（管理科学与工程专业论文）基于多智能体的虚拟企业协同生产规划研究.pdf

摘要 虚拟企业协同牛- 产规划是虚拟企业生产运作的核心内容之+ 。本 文i 铡绕虚拟企业的协同生产规划，研究了虚拟企业的体系结构及过程 模型、虚拟企业的任务分解与分配、虚拟企业的资源规划、基于多智 能体协商的虚拟企业协作、虚拟企业的协同生产计划等关键问题的理 论、技术与方法。并结合企业的实际运作，开发原型系统，指导企业 实践。 本文的主要内容和研究成果如下： ( 1 ) 建立企业模型是描述、理解和改进虚拟企业行为所必需的基 础。企业建模是在体系结构和企业建模方法学指导下的系统化的过 程。首先针对虚拟企业特点，提出了具有三层结构的虚拟食业参考体 系结构与方法学( v e r a m ) 。并以此为指导，建立r 虚拟企业的功能 模型、信息模犁、组织模型和资源模型。在上述视图模型的基础上， 采朋工作流技术分析了虚拟企业的业务过程建模问题。l 哿a g e n t 技术 引入工作流管理，提出了一种a g e n t 强化的具有高度町扩展性及柔性 的分布虚拟企业工作流模型，以支持虚拟企业的分布式协同运作。 ( 2 ) 虚拟企业资源规划是制造资源快速重构为虚拟企业制造链的 过程，是在最短的时问内对分布式生产资源进行最有效的“逻辑”上 的重新构建和组合，是虚拟企业快速响应市场需求对自身过程及组织 的再设计。指出虚拟企业资源舰划需要解决虚拟企业生产任务的分解 以及任务一企业的匹配问题。首先采用项目管理的工作分解结构以及 产品模块化方法对虚拟企业的任务分解方法进行了探讨，对任务分解 过程进行了阐述；然后，对实现虚拟企业资源规划的多智能规划方法 及技术作了深入研究，采用一种部分有序、中问结局分析的递归转换 网络多智能体规划方法来解决虚拟企业的资源规划问题，并通过一个 实例具体展示了制造需求与制造资源之问的自动匹配从而动态构造 虚拟企业制造链的过程。 ( 3 ) 对智能体技术及体系结构进行了研究，给出了一种面向虚拟 企业的开放式异构多智能体协作框架，对涉及多智能体协作的通信方 式、通信语言、交互机制进行了探讨，提出了一个面向虚拟企业协作 的多智能体多阶段协商模型，既讨论了盟主与成员企业之问交互出策 的协商策略，也分析了各成员企业之间的多边协商过程。该模型论证 了成员企业之间的有效协作能够使虚拟企业实现“共赢”的目标。并 指出虚拟企业的成功组建不仅取决于盟主如何选择协作伙伴，各潜在 成员企业也可以在是否加入虚拟企业以及与哪些企业形成联盟等方 面发挥其自主性、能动性。 ( 4 ) 通过对虚拟企业生产计划的特点与难点的分析，提出了由资 源规划、项目粗规划和成员企业内详细生产计划三层组成的虚拟企业 生产计划系统模型。对项目粗规划和成员企业的详细生产计划进行了 阐述。针对企业在制定详细生产计划时所遇到的困难，提出了一个实 现能力平衡的生产计划模型，艿给出了求解该模型的启发式算法。最 后结合美菱公司的运作实例，从虚拟企业成员内部及其相互之间协同 的角度对虚拟企业的协同生产计划进学了研究。 ( 5 ) 采用面向智能体的系统开发( a o p ) 方法，开发了美菱公司 冰箱协同生产管理原型系统- - c p m p s 。首先对c p m p s 的开发方法作 了介绍，然后通过建立系统的角色模型和基于本体论的知识模型对 c p m p s 进行系统设计，并阐述rc p m p s 多智能体系统的开发过程， 最后对c p m p s 的运行情况作了演示。结果表明，用多智能体技术来 研究虚拟企业的协同生产规划不仅可行，而且有效。 关键词虚拟企业，虚拟企业建模，协同生产规划，协作，智能体 a b s t r a c t v i r t u a le n t e r p r i s e ( v e ) c o l l a b o r a t i v ep r o d u c t i o np l a n n i n gi se s s e n t i a l f o rv et o o p e r a t ee f f e c t i v e l y f o c u s i n g a r o u n dv ec o l l a b o r a t i v e p r o d u c t i o np l a n n i n g ，s u c h i s s u e s c o n c e r n i n gt h e v ea r c h i t e c t u r ea n d p r o c e s sm o d e l i n g ，t h e t a s k d e c o m p o s i t i o n a n d a s s i g n m e n t ，r e s o u r c e p l a n n i n g ，m u l t i a g e n tn e g o t i a t i o n b a s e dv ec o o p e r a t i o na r es t u d i e di n t h i s t h e s i s c o m b i n i n g w i t ht h e p r a c t i c a le n t e r p r i s eo p e r a t i o n ，a c o l l a b o r a t i v ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n t p r o t o t y p es y s t e mi sb u i l tt os u p p o r t e n t e r p r i s ep r a c t i c e t h em a i n o p i n i o n sa n d r e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) e n t e r p r i s em o d e l i n gi si n d i s p e n s a b l et od e s c r i b e ，u n d e r s t a n da n d i m p r o v ev e b e h a v i o r s i ti sas y s t e m a t i cp r o c e s si n s t r u c t e db ye n t e r p r i s e a r c h i t e c t u r ea n dm e t h o d o l o g y a c c o r d i n gt ov ec h a r a c t e r i s t i c s ，at h r e e l a y e r e d v er e f e r e n c ea r c h i t e c t u r ea n d m e t h o d o l o g y ( v e r a m ) i s p r o p o s e d b a s i n go nv e r a m ，v e f u n c t i o nm o d e l ，i n f o r m a t i o nl n o d e l ， o r g a n i z a t i o n m o d e la n dr e s o u r c em o d e la r e b u i l t a c c o r d i n g t ot h e d e f i c i e n c yo f c u r r e n tw o r k f l o wt e c h n o l o g i e si n s c a l a b i l i t ya n dd y n a m i c c r o s s o r g a n i z a t i o n a li n t e r o p e r a b i l i t y , t h ea g e n tt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e d i nw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m a na g e n te n h a n c e dw o r k f l o w m o d e li n d i s t r i b u t e dv ew i t hh i g hs c a l a b i l i t ya n dh i g hf l e x i b i l i t yi se s t a b l i s h e dt o s u p p o r t t h ec o o p e r a t i o nb e t w e e nt h e p a r t n e r so f v e ( 2 ) v er e s o u r c ep l a n n i n gi s ap r o c e s so fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s q u i c k l yr e c o n f i g u r e di n t om a n u f a c t u r i n gc h a i n s ，i ti st h eo r g a n i z a t i o n a l r e d e s i g nf o rv e f a s ta d a p t i n gt ot h ee v e rc h a n g i n gm a r k e t w ep o i n to u t t h a tt w oi s s u e ss h o u l db ea d d r e s s e dc o n c e r n i n gv er e s o u r c ep l a n n i n g t h a ti sv e p r o d u c t i o nt a s kd e c o m p o s i t i o na n dt h em a t c h i n gb e t w e e nt h e t a s k sa n de n t e r p r i s e s a na p p r o a c ho fw o r kb r e a k d o w ns t r u c t u r e ( w b s ) a n d p r o d u c t m o d u l a r i z a t i o ni si n t r o d u c e dt od e a lw i t ht h ep r o b l e mo ft a s k