（机械制造及其自动化专业论文）基于多agent的车间管理系统的研究与开发.pdf

浙江理- 丁大学硕十学位论文 摘要 车间管理系统是一个中间层，是联系e r p 层和自动控制层的一个桥梁，在当前以小批 量、多品种为特征的制造模式的形势下，研究如何对车间层进行有效的管理，使得车间管 理能够针对不同任务合理进行任务分配和调度，对生产过程进行有效监控，对物料进行合 理配送，从而使车间管理能够满足现代化的生产的需要具有重要的现实和理论意义。 为此，本文结合研究课题，利用多a g e n t 技术的特点和优势，在对车间管理系统进行基 础分析的基础上，对车间管理系统进行了多a g e n t 的系统建模，并对每个模块的a g e n t 进行 了内部结构和行为的设计，最后利用c o m 技术对基于多a g e n t 的车间管理系统进行了系统 实现。 第一章论述了本文的课题来源研究意义，介绍 a g e n t 技术和多a g e n t 系统的概念，并 对本文主要内容的国内外研究现状进行了分析。 第二章阐述了车间管理的概念、性质和主要任务，分析了车间管理系统的功能和业务 流程，并论述了多a g e n t 建模的关键技术。 第三章分别对车间管理系统的几个重要的模块进了多a g e n t 的建模，构建了车间管理多 a g e n t 系统的运作模型，并建立了多a g e n t 系统的通信模型。 第四章结合某具体小家电集团企业，在车间管理多a g e n t 系统特性分析的基础上，对基 于多a g e n t 的车间管理系统进行了详细设计。 第五章展示了系统主要功能模块的实现方法和运行效果。 第六章对全文进行了总结，并对未来工作进行了展望。 关键词：车间管理系统；多a g e n t 系统建模；内部结构和行为设计；c o m 组件技术 浙江理工大学硕士学位论文 r e s e a r c ho nw o r k s h o pm a n a g e m e n ts y s t e ma n dit sd e v eio p m e n t b a s e do nm uiti 。- 。a g e n t a b s t r a c t w o r k p l a c em a n a g e m e n ti sam i d d l el a y e r , i t sab r i d g ew h i c hc o n n e c t st h el a y e ro fe r p a n d t h el a y e ro fa u t o m a t i cc o n t r 0 1 a tt h es i t u a t i o no fs h o pm a n u f a c t u r i n gc h a r a c t e r i z e db yt h e m u l t i - v a r i e t ya n ds m a l l b a t c hp r o d u c t i o n , r e s e a r c hh o w t o m a n a g et h el a y e ro fw o r k p l a c e e f f e c t i v e l y , w h i c hc a nm a k et h ew o r k p l a c em a n a g e m e n tm e e tt h ep e r f o r m a n c eo ft a s ka l l o c a t i o n a n ds c h e d u l i n gr e a s o n a b l yf o rd i f f e r e n ts i t u a t i o n , m o n i t o r i n gp r o d u c t i o np r o c e s se f f e c t i v e l y , m a t e r i a ld i s t r i b u t i o nr e a s o n a b l y , s ot h a tt h ew o r k p l a c em a n a g e m e n tc a nm e e tt h en e e do f m o d e r n i z a t i o np r o d u c t i o n , s oi t sh a sa i m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e f o rt h a t ，t h i sa r t i c l ec o m b i n e st h er e s e a r c ht o p i c ，u s i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n d a d v a n t a g eo f m u l t i - - a g e n tt e c h n o l o g y , m o d e l i n gt h ew o r k p l a c em a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nm u l t i - a g e n t s y s t e m ，a