的抗风险能力，使我 国企业在全球性的竞争中占据有利地位，必须对虚拟企业的运作模式进行深入研 究。 1 2 国内外研究现状 虚拟企业是9 0 年代以后，随着知识经济和网络技术的发展而发展起来的一种 新的企业运作模式。国内外许多组织都展开了对虚拟企业这一课题的研究。 1 2 1 国外研究现状 国外关于虚拟企业的研究多集中在结构分析和过程建模上，如b e m u s 提出了基 于a g e n t 的虚拟企业组织设计方法和集成结构【l 】；m e z g a r 针对中小规模企业( s m e ) 的虚拟企业协作形式给出了网络化协调运作框架【2 】；k a t z y 提出了设计和应用虚拟 2 基于多a g e n t 的虚拟企业协调机制的研究 企业的概念模型【3 】。欧盟在e s p r i t l 4 计划框架下，主要面向虚拟企业的基础结构开 展了一些研究。其他比较著名的研究还有美国的n i i i p 计划 5 1 、欧盟的 i n c o d c m y s s t v e 计划嘲、p r o d n e t 计划和v e g a 计划【7 】等等。 一些研究工作使用基于a g e n t 的方法对虚拟企业进行建模，并利用a g e n t 表示企 业实体【8 1 。如c a m a r i n h ae ta 1 【9 1 ，r o c h ae ta 1 【1o 】提出一个虚拟企业开发框架，通过 a g e n t f 日q 通信开发虚拟企业各阶段的协调机制；o p e r a 的研究特别关注了协调的问 题，并使用分布式a g e n t 系统对虚拟企业进行了建模；f l o r e a 提出了支持业务流 程釜；a g e n t 系统模型【1 2 】等。 这些利用a g e n t 方法构建虚拟企业的研究都没有给出完整意义上的模型，只研 究了虚拟企业的某些方面，如协商、业务流程建模等。基于a g e n t 的虚拟企业模型 也只考虑了虚拟企业生命周期的第一个阶段( 合作伙伴选择以及合同协商) 。一 些研耕乃】自称其提出的模型已经隐晦地阐明了运行阶段的相关内容，但却没有解 释如何覆盖了这些生命周期阶段，而且也没有给出模型a g e n t 的结构细节。 1 2 2 国内研究现状 国内学术界对虚拟企业体系结构有较深入的研究。如：徐晓飞对虚拟企业的 建立及其集成支撑环境等进行了探讨 1 4 , 1 7 ；陈剑、冯蔚东建立了基于联邦模式的 虚拟企业组织结构以及基于动态合同网的虚拟企业运行模式【1 8 1 ；许青松对支持动 态联盟的管理信息系统进行了研究【1 9 1 ；王华栋等对动态联盟的体系结构进行了研 究 2 0 , 2 1 】；高济、林东豪提出t 基于a g e n t 技术的虚拟组织集成框架圈；黄明、刘晓 冰等设计了基于a g 吼t 的动态联盟体系结构等田】。 使用a g e n t 技术支持虚拟企业的研究的也较多，如杨建华、王丹、于戈1 2 4 , 2 7 等。 但这些研究往往只是用a g e n t 作为虚拟企业体系结构中的某个功能模块来提供特定 服务，或者是用a g e n t 间的通信支持企业间的合作和协调。协调规则往往局限于虚 拟企业创建阶段使用合同网协议进行的招投标，很少考虑支持虚拟企业全生命周 期。或者只从信息交互角度研究企业间的合作与协调，对虚拟企业多a g e n t 系统的 交互方式、交互规则及交互内容等方面没有展开深入的研究。 综上所述，目前关于基于多a g e n t 系统支持虚拟企业全生命周期的研究还很不 完善，尚未形成切实可行、能较好满足虚拟企业运作与管理的多a g e n t 虚拟企业体 系结构，对协调机制的研究也只局限于对创建阶段招、投标机制的研究本文将 在这些方面做出尝试，根据虚拟企业的特点，构建支持全生命周期的虚拟企业体 系结构，并在此体系结构下探讨虚拟企业生命周期各阶段a g e n t 间的协调机制，以 期为企业根据实际情况构建虚拟企业提供相关的理论和方法指导。 