（管理科学与工程专业论文）面向库存管理的多agent系统模拟模型研究.pdf

摘要 痒存黪理是物滚中戆重要巧节，是物滚骚变中戆一令重癸镁域。怒瘴器爨控 制到虽佳数量，用尽可能少的入力、物力、财力把库存管理好，获取最大的供给 保障，是很多企业和经济学家追求的目标，而且怒企业之间竞争生存的重要一环。 反获瘁存管理承乎羡掇标寄缓多，多数垒鲎一簸都逶遘减少谨嫠费矮积痒存绦管 费用来节约库存管理的成本，或者利用库存周转率来评价库存缋效【”，而忽视了缺 货损失费对库存成本的影响，以及由于缺货所造成对顾客响应时间的延长和服务 拳平豹下隆，扶纛豢寒鬏窖姿嚣的矮失。 本文针对库存管理中客户服务水平，结合并利用a g e n t 的囱主性、交互性和 协作性等特点，研究了通过智能调整安全库存量来保证服务水平的库存管理模式， 提窭了痒窍管理瓣多a g e n t 系统建摸瓣藏愚路蟊凝方法。 本文阐述了多a g e n t 的建模思想和方法步骤，并研究了越在库存管理系统建 模中的应用。在分析库存管理系统特征和内部结构的基础上，结合单个a g e n t 和 多a g e n t 系统鹣特点翻瞧缝，采瘸多a g e n t 系统建貘控术建立了嚣彝疼存警壤戆多 a g e n t 系统( i n v e n t o r ym a n a g e m e n to d e n t e dm u l t i a g e n ts y s t e m ，i m o m a s ) 模型。 通过建模，分析了i m o m a s 的动态和智能特性，对组成系统的备a g e n t 的特定功 链进雩亍了谨缨靛浚诗，荠霹 交了系统中各a g e n t 熬逶萋交互 迸遂、凌终模式、箍 理能力等。 最后，本文以某众业快速消费晶麾存系统为背景，对i m o m a s 模型进行了系 统摸熬蜜黢，薯对实验薅栗 薮了瓣魄努辑。鼹黎统模毅翡缀祭可滚看警：采弼 i m o m a s 模型能够使库存管理保持一定的客户服务水平，优化库存成本的结构， 提高了库存系统的整体性能，达到了预期的效果。 关键谰：库存管缨；a g e n t ；多a g e n t 系统 r e s e a r c ho fs i m u l a t i o no n i n v e n t o r ym a n a g e m e n to r i e n t e d m u l t i a g e n ts y s t e m a b s t r a c t i n v e n t o r ym a n a g e m e n ti s a l li m p o r t a n tp a r to fl o g i s t i c sa sw e l la sas i g n i f i c a n t f i e l do fl o g i s t i c sr e s e a r c h c o n t r o l l i n gi n v e n t o r yt ot h eo p t i m u ml e v e la n do b t a i n i n g m a x i m u ms u p p l yg u a r a n t e ea r en o to n l yt h ea i mw h a tm a n ye n t e r p r i s e sa n de c o n o m i s t s a r ep u r s u i n ga f t e rb u ta l s op l a yac r u c i a lr o l ei nc o m p e t i t i o n sa m o n gc o r p o r a t i o n s t h e r e a r em a n yi n d e x e st or e f l e c tt h el e v e lo fi n v e n t o r ym a n a g e m e n t t h em a j o r i t yo f c o r p o r a t i o n su s u a l l ys a v et h ec o s to fi n v e n t o r ym a n a g e m e n tb yr e d u c i n gt h ec o s to f o r d e ra n ds t o r a g e t h e ym a ya l s of a l lb a c ko ni n v e n t o r yv e l o c i t yt oa s s e s si n v e n t o r y p e r f o r m a n c ew h i l eo v e r l o o kt h ei n f l u e n c eo ni n v e n t o r yc o s t ，p r o l o n g a t i o no fr e s p o n s e t i m ea n dd e s c e n d i n go fs e r v i c el e v e lc a u s e db yo u to fs t o c k ，w h i c hw i l ll e a dt ol