n dd e s i g n i n gt h es t r u c t u r ea n da c t i o nf o re a c hm o d u l e ，a tl a s tu s i n gc o mt e c h n o l o g y t oi m a g et h es o f t w a r ed e v e l o p m e n t c h a p t e ri ，i n t r o d u c t i o n d e s c r i p tt h et o p i co r i g i n , p r i m a r yc o v e r a g e a n dr e s e a r c h s i g n i f i c a n c e ，a n di n t r o d u c e t h er e s e a r c h p r e s e n ts i t u a t i o no fm u l t i - a g e n tt e c h n o l o g yi n p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t c h a p t e ri i ，k e yt e c h n o l o g i e so fw o r k p l a c em a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nm u l t i a g e n t s y s t e m t h i sc h a p t e rm a i n l yi n t r o d u c et h ec o r r e l a t i o nm u l t i - a g e n tt e c h n i q u eo fw o r k p l a c e m a n a g e m e n ts y s t e m ，a n di n t r o d u c et h em a i ns o f t w a r ed e v e l o p m e n tt e c h n i q u e c o mt e c h n i q u e c h a p t e ri i i ，t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fw o r k p l a c em a n a g e m e n ts y s t e mb a s e d o n m u l t i a g e n ts y s t e m u s i n ga g e n tt e c h n i q u et o m o d e lt h e w o r k p l a c em a n a g e m e n ts y s t e m ， i m a g i n gt h em a i nf u n c t i o n a lm o d u l eu s i n ga g e n tt e c h n i q u e s ，a n di n t r o d u c et h ei n n e rf u n c t i o n s t r u c t u r ea n da c t i o no fe a c hf u n c t i o n a lm o d u l e c h a p t e ri v , t h es o f t w a r er e a l i z e so ft h es y s t e m i n t r o d u c i n gt h ep r o c e s so fs o f t w a r e d e v e l o p m e n tc o n c r e t e l y , u s i n gc o mt e c h n i q u ec o m b i n i n go o p a n dd a t ab a s et oi m a g ei t c h a p t e rvs y s t e md e m o n s t r a t i o n s h o w i n gt h er u ne f f e c t i v eo fm a i nf u n c t i o nm o d u l e ， 浙江理工大学硕士学位论文 p r o v i d i n gad i r e c t v i e w i n gd e m o n s t r a t i o n c h a p t e rv i ，s u m m a r ya n df o r e c a s t s u m m a r yt h ew h o l ea r t i c l e ，a n a l y s i st h es h o r t a g eo f t h ew o r k o u t l o o kt h ef u t u r ef o r e s i g h t e d n e s s k e yw o r d s ：w o r k p l a c em a n a g e m e n ts y s t e m ，m u l t i a g e n tt e c h n o l o g y , d e s i g no fa c t i o na n d s t r u c t u r e ，t e c h n o l o g yo fc o m i i i 江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。