（通信与信息系统专业论文）联盟企业间供应链生产计划模型及任务分配研究.pdf

摘要 信息技术的快速发展使制造企业所面临的全球化竞争越来越激烈，为了保 持核心竞争力，越来越多的企业摒弃了过去传统的经营模式，转而在全球范围 内寻找优秀的供应商和销售商，并形成基于供应链的长期战略联盟。然而由于 联盟中的企业分布全球且具有不同的资源约束和目标，使得适用于单一企业的 传统生产计划方法已经不能满足联盟供应链环境下生产计划的需求。起源于分 布式人工智能研究领域的多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ) 具有分朽性、自主 性、协调性和动态性等特点，能很好的模拟联盟企业间的复杂供应链网络，并 为相关问题提供有效的解决方案。 本文分析了联盟企业间的供应链管理模式对企业生产计划方法& 勺影响，将 多a g e n t 技术和联盟供应链管理模式结合起来，提出了基于多a g e n t 的供应链 整体框架和核心制造企业的多a g e n t 模型，在此基础上进一步构造了基于a g e n t 的联盟企业多级生产计划系统模型，对生产计划模型中的任务分配摸块进行了 详细研究并创建了多a g e n t 系统模拟简单的任务分配过程。 生产计划是联盟企业供应链管理的核心内容之一，本文采用功能封装和物 理封装的方法将供应链中的各个企业抽象为a g e n t 节点，将联盟企业多a g e n t 生产计划模型分为最高层的全局生产计划、核心层的企业主生产计划和基础层 的各车间作业计划三个层次。通过多个a g e n t 之间的自治协作来完成生产计划 的制定，突破了传统生产计划的局限性，能更灵活的实现企业之间的协作。 生产任务的分配问题属于生产计划战略层次的研究内容，是当前企业协作 中的一个重要的问题。本文基于招标投标的思想提出了任务分配模型。重点研 究了任务分配模型中招标方和投标方之间的交互协议和协商算法。提出了带有 时间约束的多回合合同网协议，以及既考虑招投标双方，又考虑投标方之间多 边协商的协商算法。详细描述了协商算法的实现步骤，并以数值实例验证了算 法的有效性。最后在j a d e 平台上创建多a g e n t 系统，实现了任务分配的主要 过程，并进行了实验模拟，完成了任务的分配。 关键词：联盟企业；m a s ；供应链；生产计划；任务分配 a b s t r a c t i n1 i 1 1 ew i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h e m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e sa r ef a c i n gi n c r e a s i n g l yf i e r c eg l o b a lc o m p e t i t i o n i no r d e r t om a i n t a i nc o r ec o m p e t e n c i e s ，m o r ea n dm o r ee n t e r p r i s e sh a v ea b a n d o n e dt h e i r t r a d i t i o n a lb u s i n e s sm o d e l n o wt h e yi n t e n dt os e a r c hf o rw o r l d w i d eo u t s t a n d i n g s u p p l i e r sa n dd i s t r ib u t o r st oe s t a b l i s hg o o dp a r t n e r s h i p sa n de v e n t u a l l yf o r mt h e s u p p l yc h a i nb a s e dl o n g t e r ms t r a t e g ya l l i a n c e s h o w e v e r , e n t e r p r i s e si nt h ea l l i a n c e a r ed i s t r i b u t e dw o r l d w i d ea n dh a v ed i f f e r e n tr e s o u r c e sa n dg o a l s ，w h i c hm a k et h e o l dp r o d u c t i o np l a n n i n gm e t h o du n a b l et om e e tt h ed e m a n d so fs u p p l yc h a i nb a s e d p r o d u c t i o np l a n n i n g o r i g i n a t e di nt h ef i e l do fd i s t r i b u t e da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ， m u l t i - a g e n ts y s t e m ( m a s ) i sc h a r a c t e r i z e db yd i s t r i b u t i o n ，d y n a m i c ，a u t o n o m y a n dc o o r d i n a t i o n ，s oi tc a nb eav e r yg o o ds i m u l a t i o no fs u p p l yc h a i nn e t w o r ki n e n t e r p r i s ea l l i a n c e t h e r e f o r e ，b r i n g i n gt h ea g e n tt e c h n o l o g yi n t os u p p l yc h 血 m a n a g e m e n tc a np r o 、i d ee r i e c t i v es o l u t i o nt or e l e v a n ti s s u e si nt h i sf i e l d i nt h i sp a p e r a tf i r s t ，t h ee f f e c to fs u p p l yc h a i nm a n a g e m e n to np r o d u c t i o n p l a n n i n gm e t h o di sa n a l y z e d t h e nt h ea g e n tt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e di n t os u p p l y c h a i nm a n a g e m e n ta n dm u l t i a g e n tb a s e ds u p p l yc h a i nm o d e li sp r o p o s e d w h a t s m o r e ，a g e n t - b a s e dm u l t i - l e v e lp r o d u c t i o np l a n n i n gm o d e lf o ra l l i e de n t e r p r i s ei s c o n s t r u c t e da n dad e t a i l e ds t u d yo ft h et a s ka l l o c a t i o nm o d u l ei sc o n d u c t e d f i n a l l y , am u l t i - a g e n ts y s t e mi sc r e a t e dt os i m u l a t et h es i m p l et a s ka l l o c a t i o np r o c e s s p r o d u c t i o np l a n n i n gi sv e r yi m p o r t a n tt ot h es u p p l yc h a i nm a n a g e m e n tf o r a l l i e de n t e r p r i s e i nt h i sp a p e r , a l le n t e r p r i s e si nt h en e t w o r ka r ea b s t r a c t e da sa g e n t n o d e sb yf u n c t i o n a lo rp h y s i c a le n c a p s u l a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ea g e n t - b a s e d p r o d u c t i o np l a n n i n gm o d e li s d i v i d e di n t ot h r e el a y e r s ，t h eo v e r a l lp r o d u c t i o n p l a n n i n g ，t h em a i np r o d u c t i o np l a n n i n gi ne n t e r p r i s e sa n d t h es h o pf l o o rs c h e d u l i n g i nw o r k s h o p t h ep r o d u c t i o np l a ni sp r o d u c e dt h r o u g ht h ec o l l a b o r a t i o no fa g e n t s ， w h i c hw i l lb r e a kt h r o u g ht h el i m i t a t i o n so ft r a d i t i o n a lp r o d u c t i o np l a n n i n gm e t h o d s a n dr e a l i z et h ee n t e r p r i s ec o l l a b o r a t i o nm o r ef l e x i b l y 1 1 t h ea l l o c a t i o no fp r o d u c t i o nt a s k sp l a y sas i g n i f i c a n tr o l e i np r o d u c t i o n p l a n n i n