（管理科学与工程专业论文）智能仓储中材料agent的设计研究.pdf

摘要 摘要 仓储是现代物流的一个重要组成部分，作为一门独立的学科来研究和探讨。 随着自动化技术和信息技术的不断发展和推进，仓储也由原始的人工仓储发展到 现代的智能仓储，其中材料的采购和管理一直都是企业很关心的问题。目前，尽 管在材料的采购问题上有了电子商务，可以基于i n t e r n e t 进行信息发布和网上 订购、电子支付及电子管理等，实现了采购交易活动的自动化或半自动化，在 某种程度上缩短了交易时间，降低了交易成本，但是，在这种电子商务的交易过 程中，商家需要顾客访问站点才能为其提供服务，是被动的销售方式。并且关于 材料价格问题，谈判和协商还不能实现自动化，缺乏智能性。与此同时，用户买 到的商品的价格不一定是自己所满意的价格，也不利于商家之间的竞争。此外， 对于材料的订货点及订货量还是要耗费大量的人力、物力和财力来分析确定，在 时间上都有一定滞后性；同时，在材料的管理中尽管有各种材料管理软件的应用， 实现了材料管理的电子化，但是很多工作还是需要人来操作，进行人工录入、查 找、修改等等，而且各部门间材料相关信息得不到及时更新，加大了采购、生产、 销售等部门间工作量。因此，基于a g e n t 的材料采购与管理系统的研究将有重要 意义。 本文基于人工智能的一个重要分支a g e n t 所具有的智能性、主动性、交互性、 反应性及协作性等特点，把它引入到企业材料采购与管理活动中，使它们能在没 有人直接干预的情况下分工协作，共同完成大部分工作，也就是能代替采购和库 管人员进行搜索、收集信息，并主动地与企业内部人员及供应商进行事务协商， 完成材料采购与管理工作。与此同时，本文还将采用r f i d 技术实时收集数据和 无线传感器实时传输数据，以此作为智能仓储平台进而展开材料a g e n t 的设计。 应用a g e n t 及相关理论对材料采购与管理系统进行建模。主要完成下列工作： 首先，构建以r f i d 和w s n 为技术支持的智能仓储控制硬件平台。其中，r f i d 技术实现人员、货物、车辆等目标的识别；w s n 及时实现仓储环境及信息智能， 满足温度、湿度、成分等环境参数的分布式监控的需求。将通过r f i d 技术收集 来的数据实现无线传输，进而可以跟踪商品从生产到销售的全过程，不仅可以有 效避免商品的丢失，而且还得到了某类商品的销售周期和销售速度，以便及时的 补充商品，减少供货不足而造成的损失。 然后，提出将a g e n t 技术应用到智能仓储中，实现材料采购与管理智能化。 并且引用了一个用于开发多a g e n t 系统的平台一j a d e 。 关键词：智能仓储：r f i d 和w s n ；a g e n t 技术；j a d e 平台 a b s t r a c t a b s t r a c t i n v e n t o r yi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t so fl o g i s t i c s ，i ss t u d i e da n dd i s c u s s e d a s as p e c i a ls u b je c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n to fa u t o m a t i o n t e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , s t o r a g ed e v e l o p s f r o mp r i m i t i v em a n u a l o p e r a t i o nt o m o d e mi n t e l l i g e n tw a r e h o u s i n g a n dp u r c h a s ea n dm a n a g e m e n to f m a t e r i a l si sap r o b l e m ，w h i c hi st a k e ni n t oa c c o u n tb yt h ec o r p o r a t i o n s a tp r e s e n t ， t h e r ei se b u s i n e s sa n di tc a np r o m u l g a t ei n f o r m a t i o n ，p a ya n dm a n a g e i nt h ei n t e r n e t ， w h i d lm a k e st r a d ea u t o m a t i o na n dh a l f - a u t o m a t i o nc o m et r u e t h u si tm a k e st h et i m e o fb u s i n e s ss h o r t e na n dc o s to fb u s i n e s sr e d u c e di naw a y h o w e v e r , i nt h ep r o c e s so f t h e 砌eb u