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。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并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：陌，和习 日期：。下乡月i b 1 日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 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，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分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。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口 。 学位论文作者签名： 甬；羽 日期：沙1 年月伯日 。 年解密后使用本版权书。 指导教师签名：渺 日期：年月 日 浙江理丁大学硕士学位论文 第一章绪论 【本章摘要】本章从本文的课题来源和研究意义出发，简要阐述了a g e n t 技术和多a g e n t 系统的概念， 并对论文主要内容的国内外研究现状进行了分析，在此基础上明确了论文的主要研究内容和总体框架。 1 1 引言 制造业是一个国家的支柱产业，制造业的兴旺与发达对整个国家的经济发展起着至关 重要的作用。然而传统的制造业模式已经无力应对以全球化、动态化和用户驱动为显著特 征的市场竞争的挑战。日益加剧的市场竞争，要求制造系统从大批量生产向用户个性化生 产转移。如何快速地满足日益多变的市场需求和有效应对生产加工过程中的各种突发事 件，对制造业的生存和发展起着至关重要的作用。从某种意义上说，制造业的竞争优势在 极大程度上取决于对市场变化的快速反应能力和对突发事件的处置能力。因而创建一个快 速反应、灵活多变的制造业模式是当今这个时代对制造业提出的新的要求。 纵观我国制造业信息化系统的应用现状，建设的重点普遍放在e r p 管理系统和现场自 动化系统( s h o pf l o o rc o n t r o ls y s t e m , s f c ) 两个方面，而忽略了中间环节的建设。在当今 产品行销从生产导向快速演变成市场导向、竞争导向的影响下，这种“两头大，中间小”仅 仅依靠e r p 和现场自动化系统的制造业信息化模式往往无法应付这种新的局面，也对制造 企业的生产现场的管理和组织提出新的挑战。 车间管理系统作为一个中间层，是联系e r p 系统与现场自动化系统的桥梁。因而一个 成功的车间管理系统能够为用户提供一个快速反应、有弹性且精细化的制造业环境，帮助 企业降低成本、按期交货、提高产品的质量和服务质量。且适用于不同行业，能够对各种 制造企业提供良好的企业信息管理。 1 2 课题来源和研究意义 本课题来源于国家自然科学基金项目( 编号5 0 6 7 5 2 0 8 ) 和浙江省杰出青年团队项目( 编 号r 6 0 8 0 4 0 3 ) 。 本论文主要以车间管理系统为研究背景，针对现有车间管理存在的弊端，利 多a g e n t 技术进行建模加以解决，并以系统的形式加以实现，因而它具有以下的研究意义： 浙江理t 人学硕士学位论文 1 车间管理包括生产过程组织，生产准备，生产计划，物料配送，生产控制等过程。 目前广泛应用的车间管理系统主要有m r p i i e r p 及其他辅助管理系统，如设备管理系统、 成本管理系统、员工管理系统、财务管理系统以及产品数据管理系统等。但是现有的管理 系统在车间管理和控制方面缺乏有效的手段和方法，同时各个系统之间相互独立，系统之 间的交互比较困难，无法满足车间生产管理的需求。因而研究一个车间管理系统，能够有 效的集成上述的各个系统，使得各个系统之间能够进行良好的交互，从而形成一个统一的 整体的系统是具有现实意义的。 2 现在的e r p 系统多以批处理方式为主，所以它不能对短期生产任务实施有效的控制， 而车间管理与控制是制造企业的基础环节，是管理层与执行层的接合部，同时还是信息流 与物流的交汇点【1 1 。因此，研究车间管理系统使它不仅能够满足信息管理的需求，同时也 能对生产单位进行有效的协调和控制具有其特殊的意义。 3 敏捷制造将是2 1 世纪主导性的制造模式，它要求制造系统具有物理上和逻辑上的敏 捷性。这种敏捷性可以被认为是一种对多变市场快速反应并保持最大市场竞争力的能力 2 1 。 因而研究车间管理系统如何通过与其他系统的有机集成，能对从计划下达到成品产出的整 个过程进行优化管理，通过实时数据库、中间软件等完成数据的传递，对生产过程中的发 生的实时数据、时间，及时做出控制和反应。同时实现数据的快速传递和与共享。使各相 关部门互相协作，使得生产的全过程的协调运转，实现快速反应和敏捷制造，这也是本文 研究的意义所在。 