g ；i ti so n eo ft h ei m p o r t a n ti s s u e si nc u r r e n te n t e r p r i s ec o l l a b o r a t i o n i nt h i s p a p e r , at e n d e r - b i db a s e dt a s ka l l o c a t i o nm o d e li sp u tf o r w a r d t h es t u d yi sf o c u s e d o nt h ei n t e r a c t i o np r o t o c o la n dn e g o t i a t i o na l g o r i t h mb e t w e e nt e n d e ra n db i d d e ri n t a s ka l l o c a t i o np r o c e s s t h em u l t i - r o u n dc o n t r a c tn e tp r o t o c o lw i t ht i m ec o n s t r a i n t s i sb r o u g h tf o r w a r d f u r t h e r m o r e ，n e g o t i a t i o na l g o r i t h m s ，n o to n l yf o rt h e n e g o t i a t i o n b e t w e e nt e n d e ra n db i d d e r , b u ta l s of o rt h em u l t i l a t e r a ln e g o t i a t i o na m o n gb i d d e r s ， a r ep u tf o r w a r d a l ln e g o t i a t i o na l g o r i t h m sa r ed e s c r i b e di nd e t a i la n da r ev e r i f i e db v n u m e r i c a le x a m p l e s f i n a l l y , t h em u l t i a g e n tt a s ka l l o c a t i o ns y s t e mi sc r e a t e do n j a v aa g e n t d e v e l o p m e n tf r a m e w o r k ( j a d e ) p l a t f o r m e x p e r i m e n t sa r ed e s i g n e dt o s i m u l a t et h et a s ka l l o c a t i o np r o c e s sa n dt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt a s k sa r e a l l o c a t e ds u c c e s s f u l l y k e y w o r d s ：a l l i e de n t e r p r i s e s ，m u l t i - a g e n ts y s t e m ，s u p p l yc h a i n , p r o d u c t i o np l a n n i n g ，t a s ka l l o c a t i o n i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的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，除了文中特别加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 武汉理工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作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：一! 銎茎 日期：垫也： 学位论文使用授权书 ( 司慧名痨弋铂龇q 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题来源 第1 章绪论 本课题来源于国家科技部国际科技合作项目 n o 2 0 0 6 d f a 7 318 0 ：基于多智 能体的数字制造基本理论与关键技术研究。 1 2 课题研究的目的及意义 目前，科学技术的不断进步和经济全球化进程的日益加快使我国制造企业 所面临的竞争也日趋激烈。客户需求的个性化和多样化使得产品的不确定性不 断增加；高新技术的迅猛发展也使得产品的生命周期不断的缩短。因而，我国 大多制造企业都面临着缩短交货期，提高产品质量和改进服务的多重压力。 为了使制造企业在快速变化的市场环境中能够快速重组资源并积极响应个 性化和多样化的客户需求，美国的有关学者1 9 9 1 年在总结美、日、德等国家制 造业经验的基础上提出了以动态联盟为基础的敏捷制造。 企业动态联盟是一种适应时代发展的新的组织模式，对敏捷制造环境下的 制造企业尤为有利。