第一章绪论 1 3 课题研究的目的和意义 目前，我国企业面对激烈的国际竞争环境，必须不断提高自我适应能力，彻 底改变原有的传统企业的组织和运作模式。虚拟企业是多个企业为了某一共同利 益形成的暂时的企业联盟。它利用网络技术将地理上分散的企业及其业务流程耦 合为一个有机整体。灿领域的多a g e n t 系统在很多方面表现出与虚拟企业相似的特 性，如作为系统，它们有共同的利益，是一个有机的整体；而对于单个个体而言， 又是相对独立、自治的。因此可以将多a g e n t t 里论应用到虚拟企业领域，解决虚拟 企业生命周期各阶段遇到的问题。 作为一种全新的企业组织和运作模式，通过将虚拟企业联盟成员及成员内部 各子系统构建) b a g e n t ，使得原本独立的成员企业及其构成单元通过多a g e n t 的相互 作用构成一个动态的网络化分层系统。这些a g e n t 是相互联系和相互作用的，通过 定义协调规划机制，a g e n t 间可以更好地合作，并动态地更加有效地调配系统资源， 使得系统整体上达到最优。而且合理的协调机制还可以避免a g e n t 在交互过程中产 生冲突，或在产生冲突后自行处理冲突。对a g e n t 交互中协调机制的研究，是基于 多a g e n t 的虚拟企业研究非常重要的方面之一。 1 4 论文所做的研究工作 由于目前基于a g e n t 的虚拟企业的研究不能很好的支持虚拟企业全生命周期， 本文通过分析虚拟企业的特征，提出一种基于通用a g e n t 结构框架的虚拟企业体系 结构。研究了此体系结构下虚拟企业生命周期各阶段a g e n t n 的交互与协调。引入 动态规划扩展了单纯使用层次分析法的虚拟企业合作伙伴选择模型，使用逻辑演 算描述虚拟企业运行阶段a g e n t n 的行为协调，并使用x m l 技术解决虚拟企业异构 实体之间数据的表示和交换问题。 1 5 论文的结构 本文使用a g e n t 技术构建了支持虚拟企业全生命周期的虚拟企业体系结构，并 在此结构下分别研究了虚拟企业创建阶段和运行阶段a g e n t 间的协调机制，引入动 态规划改进了虚拟企业合作伙伴选择模型，使用逻辑演算描述虚拟企业运行阶段 a g e n t 的协调机制，最后介绍了使用j a d e 构建基于多a g e n t 的虚拟企业原型系统的原 则和方法。 论文结构的具体安排如下： 第二章首先介绍了虚拟企业和a g e n t n 论的相关内容，通过分析两者的特征， 指出在虚拟企业中应用a g e n t 技术的可行性和有效性。 4 基于多a g c i n 的虚拟企业协调机制的研究 第三章介绍了多a g e n t 系统的理论和技术，给出构成虚拟企业a g e n t 的通用结构 框架，并在此框架的基础上构建了基于多a g e n t 的虚拟企业的体系结构，分析了该 体系结构的优点。 第四章分别针对虚拟企业生命周期中创建阶段和运行阶段，a g e n t 间协调的产 生、内容和方式进行了详细的论述，重点介绍了合作伙伴选择模型的扩展及逻辑 演算在虚拟企业运行阶段的应用，并详细讨论了如何利用x m l 技术解决虚拟企业 异构实体之间数据的表示和交换问题。 第五章介绍了使用j a d e 实现多a g e n t 虚拟企业原型系统的原则和方法。 最后，在第六章对研究课题作了总结进一步的展望。 第二章虚拟企业及a g e n t 概述 第二章虚拟企业及a g e n t 概述 2 1 虚拟企业的概念及内涵 2 1 1 虚拟企业产生的原因 5 任何一种企业的组织与运作模式都是适应当时社会、经济发展和科技进步的 产物，虚拟企业也不例外。它产生的根本原因在于社会、经济和技术的迅速发展。 具体来说，其产生原因包括三个方面的内容：一是企业外部市场竞争环境的变化； 二是企业内部先进管理观念的产生；三是作为上述变化的技术推动，网络时代的 到来与使能技术方面的发展与进步。 1 企业外部的需求： 现代市场竞争变化莫测，而用户需求的个性化程度也越来越高，企业以什么 样的方式才能快速、高效、低成本地向市场提供服务是现代企业面临的一大问题。 