o s i n go f c l i e n tr e s o u r c e s a i m i n ga tc l i e n ts e r v i c el e v e lo fi n v e n t o r ym a n a g e m e n t ，t h i sp a p e rs t u d i e sp a t t e m s o fi n v e n t o r ym a n a g e m e n tt h r o u g hr e s e a r c h i n go na d j u s t i n gs a f ei n v e n t o r yt oe n s u r e s e r v i c el e v e la n db r i n g sf o r w a r dan e wo p i n i o no fm o d e l i n go fm u l t i a g e n ts y s t e mo f i n v e n t o r ym a n a g e m e n tb yi n t e g r a t i n gt e c h n o l o g yo f m u l t i - a g e n t t h i sp a p e re x p a t i a t e so nt h et h i n k i n gm i dw a y sa n dm e a n so fm u l t i a g e n tm o d e l i n g a n ds t u d i e si t sa p p l i c a t i o ni nm o d e l i n go fi n v e n t o r ym a n a g e m e n ts y s t e m o nb a s eo f a n a l y z i n gc h a r a c t e ra n di n t e r n a ls t r u c t u r eo fi n v e n t o r ym a n a g e m e n ts y s t e ma n dt a k i n g i n t oa c c o u n tt h et r a i t sa n dc a p a b i l i t i e so fs i n g l e a g e n ts y s t e ma n dm u l t i - a g e n ts y s t e m ， t h ea u t h o re s t a b l i s h e si m o m a s ( i n v e n t o r ym a n a g e m e n to r i e n t e dm u l t i a g e n ts y s t e m ) b ya d o p t i n gm u l t i - a g e n tm o d e l i n gt e c h n o l o g y i nt h i sp r o c e s s ，a u t h o ra n a l y z e sd y n a m i c a n d i n t e l l i g e n c et r a i to fi m o m a s ，d o e sd e t a i l e dd e s i g nf o rs p e c i a lf u n c t i o no fd i f f e r e n t a g e n t sc o m p o s i n gt h es y s t e ma n ds t u d i e sc o m m u n i c a t i o n ，i n t e r a c t i o n ，c o o p e r a t i o n p a t t e ma n dr e a s o n i n ga b i l i t ya m o n ga n do ft h o s ea g e n t s f i n a l l y , t a k i n ga ni n v e n t o r ys y s t e mo ff a s t - c o n s u m i n gg o o d sa sb a c k g r o u n d ，t h i s p a p e rd o s es y s t e ms i m u l a t i o ne x p e r i m e n ta n dm a k e sc o n t r a c ta n da n a l y s i so ft e s t i n g r e s u l t f r o mt h er e s u l t ，w ec a ng e tac o n c l u s i o nt h a ti m o m a sc a nk e e pi n v e n t o r y m a n a g e m e n ta tac e r t a i nl e v e lo fc l i e n ts e r v i c e ，o p t i m i z et h ec o m p o s i n go fi n v e n t o r y c o s tw h i c hi m p r o v et h ee n t i r ep e r f o r m a n c eo fi n v e n t o r ys y s t e ma n da c h i e v et h e a n t i c i p a t e dp u r p o s e k e yw o r d ：i n v e n t o r ym a n a g e m e n t ；a g e n t ；m u l t i - a g e n ts y s t e m 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文 = = 画回庄在筻堡的墨g 堕丕筮撞垫撞型班宣：。