构成动态联盟的企业之间相互协作，实现优势互补来应对 快速变化的市场需求，以获得竞争优势。企业之间更加强调的是相互信任，合 作与协同，以实现“双赢”甚至“多赢 的共同目标【l 捌。总体而言，企业之间 完全竞争的时代正在结束，取而代之的是以合作协同为主导、风险共担、利益 共享的企业联盟。 本质上动态联盟还是由供应商、制造商和经销商等实体企业组成的，在持 续变化的市场环境下，为了在某一特定的市场机会中获得自身价值的最大化， 他们形成了协同合作的基于动态联盟的供应链【3 , 4 】。这样，供应链管理成为了动 态企业联盟的一种全新的组织管理模式，而为了对不断变化的市场做出快速的 响应并且以最低成本和最高质量满足客户的个性化需求，供应链系统需要一个 高效率的生产计划系统。因此，生产计划是供应链管理的核心内容之一。 生产任务的分配问题属于生产计划战略层次的研究内容。在激烈的竞争环 武汉理工大学硕士学位论文 境下，为了增加整条供应链的竞争力，企业只能专注于自己的核心业务而将其 他的业务外包出去。但是，组成供应链的企业实体都会优先寻求自身利益的最 大化，甚至可能为此而忽略整条供应链的利益。这种竞争和利益冲突会损害整 个系统的利益。为避免这种情况发生，核心企业必须根据市场需求对供应链的 生产任务及供给关系做必要的优化与调整，即必须考虑生产任务的分配问题【5 】。 由上可知，动态联盟供应链的高效运作需要先进的生产计划系统，而为了 保证整条供应链的最大化利益，生产任务的分配问题也是一个急需关注的课题。 但是现代供应链系统中生产计划和任务分配的协作性，分布性，动态性和不确 定性等特点使得传统企业的生产计划和任务分配方法已经不能满足其实际需 求。 起源于分布式人工智能研究领域的a g e n t 具有一定的独立性和自主性，能 作用于自身和环境，并能相互之间进行通信。而由a g e n t 组成的多a g e n t 系统 ( m a s ) 不仅具有自主性，分布性，协调性和动态性等特点而且能通a g e n t 之 间协作进行分布式问题求解，正好与供应链生产计划和任务分配的实际需求吻 合。因此，将多a g e n t 技术引入供应链的研究领域能解决现代制造企业所面临 的诸多问题并为之提供新的发展方向。本论文的根本目标在于基于多a g e n t 系 统理论和动态联盟供应链对传统制造模式所提出的挑战，创建基于多a g e n t 的 供应链框架及其生产计划的运行模式，并在此基础上创建多a g e n t 系统实现供 应链生产任务分配。 综上所述，联盟企业间的供应链生产计划模型及任务分配研究，对于智能 制造的实现具有重要意义。其研究工作对于降低成本，提高供应链运作效率具 有重要现实意义，适应现代敏捷制造和智能制造的发展趋势，能为我国企业发 展提供有效的信息技术解决方案。 1 3 相关领域国内外研究现状 1 3 1 联盟供应链管理的研究现状 供应链的概念最早是在2 0 世纪8 0 年代末提出来的。供应链管理所强调的 快速反应市场需求、战略管理、高柔性、低风险、和成本一效益目标等优势吸 引了越来越多的企业进行研究和实现。资料显示，惠普( h p ) 1 6 1 、数字仪器公 2 武汉理工大学硕士学位论文 司( d e c ) 1 7 】、宝洁( p & g ) 【引、爱立信( e r i c s s o n ) 都已采用这种方法并因此 增强了企业的国际竞争力。 近年来，供应链管理问题引起了国内外学者的广泛关注。各国学者和企业 家在理论和实践上进行了深入的探讨和研究。国外学者对供应链的研究主要集 中在以下几个方面：( 1 ) 供应链建模技术，文献【9 】详细的介绍了供应链的三种 建模方法，网络设计方法，近似方法和基于仿真的方法；( 2 ) 信息技术在供应 链管理中的应用，文献 1 0 】对信息技术在企业供应链管理中的作用及应用作了 研究和分析。文献【1 1 】则强调了信息技术在快速反应策略( q u i c kr e s p o n s e ) 中 的重要作用；( 3 ) 供应链战略合作关系，主要包括供应链合作关系的概念研究， 供应商联盟问题和供应链战略合作关系的制约因素研究。 国内对供应链管理的研究起步较晚但是发展很快，各种有关供应链管理的 报道和学术研究也是越来越多，主要集中在以下几个方面：( 1 ) 供应链管理基 本理论研究，文献 1 2 回顾了学术界今年来有关供应链管理领域若干问题的理 论、方法及实证研究，并提出了一些该领域新的研究方向；( 2 ) 供应链设计与 重构问题，针对用户需求进行供应链重构才能满足客户需求，以市场产品为中 心才能在市场上保持领导地位；( 3 ) 供应链运作管理方法研究，文献 1 3 1 从供 应链系统运作管理的角度出发，在战略、战术和执行层上提出了一个供应链结 构模型及其功能分析模型，对提高供应链运作绩效有一定的参考价值。 从国内外研究现状来看，国外供应链管理的研究比较成熟，已经在企业中 得到了较为成功的应用。国内近几年也进行了一些研究，但多偏向于基本理论， 供应链建模和供应链运作方法研究。对于我国大多数企业来说，供应链管理还 仅仅局限于基本的产、供、销管理，而没有形成有效的供应链管理体系。鉴于 我国企业在供应链管理当中所存在的问题，例如企业信息化程度不高，缺乏对 发展供应链的远见和相关措施，产品和管理不规范，对网络技术的发展和新型 人才的培养不足以及没有稳定的战略伙伴关系等，供应链管理要在我国企业中 得到有效应用，还有很长一段路要走。 