y e r sm u s ta c c e s st h ew e ba n de n j o yt h es e r v i c ei nt h i sw a y , w h i c hi st h e p a s s i v es t y l eo fs e l l i n g o n t h eo t h e rh a n d ，n e g o t i a t i n ga n dc o r r e s p o n d i n gi s n t d i s p o s e da u t o m a t e da b o u tt h ep r o b l e mo fp r i c e ，l a c k i n gi n t e l l i g e n c e m o r e o v e r , p r i c e s t h a tt h eb u y e r so f f e rc a n ts a t i s f yt h e m s e l v e s ，a n di ti s n tc o n d u c i v et oc o m p e t i t i o n a m o n gb u s i n e s s e s i na d d i t i o n ，u s e r sn e e d t os p e n dal o to fm a n p o w e r 、m a t e r i a l r e s o u r c ea n dm o n e yi nm a k i n gad e c i s i o n t h o u g ht h e r ea r eam a s so fm a t e r i a l s m a n a g e m e n ts o f t w a r ea p p l i e db yl o t so fe n t e r p r i s e s ，a l o to fw o r kn e e dp e o p l et o o p e r a t e 、m a n u a le n t r y 、s e a r c h 、m o d i f ya n ds o o n b u ta l s oa m o n gt h ev a n o u s d e p a r t m e n t sr e l a t e dm a t e r i a l sc a n tg e tt i m e l yi n f o r m a t i o nu p d a t e d ，w h a ti n c r e a s e s d e p a r t m e n t s w o r k l o a d t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho np u r c h a s i n ga n dm a n a g i n g m a t e r i a l s s y s t e mw i l lb eo nt h ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e b a s e do na ni m p o r t a n tb r a n c ho fa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c eb yt h ea g e n tw i t ht h e i n t e l l i g e n c e 、i n i t i a t i v e 、i n t e r a c t i o n 、r e a c t i o na n dc o l l a b o r a t i v ef e a t u r e s ，w ew i l la p p l y i tt op u r c h a s ea n dm a n a g e ，w h i c hm a k et h e mc o l l a b o r a t ea n dc o m p l e t em o s to fw o r k i nt h ea b s e n c eo fp e o p l ed i r e c ti n t e r v e n i n g i tc a ns e a r c ha n dc o l l e c ti n f o r m a t i o n ，a l s o n e g o t i a t ea b o u tt h eb u s i n e s sw i t ho t h e rs t u f fo rs u p p l y i n gp e o p l eo ni t so w n i n s t e a d o fa d m i n i s t r a t o r s a tt h es a m et i m e ，i tw i l l a l s ou s er f i dt e c h n o l o g yt oc o l l e c t r e a l t i m ed a t aa n du s ew s n t oa c h i e v er e a l t i m ed a t at r a n s m i s s i o n w ew