另外，高新科技成果的广泛应用，为企业间的信息交流与合作发展提供了技术平 台。同时，产品的生命周期大大缩短，全球性、全方位的买方市场开始形成，这 就使得企业不得不重新考虑自己应该以什么样的方式加入到这场竞争中来。 2 企业自身的需求： 现在市场形势多变，企业在推出新产品或对产品进行重大改进时，单独由某 一个企业来完成的成本很高，而且风险也很大。如果由多个企业共同研制开发， 就可以使每个企业所承担的风险减小，所需费用也可以共同分担。另外对于某一 个企业而言，不可能做到样样精通，而现代的企业竞争又要求企业能够快速地响 应需求的变化。 3 网络时代与信息技术的发展： 虚拟企业概念的提出是在2 0 世纪9 0 年代初期，这也正是网络技术突飞猛进的 时期。市场环境的变化和管理观念上的变化，只是使虚拟企业具有了产生的必要 性，而网络时代的到来与信息、通信等使能技术的发展极大地促进了虚拟企业的 产生，并为虚拟企业组织与运作模式的实际推广提供了现实可能性。信息技术的 发展为虚拟企业的产生和推广提供了技术基础，消除了信息交流的种种壁垒，大 大改善了企业内部及企业之间业务联系的方式，为深层次的产品信息共享和交换 提供了技术条件。这种交流方式与信息技术的高速发展一方面为企业间的合作创 造了便捷条件，另一方面也加剧了企业外部环境的变化速度，在客观上要求出现 新的企业形态以适应这一要求。 6 基于多a g e n t 的虚拟企业协调机制的研究 2 1 2 虚拟企业的概念及特征 虚拟企业( v i r t u a le n t e r p r i s e ，) 又称为动态联盟、虚拟组织( v i r t u a l o r g a n i z a t i o n ) 等，作为一种新的企业运作和组织模式，虚拟企业的概念经历了一个 从提出到不断成熟的过程。 1 9 9 1 年由美国机械工程学会名誉理事p r e i s s 等人向美国国会提交了一份名为 ( 2 1 世纪制造企业战略：一个工业主导的观点的研究报告，首次提出虚拟企业 的概念。1 9 9 3 年b y m e 在美国商业周刊上发表了名为“虚拟企业”的封面文章， 首次明确指出：为了追求最大的适应性，虚拟企业是多个企业快速形成的暂时的 企业联盟，以把握快速变化的机遇。这是虚拟企业研究中最为经典的一篇文献。 1 9 9 4 年p r e i s s 等人再次联合发表敏捷竞争者与虚拟组织一书，指出计算机网络 和远程通讯技术的结合，使许多企业有可能将地理位置上和组织上分散的能力结 合在一个“虚拟企业”中，并在该过程中获得强有力的竞争优势。该书进一步扩 展了虚拟企业涵盖的范围。从此，虚拟企业研究进入了一个新的理论研究阶段， 并得到了实业界人士的广泛重视。尽管如此，虚拟企业还没有形成一个完全统一 的定义，这说明了虚拟企业研究的复杂性与多样性。关于虚拟企业，比较典型的 几种定义如下： g o l d m a n 的定义： 面对环境的复杂性和不确定性，虚拟企业是一种必要的战略和组织模式，以 快速、频繁和同时地创造、集中生产资源。 g 删缸e r 的定义： 虚拟企业是通过网络实现电子信息和通信的灵活性、适应性和可获得性的保 障，是在资源分散和时间紧迫的现实环境中的最佳选择。 c l i p s 的定义： 虚拟企业是一个为了满足分享技术和实现共同目标的商业要求的临时性网络 组织，其成员是独立的专业部门，因地理、时间、心理等因素而分隔开来，他们 运用电子通信工具所进行的商业交流使他们互相依赖，互相帮助。 b y m e 的定义： 虚拟企业可以克服大型的综合性企业的官僚主义和迟钝的特性，因而是一种 对员工有更高的激励作用的灵活、敏感的组织。 陈剑，冯蔚东的定义： 虚拟企业是以信息、通信技术为主要技术手段，主要针对企业核心能力资源 的一种外部整合，其目的在于迎合快速变化的市场机遇。 虚拟企业是经济、社会及信息技术高度发展的产物。