d e c o m p o s i t i o n t h e nt h em u l t i a g e n tp l a n n i n gm e t h o di s l u c u b r a t e dt o r e a l i z et h ev er e s o u r c ep l a n n i n g ap a r t i a lo r d e rm e a n s e n d a n a l y s e s r e c u r s i v et r a n s i t i o nn e t w o r ka g e n t p l a n n i n gm e t h o d i s p r e s e n t e d b y g i v i n ga ne x a m p l e ，w ei l l u s t r a t eh o wm a n u f a c t u r i n gr e q u i r e m e n t sm a t c h r e s o u r c e sa u t o m a t i c a l l ya n df o r mav e m a n u f a c t u r i n gc h a i nd y n a m i c a l l y ( 3 ) t h em u l t i a g e n tt e c h n o l o g i e sa n da r c h i t e c t u r ea r es t u d i e di nt h i s t h e s i s a n o p e nh e t e r o g e n e o u sm u l t i a g e n t c o o p e r a t i o n i n f r a s t r u c t u r e d e s i g n e d f o rv i r t u a l e n t e r p r i s e s i si n t r o d u c e d t h e i m p l e m e n t a l t e c h n o l o g i e s a sf o ra g e n tc o m m u n i c a t i o n ，a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e a n dc o o p e r a t i o nm e c h a n i s ma r ed i s c u s s e d an e g o t i a t i o ns t r a t e g ym o d e l w i t hl e a r n i n ga b i l i t yi sa l s op r o p o s e dt od e s c r i b et h en e g o t i a t i o np r o c e s s o fv i r t u a l e n t e r p r i s e s t h e m o d e ln o t o n l y c o v e r st h e n e g o t i m i o n s t r a t e g i e so f t h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nt h ev e m a n a g e ra n dt h ep a r t n e r s ， b u ta l s od i s c u s s e st h em u l t i l a t e r a l n e g o t i a t i o na m o n gt h ev ep a w n e r s t h r o u g ht h em u l t i - s t a g en e g o t i a t i o n ，t h ev ec o a l i t i o n i sf o r m e d t h e c o a l i t i o nf o r m a t i o n p r o c e s s e s s h o w st h a tv ec a nr e a l i z et h e g o a l o f g l o b a l u t i l i z a t i o nm a x i m i z a t i o na n dt h a tt h ei n d i v i d u a l p a r t n e r c a n a c h i e v es a t i s f i e dg a i n sa tt h es a m et i m e t h ec o m p o s i t i o no fv en o to n l y l i e so nh o wv em a n a g e rs e l e c t st h ec o o p e r a t i v ep a r t n e r s ，t h ep a r t n e r s s h o u l da l s ot a k ei n t oa c c o u n tw h e t h e rt op a r t i c i p a t ev eo rn o t ，a n dw i t h w