除 论文中已经注明引用的内容外，对论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。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已 经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者躲；繇谚磷；月；日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“”) 敝储签名袍诱蓓翩躲一嗣 日期：1 巾占年月j 舀、 第1 章绪论 本文磷究背景及意义 1 1 1 研究背景 库存管耀是企业生产经营过程中不可缺少的羹疆组成部分，在企业的物流管 理中起到缓；孛、谲节帮警衡豹 睾瘸，怒价蓬链实现增值的重要环节。现实中的库 存系统多数属于复杂的离散事件系统，具有诸多不确定因素，而且各部分之间的 关系复杂。蠢于诸多方褥的原因，企建k 库存货品的麾存数量是经常变动的，强了 使疼存量缣持在合理豹承平上，藏要避行合理的、科学的库存控制。当库存货品 的储备数量过少时，则不能满足企业嫩产或经营的需要：而储铸数量过多时，不 仅要占用大爨资金，影响滚动资金的周转，而且要占用大量敕熊产蘧积和仓麾嚣 积，还可麓囱于长鬻积蕊两傻存货损环变质，造成浪费。嚣诧热强瘁存控制，搞 好存货的科学管理，其目的就是为了在保证企业生产或经营活动能够正常进行的 前提下，镁霹存量维持在合理的水平上，降低库存成本，提离念娃豹经济效熬。 陡蓑瘁存管理理论秘实践的不断深入，所提出的研究问题强益复杂，菲确定 因素、不可知因素、模糊因素众多，因果关系复杂，应用数学难以进行描述城无 法求解甚登缀难求解，恧基于多a g e n t 的建模技术与系统模拟方法为解决这类复杂 闷题提供了裔效的途径。 库存管理系统是多种不同功能要索的集合，各薅素之间相互联系、相互作用， 形成众多的功熊模块和器级子系统，傻整个系绞黧现多屡次结构，俸现出英特毒 的系统特征。对库存系统遴行建模和分析，可鼓了鹪库存系统各部分的内在联系， 把握系统行为的内在规律性。所以说，不论从系统的外部或内部，设计新系统或 是改造现露系统，系统建模都是非常黧瑟熬。 建模怒指嗣用物理豹或数学的方法对需要模拟的实际系统滋行搐述获褥避似 的数学或逻辑模型【2 】，这是进行系统模拟必不可少的步骤。一般来说，模拟目标不 同，鼹建立的模型也不阏，由于库存系统特别是瞻械型库存系统隧时会受残不确 定西素的影响，对予这类复杂的库存系统阗踅，佼统的基于事佟、活动和过稼的 建模方法，以及面向对镦的建模方法程灵活性、可扩展性、可堂用性、计算能力 等诸多方面都存在着不足，而从人工智能领域发展起来的a g e n t 技术为人们提供了 一种新的建模思想和方法。 基于a g e n t 的建模突破了传统建模方式的单层次、单视角的局限性，立足于行 为主体，通过理解主体的思维结构和环境状态，建立一个抽象的具有推理功能和 信息处理功能的模型。因此，它为描述和研究复杂系统提供了一种更符合客观现 实，更有效的建模框架，从而可以提高人们对于复杂系统认识、研究、管理和控 制的能力。 验证一个系统模型是否真的满足实际需求，使用传统的方法往往需要花去几 个月甚至更长的周期，而系统模拟则是解决这类问题的一个有效手段。系统模拟 的过程就是建立系统模型并通过模型在计算机上的运行来对模型进行检验和修 正，使模型不断趋于完善的过程。主要的优势在于与大多数技术相比，它更简单， 运作起来不昂贵且更灵活。用系统模拟的方法实现模型，其优点在于人们不必真 实地按照模型去建造并运转一个系统，因为那样很容易造成巨大的花费，这种方 法不是去求解模型，而是在各种不同的条件组合下，去运行这一模型，由模拟运 行所得的结果，对所提出的模型的优缺点进行评价。 1 1 2 研究意义 a g e n t 技术为信息技术的发展提供了新的思路，具有良好的应用前景。随着 a g e n t 技术的成熟，基于a g e n t 的物流系统建模必然会成为一个研究和应用的热点。 从技术的角度来讲，基于a g e n t 的系统建模与模拟技术应该是以a g e n t 为核心概念， 以多a g e n t 系统为框架，将传统的研究技术( 如数学手段等) 和先进的计算机科 学技术( 如计算机网络技术、分布式技术等) 、人工智能技术( 如神经网络、模 式识别等) 融合在一起而形成的先进技术，与其它的技术相比，它是一种更有效、 更先进和更有发展前景的技术手段。 