本文认为，虚拟企业是 一种由相互独立的、具有独特核心功能的业务实体或企业，为赢得迅速变化的市 第二章虚拟企业及a g e n t 概述 7 场机遇，将现有的社会分散资源进行快速、动态、重新集成，并借助信息网络技 术联系起来的临时组织。 虚拟企业的本质是以实现机遇为目标的合作竞争型的生产组织，它具有如下 特征： 1 组织构成的动态性。虚拟企业是一个为实现市场机遇而临时组成的具有企 业功能的组织形式，它不同于以资产为纽带构建的企业集团，后者具有相对稳定 的组织结构，一经组建不会随某项任务的完成而解散；而前者是以项目为基础组 建的，该项目一经完成，虚拟企业将解体。参与项目的各个伙伴成员，在联盟解 体后返回原有企业，继续寻找下一个新的市场机遇。 2 优势资源互补性。虚拟企业内掌握核心技术的盟主企业，按照优中选优的 外部资源利用原则，从产品设计到投放市场，网罗一些资源最优的企业。这些成 员彼此拥有自己的核心优势而且能提供给对方，同时也需要对方提供自己所需要 的资源。他们共同构成实现市场机遇所需的所有资源，形成优势资源互补的统一 体，产生强大的资源优势和竞争优势。 3 物理范围的分布性。为实现某市场机会而组成的虚拟企业的成员往往来自 不同的地区，甚至不同的国家，在地理上呈现出明显的分布式特点。 4 结构的可重构性。虚拟企业的成员组织可以根据需要进入或退出某虚拟企 业，也可以同时参与多项任务，而成为多个虚拟企业的成员。这样，虚拟企业的 每个成员可以灵活地重构出各种不同的虚拟企业。 5 市场机会的快速应变性。由于具有上述各种组织特性，虚拟企业能够快速 地构造实现市场机会所需的所有资源，形成互补的优势资源的统一体，产生强大 的资源优势和竞争优势。 6 信息技术的支持。信息网络能保证伙伴企业之间协同工作，无论是通过单 体组织的虚拟化还是通过组织间关系的虚拟化而形成的虚拟组织，它们都是以i t 网络为基础，分别形成内部网与外部网，从而把组织内的雇员、有关组织间的雇 员以及顾客联结在一起。这种网络并不是固定的，而是必须根据实际需要不断地 进行调整，使整个网络处于动态、临时和多变之中。 通过上述分析可以总结出，建立虚拟企业的主要目的是突破企业的有限界线， 通过对外部资源的系统整合实现企业的目标。它强调合作，使得各成员企业有序、 高效地利用、共享企业内部和外部的人力、物力资源，并共同承担投入和风险， 以快速响应市场，赢得竞争。它以实现风险共担、利益共享为目标，对企业核心 资源进行整合而形成整体竞争优势。 g 基于多a g e n t 的虚拟企业协调机制的研究 2 1 3 虚拟企业的生命周期 企业同生物体一样，都有着生老衰亡的过程，即存在着生命周期。虚拟企业 是一个动态的临时性组织，它随着市场机遇的出现而生成，也随着市场机遇的消 亡而解体，具有明显的周期性。目前的大部分文献【2 8 捌都将虚拟企业的生命周期 划分为4 个阶段：识别期、组建期、运行期和终止期，如图1 1 。为使论述方便， 本文将识别期与组建期合并，称为虚拟企业的创建期。 2 1 3 1 虚拟企业的创建期 图1 1 虚拟企业的生命周期 虚拟企业组建的好坏直接影响到虚拟企业是否能够成功。虚拟企业创建阶段 从识别市场机遇起始，到确定合作伙伴并建立合同终止，主要包括以下活动： 1 企业对收到的客户订单进行评估与分析，选择相对利润较高的订单优先执 行，对此选中订单进行分解( 即任务分解) ，若自己难以独自完成，或与其他企业 合作会获得更大的利益，则着手组建虚拟企业并自然地成为此虚拟企业的盟主企 业。 2 盟主企业为每个需要由其他企业完成的子任务寻找合适的合作伙伴，即进 入任务分配阶段。在任务分配过程中，盟主企业首先寻找相关企业，向其发送需 求信息( 或将需求信息发布在公共信息平台上，供其它企业查询) ，然后对提出 申请加入虚拟企业的各候选成员企业进行评价，选择最适宜的企业作为自己的合 作伙伴。 3 盟主企业与选定的合作伙伴签订合同，合同内容主要包括提供的产品的数 量、质量、交货期、拖期惩罚及报酬支付方式等等。 4 另外，为了企业之间能够实时、安全、准确地交互信息，盟主企业与选定 的合作伙伴还要对所采用的通信协议、技术标准、信息安全方式等达成协定。