本论文中所讨论的供应链是基于动态联盟的供应链，即一种动态协作的集 成化供应链，也是供应链发展的一个重要方向。与传统的供应链相比，基于动 态联盟的供应链提出了更高的要求，在信息共享方面要求实现供应链内的信息 高度共享，在信息传输方面强调信息实时交换，信息要真实、准确、及时，在 供应链集成性方面不仅要求企业内部资源高度集成而且要实现对分布、异构环 武汉理工大学硕士学位论文 境下成员企业的有效集成，另外还要能够迅速响应市场变化，满足供应链动态 重组重构的要求。 1 3 2 任务分配问题的研究现状 本论文中所讨论的基于动态联盟的供应链系统是具有分布式，开放性， 智能化和社会性等特点的复杂系统。任务分配的效率会直接影响整个系统的 运行效率，任务分配机制的好坏也会影响系统全局资源的配置，所以任务分 配是一个必须要解决的重要问题。 文献【1 4 将任务分配抽象为一个按照一定的分配规则将需要完成的任务 合理的分配给系统中各个成员的过程。所以一般看来，任务分配有三个基本 要素即任务，分配规则和承担任务的系统成员。 任务分配基本理论的发展经历了三个阶段。第一个阶段是以运筹学为基础 的经典任务分配理论建立阶段，该阶段任务分配过程是是明确的。第二个阶段 是以分布式系统为基础的经典任务分配理论的发展阶段，该阶段是经典任务分 配与智能任务分配之间的一个过渡阶段。例如文献 1 5 1 中的o 1 规划模型，文献 1 6 】中的图论模型和文献 1 7 1 中的负载平衡模型。第三个阶段是以分布式问题求 解为基础的智能任务分配阶段，在这个阶段，新的科学技术如网格技术，人工 智能领域的a g e n t 技术等被成功的用于任务分配。 本论文中所讨论的基于动态联盟的供应链的制造任务分配属于典型的智能 任务分配问题。目前国内外对于智能任务分配问题已经有了比较广泛的研究， 所用到的方法和数学工具也是多种多样的。文献 1 8 】引入a g e n t 技术解决制造 系统中的零件加工顺序选择问题和任务分配问题。提出了一个基于四个a g e n t 的零件加工任务的分配模型，并将该模型应用到一个制造系统实例得到了满意 的结果。文献 1 9 】构建了基于多a g e n t 的开放供应链模型，并在此基础上提出 了一种可避免死锁和快速重构的基于a g e n t 自动协商的任务分配机制。文献 2 0 】 建立了动态联盟供应链生产任务分配的整数规划模型，并结合指派博弈理论证 实由该模型所得到的分配方案能够使得动态联盟的整体收益最大化。文献 2 1 】 从影响任务分配的因素出发，构造了以追求利润最大为第一目标，以充分利用 企业核心能力为第二目标的数学规划模型。文献 2 2 1 在评价选择供应商的基础 上，建立了各供应商供货任务分配的基于多目标决策的目标规划模型。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 3a g e n t 技术的发展现状 a g e n t 技术起源于人工智能领域，目前在计算机科学，智能制造和其他 学科领域得到了广泛的应用。著名a g e n t 理论研究学者w o o l d r i g e 博士为 a g e n t 提出了弱定义和强定义两种说法【2 3 1 。 在弱定义中，a g e n t 是具有自主 性、社会性、反应性和能动性的软硬件系统；在强定义中，a g e n t 还必须具有 知识、信念、意图、义务等理性特征。 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 ) 是分布式人工智能的主要研究方 向，具有分布性，开放性，适应性等特点。在全球化背景下的制造系统也是由 地理上分布全球的自治或半自治的企业实体所组成的复杂网络系统。因此 a g e n t 技术和m a s 在当前制造业获得了广泛应用，主要体现在以下几个方面 【2 4 】：( 1 ) 企业集成管理；( 2 ) 企业间的协同合作，包括供应链管理，虚拟企业 和其他协作类型；( 3 ) 制造系统工艺规划与调度；( 4 ) 制造系统车间控制；( 5 ) h o l o n i c 制造系统( 州s ) 。 国内外专家学者对a g e n t 技术的上述研究方向做了大量工作，而本论文中 将a g e n t 技术用于联盟企业间的供应链协同生产计划模型的建立和生产任务的 分配属于a g e n t 技术在供应链管理中的典型应用。1 9 9 3 年f o x e ta 1 【2 5 】第一次提 出将供应链看成是一组相互合作的智能a g e n t 的集合。s w a m i n a t h a ne ta 1 1 6 1 也 提出了相似的观点，并利用a g e n t 对供应链的物理实体和功能实体进行封装， 提出了基于多a g e n t 框架的动态供应链模型。m a s c o t ( m u l t i - a g e n ts u p p l y c h a i nc o o r d i n a t i o n t 0 0 1 ) 【2 7 】为动态供应链管理提供了一种克重构的，多层次的， 基于多a g e n t 的决策支持环境。在这个环境下，供应链中合作伙伴的选择是通 过多个a g e n t 进行横向和纵向的动态协作完成的。文献【2 8 提出了一个基于 a g e n t 的生产计划与控制系统，该系统能动态的适应生产资源和材料的本地或 分布式使用。