1 3 国内外研究现状 1 3 1a g e n t 技术的概念及其研究现状 1 a g e n t 的概念和特性 人工智能学者m i n s k y 3 1 在1 9 8 6 年出版的著作思维的社会( t h es o c i e t yo f m i n d ) 中 提出了a g e n t ，认为社会中的某些个体经过协商之后可求得问题的解，这些个体就是a g e n t ， a g e n t 应该具有社会交互性和职能性。到目前为止，a g e n t 并没有明确定义，本文引述了 w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s ( 19 9 5 ) 约定义： a g e n t 是处于某个环境中的计算机系统，该系统有能力在这个环境中自主行动以实现 设计目标【4 】。 虽然a g e n t 没有明确的定义，但是一般认为a g e n t 是一种具有知识、目标和能力，并 2 浙江理工人学硕士学位论文 能单独或在人的少许指导下进行推理决策的能动实体，是一种处于环境下包装的计算机系 统。一些研究者对a g e n t 应该具有的特征进行了说明，其中影响最大的是w o o l d r i d g e 和 j e n n i n g s 提出的关于主题的弱概念和强概念i s , a g e n t 的弱概念有以下的一些特征： ( 1 ) 自治性：a g e n t 不直接接受人或者其他东西的控制，它能够用自身的知识，逻辑 自主地进行判断，并产生接近目标的行为动作。 ( 2 ) 社交能力：a g e n t 能通过某种语言能通其他a g e n t 包括人进行交互，共享某些资 源，寻求合作解决问题的能力。 ( 3 ) 学习能力：a g e n t 不是一成不变的，单个a g e n t 能从与外界的交互过程中获取知 识，从而增强自己逻辑行为和解决问题的能力。 ( 4 ) 反应能力：不管哪种a g e n t 都由对外界信息进行感知并做出反应的能力，这是 a g e n t 适应环境的一种能力体现。 ( 5 ) 移动性：a g e n t 可以从一个地方移动到另一个地方而保持其内部状态的不变。 a g e n t 的强概念除了弱概念说明的特性外，主体还应该具有人类的某些一般特性，如知识、 信念、承诺等心智状态，甚至具有情感等 6 1 。 2 多a g e n t 系统的概念和研究现状 简单地说，多a g e n t 系统是由多个可以相互交互的主体所组成的系统。多a g e n t 系统 的特点是：有限视角【1 7 1 ，即每个a g e n t 都面临不完全信息，或只具备有限能力；没有系统全 局控制；数据分散；计算是异步的。可见多a g e n t 系统实际上是对社会智能的一个抽象， 许多现实世界的群体都有这些特征。 在由多个a g e n t 组成的多a g e n t 系统中，a g e n t 之间以及a g e n t 与环境之间，通过通 讯、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。多a g e n t 系统的研究领域包括 许多方面，比如系统的组织结构，a g e n t 间的通讯、a g e n t 间的协商与协作，a g e n t 系统中 的机器学习，a g e n t 系统的动态特性等。这些方面与多a g e n t 系统的性能直接相关。 多a g e n t 系统应用首先出现于2 0 世纪8 0 年代中期并迅速扩展到多个领域，从机器制 造过程控制到空中交通控制和信息管理。按a g e n t 技术的应用领域分类，归纳起来有以下 几个方面：工业应用、商业应用、医学应用和娱乐应用。 虽然对多a g e n t 系统的研究已经取得了一定的进展，但是要实现多a g e n t 系统的设计 和建造是困难的，尤其是a g e n t 之间的灵活复杂的交互。研究者们还需要进行深入的理论 研究，为多a g e n t 系统的开发提供理论依据。由于多a g e n t 系统的提出是为了解决复杂的、 开放的分布式问题，因此还必须进行应用研究，在解决实际问题的过程中，逐步的发展和 3 浙江理工人学硕士学位论文 完善多a g e n t 技术和理论。 1 3 2 车间管理的现状分析 车间管理是一个复杂的系统工程，车间是一个从原料进入到成品输出的一个动态过 程。车间管理系统的目的是从接受任务计划开始，分配子任务到各个执行单元，同时生成 工序级的操作计划，并监控其执行过程，对生产出现的问题( 故障等) 能够有效及时地做 出处理，实现对从制定计划、分配任务、物料配给、生产监督到成品生成这一生产过程达 到最有最优，实现敏捷制造。但由于客观的原因目前的车间管理存在以下的不足： 1 通讯能力和协同性差。由于历史的原因现有的车间生产设备的出厂日期、国别和档 次都不尽相同，造成通讯接口和控制系统繁杂，设备之间的协同和交互困难，造成工序的 流转不畅，信息传递的层次和环节多，速度慢，调节迟缓，各生产环节就不能有效的协同，造 成效率低下。 2 信息集成化程度低，数据采集慢。车间管理没有摆脱传统的碰头会、现场检查、工 厂调度会等传统管理形式，存在着效率低下、出错率高、计划调度不准确、信息时效性差 等诸多缺点。