i l lc o m p l e t e s o m em a i nw o r ka sf o l l o w i n g ： f i r s t l y , i t c o n s t r u c t si n t e l l i g e n ts t o r a g ec o n t r o lp l a t f o r m ss u p p o r t e db yr f i da n d w s n t e c h n o l o g i e s i tw i l lu s er f i dt e c h n o l o g yt or e c o g n i z et a r g e t so fg o o d sa n d v e h i c l e s ；w s nt i m e l yr e a l i z ei n t e l l i g e n ti n f o r m a t i o no fs t o r a g ee n v i r o n m e n t d a t a c o l l e c t e db yr f i di st r a n s m i t t e dw i r e l e s s l y , t h u st h ew h o l ep r o c e s so fp r o d u c t i o n a b s t r a c t f r o mp r o d u e i n gt os e l l i n gc a nb es e e n n o to n l yi tc a na v o i dl o s i n go fg o o d s ，a n da l s o i tc a ng e ts o m eu s e f u li n f o r m a t i o na b o u tac e r t a i ng o o d ss a l e sc y c l ea n ds a l e sp a c e s oi tc a ns u p p l yc o m m o d i t i e st i m e l ya n dr e d u c et h el o s sf o rs u p p l ys h o r t a g e s e c o n d l y , i ta p p l i e sa g e n tt e c h n o l o g yt oi n t e l l i g e n ts t o r a g e ，w h i c hm a k e st h e p u r c h a s i n ga n dm a n a g i n gi n t e l l i g e n t a n dt h e r ew i l lb eap l a t f o r m ，j a d ew h i c hi s m a d eo fd e v e l o p i n gm u l t i a g e n ts y s t e m k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n ti n v e n t o r y ；r f i da n dw s n ；a g e n tt e c h n o l o g y ；j a d e 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 彩孵定 醐：彻g 年乡月刁日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位做作者躲獗热赶指刷币躲吴良 日期：硼审年乡月矽日日期：璐年多月力e t 第一章绪论 第一章绪论弟一早三百下匕 1 1 问题概述 自从有了生产活动，仓储就出现了，直至今天仓储作为现代物流的一个重要 组成部分，在物流系统中起着至关重要的作用，是厂商研究和规划的重点。高效 合理的仓储可以帮助厂商加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行， 并可以实现对资源有效控制和管理。随着自动化技术和计算机技术的发展与深入， 仓储的发展经历了人工和机械化的仓储一一自动化仓储智能化仓储三个阶 段。目前，我国还处于自动化仓储的推广和应用阶段。因此，仓储的智能化研究 对我国物流业的发展起着相当的推动和促进作用。目前，智能仓储系统的基本原 理已经在一些实际的物流系统中逐步得到实现，由此可见，2 1 世纪智能仓储技术 将有广阔的应用前景。 仓储智能化是在自动化仓储的基础上继续研究的，实现与其他信息决策系统 的集成，朝着智能和模糊控制的方向发展，人工智能推动了仓储技术的发展，即 智能化仓储。 目前，我国还处于自动化仓储的推广和应用阶段。自动化仓储所展现出来的 优势和便利已经被越来越多的企业所认可，但是在实际的应用过程中所表现出来 的缺陷也愈加明显，主要体现在以下几个方面： 采用传统的手持式扫描仪和条形码技术，不仅需要耗费大量时间和人力来 进行数据的收集，而且手工操作容易出现错误，甚至有时候会出现条码不可读现 象，使得存货统计常常不是十分精确，从而影响到以后采购部门做出正确决定； 再者采用传统方法在盘点货物时效率很低，时效性很差，还需要花费大量的人力、 物力。 