文献【2 9 】在总结供应链中生产计划特点和a g e n t 技术理论的基础 上，提出了基于多a g e n t 的生产管理组织模型和供应链中生产计划的分解模型。 文献 3 0 针对供应链系统成员的特征，建立了供应链多a g e n t 系统模型，并对 构建的供应链进行了仿真，通过实验验证了利用a g e n t 进行供应链仿真的可行 性。文献【3 1 】对供应链中的任务分配问题做了形式化描述，提出了用于任务分 配的协商协议和算法，并在j a d e 平台上实现了基于协同协商的运输任务分配。 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 论文主要研究内容和组织结构 本课题基于供应链管理、智能任务分配和a g e n t 技术的基本理论对联盟企 业问的供应链协同生产计划模型和任务分配进行了深入的研究。论文研究提出 基于a g e n t 的联盟企业供应链模型及其生产计划运作方式，在此基础上对生产 计划中的任务分配模块进行详细研究，比较传统的经典任务分配方法，提出新 的任务分配模型，并在j a d e 平台上创建多a g e n t 系统实现生产计划中的任务 分配，对a g e n t 之间相互协作实现任务分配过程中的通信语言、协商协议和协 商算法等进行了重点研究。 论文共分为五章，各章节内容安排如下： 第1 章绪论，介绍了论文的研究工作，概述了课题来源、背景、意义和国 内外相关领域的研究现状。 第2 章联盟供应链协同生产计划模型研究。简述了联盟供应链环境下生产 计划的特点，并对传统生产计划对供应链管理模式的不适应性和引入a g e n t 技 术的必要性和可行性作了简要分析；最后构建了联盟供应链中企业的多a g e n t 系统框架结构及其生产计划模型。 第3 章联盟企业间基于多a g e n t 协商的任务分配研究。在经典任务分配方 法的基础上提出本论文的任务分配模型，包括生产任务的描述，分解和分配； 将a g e n t 技术引入任务分配模型，并对a g e n t 之间的通信机制包括通信语言和 通信协议和协商机制包括协商的基本理论，协商协议和算法作了重点研究。 第4 章基于多a g e n t 的任务分配系统设计与实现。对a g e n t 平台j a d e 做 了简要介绍，并在该平台上设计并实现了用于生产计划中任务分配的多a g e n t 系统。对该系统的总体框架和各个a g e n t 的功能设计作了详细描述并对最后的 实验结果进行了分析。 第5 章总结与展望总结了本文的研究成果，提出了研究工作中的不足之处 并对今后的研究方向进行了展望。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章联盟供应链生产计划模型研究 2 1 联盟供应链环境对企业生产计划的影响 在全球化竞争越来越激烈的情况下，供应链的诸多优势吸引了越来越多的 企业摒弃了过去供产销全部自己负责的经营模式，转而在全球范围内寻找优秀 的供应商和销售商，建立良好的合作伙伴关系，并形成长期的战略联盟。然而 由于组成联盟供应链的成员是分布全球的自治或半自治的企业实体，具有不同 的资源约束和目标，因此适用于单一企业的传统生产计划方法已经不能满足联 盟供应链环境下生产计划的需求。本节主要描述联盟供应链环境对企业生产计 划的影响包括传统生产计划的不适应性，新生产计划的特点并分析了将a g e n t 技术引入供应链管理的必要性和可行性。 2 1 1 传统生产计划对供应链管理模式的不适应性分析 传统的生产计划方法是以物料需求中心为基础而展开的，主要应用于单个 企业，与供应链管理的思想有很大差距，主要体现在以下几个方面【3 2 】： ( 1 ) 传统的生产计划只涉及单个企业，只用考虑单个企业内部的资源优 化，而联盟供应链环境下的生产计划涉及到整条供应链中的所有企业包括供应 商，制造商和分销商，而且必须考虑整条供应链上的资源优化。 ( 2 ) 传统的生产计划信息共享的程度非常低，信息分散，共享也仅仅涉 及企业内部，而企业和企业之间往往处于“信息孤岛”的状态，但是联盟供应 链环境下的生产计划决策的前提就是企业之间的信息共享，它不仅要求企业内 部信息共享，还要求供应链网络中所有成员企业资源信息的全方位共享。 ( 3 ) 传统的生产计划是集中决策的，在单一企业内部决策产生的生产计 划或方案具有指令的性质，其它部门必须执行。联盟供应链环境下的生产计划 是分布式群体决策，由多个企业规划完成的，成员企业各自独立，相互合作不 存在上下级的关系，主要通过沟通和协商来制定生产计划。 ( 4 ) 传统的生产计划主要寄望于充分发挥企业内部能力，与其它企业之 间的竞争模式的是w i n 1 0 s t 式。而联盟供应链环境下的生产计划主要目的则是 7 武汉理工大学硕士学位论文 充分利用企业的核心能力，与其它企业之间的竞争模式则是w i n w i n 式的。 2 1 2 联盟供应链环境下生产计划的特点 由多个相互独立的利益主体组成的动态联盟供应链的管理方式与适用于单 一企业的管理方式有了很大的不同，因而，面向单一企业的基于集中控制的传 统生产计划方法也就无法适应供应链管理模式下生产计划的新需求。目前，基 于动态联盟的供应链环境下的生产计划主要有如下特点【3 3 】： ( 1 ) 生产计划不再只是局限于单一企业，其决策过程受更多因素影响。