同时，车间生产过程中数据采集普遍采用传统的手工数据录入方法，不仅加重 负担，而且效率低下，造成信息的滞后。 3 启适应和智能性差。从现今的生产过程的组织形式和特点来看，多品种，小批量已 经成为主要的特点，企业产品越来越要满足用户的个性化需求，但现有的车间管理对客户 提出的按需生产不能很好的控制，不能适应先进制造技术中的面向项目组、面向过程的生 产管理方式，整个车间不能快速响应市场多变的需求。同时管理和操作离不开“人”的控制， 智能化程度低。 1 3 3a g e n t 在车间管理中应用研究现状 由于本文主要是研究建立在多a g e n t 基础上的车间管理系统，而车间管理作为制造系统 的一个研究方向，因而本节将主要论述多a g e n t 技术在制造系统领域的研究现状，为本文的 研究提供一个现实参考和理论依据。 多a g e n t 技术己经在制造系统领域已经应用了2 0 多年，特别是近几年分布式人工智能领 域中多a g e n t 系统具有很好的应用前景。企业数据和应用的动态性与分布性的增强要求软件 不仅有被动地响应信息需求的能力，而且能以一定程度的智能、主动地预测、适应乃至积 极地寻找途径以支持用户需要，并通过自动地合作以完成系统复杂的功能。进入9 0 年代后， 4 浙江理工大学硕士学位论文 软件代理的研究迅猛发展，出现了多种a g e n t 类型，各种各样的应用及方法的出现是软件代 理逐渐成熟的重要标志。研究人员已经将代理技术应用于制造企业的系统集成、供应链管 理、生产计划、调度和执行等领域，并且开发了很多基于多代理技术的软件系统以支持企 业实现敏捷化、智能化。 n i s s e n 和m e h r a 采用a d e i 具和j a v a 语言开发了基于a g e n t 的供应链管理系统，并对其 做了分析和验证【8 1 【9 1 。 s w a m i n a t h a r d m a n d s m i t h s f 将供应链上的供应商、分销商和顾客分别映射为一个自治 的a g e n t ，并对其进行动力学行为进行建模研究【1 0 1 。 b u s s m a n 建立了面向a g e n t 的制造系统体系结构，对制造系统中的物流控制进行你了研 2 幂 【l l 1 2 】 uo s h a w 在基于a g e n t 方法的基础上，通过投标机制将一个制造单元的工作任务以予合同 的形式转包给其他工作单元，实现任务的协作1 3 】。 s h e na n dn o r r i e 将a g e n t 技术运用到制造企业集成以及供应链管理领域，提出了一种以 协调代理为中心的混和分布式结构，将核心企业以及它的合作伙伴、供应商、客户通过它 们各自的代理集成在一起。在这个多代理系统中，代理可以用来代表制造资源、工件、对 已有的软件系统进行封装，充当系统子系统之间的协调者，执行一个或多个供应链功能1 4 】。 许多学者和专家还对多a g e n t 的控制技术进行了研究。r o y 和a n c i a u x 提出了一种基于 多代理平台的车间控制方法，显著降低了系统反应时间，提高了系统的反应能力。b e r r y 和k u m a r a 设计并实现了一个基于多代理的车间制造控制系统r e a g e r e 1 6 】，并对其进行了实 证分析。石柯、李培根等针对敏捷制造单元的特点，提出了一种基于多代理机的敏捷制造 单元控制系统【1 刀。这种控制系统由重构代理机、资源代理机、任务代理机、设备代理机构 成的多代理机系统，通过代理机之间的相互协调，完成单元控制任务并保证其敏捷化特性。 韦文斌进行了基于多代理的分布式车间控制系统的研究，为车间控制系统引入管理代理、 任务代理和资源代理，各个代理各尽其职，相互协调，保证了车间控制系统能够在动态的 环境下正常运作【1 8 】。张洁提出了基于多；a g e n t 的虚拟车间动态重构模型，为构造虚拟车间提 供了可靠保证【1 9 】。 1 4 论文框架 本文以车间管理系统为研究背景，针对车间管理系统的研究的现状，利用多a g e n t 技术 的特点和优势进行车间管理系统的多a g e n t 建模，并对其中作业调度和监控模块、物料配送 5 浙江理t 大学硕士学位论文 模块、数据管理模块进行了重点研究。在分析建模的基础上，结合c o m 技术进行了系统的 开发，在文章的最后对整个系统进行了示例。 论文结构框架如图1 1 所示。 1 5 本章小结 图1 1 论文的总体框架 在当前以小批量、多品种为特征的市场环境下，制造系统从大批量生产向用户个性化 生产转移，正是在这样的背景前提下，有必要开发一个具有集成性、敏捷性和可扩充性的 车间管理系统实现对当f j f 形式下的车间的有效管理。本章通过对多a g e n t 技术和a g e n t 技术 在该领域的研究现状分析，确立了本文的主要的研究内容和论文框架。 6 浙江理f t 大学硕士学位论文 第二章车间管理系统的基础分析和多a g e n t 建模的关键技术 【本章摘要】本章论阐述车间管理的概念、性质和任务，并在此基础上对车间管理系统的主要功能和业 务流程作了分析。同时，本章还介绍了与车间管理系统相关的多a g e n t 系统的建模技术，对其中的关键 技术进行了详细地介绍。 