h i c h p a r t n e r st of o r m c o a l i t i o n ( 4 ) a f t e ra n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dd i f f i c u l t i e so fv e ，at h r e e l a y e r e dp r o d u c t i o np l a n n i n gs y s t e mp a t t e r n w h i c hi s c o m p o s e d o f r e s o u r c e s p l a n n i n g ，r o u g hp r o j e c tp l a n n i n g a n dd e t a i l e d p r o d u c t i o n p l a n n i n g i sp r e s e n t e da n df u l l yd e s c r i b e d a c c o r d i n gt ot h ed i f f i c u l t i e so f d r a w d e t a i l e dp l a n n i n g ，ap r o d u c t i o np l a n n i n gm o d e li s p u t f o r w a r dt o r e a l i z et h eb a l a n c eb e t w e e nt h el o a d sa n dc a p a b i l i t i e s ah e u r i s t i cs o l v i n g a l g o r i t h m t ot h em o d e li sa l s op r e s e n t e d t h e nw es t u d yt h ei s s u eo f c o l l a b o r a t i v ep l a n n i n gf r o mp e r s p e c t i v e so fw i t h i na n da m o n gt h ev e p a r t n e r s ( 5 ) u s i n ga g e n t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ( a o p ) m e t h o d ，w e d e v e l o p a c o l l a b o r a t i v ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n tp r o t o t y p es y s t e m ( c p m p s ) f o r m e i l i n gc o ，l t d f i r s tw e i n t r o d u c et h ed e v e l o p i n g a p p r o a c hf o rc p m p s a n dt h e nw ei l l u s t r a t eh o wt od e s i g nt h es y s t e mb ys e t t i n gu pt h er o l e m o d e la n do n t o l o g yb a s e d k n o w l e d g em o d e l l a x l yw ed e m o n s t r a t et h e r u n n i n go fc p m p s t h er e s u l t s s h o wt h a tu s i n ga g e n tt e c h n o l o g i e st o s t u d y t h ec o l l a b o r a t i v ep r o d u c t i o n p l a n n i n g i sb o t hv i a b l ea n de f f e c t i v e k e y w o r d s ：v i r t u a l e n t e r p r i s e ，v em o d e l i n g ，c o l l a b o r a t i v e p r o d u c t i o n p l a n n i n g ，c o o p e r a t i o n ，a g e n t 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论文中特另t i ：d h 以标注和致谢的 地方外，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 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名：三乏! 皇日期：圣竺i 年j 兰月日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位沦文； 学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：差4 妻一导师签名：日期：毕年旦月上日 博士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 近年来，随着经济全球化、市场化和信息化三大时代浪潮的加速，以及我国 社会主义市场经济的发展，特别是我国加入w t o 以后，我国企业的竞争环境发生 巨大的变化。