目前国内外关于a g e n t 技术对物流库存系统进行模拟的相关研究仍处于概念 研究阶段，切实可行的模拟系统尚为数极少【3 】。应用基于a g e n t 的建模与模拟技 术，可以先建立企业库存系统的模型，在此基础上对各种库存管理策略进行模拟， 再对模拟结果进行分析评价，从而确定出最优策略。可见使用模拟技术不仅可以 动态地模拟入库、出库、库存以及各种设施、资源的使用状况，避免了资金、人 力和时间的浪费，最重要的是它可以为库存管理提供有效的科学依据，使得企业 能够根据需要正确地掌握入库、出库的时机和数量，合理规划和安排仓库及各类 设施、资源，实现库存成本的最小化。 1 2 本文研究内容 牟文根据a g e n t 的结构和特性，研究了多a g c n t 系统建模思想、方法以及协作机 理，并在此基础上，以库存管理系统建模为实例，论述了采用a g e n t 方法对其进行 建模的可行性。针对库存管理的客户服务水平，研究了通过调整安全库存量来保 证服务水平的库存管理模式，并以a g e n t 的建模思想和技术构建t i m o m a s 模型。 列模型中各a g e n t 模块的内部结构进行设计，对各a g e n t 之间的通信交互机制、协作 模式以及推理机制进行了分析，最后以某企业快速消费品物流系统中的库存系统 为基础，采用系统模拟的方法对模型进行了验证，并对结果进行了分析。 13 论文组织结构 本文的结构安排如下： 第一章阐述了本文的研究背景和研究意义，并介绍了本文的研究内容和结构 安排。 第二章对a g e n t 系统建模方法的研究以及其在库存管理系统中的应用进行 论述。首先对a g e m 及多a g e n t 系统进行概述，并研究基于多a g e n t 的系统建模方法， 阐述a g e n t 建模思想和建模方法。 第三章采用a g e n t 系统建模技术对库存管理进行研究，并提出库存管理系统 的多a g e n t 系统模型框架。着重对多a g e n t 系统建模的关键技术进行研究，包括系统 中各a g e n t 之问通信机制、协作机制以及推理机制，并在此基础上，对库存管理的 i 多a g e n t 系统模型进行设计。 第四章采用系统模拟的方法，对i m o m a s 模型进行模拟实现。完成模型的程 序实现及结果分析。 最后，第五章对全文工作进行了总结并提出了本文的创新点。 1 4 小结 本章分析了论文研究的背景和意义，并结合现代库存管理中存在的问题，说 明了研究多a g e n t 技术在库存管理中应用的优势和意义。阐明了论文选题的来源 和研究的意义，并对论文的主要研究内容和组织结构作了说明。 和研究的意义，并对论文的主要研究内容和组织结构作了说明。 系统的多个屡次( 微观和宏观) 的分析和研究。采用这种方法娥立的模型充分利 用了现代计算机的功能，可以运行模溅，并对运彳亍结果或者运行的中间数据避行 定量靛分褥秘臻究。 2 3 2 多a g e n t 系统建横步骤 通过对多a g e n t 系统建模思想的分析，可以从方法论的高度柬抽象这种建模方 法。多a g e n t 建模方法怒一耱基予令体教及它棠j 之溺交互匏方法，它兼舔了缀成 系统的个体的真实物理恍状( 如自治性、地理上的分布性等) 和系统的整体性( 个 体之间的协作) ，其最显罄的特点是系统中的个体不再仅是组成系统的零部 牛，两 是其有潘攥静实辱摹 4 1 。该方法突破了传统建模方式豹单层次、擎褫角静嚣隈梭，为 描述和研究复杂系统提供了更符合客观现实、更脊效的建模框架，同时又能提供 相应的技术支持，所以在复杂系统建模中应用前景锻广。 多a g e n t 建模一般分成黻下冗个疹瓣1 霹圈： ( 1 ) 个体a g e n t 的划分。 首先确定系统总的目标和功能，对系统盼功能避行划分，并将分解后的功熊分 配给相应豹a g e n t 。辩予不同豹系统，需要的a g e n t 豹类型迄蔻不嗣酌。在任务分 解后，可以确定系统所黼骚的a g e n t 的种类以及每种a g e n t 的功能，并根据系统需 要确定每秘a g e n t 的数爨。 ( 2 ) a g e n t 静态缝构的建模。 对于系统中的各a g e n t ，分析和设计a g e n t 的錾本结构，并根据需要将其分别 设计为认知型、反应型藏混合型。根擐各a g e n t 震娶实现的功能，抽象出各a g e n t 靛蟊标、鲡谖和髓力。 ( 3 ) a g e n t 动态行为的确定。 动态行为一方面侧黧于a g e n t 的交互行为，另一方匿着璧予描述每个a g e n t 内部总维状态，这两方褥在本质上怒统一豹。a g e n t 的井部交叠行为可分为a g e n t 通信、协商、协作和冲突消解等，而内部状态通常用推理机制米描述。 ( 4 ) 多a g e n t 系统的集成。 在豫溅上，分散自未的a g e n t 首先被定义，然嚣研究怎样完成一个或几个实体 的任务求解。整个m a s 建模的过程可以看作是采用自底向上的设计方法。 