在材料的采购问题上虽然有了电子商务，实现了采购交易活动的自动化或 半自动化，在某种程度上缩短了交易时间，降低了交易成本，但是，在这种电子 商务的交易过程中，商家需要顾客访问站点才能为其提供服务，是被动的销售方 式。并且关于材料价格问题，谈判和协商还不能实现自动化，缺乏智能性，还是 要耗费大量的人力、物力和财力来根据材料自身的因素来确定订货点和订货量， 与此同时，用户买到的商品的价格不一定是自己所满意的价格，也不利于商家之 间的竞争；同时，在材料的管理中尽管有各种材料管理软件的应用，实现了材料 管理的电子化，但是很多工作还是需要人来操作，进行人工录入、查找、修改等 等。 现在智能化仓储技术还处于初级发展阶段，而a g e n t 技术作为人工智能的一 个重要分支，能够在环境中灵活、自主地运行，具有一定的智能性和自治性。a g e n t 第一章绪论2 技术的使用使仓储管理系统具有一定的柔性、适应性和鲁棒性。 1 2 基本概念 a g e n t ：是指能在某一环境中运行并能响应环境的变化，灵活、自主地采取行 动以满足其设计目标的计算实体n 1 。在本质上它就是一个计算机软件程序，运行于 动态环境中并具有较高的自治能力，能够接受其他实体( 如用户、其他智能体、 系统或机器) 的委托并为之提供帮助和服务。同时，它能够在目标的驱动下主动 采取包括社交、学习等手段在内的各种必要的行动以感知、适应并作用于动态变 化的环境。 移动a g e n t ( m o b i l ea g e n t ) ：是具有移动特性的智能a g e n t ，它可以自主地在 网络上从一台主机移动到另一台主机，并代表用户完成指定的任务。 多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ) ：是由多个可以相互交互的a g e n t 的计 算单元所组成的系统。多个a g e n t 之间以及a g e n t 与环境之间，通过通信、协商 与协作来共同完成单个a g e n t 所不能解决的问题，比如一些复杂的、开放的分布 式问题。 协作：多个a g e n t 协调各自行为，合作完成共同目标。是两个或多个a g e n t 相互间交换信息的一种交互活动，完成一个单个的协作可能需要几个交互。 知识查询与操纵语言( k q m l ) ：k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n dm a n i p u l a t i o n l a n g u a g e ) 是一种用于知识和信息交换的语言与协议。k q m l 是一种信息格式，同 时也是一种支持在多个a g e n t 之间信息共享的信息处理协议。 知识交换格式( k i f ) ：k i f ( k n o w l e d g ei n t e r c h a n g ef o r m a t ) 是为了在不同 的计算机之间进行知识交换而设计的一种形式语言。 f i p a ( f o u n d a t i o nf o ri n t e lli g e n tp h y s i c a la g e n t s ) ：是一个非营利组织， 于1 9 9 6 年建立于瑞士日内瓦，其主要思想是通过融合言语行为理论、谓词逻辑及 公共的本体论，来提供一个标准的方法以理解a g e n t 之间的交流。 a g e n t 通信语言a c l ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) ：由f i p a 提出，包括传 递的消息格式、消息内容的表示及通信的动作，以及交互歇息的描述。通过a g e n t 的情态来描述a g e n t 的抽象特性，即没有预先规定任何具体的a g e n t 执行模式和 认知结构。 本体论( o n t o l o g y ) ：本体论是在a g e n t 或a g e n t 群体中的概念和关系的一种 描述，用于解决知识共享的内容问题，就是对某一集域的术语概念的明确表示取 得一致。 无线射频识别技术r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) ：是2 0 世纪9 0 年代开始兴起的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合( 交变磁 场或电磁场) 实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。 第一章绪论 无线传感器网络w s n ( w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ) ：是一种自组织网络，自组 织网络是一种没有预定基础设施支撑的自组织可重构的多条网络，在该网络中， 网络的拓扑、信道的环境、业务的模式随节点的移动而动态改变。 j a d e ( j a v aa g e n td e v e l o p m e n tf r a m e w o r k ) ：是一个开发多a g e n t 系统和应 用的软件框架，它提供了一套符合f i p a 规范的完整的服务：命名服务，黄页服务， 消息传输服务以及一套f i p a 交互协议。 