联 盟供应链中订单的完成往往要依靠供应链中的所有成员企业，因而其生产计划 的制定不仅要考虑单个企业的能力约束，物料约束等约束条件还必须要考虑所 有成员的同步性和协作性等问题，任一企业计划的变动都会影响其上下游企业 的计划与执行，从而影响供应链运作的效率。所以此时的生产计划呈现出了一 定的复杂性和不确定性。 ( 2 ) 制定生产计划需要成员企业之间实现较高程度的信息共享，并且需要 的信息也更加广泛。生产计划决策过程中所需的需求信息不仅会来自于用户订 单和需求分析还会来自于其它成员企业，所需的资源信息也不仅仅只来源于企 业内部还会来源于用户，零部件供应商和原材料供应商。而这些信息的集成共 享也不仅仅只发生在单个企业内部和供应链成员企业之间，还会发生在生产相 同或者类似产品的企业之间。 ( 3 ) 生产计划具有一定的自主性，集成性和可重构性，其制定过程实际上 是一个沟通协商的过程。组成供应链的成员企业是各自相互独立的利益主体， 有自己的核心能力，能自主决策、控制自己的行为和资源，也都会追求自身利 益的最大化。因此，制定生产计划的过程其实就是企业之间进行沟通协商以解 决可能发生的利益冲突的过程。 2 1 3 供应链生产计划中引入a g e n t 技术的必要性和可行性 由上一节的讨论可知，联盟供应链环境下基于分布式群体决策的生产计划 具有分分布性，自治性，动态性和协同性等特点。起源于人工智能的单个a g e n t 具有自主性，社会性，反应性和能动性等特点，而由其组成的多a g e n t 系统具 有分布性，开发性，协调性和自适应性等特点，与供应链网络有很大的相似性。 8 武汉理工大学硕士学位论文 采用多a g e n t 技术对供应链网络中的功能实体和物理实体进行封装不仅可以实 现企业内部的信息共享和资源集成而且还可以有效的实现异构环境下不同成员 企业之间的信息共享，因此将a g e n t 技术进入供应链生产计划中是非常可行的， 主要体现在以下几个方面p 4 j ： ( 1 ) 单个a g e n t 能够很好的模拟供应链网络中的单个成员企业。成员企业 是自治的利益主体，有自己的核心能力，为追求自身的最大化利益能自主的决 策和规划。而a g e n t 具有自主性和智能性能够控制它自身的行为及内部状态， 并能根据目标和环境对行为作出规划。因此可以用a g e n t 封装成员企业内部的 功能实体或物理实体，以实现企业内部的资源集成和自主决策。 ( 2 ) 由多个a g e n t 组成的分布式多a g e n t 系统与供应链网络有很大的相似 性。组成供应链网络的企业实体不仅地理位置分布全球，企业资源也成分布状 态，一个订单的完成需要所有企业的通力协作。多a g e n t 系统实际上就是一个 高度分布的问题求解系统，系统中每个a g e n t 自主决策并与其它a g e n t 通信协 作以完成所需求解的问题。因此将整个供应链网络抽象成为一个a g e n t 集群能 较好的解决分布环境下成员企业之间的合作协调问题。 ( 3 ) 采用a g e n t 技术能有效的屏蔽供应链成员企业之间的异构环境。供应 链的高效运作需要其成员企业实现信息和资源的共享，但是不同企业的信息系 统可能处于不同的系统和平台之上，使整个环境呈现出异构性，而采用a g e n t 技术对每个企业实体进行封装可以使整个供应链的结构趋于统一，而且通过 a g e n t 之间的通信协作可以实现较高程度的信息共享。 综上所述，多a g e n t 系统的自治性，开放性，分布性等特点非常适用于供 应链管理。联盟供应链生产计划系统也可以设计成为一个多a g e n t 系统，通过 多个a g e n t 之间的自治协作来完成生产计划的制定，能更灵活的实现企业之间 的协作，并且满足联盟供应链在动态柔性和全局优化等方面的要求。 2 2 联盟供应链企业多a g e n t 系统框架结构 上一节分析了将a g e n t 技术引入供应链管理和供应链生产计划的必要性和 可行性。在此基础上，本节将提出基于多a g e n t 的供应链模型，包括供应链全 局框架结构和单个制造企业模型。 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 1 基于多a g e n t 的供应链企业全局框架结构 联盟供应链是由多个供应商，多个制造商和多个分销商组成的复杂网络， 虽然组成供应链的企业数量较多，但实际上这些企业大多具有聚类性质【3 5 】，为 了提高管理效率，优化供应链资源，我们可以对这些企业进行分类组织和管理， 将供应链看做是由供应商网络，制造商网络和分销商网络组成的复杂网络。 将多a g e n t 技术引入供应链管理中，可以将联盟供应链网络中的每个企业 和功能实体否抽象为供应链系统中的一个节点，并采用a g e n t 技术对这些节点 进行封装。a g e n t 封装有功能封装和物理封装两种封装方法【3 6 1 ，一般情况下， 联盟供应链系统中的逻辑功能模块如订单处理，库存管理，采购管理等采用功 能封装，而实际存在的车间部f - j n 物理实体如设备，工人等则采用物理封装。 在本论文中，对联盟供应链系统上层采用功能封装法，对供应链资源以下的设 备实体采用物理封装法而提出的供应链系统多a g e n t 模型如图2 1 所示。 