基于a g e n t 建模的这些基本愚怒秘方法使其熊蠢极其诱入的应用前景：一方 面，在实际碰用上，它埘为具有模块化、分散化、研变性、复杂性等特征的威用 问题提供受为健壮的解决方案；另一方蕊，除了计黧机及其相关学科外，它还可 戳广泛逮趣箱予经济学、镑淫季喜学、生物辩学等镁域。 2 4 多a g e n t 系统实现技术 多a g e n t 系统开发乎螽主要分为鼹类：一类是鏊予a g e n t 技术开发的一些环境 平台；一类是类似予j a v a 、c + + 等谣淘对象的编程谮言。营前，栩对成熟的a g e n t 开发平台脊：美国圣达菲研究所开发的s w a r m 软件【6 1 、美国布静金斯学院研制的 a s c a p e 系缝弧、芝加哥大攀桂会科学计算研究e e , c , 开发的r e p a s t s l 等。根撰累缝 的开发需求，以及开发卷掌握的知谈，可以选择在环境平台上进行二次开发，也 可以直接选用基础的面向对象的编程语言，如j a v a 、c + + 等。 a o p ( a g e n t o r i e n t e dp r o g r a m ) 楚一秘基于诗舞靛毒圭会鼹点熬毅型程序设计风 格和计算椴聚，其主要懋想是利用a g e n t 理论研究摁出的能表示a g e n t 性质的意识 态度来直接设计a g e n t 和对a g e n t 编稷，这样的a o p 具有以下三个优点：( i ) 便 于a g e n t 攒述；使人们霹骧耀熟悉、l 技术性豹谣富寒定义a g e n t 。( 2 ) 嵌套式表 示：使人们能够很方便的表示包含其它描述的系统。这种嵌套袭示对于必须两其 它a g e n t 协作的a g e n t j 常熏要。例如，a g e n t 模烈中含有其它a g e n t 模型，并可 髓褒套裂多屡。( 3 ) a o p 是一秘超黪遮牲编程。农过程性编毽巾，缡程者懿瑟准 确指明系统应当怎么傲；在描述性编程中，需要指明人们想实现什么，并为系统 提供有关对象之间关系的一般信息，内系统内置的控制机制确定应当怎么做；在 a o p 中，人髓只鬟要绘爨一个十分撼簸载系统援藏。 9 第3 章用多a g e n t 技术建立库存管理模型 3 1 建模思路 本文将多a g e n t 系统建模技术应用于物流库存管理中，并对某企业快速消费 品物流信息系统中的库存管理系统进行多a g e n t 建模和模拟实现。该快速消费品 物流信息系统为物流干线运输起至快速消费品零售商止的物流过程提供全程信息 服务，实现了仓库管理、物流配送、统计分析和客户服务等功能。信息系统自实 施以来已成功运行两年多的时间，物流系统的业务流程实现了科学化、标准化和 信息化，满足了企业物流服务的要求。但是，由于市场和消费者需求的动态变化， 系统库存时常出现缺货、货品过期、库存利用率不高等问题，造成了不必要的客 户损失和资源浪费，因此，物流企业有必要对原系统的库存管理系统进行优化或 改造。 本文采用多a g e m 技术对快速消费品物流信息系统的库存管理进行建模，构 建面向库存管理的多a g e m 系统( i n v e n t o r ym a n a g e m e mo r i e n t e dm u l d a g e m s y s t e m ，i m o m a s ) ，利用a g e m 的自主性、交互性和协作性等特点，对原库存系 统进行优化，使其能够随时跟踪检查库存状态，针对市场、客户需求和季节变化 等影响因素进行库存量的调整，从而适应快速多变的客户市场环境，保持客户数 量和需求的相对稳定。 i m o m a s 就是利用a g e m 的反应性、自治性、通信性等特点，通过a g e m n 定 义语法、规则语法、通信语法来定义不同类别的a g e m ，规定各类a g e m 的处理内容， 通信方式，配置面向不同功能的知识库及a g e n t 元知识，从而构成库存管理的不同 职能处理模块。它们不仅能够独立自主地处理各自自身的模块功能，而且还能够 与其他的a g e m 相互通讯，交换信息，以实现多a g e m 库存管理方式。 3 2l m o m a s 模型体系结构 要建立库存管理系统的多a g e m 模型，首先要分析库存管理系统的功能、任务 和目标，设计各功能模块，对系统进行a g e m 抽象。 库存管理的目的是在满足顾客服务要求的前提下通过对企业的库存水平进行 控制，力求尽可能降低库存水平、提高物流系统的效率，以增强企业的竞争力。 简言之，库存管理的总目标就是；在库存成本的合理范围内达到满意的顾客服务 1 0 水、h 因此，库存管理基予鼹点考虑：个是客户服务水平，即在匝确的地点，难确 的时阉，有足够数量酌合适商品；另一个是订货藏本亵痒存挎有成本。要掇赢企 业的库存管理水平，就鼹从这两方潮考虑。 但是，一般来讲企业总是趋向予考虑订货费用及库存维持费用的最小化，面忽 褫客户赧努承平、跤蟹费用、安全绺存量、痒存瀚约束条 串( 资金、库存等) ，邵 并未考虑风险和不确定因素，是一种确定性的瘁存管理方法。实际上，对予企业 来讲，不确定条件下的库存管理显褥更为重要。灏对变化的顾客需求和不确定的 钧漉运输环境，金韭嚣要傈持适量豹产品痒存永平来满是颟客的需求，预防密于 顾客需求增加和提前期延长所带来的缺货情况的发生。