我国作为世界最大的潜在市场，已经成为众多跨国公司群雄逐鹿的 重要场所。据统计，世界5 0 0 强企业中有4 0 0 多家落户中国，他们不仅在国内设 立商务机构，大规模销售其产品，而且还直接投资建厂，进行生产和销售，这无 疑对我国的制造业构成了巨大的冲击和挑战。如何去优化资源应对挑战、如何培 养我们的核心竞争力、如何实现国际化战略，便是摆在我们面前的一项重要课题。 企业要想在竞争中获胜，不仅要有通过技术创新、产品更新来开拓市场的能力， 还要有对市场变化的快速反应能力，因此敏捷制造必将成为2 1 世纪制造业的主 导模式，而虚拟企业正是应敏捷制造要求而产生的一种新的组织形式。 1 1 1 企业面临的新环境 随着经济全球化、高新技术的飞速发展和新经济的到来，目前企业面临的是 一个全新并快速变化的环境，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 竞争态势正由完全竞争向协同竞争转变 2 0 世纪8 0 年代以前，市场及技术的变化相对比较缓慢，竞争对手相对易于 辨认，因而企业普遍奉行“对手皆敌人”的竞争观念，追求“单赢”为唯一目标 的零和博弈式的完全竞争。8 0 年代以后，越来越多的企业意识到仅靠自己的资 源与能力难以满足快速变化的市场机遇：同时，由于技术的迅速发展与进步，原 有的行业进入门槛大大降低，竞争对手不仅可能来自业内，而且更大可能地来自 行业外部，竞争对象具有一定的不确定性。因此，完全竞争的观念逐渐被协同竞 争的观念所取代，企业更加强调相互信任，相互合作与协同，以实现“双赢”甚 至“多赢”的共同目标。 ( 2 ) 产品生命周期越来越短 市场的全球化带来了更加激烈的竞争，使企业的产品开发能力不断提高，新 产品的研制周期大幅下降，产品更新速度越来越快，为此企业必须投入大量的资 源才能实现“生产一代，开发一代，研制一代，构思一代”的产品开发战略， 以确保在市场上占有一席之地。 ( 3 ) 客户需求个性化趋势目益明显 博士学位论文 第一章绪论 长期以来，客户只能在快速、经济、质量好的标准化产品和提前期长、昂贵 的个性化产品之间选择。其主要原因在于，以科学管理始祖泰罗的标准化原理为 指导的流水线大批量生产模式带来了低价、优质和快速的标准化产品。然而类似 福特公司几十年只生产少数几种型号产品的时代已经过去了，客户需求个性化趋 势日益明显，主要表现在客户不仅要求产品或服务具有一流的质量和较高的性能 价格比，而且对产品和服务越来越多地附加了种种“个性化”要求。同时，客户 的耐心正在变得越来越有限，对单一企业产品或服务的依赖性和忠诚度也在不断 降低。企业只有更好地满足客户各种不同的需求，才能在竞争激烈的市场上生存 与发展。 ( 4 ) 制造的敏捷性越来越高 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 需求并不断提高制造的敏捷性。如果说2 0 世纪7 0 年代企业之间的竞争主要在于 成本与价格，8 0 年代主要是产品质量，9 0 年代则是市场份额，那么在新的世纪 则是时间与速度的竞争。制造的敏捷性包括企业产品的快速研发能力、快速上市 能力及客户服务能力等。 ( 5 ) 网络时代与信息技术的发展 计算机网络技术尤其是i n t e r n e t 技术的出现与发展，以其具有的便捷、廉价、 开放、覆盖面广等特点，极大地促进了企业内部、企业与企业之间的信息沟通。 同时，计算机网络、电子信息、通讯等使能技术的发展为企业提供了建立、发展 和管理异地工作关系的能力，从而为虚拟企业的产生与推广奠定了坚实的技术基 础。 1 1 2 企业战略及经营模式的转变 新的竞争环境对我国企业发展带来新的契机，又提出了新的挑战。由于世界 多数制造业的生产能力过剩，使产品价格不断降低，企业获利的大小主要取决于 其降低成本潜力的大小。而在现代企业中，由于管埋水平和制造技术的不断提高， 大规模生产降低产品成本的潜力逐渐趋近极限。因此，市场竞争推动企业寻求差 异化战略，以获取新的竞争优势，为此企业必须最大地满足客户需要，以个性化 客户为中心，把客户置于价值链的顶端，围绕客户的需求提供产品或服务。 长期以来，企业管理者一直着眼于企业内部效率的提升。2 0 世纪9 0 年代初， h a m m e r 等提出了“企业再造”理论，并迅速形成一场声势浩大的业务流程再 造浪潮。它通过业务活动辨识、业务活动评价、过程建模与仿真，过程优化与重 构等提升企业运作效率，重视打破企业内部职能部门之间的壁垒。然而企业内部 的效率之源已日趋桔竭，并且内部效率的提高难以营造出长久的竞争优势1 2 】。为 此，不断有人提出拓展“企业再造”的范围和深度，“过去5 年来，改善组织生 博士学位论文 第一章绪论 产力的机会来源于重新思考部门之间的关系，但是现在或未来的机会可能已转变 为重新思考企业间的合作关系”【2 l 。越来越多的企业已不满足于企业内部效率的 单独提升，而开始将更多的注意力转移到寻求企业外部效率的提升和挖掘。 