通 第- - 章虚拟企业及a g e n t 概述 过以上活动，就完成了虚拟企业的组建，从而进入虚拟企业的运行阶段。 2 1 3 2 虚拟企业的运行期 9 虚拟企业良好地运行是虚拟企业获得成功的关键，此阶段是虚拟企业为了实 现其共同的目标而开展的一系列业务活动。该阶段要实现的是产品的设计、制造 和分销，这些活动将由各成员企业所组成的工作团队共同完成。在虚拟企业运行 阶段，高水平的任务协调是关键，这一方面以相应的信息管理技术和系统为支撑， 另一方面则依赖于各种管理协调机制的建立与完善。盟主企业将在虚拟企业的管 理方面发挥重要的作用。虚拟企业运行阶段具体活动包括： 企业的业务活动之间的交互与协调； 盟主企业进行虚拟企业的订单管理； 盟主企业进行虚拟企业的项目管理，即订单执行管理； 盟主企业与成员企业协商调整虚拟企业的全局生产计划； 盟主企业与成员企业通过协商对虚拟企业的成本和质量进行有效控制； 盟主企业与成员企业通过协商实现虚拟企业生产进度的全面控制，以及时 向客户提供预期的服务与产品。 另外，若在虚拟企业运行过程中，由于虚拟企业内部或外部出现意外情况， 而在虚拟企业内部无法解决，还有可能进行虚拟企业的动态重组。 2 1 3 3 虚拟企业的终止期 虚拟企业是基于市场机会的动态联盟，如果目标实现，则联盟解散。此阶段 主要是盟主企业向成员企业支付报酬、解除各企业之间的经营活动联系以及进行 相关合作数据的整理，以形成再次组建虚拟企业时可供参考的历史数据。 2 1 4 虚拟企业与传统企业的区别及优势 全新的虚拟企业模式己经不再等同于传统企业模式了，它之所以受到许多学 者的推崇，主要是因为虚拟企业存在着许多传统企业所不具备的优势。虚拟企业 与传统企业的区别及其优势主要体现在以下两个方面： 1 从企业内部管理结构上来看，传统企业大多采用工业经济时代的金字塔式 纵向管理模式。这种结构使得企业的管理链条过长，导致了一方面企业的决策迟 缓，另一方面与市场、技术的瞬息万变也极不适应，缺乏随条件变化而变化的柔 性与敏捷性。虚拟企业则不同，它根据企业的业务流程与管理流程重新设计组织 结构使之趋于扁平化，运用虚拟运作，整合外部、内部资源，便可以达到企业的 1 0 基于多a g e n t 的虚拟企业协调机制的研究 生产经营目标，同时也实现了企业组织的高效、柔性化和敏捷化。 2 从企业的外在表现形式上来看，一是虚拟企业强调彼此合作，它改变了传 统企业同行是冤家的殊死竞争局面，取而代之的是一种“共赢”的新型竞争观念。 二是虚拟企业不是一个法人实体，它是一种动态联盟，一旦任务完成，它就可以 解散，解散后的各成员又可以加入到其他的虚拟企业中去。三是虚拟企业之间并 不以物质资产作为企业的边界，而是以数字信息流形成的虚拟协作关系作为企业 的纽带，这种新的产权形态，可以对虚拟企业内的物流和资金流进行约束，使其 在信息流的引导下按照最有利于信息流动的原则进行流动。 表2 1 总结了虚拟企业与传统企业的区别。 传统企业 虚拟企业 组织结构 矩阵型 项目导向 管理流程接力棒分段完成交互合作完成 任务服从上级合作精神 特征静态性离散性动态性系统性 企业关系竞争环境共赢环境 2 2 1a g e n t 的概念 表2 1 虚拟企业与传统企业的区别 2 2a g e n t 理论 a g e n t 概念起源于分布式人工智能领域，用以表示具有推理决策与问题求解能 力的智能逻辑单元。它是一个运行于动态坏境下的具有较高自治能力的实体( 即自 治体可以是系统、机器等) ，其根本目标是接受另外一个实体的委托，并为之提供 帮助和服务。它能够在这个目标的驱动下主动采取包括社交、学习等手段在内的 各种必要的行为，以感知、适应并对动态环境的变化进行适当的反应。它与其服 务主体之间具有较为松散和相对独立的关系。 关于a g e n t 的确切定义目前存在很多争论，其结构组成也没有达成一致【3 0 , a 2 ， 但越来越多的人赞成下面的观点：在人工智能领域，a g e n t 表示具有一定智能，在 不确定性环境中，根据自身能力、状态、资源、相关知识以及外部环境信息，通 过规划、推理和决策实现问题求解，并进行相应的活动，自主地完成特定任务而 达到某一目标的封装的系统。