在这种情况下，确定合理 的安全库存量，就成为企业所面临的主要问题。 我髓将独立需求秘晶鹩痒存分为蠲转痒存稻安全库存两部分。周转瘁存怒攒预 定作为在蝓定时期内消耗的那部分存货，安全库存与周转库存不同，它通常与订 货批量无关，是一种额外持有的库存。它作为一稀缓冲器用来预防由于自然界或 环境的隧祝干扰丽造威豹缺费。通过建立适当的安全库存，方瑶可竣减少靛货 的可能性，从而在一定程度上降低库存短缺成本，保证一定的客户服务水平；但 是，另一方藤，安全霹存的加大又会使库存持有成本增加。可见，安全库存最是 影响金渣簿存管理永乎豹一个重要阂索。因魏，我们裁焉a g e n t 的特控建立一个 以智能调节安全库存爨为核心的多a g e n t 库存管理系统模型。模型的体系结构如 下图3 1 艇示： 外部环境 图3 1i m o m a s 模型体系结构 f i g 3 1s y s t e ms t r u c t u r eo fi m o m a s 3 3lm o m a s 模型中单个a g e n t 模型结构分析 33 1a g e n t 的基本结构 a g e n t 的结构解决的是a g e n t 主要由哪些模块组成，它们之间如何交互信息，其 感知到的信息如何影响它的行为和内部状态，以及如何将这些模块用软件或硬件 的方法组合起来形成一个有机的整体。a g e n t 的基本结构从功能角度分为反应型 a g e n t ( 如图3 2 所示) 和认知型a g e n t ( 如图3 3 所示) 。 环 蠼卜 境 图3 2 反应型a g e n t 的结构图 f i g 3 2s t r u c t u r eo f r e a e t i v ea g e n t 9 反应型a g e n t 是一种非智能型i 拘a g e n t ，它没有内部状态，仅是简单地对外部刺 激做出反应。 认知型a g e m ，一传感器一 匝堕 查 环 厂 厂_ _ l 【竺竺! | _ 一竺型i 境 臣i 一专 器 图3 3 认知型a g e n t 的结构图 f i g 3 3s t r u c t u r eo fc o g n i t i v ea g e n t 认知型a g e n t 是具有内部状态的智能型a g e n t ，它包括对环境和智能行为的逻辑 推理能力，除具有反应型a g e n t 的感知和动作功能外，还具有知识表示、推理、决 策、规划、通讯等功能，是一个基于知识的系统。 在现实环境中，无论是纯粹的认知型a g e n t 还是纯粹的反应型a g e n t 都不是构造 a g e n t 的最佳方式，于是提出了包含认知型和反应型两个子系统的混合结构( 如图 3 4 所示) 方式，前者含有用符号标号表示的模型，并用人工智能的方法生成规则 和决策；后者则不经过复杂的推理就对环境中出现的事件进行反应。通常，这个 子系统比前一个子系统有更高的优先权，以便对环境中出现的重要事件提供快速 反应。 图3 4 混合型a g e n t 的结构图 f i g 3 4s t r u c t u r eo f a d m i x t u r ea g e n t 3 3 2im o m a s 模型中各a g e n t 成员结构设计 对于库存管理多a g e n t 系统中的各a g e n t ，我们根据需要将其分别设计为认知 型、反应型或混合型。针对各种a g e n t 需要实现的功能，抽象出各种a g e n t 的目标、 任务、知识和能力，并根据需要为a g e n t 建立相应的知识库，设计相应的推理机 制。 ( 1 ) 出入库管理a g e n t a g e n t 类型：认知型a g e n t 任务描述：当接收到出入库订单信息或补货信息( n - t 看作入库信息) 时，向库 存控制a g e n t 发出请求；完成货品的出入库处理。 信息交互：1 ) 与库存控制a g e n t 交互，向其发送出入库指令，并接收其反馈 的出入库建议指令和缺货信息。 2 ) 与安全库存管理a g e n t 交互，得到补货信息。 功能实现：接收出入库订单信息或安全库存管理a g e n t 发出的补货信息，向库 存控锖l j a g e n t 发送出入库指令。库存控制a g e m 分析指令内容，将生成的相应指令和 信息再反馈给出入库管理a g e n t ，出入库管理a g e n t 按照反馈指令和信息完成相应的 出入库处理。 1 4 数据艨日识库：存放出入库订单信息、补货信息、出入库建议指令。 出入库管理a g e n t 的结构如图3 5 所示： 图3 5 出入库管理a g e n t 的基本结构 v l g 3 5s t r u c t u r eo f i om a n a g e m e n to f i n v e n t o r ya g e n t ( 2 ) 安全库存管理a g e n t a g e n t 类型：混合型a g e n t 任务描述：利用历史数据，采用智能算法，预测未来的安全库存，及时动态 地更新安全库存信息；检查库存量，向出入库管理a g e n t 发送补货信息。 