党的十六大报告也对我国企业提出了更高的要求：要“适应经济全球化和加 入世贸组织的新形势，在更大范围、更广领域和更高层次上参与国际经济技术合 作和竞争，充分利用国际国内两个市场，优化资源配置，拓宽发展空间”。在这 一要求中，我国企业担负着新的战略使命，面临着新的战略转型。 企业外部环境的变化、企业内部组织与管理观念的变化以及网络时代的到来 与使能技术方面的发展与进步，使得企业传统的“控制一切”、刚性、金字塔式 的生产组织方式已不再适用，时代呼唤高弹性的、具有生机活力、组织结构扁平、 具有适应灵活多变市场环境的企业组织方式。因此，在新形势下，企业极需向咀 客户为导向、以核心能力为依托、以协作为基础、以敏捷制造战略为指导的虚拟 企业经营模式转变。 虚拟企业是突破企业组织的有形界限，通过对企业外部资源的有效整合快 速实现市场机遇的一种组织形式和管理模式。目前我国经济已进入结构调整和企 业重组阶段。经过改革开放和经济高速增长，国内绝大多数商品已经由卖方市场 变为买方市场，企业间竞争日趋激烈，价格战此起彼伏，大批企业严重开工不足， 生产能力大量闲置。另一方面，我国企业在普遍规模小实力弱的情况下，仍然呈 现出“大而全”、“小而全”的状况，使得销售和管理费用在企业经营成本中不断 上升，这在中小企业中表现得尤为突出。虚拟企业模式所具有的独特优势对我国 企业解决上述问题开拓了新的视野。 具体来讲，虚拟企业对我国经济发展具有如下几点现实意义。 第一，它为我国产业结构的重组、中小企业改革、企业集团的发展提供崭新 的思路。虚拟企业的概念及运作方式的提出之所以能对我国企业具有非同凡响的 意义，就在于虚拟企业所倡导的企业间的横向、纵向联合，优势互补，有助于企 业打破条块分割，实现跨部门、跨行业、跨地区的联合。所倡导的企业功能精简、 利用外部资源，有助于克服“大而全，小而全”的弊端，促进社会专业化大分工。 其次虚拟企业也是搞活中小企业的新方式。一方面，中小企业可成为行业内大企 业的下包企业，完成大企业虚拟的生产业务：另一方面，中小企业可自己形成联 盟。这些都能弥补中小企业在资金、设备、技术力量等方面存在的不足，使中小 企业在利用外部资源中提高竞争力。 第二，它有利于我国企业在国际竞争中提高竞争优势。虚拟的运作使得跨国 公司在全球范围内寻找合作伙伴，降低了生产成本，这意味着我国的低成本优势 将受到强烈的冲击，因此，我国企业的迫切任务是引进虚拟的机制以提高企业国 际竞争力。首先，要形成我国企业与国外跨国公司的联盟和虚拟。自改革开放以 博士学位论文第一章绪论 来，我国在对外开放、引进外资的过程中，实质上也采取了一些联盟和虚拟的形 式，主要形式是：合资和“三来一补”( 来料加工、来图来样加工、来件装配和 补偿贸易) 。这两种形式是联盟和虚拟的初级形式。因此，中国企业在与外国企 业迈出合资的第一步后，应着眼于从低级的合作形态转向具有战略意义的高级企 业联盟形态，从单向的技术、资金的吸纳转向为双向、多向的水平式的知识、技 术交流。 第三，它向我国企业昭示了指导新世纪企业发展的经营管理思想、组织形式、 运作模式。首先，虚拟企业体现了分权管理、人本管理、柔性管理、战略管理的 管理思想；虚拟企业蕴含着竞争性合作、利用外部资源超常规发展、企业管理中 引进市场机制、市场交易中引进企业机制等先进的经营思想。其次，它向企业展 示了一种以知识技术为核心集聚资源、灵活而又统一的网络化企业组织形式，这 种组织形式能够调动下属部门和员工的积极性，发挥个人的创造力，企业的经营 管理能随着环境进行动态的调整，最终达到决策科学的目的。再者，它向企业提 供了联合开发技术、生产联盟( 虚拟) 、营销联盟( 虚拟) 等具体的、可操作的联盟 和虚拟的运作模式。虚拟企业的深刻内涵对我国企业的微观经营管理有着重要的 借鉴意义。 1 2 课题的来源及研究意义 1 2 1 课题的来源 本课题来源于导师承担的国家自然科学基金项目( 编号：7 0 1 7 2 0 1 5 ) ：基于 敏捷制造的多智能体协同生产管理及其系统研究。敏捷制造作为一种制造战略， 它为企业提供了一种如何快速适应市场变化的制造系统构造与设计思路，但要实 现敏捷制造的目标，关键在于如何构建符合敏捷制造要求、以虚拟企业为组织方 式、能融合来自各组织实体的各种优势资源、旨在快速实现共同的市场机会的生 产系统。针对虚拟企业特点，单汨源、高阳等提出了协同生产管理的概念【5 】，强 调协同是虚拟企业运作的核心。关于协同，我们认为有两层涵义。 一是虚拟企业自组织运行机制的宏观体现。按照协同论的观点，虚拟企业是 一个分散控制系统，它由大量子系统( 企业单元) 组成，子系统间相互作用，当 达到某些条件时( 例如某些控制量) ，系统就会出现宏观层次上的各种新的运动 模式，系统从无序进入新的有序状态( 虚拟企业的构造过程) 。这种系统是非线 性系统，因为系统的行为不只取决于各予系统的行为，更为主要的是取决于各予 系统的相互协同作用。复杂的非线性相互作用犹如竞争的过程，其中一种模式战 胜其他模式，迫使整个协同按照这一模式有序地运转( 虚拟企业的运行过程) 并 博士学位论文第一章绪论 产生协同效应。而当一些控制条件失去作用时，系统又重新从有序状态返回到无 序状态，子系统之间的关联被再次打断( 虚拟企业的解散过程) ，价值是控制虚 拟企业的唯一序参数( 成员企业贡献核心能力使整个价值链增值) 。 