此定义可以从以下几方面来理解： 1 a g e n t 具有智能性，如信念( b e l i e f ) 、能力( c a p a b i l i t y ) 、选择( c h o i c e ) 和承诺( c o m m i t m e n t ) 等。这些状态分别可用准确的方式表达，类似于人类通常 所使用的意义。某些硬件或软件成为a g e n t ，正是由于它们具备了对那些智力状态 进行分析和控制的能力。a g e n t 作为体现智力状态的实体，模拟人类的思维方式， 第二章虚拟企业及a g e n t 概述 对利用计算机和其它自动化手段，解决客观世界的问题是一种有益的探索。 2 a g e n t 具有高级性。这一点在定义上是较模糊的，但它常被用来区别a g e n t 与 一般意义上的软件和硬件，表现在它的符号表达形式或具认知的功能。 3 a g e n t 具有从属性。这一点最具a g e n t 的原始含义，即一方代表另一方的利益 而从事活动如在智能接口方面，a g e n t 依据用户的意愿完成具有某种目的的活动 或任务。当然“委托”的一方不仅仅局限于人类，也可以是某些硬件、软件或其 它的a g e n t 。 一般说来，a g e n t 拥有有限的知识源，具有多个目标，以及适应环境的能力。 a g e n t 拥有的有限知识是对其所处环境或所要求解问题的描述。a g e n t 所采取的一切 动作都是面向目标的。a g e n t 要达到目标，首先必须能感知环境，然后利用所拥有 的知识形成一系列可执行的动作计划，并选择执行。a g e n t 适应环境的能力是指其 具有推理、决策、计划及控制的能力。 2 2 2a g e n t 的特征 a g e n t ；没有统一的定义，但至少应具备以下特征： 1 响应性，即对环境的感知和影响。a g e n t 能够感知其所处环境，对环境的信 息( 如突发事件) 做出响应，并在运行过程中收集信息，进行功能的动态调整。 2 自治性，l l 1 a g e n t 运行时不直接由人控制。它对其自身的行为和内部状态有 一定的控制权。在没有人类或其它a g e n t 的干涉和指导的情况下，能持续运行，并 能控制其内部状态和动作。 3 主动性，a g e n t 是可独立运行的实体，能完成自身的目标，能根据自身所处 的环境、内部状态和知识，以及外部事件来决定和控制自身的行为，具有自主地 实现自己独有功能的能力。 2 2 3a g e n t 的类型 从构造a g e n t 的角度出发，单个a g e n t 的结构通常分为推理型、反应型和混合 型三种口3 1 。 1 推理型a g e n t 推理型a g e n t 的特点是：a g e n t d p 包含了世界现实表示的、符号的模型，并且其 决策( 如执行什么动作) 是通过逻辑推理、基于模式匹配和符号操作得出的，其认 知构件由世界模型和规划器两个部分组成。它的一个基本假设是：对a g e n t 的认知 功能进行模块化是可能的，即可以分开来研究a g e n t 的认知功能，然后把它们组装 在一起构成智能自治性a g e n t ，如图2 2 所示。 采用这种方式构造的a g e n t 的问题是：如何在一定时间内将现实世界翻译成准 基于多a g e n t 的虚拟企业协调机制的研究 确、合适的符号描述，又如何让a g e n t 在一定时间内根据这些信息进行推理和决策。 很多学者在这个领域进行了大量研究，但是离真正解决问题还有很大距离。有一 些看来很简单的问题，例如常识推理，实现起来都非常困难。符号演算算法的复 杂性使得最简单的定理证明也要耗费大量时间。 