信息交互：1 ) 与出入库管理a g e m 交互，向其发出补货信息。 2 ) 与后台数据库进行交互，得到货品库存信息。 功能实现：与后台数据库交互，根据需要满足的服务水平确定安全库存量， 动态更新安全库存信息。定期检查仓库的存储量，当货品库存量低于安全库存量 时，向出入库管理a g e n t 发出补货信息，在保证一定客户满意度的前提下，实现库 存量最小。 数据腴口识库：存放安全库存量信息、补货信息。 推理规则：安全库存量调整规则 安伞库存管t 里a g e n t 的结构如图3 6 所示 图3 6 安全库存管n a g e n t 帕；本结构 f i g 3 6s t r u c t u r eo fs a f e t yi n v e n t o r ym a n a g e m e n ta g e n t ( 3 ) 库存控$ i a g e n t a g e n t 类型：认知型a g e n t 任务描述：根据其亡2 a g e n t 提供的信息做出出入库控制方面的决策。 信息交互：1 ) 与出入库管理a g e n t 交互，得到出入库指令，并向其发送出入 库建议指令或缺货指令。 2 ) 与后台数据库进行交互，得到库存货品的在库信息。 功能实现：接收由出入库管理a g e n t 发出的出入库指令，分析指令内容。 1 ) 当现有库存能满足指令要求时，认为订单可行，并根据订单要求和各个仓 库的库存情况生成出入库建议指令，反馈给出入库管理a g e n t ，并由出入库管理 a g e n t 完成出入库处理。 2 ) 当现有库存不能满足指令要求时，认为订单不可行，反馈缺货信息至出入 库管t 口_ a g e n t 。 数据腴口识库：存放出入库指令、出入库建议指令、缺货信息。 库存控制a g e n t 的结构如图3 7 所示： 图3 7 库存控伟l j a g e n t 的基本结构 f i g 3 7s t r u c t u r eo f i n v e n t o r yc o n t r o la g e n t ( 4 ) 系统接l 二l a g e n t a g e n t 类型：反应型a g e n t 任务描述：主要负责与系统外部环境以及系统内部其它各a g e n t 进行通讯。 信息交互：接收来自库存管理人员或用户的请求或任务控制信息等，并按照 预定规则分发给相应的a g e n t 模块：同时进行来自系统内部各a g e n t 模块的信息反馈 和库存信息发送。 功能实现：接收来自库存管理人员或用户的请求或任务控制信息等，按照预定 规则分发给相应的a g e n t 模块；同时进行来自系统内部各a g e n t 模块的库存信息发 送，并将各a g e n t 模块完成任务和请求后的信息反馈给库存管理人员或用户。 系统接a g e n t 的结构如图3 8 所示： 图3 8 系统接口a g e n t 的基本结构 f i g 3 8s t r u c t u r eo f s y s t e mi n t e r f a c ea g e n t 3 4l m o m a s 模型中的通信交互机制 3 4 1a g e n t 通讯机制与通信语言 在多a g e n t 系统中，a g e n t 之间的相互合作是通过通讯来实现的。常用的通讯 机制有两类：一类是黑板机制，a g e n t 把信息放在其他所有a g e n t 都可以存取的黑 板上，实现广播通讯。另一类是采用消息传递机制。该类又分两种，同步信息传 递和异步信息传递。同步信息传递是进行通讯的两个a g e n t 之间直接通讯，也叫 同步通讯。异步信息传递是将信息放在二者事先约定的地方，信息存取可以是在 不同的时刻进行，也叫异步通讯。 针对系统的特点和功能需求，可以选择不同的通信机制。在本文所建立的 i m o m a s 模型中，由于a g e n t 之间的信息交互都是在两个a g e n t 之间直接进行的， 是一对一的关系，因此我们采用同步信息传递的通信机制。 为了使通讯双方理解通讯的内容，还需要一种标准的通信语言，采用的语言 应该具有以下特征：1 ) 通用：不同结构和类型的a g e n t 均可使用，并不会导致歧 义。2 ) 可实现性：语言便于实际a g e n t 系统的实现。3 ) 可扩展性：语言应该是可 扩展的，以满足语义的不断发展和完善。 目前，国际上最著名、最通用的a g e i l 嗵信语言就是斯坦福大学提出的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 nl a n g u a g e 知识查询与操作语言) ，其标准发 表于1 9 9 3 年【9 】。k q m l 是一种交换信息和知识的语言，是支持a g e n t 间运行时知识 共享的一种消息格式和消息处理协议，是作为应用于程序与智能系统之间、两个 或多个智能系统之间为合作求解而进行知识共享的一种语言。 k q m l 语言采取了“栈”协议的思想，它划分为三个层次，血l l l n 3 ，9 所示。 