另一层涵义是指为了使虚拟企业实现“共赢”的总体目标，各成员企业必须 进行有效协作。即建立一种动态的合作竞争组织结构，利用多媒体、网络与通信、 分布式处理等信息集成技术，通过定义标准的数据描述语言和过程规范，选择适 当的协作机制，在一个开放的网络平台上实现业产品开发设计、生产制造、供应 与销售等业务过程的动态集成，以支持虚拟企业的协同产品开发。 虚拟企业协同生产规划是虚拟企业生产管理的核，t l , 之一，是为实现虚拟企业 的总体目标，在虚拟企业经营战略的指导下，根据市场需求确定虚拟企业的生产 任务，并将生产任务与虚拟企业各生产要素进行综合平衡，从时间上和空间上对 各种资源进行的总体安排。本文着重从虚拟企业协同生产规划的角度来对虚拟企 业的生产与运作进行研究。虚拟企业的协同生产规划主要包括虚拟企业的资源规 划和协同生产计划两个方面。 虚拟企业资源规划是制造资源快速重构为虚拟企业制造链的过程，是在最短 的时间内对分布式生产资源进行最有效的“逻辑”上的重新构建和组合，是虚拟 企业快速响应市场需求对自身过程及组织的再设计1 7 】l ”】。其具体内容就是根据虚 拟企业经营目标将生产任务分解为多个子任务，从中抽取出资源需求模型，通过 与企业资源数据库中的资源能力进行比较，当企业现有资源不能满足需求时，产 生新的资源需求，通过采用信息搜索及智能规划的方法寻找外部企业资源并使之 与需求进行匹配，从而得到虚拟企业资源需求解决方案的过程。虚拟企业资源规 划过程如图1 1 所示。 _ 一篓鎏卜伞 2 “规“ ：i ，! 商 图1 1 虚拟企业资源规划过程 协同生产计划是指合作伙伴在相互信任的基础上，实时沟通，相互协同，并 结合各自的生产情况，详细编制其所承担的子任务的生产计划过程。它是虚拟企 业以低成本高效率的方式实现市场机遇的有效途径，可以从提高企业内部敏捷性 以及加强成员企业之间的协作方式来实现虚拟企业的协同生产计划。对于每个成 博士学位论文第一章绪论 员企业而言，不但要考虑企业内部的业务流程，更要从供应链的整体出发，进行 全面的优化控制，跳出以单纯以本企业物料需求为中心的生产管理界限，充分了 解用户需求并与供应商在经营上协调一致，实现信息的共享与集成，以顾客化的 需求驱动顾客化的生产计划，实现企业内部以及与供应商之间计划的协同，以获 得柔性敏捷的市场响应能力。 虚拟企业作为企业组织新形式，越来越被理论界和实业界所重视，随着对虚 拟企业研究的不断深入和虚拟企业运作经验的不断丰富以及信息技术的不断进 步，虚拟企业已跨越了概念形成阶段而逐步进入了实际运作阶段。本文以敏捷制 造环境下的虚拟企业为研究对象，以虚拟企业各成员的协同生产规划为主要研究 内容，通过运用企业建模理论及工作流技术构建虚拟企业的体系结构及过程模 型；采用人工智能领域的a g e n t 协作规划方法实现对虚拟企业异地制造资源的优 化配置；进而采用现代集成制造系统、多智能体协商、计算机网络通信、运筹学 和供应链管理等理论、技术与方法，对虚拟企业协同生产中的任务分解与分配、 协同生产运作机制、协同生产管理系统的实现模式等问题进行深入探讨，通过建 立套符合敏捷制造要求的多智能体协同生产运作机制及协调机制，设计开发出 一种基于多智能体的虚拟企业协同生产管理原型系统，为虚拟企业的协同生产提 供理论和方法。 本文试图实现以下目标： ( 1 ) 通过对虚拟企业及其过程的建模技术的研究，构造虚拟企业参考体系 结构及其过程模型，为进一步研究虚拟企业的生产管理提供理论框架。 ( 2 ) 通过对虚拟企业生产任务、产品需求分解及智能规划方法的研究，实 现生产资源的优化配置，为虚拟企业制造链的快速重构提供有效手段。 ( 3 ) 通过对基于多智能体的协作技术及协商方法的研究，为虚拟企业各成 员企业之间的协同生产运作提供理论与方法。 ( 4 ) 通过对虚拟企业生产计划的难点与重点及生产计划方法的研究，为实 现虚拟企业生产计划的有效协同提供指导。 ( 5 ) 通过对虚拟企业协同生产管理原型系统开发技术的研究，进一步为虚 拟企业协同生产规划的实施提供运行保证。 1 2 2 研究意义 以上目标的实现，不仅可将虚拟企业的研究引向深入，而且将为生产管理乃 至企业管理开辟一个新的研究领域，因此本研究具有重要的科学与实用价值。 ( 1 ) 本研究有利于完善生产管理的理论与方法体系。自计算机应用于生产 管理以来，生产计划的方法己经历了从m r p 到m r p i i 再到e r p 的过程，这些 都是基于单个企业的资源，而虚拟企业是以核心能力为特点对外部资源进行优化 博士学位论文第一章绪论 整合、由地理上分散的伙伴企业组成的临时联盟，因而基于单个企业的生产计划 与方法不再适用，需要重新更新。 ( 2 ) 本研究有广泛的实用价值。实际工作中，每个企业都各有各自的计划， 由于这些计划都是单独制定，要统一和协调十分困难。目前面临入世之后的激烈 竞争，企业之间只有加强合作才有出路。而本课题就是研究在敏捷制造环境下企 业之间的协同规划问题，并将协同规划方法应用于作者参与的美菱股份有限公司 快速反应制造研究项目，得到了美菱公司的认可，具有一定的实用价值。 