2 1 引言 在上一章中，本文已经对本文的研究意义、研究现状等作了详细的介绍，因而在此基 础上，本章将对本文的主要研究对象车间管理系统作一番基础分析，并对本文的主要研究 手段多a g e n t 的建模技术进行论述。 2 2 车间管理概述 2 2 1 车间的概念 车间是企业的基本生产单位，是进行产品生产或其他生产、业务活动的主要场所，是 企业内部的一级行政组织。它拥有必需的原材料、零部件、半成品等加工对象，又拥有厂 房、机器设备、工央量具等加工手段，还拥有一定数量的工人、管理人员和技术人员。 2 2 2 车间管理的性质和任务 1 车间管理的性质【2 0 】【2 l 】 ( 1 ) 执行性。执行性规定了车间管理的基本职能。企业的管理系统可以分为经营决 策层、职能管理层、监督执行层和现场作业层四个层次。经营决策层是企业高级管理人员 战略决策、统一指挥和综合管理的最高层次；职能管理层是为实现战略决策，落实长远规 划，制定各项具体生产目标、组织对各有关执行部门协调和考核的管理层次；监督执行层 是组织本部门员工落实计划、分配任务、控制进度的执行层次；现场作业层是车间员工按 照工艺规程，用用机器设备等劳动手段对劳动对象进行加工，努力完成生产作业计划规定 生产任务的具体作业的层次。 ( 2 ) 生产性。它体现了车间管理的主要任务。首先，市场需求是企业生产的目的， 满足用户需要是企业的追求，生产适销对路的产品是车间的主要任务；其次，经营策略、 7 浙江理工大学硕十学位论文 市场策略、市场预测、销售计划、价格研究、业务洽谈直至合同生效等一切对外经营活动 都是企业决策层和管理层的职能范围。生产制造是车间的职能，它对外不发生任何经营关 系，主要是搞好车间内部与生产制造有关的管理工作；再次，根据生产计划，编制车间作 业计划，组织落实生产任务，保证完成各项生产计划。总之，车间管理处处体现出生产性。 2 车间管理的任务 图2 1 展示了车间管理在整个企业管理中的地位，作为一个子模块，车间管理主要有 以下的任务： 图2 1 车问管理在企业中结构中的位置 ( 1 ) 满足用户需求。车间生产活动的目的，是满足用户对质量、成本、交货期的需 求。这个用户是指使用者、消费者或者其他的一些客户。对用户来说，要求车间按期提供 质量合格、成本低廉的零部件或合格的产品。 ( 2 ) 发挥生产能力。车间管理要求提高车间生产场地的利用率和及其设备运转率， 提高单机产量和个人产量，从而保证车间处于满负荷状态运行，最大限度地发挥车间的生 产能力，从而不断提高劳动生产率。 ( 3 ) 缩短生产周期。车间管理的主要任务是执行生产计划，完成生产任务。车间管 理要求车间员工快节奏、高速度地进行生产活动，不断提高生产效率和工作效率。从而保 证缩短产品和零部件的生产周期。 ( 4 ) 优化生产要素配置。千变万化的市场需求使产品更新换代加快，造成车间加工 对象的不断变化，使车间生产出现混乱，打乱了正常的生产秩序。因此，车间主任应不断 优化配置车间拥有的生产场地、机器设备、物料供应、人力资源等生产要素，以适应市场 变化，保证车间建立j 下常稳定的生产秩序。 ( 5 ) 降低生产成本。企业要提高经济效益，车间必须降低生产成本。车间生产成本 居高不下，企业盈利水平就会下降，从而使提高经济效益成为空话。因此，在车间生产过 程中，要不断地降低单位产品物质消耗和单位产品的劳动消耗，具体地说要节约原材料、 燃料、低值易耗品的需用量，改进操作，节约工时消耗，节约各项开支，降低管理费用等， 8 浙江理_ r ：大学硕十学位论文 控制车间生产成本，保证企业提高经济效益。 2 3 车间管理系统的功能和作业流程 2 3 1 车间管理系统的功能要求描述 车间管理系统是在工业供需链及生产管理各子系统的基础上，为工业企业提供制定生 产任务、投料与领料、工序计划与派工、生产检验，到产品入库全过程监督与控制的系统。 旨在帮助企业提高业务管理效率与生产效率、减少车间在制品、降低损耗与成本、提高产 品质量与客户满意度。如图2 2 所示本文研究的车间管理系统有四个主要的功能模块，其 主要的功能要求如下： 图2 2 车间管理系统的主要职能 ( 1 ) 实现优化的作业计划。能够根据车间生产特点，借助计算机，运用数学算法， 能得到尽可能优化的结果，再有，随着市场调节作用加强，车间的生产作业计划随时都可 能由于计划任务的变动而需要进行调整。系统应能够及时、方便地对作业计划进行修改， 从而保证生产任务的顺利完成，使车间生产流程的管理具有高度的灵活性和可靠性。 ( 2 ) 对车间基础数据进行统一管理和维护。基础数据包含了b o m 和工艺信息、员工 信息、客户信息等全局的静态数据，能对这些基础数据进行系统级的日常维护，提供接口 给其他模块，使得其他模块对这些数据进行查询、添加、删除等操作。 ( 3 ) 对物料进行科学的管理。物料既提供生产作业的需求，又是作业计划的结果， 物料管理和作业计划管理是紧密相关的。因此系统应能实时动态跟踪物料变化，对原材料、 在制品，成品的整个物料流动过程中的当前最新的库存和在制品数据进行跟踪，可以随时 向各级管理人员提供各种物料的统计信息。系统将依据产品结构、零件、原材料的库存情 况及工作中心的能力数据，系统应能自动地将主生产计划生成物料需求计划、原材料和外 购件采购计划。 ( 4 ) 对工序作业环节进行跟踪反馈。对工序作业计划的具体执行情况需要随时进行 监督和检查，并及时将工作现场的信息反馈给计划人员。