1 1 t 3 9k q m l 的三层结构图 f i g 3 9t h r e e - l a y e rs t r u c t u r eo f k q m l 内容层描述所传递消息的实际内容，这些消息内容可以使用实现a g e n t 的编程 语言表达，即意味着k q m l 可以携带任何一种语言表示的信息，因此k q m l n 容层 的语言无关性为a g e n t 间互操作性提供了支持基础：消息层是k q m l 的核心，它定 义发送消息的协议和内容层消息所要体现的语义动作：通讯层对低层的通讯属性 进行编码，包括消息发送接收者的指定和通讯进程的标识等。 一条k q m l 消息由三部分组成：一个语义动作；内容表达式；一套消息描述 参数。k q m l 的语义动作集是可扩充的，允许人们按照k q m l 的规则自己定义新的 语义动作及其意义、用途。k q m i 语义描述包括 t e l l ，k n o w ，d e n y ，i n s e r t ，d e l e t e ， r e q u e s t ，i n f o r m ，y e s n oq u e s t i o n 等。 3 4 2i m o m a s 模型中的通信设计 ! g a g e n t 系统的通信包括建立合理的通信机制、选择合适的通信语言和信息表 示方式，从而实现a g e n t 系统的互操作性。在i m o m a s 模型中，a g e n t 之间的通 信结构如下图3 1 0 所示： 图3 1 0i m o m a s a g e n t 之间的通信结构 f i g 3 1 0c o m m u n i e a t i o ns t r u c t u r eb e t w e e na g e n t si ni m o m a s 本模型中多a g e n t 之间的通信是用消息机制来实现的，每条消息都是六元组 ，其中：f r o m 是消息的发送 者；t o 是消息的接收者，接收者可以是一个a g e n t ，也可以是多个a g e n t ；m s g t y p e 是消息的类型：r e p l yw i t h ，当消息项不为空时，表明该消息是需要应答的。当消 息的接收者收到本消息后，应答消息的r e p l yt o 和r e p l yw i m 相同；r e p l yt o ，该项 表明本消息是针对前一次消息r e p l yw i t h 的应答。m s g c o n t e n t ，消息内容，具体含 义由消息的接收者根据消息的类型和相互的约定进行解释。 根据i m o m a s 模型中的各a g e n t 之间的通信要求和特点，我们设计了三种类型 的消息：请求消息、应答消息和通知消息。这些消息基本上满足了系统中各a g e n t 之间的通信需要，并且可以转换成k q m l 等a g e n t 通信语言的相关通信原语。 ( 1 ) 请求消息( r e q u e s t m e s s a g e ) ：需要消息的接收者应答的消息。消息发 送方a g e n t 向其他a g e n t 发送本身的状态信息和行动策略等信息，同时要求其他 a g e n t 返回特定的信息。 采用这种消息的通讯结构通过形式化语言可以描述为： r e q u e s t ： f r o m ：s e n d e r ； t o ：r e c e i v e r ； b o d y ： m e s s a g et y p e ； m e s s a g ec o n t e n t ； 2 0 j r e t u r n ： m e s s a g et y p e ； m e s s a g ec o n t e n t ； ) 在i m o m a s 模型中，出入库管理a g e r l t 向库存控制a g e n t 发出的消息属于这种 消息类型：出入库管理a g e m 向库存控制a g e l l t 发送出入库指令( r e q u e s tm e s s a g e ) ， 并要求得到库存控带l j a g e n t 在分析指令内容后生成的反馈信息。另外，系统接口 a g e n t 与其它a g e n t 和外部环境之间的消息传递也属于这类消息。 ( 2 ) 应答消息( r e p l ym e s s a g e ) ：与请求消息对应，是对请求消息的回答。 消息接收方a g e n t 根据发送方a g e n t 的要求反馈回答的信息。 采用这种消息的通讯结构通过形式化语言可以描述为： r e p l y ： f r o m ：s e n d e r ； t o ：r e c e i v e r ； b o d y ： m e s s a g et y p e ； m e s s a g ec o n t e n t ； ) r e t u r nn u l l 在i l v i o m a s 模型中，库存控制a g e n t 向出入库管理a g e m 发出的出入库建议指 令和缺货信息( r e p l ym e s s a g e ) 属于这类消息。 ( 3 ) 通知消息( i n f o r mm e s s a g e ) ：主动发出的消息，是一种知识性质的消 息。一个消息发送方a g e n t 向其他a g e n t