1 3 基于多智能体的虚拟企业协同生产规划的研究综述 1 3 1 虚拟企业及相关概念 虚拟企业是当今发达国家和先进企业竞相研发的2 1 世纪企业运行模式1 1 ， 自从19 9 1 年p r e i s s 、g o l d m a n 和n a g e l 在一份题为2 1 世纪制造企业战略：一 个工业主导的观点【8 l 的研究报告中首次提出虚拟企业的概念以来，立即受到了 各界的广泛关注。1 9 9 2 年d a v i d o w 和m a l o n e 发表了虚拟企业：2 l 世纪企业 的构建和新生【9 】一书，从产品角度出发，对虚拟企业的概念进行了探讨。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”【l0 】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。该文还概括了大量工业界人士对虚拟企业的意见， 是虚拟企业研究中最为经典的一篇文献。1 9 9 4 年g o l d m a n 、n a g e l 和p r e i s s 再次 合作发表了敏捷竞争者与虚拟组织【i l 】一书，进一步指出：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， 这本身表明了虚拟企业研究的复杂性与多样性。比较典型的几种定义如下： 定义1 t 9 1 虚拟企业是一些相互独立的企业( 如供应商、客户、甚至竞争者) 通过信息技术连接的、暂时性的企业网络，以共享技能、共同分担成本、并开发 新的市场。 定义2 【。2 1 虚拟企业是一些相互独立的商业过程或企业的暂时联合，这些企 业在诸如设计、制造、分销等领域分别为该企业联盟贡献出自己的核心能力。 定义3 【”l 虚拟企业是一个领导型企业和其他组织在内部或外部形成的联盟， 这个联盟能在极短的时间内建立起某种特定产品或服务的世界一流竞争能力。 定义4 【1 4 】虚拟企业由一系列“核心能力”的结点组成，这些结点组成一个 第一币绪论 供应链以抓住某一特定的市场机会。 定义5 【i “虚拟企q k 是一些公司的暂时联合，以实现技能共享和成本分担， 其目的在于把握快速变化的市场机遇。 定义6 【】6 1 虚拟企业是指不同的企业借助信息网络的支持，为了快速响应市 场机遇，对企、i k 的技术、核心能力及资源进行整合而形成的暂时性联盟( a v i r t u a l e n t e r p r i s ei sat e m p o r a r ya l l i a n c eo fe n t e r p r i s e st h a tc o m et o g e t h e rt os h a r es k i l l so r c o r ec o m p e t e n c i e sa n dr e s o u r c e si no r d e rt ob e l i e rr e s p o n dt ob u s i n e s so p p o r t u n i t i e s ， a n dw h o s ec o o p e r a t i o ni ss u p p o r t e db yc o m p u t 一：rn e t w o r k s ) 。 定义7 i l8 j 虚拟企业足一些相互独立的商业过程或企业伙伴主要通过信息技 术而实现的暂时联合，这些伙伴在诸如设计、制造、分销等领域分别为联盟贡献 出自己的核心能力，以实现技能共享和成本分担，并迎合快速变化的市场机遇。 这些概念从不同的角度对虚拟企业进行了定义，它们之涮存在共性又各有侧 重，将其分析对比汇总成表1 1 。 表1 1 虚拟企业定义汇总表 众多协暂时技罐响j 衄i 打强训衍发挥核 学描年份 作伙什态特性场机会息科技心能力 d a 、i d o w 等1 9 9 2 d a v i d o w , m a l o n e 1 9 9 3 b 、m e1 9 9 3 g o l d m a n 等 1 9 9 4 b a k e r 等1 9 9 6 g r a i n e r 等 】9 9 6 w a t o n 等1 9 9 6 c a m a r i n h am a t o s1 9 9 8 n i i i p】9 9 9 陈剑，冯蔚尔2 0 0 2 虚拟企业的特点 组织构成的动态性：虚拟企业是一个为实现市场机会而l i 每时组成的具有企 业功能的组织形式。它不同于以资产为纽带陶建的现行企业或企业集团，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结束而解散； 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。 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。 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体，产生强大 的资源优势和竞争优势。 第一_ 亭= 绪论 由上述分析可知，虚拟企业的最大特点在于突破企业的有形界线，通过对外 部资源的系统整合实现企业的目标。它强谖“协作”，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，j 资源，并共同承担投入和风险