a g e n t _传感器 e 四 环 境 口d 圈 女应器 图2 2 推理型a g e n t 2 反应型a g e n t 与推理型a g e n t 不同，反应式a g e n t 不包含符号表示的世界模型，不使用复杂的 符号推理的体系。其思想来源于我们日常的活动，很多活动不需要推理就可以完 成。当内部和外部环境符合代理的条件时，它就做出相应的行为。反应型a g e n t 的 一个基本假设是：a g e n t 行为的复杂性可以是其运作环境复杂性的反映，而不是a g e n t 复杂内部设计的反映。试验表明，在现实世界中，反应式a g e n t 宅e 处理有限的一些 任务时优于推理式a g e n t ，如图2 3 。 然而，反应型a g e n t 名- e 处理需要世界知识的任务时也存在一些问题，因为这些 知识必须通过推理或从记忆中获得，而不是通过感知得到。此外反应型a g e n t 的适 应能力比较差，常常没有任何学习能力，推理的每个行为需要分开来编码，与之 相关的是系统的可扩展性问题。反应式a g e n t n 前在主流的分布式系统中占主导地 位。 匿惜 删巨型 图2 3 反应型a g e n t 3 混合型a g e n t 以上两种a g e n t 的构造方式都不适合于构造复杂的a g e n t ，应该把两者结合起来， 构造同时具有两者优势的混合式a g e n t 。如g e o r g e f fl a n s k y 提出的采用 p r s ( p r o c e d u r er e a s o n i n gs y s t e m ) 体系结构来构造a g e n t 。p r s 是一种信息一愿望 一目标体系，它有一个计划库，以及现实表示的信念、愿望和目标。信息是一些 事实，包括外部世界和代理的内部状态，用一阶逻辑表示。愿望由系统行为来表 第二章虚拟企业及a g e n t 概述 示。p r s 计划库中包含一些不完整的计划，称为知识区( k a ，k n o w l e d g ea r e a ) ， 每个k a 都和一个激活状态相连，这个状态决定k a 什么时候被激活。k a 可以用目 标，也可以用数据来激活，所以k a 可以是推理式的，也可以是反应式的。代理中 一系列活动的k a 代表其目标。所有这些数据结构，用一个系统解释器来处理，它 负责更新观念，激活k a 或执行系统行为，如图2 4 所示。 p 医习l 一件监听模铡叫 境 上 通 皂 感 霪 知 决策推理模块 块 ； i 执行模块i - - 图2 4 混合型a g e n t 2 3a g e n t 技术在虚拟企业中应用的可行性与有效性 分布式人工智能中的多a g e n t 系统类似于人类社会。在这个系统中，a g e n t l 体 相当于一个有人身权力的公民，它感知到外界环境后，通过自己的判断和思维， 做出一系列动作或活动来维护自身的利益。为了在严峻的环境中生存，常常需要 数个“爱好”相近、功能互补的a g e n t 组合成“群落”来共同进行一项复杂的劳动， 在这个过程中，群落成员( a g e n t ) 达成了获得利益、向前进化的目的。 虚拟企业中，一方面企业在生产经营活动中表现出了自主体所具有的特性。 一个企业能够自行构建自己的管理控制体系，通过这个体系来控制企业的经营管 理和生产运作，使企业进入良性发展循环，这表现7 a g e n t 的自治性或自主性。与 此同时，企业是处于在一个竞争异常激烈的动态的市场环境中，它必须有能力抓 住瞬息万变的市场信息，所以企业中必须有相当数量的市场人员收集、归纳和总 结出各种有用市场信息，这个过程表现出了企业应具有a g e n t 的感知能力。于是， 企业的领导和专业人员对原始的市场信息进行分析预测，根据企业现阶段的生产 能力和经营状况，制定出相当一段时间内的工作蓝图，以这张蓝图设计制定各种 具体的实施方案，再将它下达给企业下层，如车间层。企业下层根据下达的任务， 组织自己的任务分配与制造等生产活动。因此，企业也具有推理和规划能力。 另一方面，对于一个复杂的任务，企业往往很难或者没必要去单独完成它， 这就需要与其它企业协作共同完成该任务。