1 3 该领域技术发展现状 1 3 1 我国仓储业发展现状及趋势 目前，我国的仓储技术处于集成化自动仓储技术水平。这种仓储技术融合了 人员、设备、自动化三要素，将它们有机地集合成一体，发挥自动化技术的优势， 而又不仅仅局限于单独的自动化设备，使三要素之间协作集成，为柔性系统提供 了一个灵活而完备的仓储功能，管理物质流和信息流，为整个工业柔性系统的正 常运作和超值运转提供了可能。 仓储现状 我国的仓储业在国家实施宏观调控政策的推动下，提升了其运作效率和管理 水平，凸显了其发展的良好势头啦! ： 1 ) 仓储业务量增大，业务收入增长速度较快。随着物流的迅速发展和社会需 求的变化，我国仓储业务量不断增大，货物吞吐量、平均库存量、货物周转次数 等指标都有明显的提高。储运业务收入的增长速度很快，仓储保管收入、运输配 送收入、流通加工收入等的年增幅基本都达到了1 0 以上。 2 ) 我国对仓储业的固定资产投资额持续增长。仓储业呈现了良好的发展势头， 我国也加大了对仓储业固定资产的投资力度。 3 ) 仓储技术获得较快发展。自动化技术和信息技术的应用已经成为仓储技术 的重要支柱，自动货架、自动识别和自动分拣等系统，以及条码技术、r f i d 等技 术已经被越来越多的企业所关注和应用。供应商管理库存、零库存等技术也开始 在一些大型企业中使用。 4 ) 仓储企业之间的竞争加剧。国内的仓储设施无法满足物流活动的需要，原 有的仓储企业缺乏改造基础设施需要的资金，外国的物流公司纷纷投资建库。我 国的大型企业也不断建设现代化仓库作为发展物流的平台。这种趋势加大了仓储 企业间的竞争力度。 仓储中存在的问题 尽管我国仓储有了长足的发展，但还是在很多方面暴露了其弊端： 1 ) 仓库数量大，但布局不够合理。由于各行业各部门为了满足各自的需要纷 第一章绪论 4 纷建立自己的仓库，导致仓库数量众多， 方建设仓库，以至于仓储布局极不合理， 区仓储能力不足的两极分化局面。 他们都在经济集中地区和交通便利的地 造成了部分地区仓储大量剩余和部分地 2 ) 仓储技术发展不平衡，很多企业对提高仓库作业自动化、机械化的认识不 足。一些大型企业的现代化仓库拥有非常先进的仓储设备，包括各种先进的装卸 搬运设备、高层货架仓库等。而很多仓库作业仍旧靠人工操作。这种仓储技术方 面发展的不平衡状态会严重影响我国仓储行业整体的运作效率。 3 ) 仓储方面的人才缺乏。发展仓储行业，既需要掌握一定专业技术的人才， 也需要操作型人才，更需要仓储管理型人才，而我国目前这几方面的人才都很匮 乏。据有关统计数据显示，2 0 0 6 年我国的物流人才缺口5 0 万，仓储物流方面的人 才缺乏也很严重。 4 ) 仓储管理方面的法制、法规不够健全。我国已经建立的仓储方面的规章制 度随着生产的发展和科学水平的提高，已经不适合实际情况。目前我国还没有一 部完整的仓库法，我国仓储管理人员的法制观念不强，仓储内部的依法管理水 平也比较低下，所以仓储企业很难运用法律手段来维护企业的利益。 仓储发展趋势 随着现代工业生产的发展，柔性制造系统( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n g s y s t e m s ) 、计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r in gs y s t e m s ) 和工厂自动化( f a c t o r ya u t o m a t i o n ) 对自动化仓储提出更高的要求，搬运仓储 技术要具有更可靠、更实时的信息，工厂和仓库中的物流必须伴随着并行的信息 流。 射频数据通信、条形码技术、扫描技术和数据采集越来越多的应用于仓库堆 垛机、自动导引车和传送带等运输设备上，移动式机器人也作为柔性物流工具在 柔性生产中、仓储和产品发送中日益发挥重要作用。实现系统柔性化，采用灵活 的传输设备和物流线路是实现物流和仓储自动化的趋势口1 。 人工智能技术的发展必将推动自动化仓库技术向更高阶段即智能自动化方向 发展，在智能自动化物流阶段，生产计划做出后，自动生成物流和人力需求，查 看存货单和购货单，规划并完成物流。如果物料不够，无法满足生产要求，系统 会自动推荐修改计划以便生产出等值产品。这种系统是将人工智能集成到物流系 统中。 1 3 2 国外仓储业发展现状 随着软硬件平台的发展，各种先进通信技术的出现，软件工程思想的进步， 国外的企业对材料的采购与管理系统的研究与应用开始逐步深入，并取得了一些 研究成果，开发出诸多d r p 系统，其中一些比较优秀的d r p 系统已达到成功实施 第一章绪论 和应用，如d e l l 公司和w a l m a r t 公司。 戴尔公司以“直销模式”著称，具有高效运作的供应链和物流体系。直销模 式使戴尔与供应商、客户之间构筑了一个称之为“虚拟整合”的平台，保证了供 应链的无缝集成。在戴尔的业务平台中，客户变成了供应链的核心。戴尔从市场 得到第一手客户购买需求信息，生产等其他业务部门便可以及时将这些客户信息 传达到戴尔原材料供应商和合作伙伴那里。这种在供应链系统中将客户视为核心 的“超常规”运作，使得戴尔能做到4 天的库存周期，而竞争对手都还徘徊在3 0 4 0 天。