当发现实际进度与计划不符时， 就应立即采取措施加以调整。因此系统应有快速收集、传递和处理信息的渠道，使管理人 9 浙江理工人学硕士学位论文 员能够更迅速、全面和准确地掌握复杂的生产动态，从而为适时地控制生产作业活动创造 了条件。 2 3 2 车问管理系统的作业流程 车间管理系统的作业流程是与车间管理系统的功能要求是相一致的，车间管理系统通 过一系列的作业流程，实现车间管理的主要功能和职责。图2 3 主要展现了整个车间管理 系统的工作流程，展现了车间管理系统从订单下达到任务分配、工序调度、物料配送、文 档管理到任务完成进行成本核算的整个核心流程。 图2 3 系统流程图 车间管理系统的主要流程大致可以分为三个阶段，第一是准备阶段，包括任务订单的 接受、添加、订单的初步处理，如果现有的生产能力能够满足任务的需求，则进行任务的 下发，反之通过对外协作进行合作生产；第二是实际的生产阶段，当任务下达后，就产生 任务的生产计划，同时进行子任务的分配，并由物料配送单元产生物料配送计划，并交由 实际的制造单元执行实际的生产过程，实现对工序的编排、调度和工序的检验：当一系列 生产过程完成以后，就进入生产结束阶段，此时完成成品的入库，完成成本的核算，统计 产品质量的合格率，并向上级报告车间任务的完成时间，产值等的信息，从而完成整个系 统的任务。 l o 浙江理下大学硕士学位论文 2 4 多a g e n t 建模的关键技术 2 4 1 多a g e n t 系统建模过程 多a g e n t 系统的开发主要包括两点：一是关单个主体的功能实现， 另一个就是主体之 间的交互。单个a g e n t 的结构主要分为慎思a g e n t ，反应a g e n t 和混合型a g e n t ，它们各自 具有不同的特点，a g e n t 结构的设计是实现多a g e n t 系统的基础。系统的开发的另一点就 是主体之间的交互，主体在多a g e n t 系统不是孤立的，个体之间必须进行交流，从另一方 面来说。主体感受环境的同时，也是环境的一个组成部分，因此，准确，有效的通信机制 是实现系统的另一个关键。 多a g e n t 系统建模分三个主要阶段，其主要的流程是实际系统叶概念模型一仿真模型 _ 仿真结果_ 结论。主要的反馈环节是校核验证，通过将仿真运行结果与实际数据对比分 析，促使对概念模型或仿真模型进行改进，直到满足相似性要求。其建模过程如图2 4 所 示。 仿真模穗 图2 4 多a g e n t 建模的过程 多a g e n t 系统建模的方法与传统的方法具有鲜明的特点，具体如下： ( 1 ) 同时采集微观数据和宏观数据。微观数据是建立系统的微观模型的基础，通过 微观模型的建立运行，得到仿真系统的宏观数据，将真实采集的宏观数据和仿真模型进行 比对，从而判断系统仿真模型是否和真实的系统相一致。 浙江理工人学硕士学位论文 ( 2 ) 概念模型采用多主体视角建立。其主要步骤为：划分系统边界，分离系统和环 境；识别系统中的主体，赋予主体属性；建立各类主体的微观模型；建立主体之间以及主 体和环境之间的相互作用模型，形成一个多主体系统。 ( 3 ) 用a o p ( a g e n t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) 技术实现系统编程，用微观和宏观相结合 的方法来实现模型的校核和验证。 2 4 2 单个a g e n t 的体系结构 1 a g e n t 的抽象体系结构 对a g e n t 可以进行不同层次的抽象，从最一般的角度可以得到高层抽象圈。针对本文 的a g e n t 的特点，本文提出了所示的a g e n t 的抽象体系结构。它是一种抽象的结构，其他 的a g e n t 都可以在此基础上进行构建，其他a g e n t 都是该抽象结构的一种具体的形式。本 文总结了一般a g e n t 的内部结构如图2 5 所示。 图2 5a g e n t 的抽象体系结构图 知识库是a g e n t 关于它所在领域的一种信念，包括基本概念的定义及相互间的关系， 领域中所涉及的公式所满足的约束性质、规律及因果关系等。 行为能力集也是跟具体领域和特定的a g e n t 相关，它一方面刻画了a g e n t 所具有的能 力或者能提供的服务，另一方面刻画了a g e n t 如何操作和改变领域世界。 规划器对目标进行集中规划，它依据a g e n t 当前的知识库，参考行为集结合目标来进 行具体的规划，指导行为动作的执行，实现任务目标的最终完成。 调度器的主要功能是接受规划器的任务规划，调度行为能力集的调度执行，生成具体 的行为序列，通过效应器作用于外界环境。 2 a g e n t 的状态转换 1 2 浙江理工大学硕士学位论文 a g e n t 包含了四种任务状态。由于a g e n t 对应了某个具体的功能，所以可以把车间管 理系统内的a g e n t 模块分成四种行为状态。a g e n t 一开始处于就绪状态，当个任务到来 时，a g e n t 就处于运行态，当任务完成后，运行态重新回到就绪状态；当任务处于运行态时， 如果a g e n t 接到一个暂停指令，a g e n t 将处于暂停状态，直到重新启动回到运行状态；当 a g e n t 在运行时发生故障，a g e n t 直接跳到休眠状态，休h 民状态将无法回到运行态，故障排 除后，a g e n t 将从休眠态跳到就绪状态。 