制造商a g e n t1 m 图2 1 基于多a g e n t 的供应链系统全局框架结构 由图2 3 可以看出基于多a g e n t 的联盟供应链系统实际上是一个三层网络， 第一层是由供应商a g e n c y ，分销商a g e n c y 和制造商a g e n c y 三个协调中心 a g e n t 构成的供应链网络；第二层是供应链系统的三个子功能网络，由多个供 1 0 库存代理一 v 0 人 运输代理一 v 0 l 八 资源代理一 v v l 、小 产计划代v0，八 制造代理一 v 0 人 采购代理一 v ，人 销售代理一 武汉理工大学硕士学位论文 应商a g e n t 组成的供应商网络，由多个制造商a g e n t 组成的制造商网络和由多 个分销商a g e n t 组成的分销商网络；第三层则是联盟供应链的各个成员企业网 络，而每个企业网络是由销售a g e n t ，采购a g e n t ，运输a g e n t ，库存a g e n t ， 生产计划a g e n t ，制造a g e n t 和资源a g e n t 等组成的多a g e n t 系统。这些a g e n t 的功能将在下节进行详细描述。其中供应商a g e n c y ，制造商a g e n c y 和分销商 a g e n c y 主要管理供应商网络，制造商网络和分销商网络这三个网络内部各个企 业之间的协调合作，并负责这三个网络之间的协调与沟通。 2 2 2 基于多a g e n t 的供应链制造企业模型 在上一节提出的联盟供应链多a g e n t 系统全局框架结构中，供应链成员企 业中制造类企业被抽象成为了由销售a g e n t ，库存a g e n t ，生产计划a g e n t ，制 造a g e n t ，资源a g e n t ，运输a g e n t ，采购a g e n t 和设备a g e n t 等组成的多a g e n t 系统，其框架结构如图2 2 所示。其中各a g e n t 的功能描述如下： ( 1 ) 销售a g e n t ( s a l e sa g e n t _ s a ) 主要负责客户的订单管理工作，进行 订单评估，并根据评估结果回复发出订单请求的客户，将所接受的订单按一定 的机制进行排序，然后把优先级高的订单传送给生产计划a g e n t ，并对订单进 行全程管理。 ( 2 ) 库存a g e n t ( i n v e n t o r ya g e n t - - i a ) 分为产品认，原材料队和在制 品认三种类型，主要负责处理与库存有关的任务，如跟踪库存量，库存查询， 制定收货和发货计划等。 ( 3 ) 生产计划a g e n t ( p r o d u c t i o np l a n n i n ga g e n t - - p p a ) 是制造企业多a g e n t 系统的主引擎。其核心功能是根据订单需求信息和库存信息进行任务的分解， 制定物料需求计划并将相应计划传达给制造代理和采购代理，同时与其它制造 企业的生产计划a g e n t 进行生产任务协调，实现任务分配和全局生产计划的管 理。 ( 4 ) 制造a g e n t ( m a n u f a c t u r i n ga g e n t _ - m a ) 进一步分解p p a 下达的生 产任务，根据任务需求情况，生产设备情况和材料库存状态制定核心层的主生 产计划并反馈给p p a 进行生产运作和规划。在生产过程中，制造a g e n t 选择合 适的资源a g e n t 进行生产，并实时监测资源a g e n t 的运作状态和负荷情况。 ( 5 ) 运输a g e n t ( t r a n s p o r t a t i o na g e n t - - t a ) 主要根据销售a g e n ts a 下达 的运输任务选择运输工具和运输路线，优化货物配载。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 2 基于多a g e n t 的供应链制造企业模型 ( 6 ) 资源a g e n t ( r e s o u r c ea g e n t - 一s a ) 根据生产任务情况和自身运行状 态向制造a g e n t 投标竞争生产任务，与各个设备a g e n t 协调制定所承担任务的 车间作业计划，实时监控设备运行状态，并根据实时信息对作业计划进行优化 调整。 ( 7 ) 采购a g e n t ( p r o c u r e m e n t a g e n 蝴) 对于生产过程中需要采购的原 材料和零部件，先按照供应商的竞争能力和成本等多种因素对相应的供应商进 行评估，然后选择最优的供应商供货，并管理整个供应过程。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 基于多a g e n t 的联盟供应链生产计划模型 联盟供应链环境下生产计划问题是一个典型的多主体规划问题，其分布， 开放，自治等特点决定r 在其制定过程中必须要遵循统一规划，相互协调以及 充分自治的策略。在联盟供应链网络中，成员企业所处的层次不同，有不同的 生产计划决策范围，使得联盟供应链的生产计划呈现出层次性【3 7 1 ，其层次模型 如图2 3 所示。 图2 3 联