这样，以i t 行业零部件产品每周平均贬值1 计算，戴尔产品的竞争力 显而易见。 在沃尔玛的任何一个分店，在顾客购物付款的同时，与p o s 机相联的计算机 已经通过卫星把顾客的购物信息传到了与分店不远的配送中心和位于美国阿肯色 州本顿维尔市的沃尔玛总部，直至5 0 0 0 多家供应商。沃尔玛公司总部只是一座普 通的平房，但与其相连的计算机控制中心，却是一座外貌形同体育馆的庞然大物， 公司的计算机系统规模仅仅次于五角大楼甚至超过了联邦航天局。沃尔玛4 0 0 0 千 兆容量的数据库、5 5 0 0 多个工作站以及不计其数的服务器和p c 机，保证了沃尔玛 能在一个小时内对全球4 5 0 0 多个店铺内每种商品的库存、上架、销售量全部盘点 一遍。沃尔玛还有一个非常好的系统，可以使供货商能直接进入到沃尔玛的系统， 沃尔玛把它叫做零售链接。供货商们可以在沃尔玛的每个店铺当中及时了解到相 关情况。任何一个供货商可以进入到这个系统当中来了解他们的产品卖得怎么样， 昨天、今天、上个月甚至上一年卖得怎么样。他们知道这种商品卖了多少，而且 可以在2 4 小时内就进行更新。通过零售链接，供货商们就可以了解卖的情况，来 决定生产计划，这样他们的产品成本也可以降低，从而使整个过程是一个“无缝 的过程。沃尔玛公司实现了每个分店与配送中心、公司总部甚至供应商的信息实 时共享。 1 4 研究意义 仓储在物流系统中起着举足轻重的作用，现代仓储业的健康快速发展，对于 优化物流与供应链管理系统、提高国民经济的运行质量有重大的意义。 目前，我国处于自动化仓储的推广与应用阶段，其中材料的采购和管理一直 以来都是企业很为关心的问题。在这激烈的“快鱼吃慢鱼”的信息时代，制造类 企业的竞争非常激烈。物料费用通常占制造成本5 0 以上的比例，因此，物料与仓 储管理以及成本控制已经成为影响产品市场竞争力的关键因素，与企业的效益密 不可分。 随着信息技术的不断发展，材料的存货管理也展现了一个自动化程度不断提 第一章绪论6 高的过程，最终使存货信息的记录工作完全实现无纸化处理。在这些自动化的改 进措施中，最基本的改进措施是利用条形码代替手工输入信息的做法，它还可以 通过使用实时更新数据的便携式无线射频终端，使条形码的用途更有效地发挥出 来。最先进的方法是使用尚未普及的r f i d ( 无线射频识别系统) ，实现存货信息的 完整、自动记录。在数据信息的传输上，文中采用了无线传感器网络，也使得数 据实现了传输的无线性和更新的实时性，同时也降低了数据错误的产生。文中还 将具有自治性和智能性等特点的智能代理技术引入，使得仓储管理更具智能性， 减少了很多人工操作。这样一来，不仅省去大量人力、物力和时间，还大大提高 了整个仓储管理系统的性能。因此，本文的研究对实际仓储管理将有重要意义。 1 5 全文安排 本文首先简单介绍了a g e n t 特点，接着构建了以r f i d 技术与w s n 为基础的仓 储环境，引用了一个用于开发多a g e n t 系统的平台- j a d e 。最后，结合智能仓储控 制平台创建了材料a g e n t 系统。内容概要如下： 第二章a g e n t 技术的引入 第三章智能仓储控制平台 第四章材料a g e n t 谈判与协作 第五章材料a g e n t 设计 第六章总结 最后是参考书目以及致谢。 第二章a g e n t 技术的引入 7 第二章a g e n t 技术的引入 随着现代工业生产的发展，柔性制造系统、计算机集成制造系统和工厂自动 化对自动化仓储提出了更高的要求，人工智能技术的发展必将推动自动化仓库技 术向更高阶段即智能化方向发展。而a g e n t 技术作为人工智能的一个重要分支，能 够在环境中灵活、自主地运行，具有一定的智能性和自治性。将a g e n t 应用在物流 领域的几个方面，多处于探讨阶段，应用于工业实践的却不多。本文将多a g e n t 技 术应用在材料采购与管理上，这样可以使得材料采购与管理系统具有一定的柔性、 适应性和鲁棒性。 2 1a g e n t 技术 2 1 1a g e n t 的定义 a g e n t 概念来源于分布式人工智能领域，是美国教授m m i n s k y 于2 0 世纪7 0 年代在心智社会中首先提出，用它来描述一个具有白适应、自治能力的硬件、 软件或其他任何自然物和人造物，进而在人工智能领域中掀起了研究基于a g e n t 技术和基于a g e n t 系统的高潮。目前，a g e n t 并不存在一个被普遍接受的定义，因 a g e n t 应用领域的不同对这个问题也存在着很多不同的看法。 a g e n t 可以看成是一个实体，它通过传感器感知环境，通过效应器作用于环境。 例如对于人a g e n t ，其传感器为h 艮睛、耳朵和其他感官，其执行器为手、腿、嘴和 身体的其他部分。为了达到一定的目标，有着自成规律地执行任务的工作模式。 在软件工程领域，a g e n t 是一个满足特定设计需求的计算机软件系统，运行于特定 的环境当中，具有高度的灵活性和自治性。 尽管，在这里a g e n t 没有一个统一的定义，但所有的定义都一致认为a g e n t 有很强的自治性，它能为单个不同的系统提供一个可共同操作的界面，而且它的 行为像人类一样能够为一些追求不同议程的不同客户提供服务。