图2 6 单个a g e n t 的状态转换 2 4 3 多a g e n t 系统的体系结构和通信的实现 体系结构的选择影响协作智能存在于单个a g e n t 内部的数量。体系结构的选择影响异 步、一致性、自主性和自适应性的程度。它决定信息的存储方式，同时也决定a g e n t 之间 的通信方式。常见有如下3 种体系结构：( 1 ) a g e n t 网络，在这种结构下，各个a g e n t 独立 地进行通信。( 2 ) 联邦结构，在这种结构下，各个a g e n t 被分成不同的小组，各个小组均 有一个媒介子( f a c i l i t a t o r ) ，各个a g e n t 之间的通信通过媒介子来完成。( 3 ) 黑板结构，黑 板是一个公共数据存储区，各个a g e n t 通过对黑板的直接读写来完成数据共享。 如图2 7 所示是多a g e n t 的交互与通信模型，它主要由以下三部分组成： 浙江理下大学硕士学位论文 图2 7m a s 交互层次模型结构图 第一部分：位于第一层的是传输层，是计算机的网络协议层。它负责将上层通信协议 层用计算机网络协议表达出来，实现消息在传输层的传输，保证了各个a g e n t 之间各种交 互行为的最终实现例。网络协议可以采用t c p i p 、s m t p 、h o p 和h t t p 等，应该根据具 体情况来确定。 第二部分：第二层是通信层，即通信协议层。它主要保证a g e n t 之间能够互相交互和 理解信息。这里的信息大都蕴含由明确的意图，如指示、承诺、提议、拒绝等，能够反映 a g e n t 作为一种意识系统的主观能动性。通信层一般建立在主体通信语言基础上目前已经 提出了多种主体通信语言，影响较大的有两种：一种是美国国防部高级研究计划署( a 刚) a ) 主持研发的知识查询与操纵( 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 nl a n g u a g e ，k q m l ) 语言1 2 4 1 ， 识交换工程( k s e ) 的重要组成部分；另一种是智能物理主体基金( f i p a ) 的a c l ( a g e n t c o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 语言，a c l 为例进行简单的介绍。一个a c l 消息一般具有如 图2 8 所示的结构和表示方式【2 5 1 。 消赢动柜拳删 图2 8f i p aa c l 的消息结构示例 1 4 浙江理工大学硕士学位论文 第三部分：处于第三层的是交互层，即交互协议层。它的作用是保证a g e n t 之间能够 进行一定结构的消息交换。如果说通信协议层的目的是让双方能够听懂对方每句话的意 思，那么交互协议层的目的就是要让交互的双方能够听懂对方每句话的意思，那么交互协 议层的目的就是要让双方能够在上层策略指通过一系列的对话来实现协调、协商和协作的 目的【2 6 】【2 7 】【2 8 】。 2 4 4 基于合同网的多a g e n t 的协作 合同网( c o n t r a c t n e t ) 是最著名且应用最广泛的一种协作办法。合同网规范由加拿大 的s m i t h 于1 9 8 0 年提出，其思想源自人们在商务过程中用于商品管理和服务的合同机制。 在合同网方法中，所有的a g e n t 分为两类角色：管理者( m a n a g e r ) 和工作者( w o r k e r ) ，其 中，管理者的职责包括： 1 对每一个求解任务建立任务通知书( t a s k a n n o u n c e m e n t ) ，将任务通知书发送给有关 的工作者； 2 接受并评估来自工作者的投标( b i d ) ； 3 从投标中选择最合适的工作者，与之建立合同( c o n t r a c o ； 4 监督任务的完成，并综合结果。 工作者的职责包括： 1 接受任务相关通知书； 2 评价自己的资格； 3 对感兴趣的子任务返回投标任务； 4 如果投标被接受，按合同执行分配给自己的任务； 5 向管理者报告求解结果。 在合同网协作方法中，不需要预先规定a g e n t 的角色，任何a g e n t 可通过发布任务通知 书而成为管理者；任何a g e n t j 遵_ 过应答任务通知书而成为工作者。这一灵活性使任务能够被 层次地分解分配。系统中的每一待求解问题，由承担该任务的a g e n t 负责完成。当该a g e n t 无法独立完成该任务时，它就将任务进行分解，并履行管理者的职责，为每子任务发送 任务通知书；然后，从返回的的投标者中选定“最合适”的工作者a g e n t ，将子任务分配给这 一a g e n t ，建立相应的合同。按合同执行子任务的工作者a g e n t 若不能独立完成任务，就需 要扮演管理者的角色，将子任务继续分解，并按照合同网方式实行分配。如此进行下去， 直到所有任务都能独立完成。 1 s 浙江理= 大学硕士学位论文 2 5 本章小节 本章主要阐述了车间管理及其系统的概念、性质、任务，并由此引出本文