在任务完成之前或完成过程中，企业 应该有明确的分工，如果遇到冲突，还应该在遵守一定规则和协议的基础上，两 个或两个以上企业协商来消解冲突，通过通信来协调一致地完成这项承接任务， 这个过程中企业表现出了通信能力和协商、合作的能力。不管在自然界还是人类 社会中，“优胜劣汰”是一个最基本地原则。企业为了生存，当每次合作任务完 1 4 基于多a g e n t 的虚拟企业协调机制的研究 成企业联盟解散后，应该对这次合作进行总结分析，如有必要，应对企业的结构 功能及体制进行部分改进和调整，为下次难度更大、风险更高、收益更多的合作 做好充分的准备，这体现了企业的适应性和进化性。 综上所述，虚拟企业具有自治性、进化性、感知能力和规划能力、通信能力、 协作和协商能力等几乎a g e n t 的所有特性，因此将a g e n t 技术应用在虚拟企业中，就 可以通过a g e n t 间简单的控制规则有效地实现对复杂虚拟企业系统的动态重组与运 行控制。 2 4 小结 虚拟企业和a g e n t 技术是目前研究的两个热点。本章介绍了虚拟企业和a g e n t 理 论的相关内容，通过分析两者的特性，指出在虚拟企业中应a g e n t 技术的可行性 和有效性。 第三章基于多a g e n t 的虚拟企业体系结构 第三章基于多a g e n t 的虚拟企业体系结构 1 5 多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 是多个a g e n t 依据预定义的规则互相 连接，交互合作的有机体。a g e n t 系统应用的根本原则是，在追求全局目标的同 时，实现a g e n t + 体的最大自治性。在虚拟企业中，由于每个成员企业都是自治的 企业实体，很自然的，可以用a g e n t 代表成员企业来构建虚拟企业系统。 3 1 多a g e n t 系统 3 1 1 多a g e n t 系统的定义及特征 a g e n t 技术的两个主要发展方向是构造结构复杂、知识丰富且功能强大的单个 a g e n t ，和组建由多个结构和性能较为简单的a g e n t 组成的多a g e n t 系统。随着计算机 技术在工程领域应用的深入，人们感到以单个a g e n t 为主要研究对象的思路已无法 满足应用的要求，多a g e n t 系统己成为分布式人工智能的研究重点。 所谓多a g e n t 系统，是指由多个a g e n t 组成的一个较为松散的a g e n t 联邦，各a g e n t 按预先规定的协议，根据系统的目标状态及自身的目的、资源和知识，利用通信 网络相互间通过协商，确定各自的任务，协调各自的行为活动，协作完成共同白q 任务以达到整体目标 3 4 1 。各a g e n t 成员的活动是自治和独立的，其自身的目标和行 为不受其它a g e n t 成员的限制，通过竞争或协商等手段协调各成员a g e n t 的目标和行 为。多a g e n t 系统的数据和资源是分散的，每个a g e n t x 寸于所要完成的任务拥有不全 面的信息或能力，不存在全局的控制系统，任务的执行和计算是异步的。多a g e n t 系统除了具有个体a g e n t 的基本特性外，还具有以下特性【3 5 1 ： 1 社会性。a g e n t n - - j 能处于由多个a g e n t 构成的社会环境中，a g e n t 拥有其它a g e n t 的信息和知识，并能通过某种a g e n t 通讯语言与其它a g e n t 3 注行通讯和交互，实现与 其它a g e n t 的合作、协同、协商、竞争等，以完成其自身的问题求解，或者帮助其 它a g e n t 完成相关的活动。 2 自治性。在多a g e n t 系统中，一个a g e n t 发t bj i l l 务请求后，其它a g e n t s 有同时 具备提供此服务的能力与兴趣，才接受动作委托。因此，一个a g e