单个的a g e n t 可 以基于单独的a g e n t 环境工作，可是它的用户在需要它们相互作用的时候，通常 它们就组成了多a g e n t 系统。这些多a g e n t 系统( m a s ) 能模拟出复杂的系统来说 明a g e n t s 是形成了共同目标还是相互冲突的目标。这些a g e n t s 能彼此直接或间 接相互沟通。a g e n t s 也可以决定它们是为共同的利益相互协作还是为不同的利益 而相互竞争。 因此，a g e n t 有自治性( a u t o n o m y ) ，因为它会在没有人类或其他a g e n t 的直 接干涉和指导的情况下持续运行，并能控制自己的行为和内部状态。a g e n t 有社会 性( s o c i a b i l i t y ) ，因为它能感知周围环境并对环境中发生的变化做出及时的反 应。a g e n t 有能动性( p r o a c t i v e n e s s ) ，因为它不仅仅是能简单地感知周围环境 第二章a g e n t 技术的引入 8 变化，而是能做出基于目标的行为。 然而，如果有需要a g e n t 还是可移动的，它可以在计算机网络不同的节点间 移动而保持其内部状态不变。它是诚实的，不会故意提供错误信息；它是友善的， 总是尽力去完成被要求的任务；它是理性的，总是会尽力地实现自己的目标而不 是阻止它的完成，并且它有自学能力，使自身适应周围环境和满足用户的期望。 2 1 2 a g e n t 系统结构 a g e n t 系统结构是一个关于建造智能体的方法问题，说明a g e n t 如何分解为一 组模块，以及这些模块是如何相互作用的。通常有三种类型的系统结构叫3 ： 慎思式系统结构( d e l i b e r a t i v ea r c h i t e c t u r e ) 慎思式系统结构是建立在人工智能的符号机制基础上的。w o o l d r i d g e 和 j e n n i n g s 认为，慎思式系统结构应包括对世界显示表示的符号模型，决策是通过 基于模式匹配和符号处理的逻辑推理进行的。而建造这种类型的结构，至少需要 解决两个问题： 1 ) 转换问题：即在一段时间内将现实世界翻译成准确的、充分的符号描述； 2 ) 表示与推理问题：即用符号表示复杂现实世界的实体和过程，并在一定时 间内对这些信息进行推理。 反应式系统结构( r e a c t i v ea r c h i t e c t u r e ) 反应式系统结构指不包括符号世界模型，且不使用复杂的符号推理的系统结 构，仅有一些简单的行为模式，这些行为模式以“刺激一反应”方式对环境做出反 应。反应式系统结构与m i t 的b r o o k s 所倡导的基于行为的人工智能有关，b r o o k s 认为：1 ) 没有符号人工智能那种显示的表示也能产生智能行为；2 ) 没有符号人 工智能那种抽象推理也能产生智能行为；3 ) 智能是某些复杂系统必然具有的性质。 智能实际上存在于世界之中，而不是存在于分离世界的系统如定理证明器或专家 系统中。智能的产生是智能体环境相互作用的结果。 混合式系统结构( h y b r i da r c h it e c t u r e ) 慎思式结构和反应式结构反映了传统人工智能和基于行为的人工智能的特点。 近年来，人们提出了混合结构的a g e n t 系统，试图以此来融合经典和非经典的人 工智能。最直接的方式是在一个a g e n t 中包含两个子系统：一个是慎思子系统， 含有符号世界模型，用符号人工智能的方法生成规划，做出决策；一个是反应子 系统，能够对环境中发生的事件做出反应，而无需进行复杂的推理。通常让反应 子系统比慎思子系统优先级高，以便对环境中出现的事件做出快速的反应。我们 设计的a g e n t 系统强调其智能规划和问题求解能力，因而采用了慎思式的系统结 构。从最高抽象级上看，a g e n t 具有如图2 1 所示的5 层结构，从上到下依次为： 第二章a g e n t 技术的引入 9 f i g u r e 2 1a g e n ta b s t r a c th i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e 通信层：实现a g e n t 之间收发消息的通信协议与通信语言。 协调层：通过对协商协议及协商策略的设定来指导a g e n t 与外部实体之间的 协商行为。 组织层：定义与其他a g e n t 之间的关系( 如上级、下级、对等关系等) 。 定义层：通过对a g e n t 能力、目标、资源、信念、偏好等的定义，把a g e n t 设 计为一个自动推理实体。 应用接口层：使a g e n t 可以与外部程序或用户进行交互，比如获取外部资源， 执行a g e n t 的任务以对外部环境发生作用。对a g e n t 内部结构的进一步剖析如下 图2 2 所示，它由以下模块组成： 第二章a g e n t 技术的引入 1 0 图2 2a g e n t 的内部结构剖析 f i g u r e 2 2a g e n ti n t e r n a ls t r u c t u r e 1 ) 通信模块：其中的信箱负责处理与其他a g e n t 之间可靠的数据通信；消息处 理器负责解释其他a g e n t 发送的请求或控制信息，然后根据不同情况传送给a g e n t 的相应模块。 2 ) 智能规划模块：它能够根据一组目标生成满足目标的一个规划。规划进程 将a g e n t 当前目标、当前任务结构和任务图作为输入并基于递归转移网络进行规 划。 3 ) 监控模块：其作用是对外部系统的执行情况进行监控。其主要功能是使 a g e n t 能够对不确定的外部环境的变化及时做出反应。 4 ) 信念库、资源库以及任务计划数据库：信息库包含信息、事实和其他相 关的知识，包括a g e n t 的偏好以及关于其他a g e n t 的能力信息，并描述了与动态 环境中其他a g e n t 之间的关系：资源库包含a g e n t 所能使用的资源，它有对外接 口；任务计划数据库存放着规划任务的逻辑描述。 5 ) 本体库：它存储了关于事实类型的逻辑定义，包括事实的合法属性、每个 属性的有效值、属性之间的约束关系等方面的信息。 2 2 移动a g e n t 移动a g e n t ( m o b i l ea g e n t ，m a ) 是一类特殊的a g e n t ，它除了具有智能a g e n t 最基本特性自治性、社会性和主动性外，如果有需要a g e n t 还是可移动的， 第2 2 章a g e n t 技术的引入 它可以在计算机网络不同的节点问移动而保持其内部状态不变，亦可在异构的软、 硬件网络环境中移动。因此，我们可以利用移动a g e n t 作为多a g e n t 系统间的通 信中介。它具有跨平台持续运行、自我移动能力，模拟人类行为并能够提供智能 服务等特点，可以携带任务移动到网络上指定主机，独立地或与其他a g e n t 协同 完成任务后携带结果返回。 移动a g e n t 计算模式能有效地降低分布式计算中的网络负载，提高通信效率， 支持离线计算，支持异步自主交互，可动态适应网络环境，具有安全性和容错能 力。移动a g e n t 计算模式集中了其他传统分布式技术( 如客户服务器模式、分布 式对象技术、移动代码技术) 的优点并结合分布式人工智能技术提供了一个普遍 的( p e r v a s i v e ) 、开放的( o p e n ) 、广义的( g e n e r a l i z e d ) 、简便的( s i m p l e ) 分 布式应用开发框架，较之传统的网络编程方式更适合于网络应用系统的开发。m a 的这些优点，决定了其广泛的应用前景，如应用于电子商务( e - c o m m e r c e ) 、个人 助理( p e r s o n a la s s i s t a n c e ) 、安全代理( s e c u r eb r o k e r i n g ) 、分布式信息查询 ( d i s t r i b u t e di n f o r m a t i o nr e t r i e v a l ) 、网络管理( n e t w o r km a n a g e m e n t ) 、信 息监测与通告( i n f o r m a t i o nm o n i t o r i n ga n dn o t i f i c a t i o n ) 、信息与软件分发 ( i n f o r m a t i o n s o f t w a r ed i s s e m i n a t i o n ) 、并发处理( p a r a l l e lp r o c e s s i n g ) 等领域口1 。 移动a g e n t 受到了来自学术界、工业界的广泛关注，吸引了众多著名大学、公 司和研究机构进行研究开发工作，目前已经开发出很多m a 系统，其中代表性系统 主要有：g e n e r a lm a g i c 公司的t e l e s c r i p t ，i b m 的a g l e t s ，m i t s u b i s h i 的 c o n c o r d i a ，d a r t m o u t h 大学的o a g e n t ，m i n n e s o t a 大学的a j a n t a ，d e c ( c o m p a q ) 研究院的o b l i q ，o b j e c t s p a c e 公司的v o y a g e r ，c o r n e l l 大学的t o c a m a 和s t u f f g a r t 大学的m o l e 等。由于j a v a 程序的平台无关性、小巧灵活和安全等特点，大多数 系统均由j a v a 语言实现并支持j a v a 语言编程。然而，基于j a v a 的移动a g e n t 不 能捕获线程级的执行状态，在网络中移动时无法保持过程状态，所以必须采用某 种复杂的机制，实现在不同位置串行或并行执行连续的任务。移动a g e n t 将向小 型、简单和专用方向发展，并最终成为多a g e n t 系统的一个重要组成部分，为多 a g e n t 系统或其他a g e n t 成员服务，从事信息搜集、动态监控