基于多Agent的虚拟企业结构与信息交互

2002年11月第9卷第6期

文章编号:1671-7848(2002) 06-0013-05

控制工程

Control Engineering of China Nov . 2002Vol . 9, No . 6

基于多Agent 的虚拟企业结构与信息交互

曹春平, 王　岩, 王宁生

(南京航空航天大学C IM S 工程研究中心, 江苏南京　210016)

摘　　　要:虚拟企业具有分布性、自主性、互操作性、开放性等特点, 传统的企业信息系统已经不能满足虚

拟企业的这些特殊要求。在分析了多代理技术在虚拟企业中应用的必要性和可行性基础上, 将多代理技术引入到虚拟企业信息系统中, 构造了一个基于市场机制(Ago ra ) 的多A gent 虚拟企业体系结构。在此基础上给出了A gent 间的合作与协商模型, 并描述了A gent 之间的信息交互过程。最后对支持虚拟企业全生命周期的原型系统的实现过程及信息交互过程进行了描述。关　键　词:虚拟企业; 合作与协商; 多代理; 体系结构中图分类号:T P 311　　　文献标识码:A

1　引　言

随着网络化制造和全球化制造的发展, 虚拟企业成为新的商业活动管理方法, 独立的伙伴通过企业级合作寻找商业机会, 采取多个企业联合, 共同完成市场机会并分享收益的组织形式[1]。虚拟企业最主要的特性是它的分布性和面向目标各个自治成员相互合作共同求解。多代理系统是由一个或多个代理组成的智能体系统, 具有分布式、并行处理、强壮性、可伸缩性、可维护性等特点, 使得它非常适合于处理分布环境下动态问题的求解。

采用多代理来构造虚拟企业的信息体系结构, 支持虚拟企业的合作和协商是一个十分重要的方法。而目前对虚拟企业的研究主要集中在利用代理技术对虚拟企业进行建模[3], 对于代理如何在虚拟企业中协同与合作以及信息交互方面的研究则较少。本文在分析了虚拟企业中引入多代理技术的必要性和可行性的基础上, 论述了基于市场机制(Agora ) 的多代理的虚拟企业体系结构, 根据虚拟企业的全生命周期过程, 给出了一个系统原型。

[2]

而临时组建的动态联盟, 多为分布式、异构的制造环境。虚拟企业的各个自治成员企业都有一定的自治性, 在追求他们最大局部利益的同时通过各个自治成员之间的合作来达到虚拟企业的最大目标。在这种情况下, 传统的企业信息系统已经不能满足虚拟企业的这些特殊要求, 而多代理系统的自治性、主动性、驻留性和社会性等特点, 使得用代理来表示虚拟企业的各个成员企业具有得天独厚的优势。

另外, 由一组相互之间能进行通讯和合作的Agent 组成的智能体系统, 能有效地支持虚拟企业的全生命周期, 能够以静态或动态的方式支持虚拟企业的创建和运行, 支持虚拟企业中信息的传递和各个自治成员企业之间就全局目标进行协商和合作。由此可见, 将多代理技术应用到虚拟企业中, 对虚拟企业的构建及运行进行研究是一种必然的趋势。

2. 2　多代理之间的信息交互与合作

由于制造系统是由多个Agent 组成的, Agent 之间呈松耦合状态, 他们之间不是孤立的, 而是通过相互协作来共同完成任务。为达到Agent 之间相互合作的目的, 必须提供一套Agent 的通讯机制。多Agent 系统中, Agent 之间的通讯通常是基于消息的通讯机制, 消息主要用来传递Agent 之间的服务请求及协调。基于消息的通讯方式一般有两类, 即黑板方式和点到点方式[5]。

[4]

2　基于多代理的虚拟企业信息系统

2. 1　多代理技术在虚拟企业中的应用

虚拟企业是由多个企业面向一定的市场机会

收稿日期:2002-05-28作者简介:曹春平(1976-) , 女, 吉林长春人, 南京航空航天大学博士研究生, 主要研究方向为智能Agent , 虚拟企业制造执行系统

等。

·14·

控　制　工　程　　　　　　　　　　　　　　第9卷

和其他相关的各种信息。此外, Ago ra M anager 还对不同Agent 之间的通讯进行管理。

2) 注册Agent 　注册Agent 主要包括3种类

型的Agent 。

①功能Agent 　功能Agent 将虚拟企业的各个自治成员企业封装起来, 实现一定的生产功能, 本文主要考虑了4种类型的功能Agent :销售A -gent 、设计Agent 、生产Agent 和检验Agent 。

②合作机制Agent 　一种特殊类型的Agent , 用来支持各个功能Agent 之间的信息交互、合作和协调。如图中所示的合作Agent 、协商Agent 和通讯Agent 。

③服务Agent 　Agent 交互过程中的各种数据和信息都保存在服务Agent 内。

黑板方式是一种广播形式, 常用于信息的接收方是未知的情况。“黑板”是一个共享的数据结构(也可以是一个Agent ) , Agent 可以往黑板上粘贴信息, 也可以从黑板中读取由其他Agent 粘贴的信息。而点对点方式中信息的发出者和接收者都是已知的。显然点对点方式能够减少不必要的信息冗余, 降低系统网络的负担, 但要求对Agent 能有较多的了解。通信是各Agent 获取信息以进行协商、协调与协作的必不可少的手段。针对虚拟企业的全生命周期, 在联盟组建阶段, 各个Agent 之间的协作与协调可以采用合同网协议(Contract Net Protocol ) 的方式, 驱动各个Agent 之间就所要完成的任务采用招标-投标-中标的方式, 进行有目标的动态组合, 协同完成问题求解。在联盟执行阶段, 各个Agent 之间可以采用基于点到点的消息通讯机制进行合作与协商, 完成整个制造过程。

2. 3　基于Agora 的多代理虚拟企业的体系结构本文提出一种基于市场机制(Agora ) 的虚拟企业参考体系结构, 来支持分布式环境下各个自治实体之间信息交互、合作与协调。市场(Agora ) 为各个Agent 提供了合作和协商的场所, 并提供了Agent 之间进行协商和合作的内容。各个自治Agent 成员在Agora 里进行注册, 并从这里获得自身行为和Agents 之间相互合作的各种支持及服务。该体系结构如图1所示, 本文主要考虑了两种类型的Agent , 即Agora Manager 和注册A -gent

。

3　原型系统的运作实例

在制造系统中, 一个完整的制造过程包括设计、工艺、装配, 销售和维修等若干环节。本文只是简单地介绍一个包括设计、生产、销售3个环节的虚拟企业原型系统的运作过程以及Agent 之间的信息交互和协调过程。3. 1　虚拟企业的全生命周期过程

在网络上, 一个虚拟企业从形成到解散, 主要应经联盟组建、设计阶段、执行阶段和联盟解散4个阶段。其中设计阶段指的是对整个制造过程的规划和定义, 而不是指产品设计。

1) 创建项目, 组建联盟　联盟的组建可以是基于“招标、中标”机制实现的。在原型系统中, 销售结点手中有一笔客户订单, 由它来创建项目, 在网上招标, 组建联盟。经过“招标, 投标”的过程, 销售结点与网络上的某个设计结点和生产结点组成合作伙伴, 构成虚拟企业。

2) 设计阶段　在这个阶段, 各个结点之间通过协商, 共同对整个制造过程所需的流程和任务

图1　基于Agora 多代理虚拟企业的体系结构

进行规划。系统工作流程如图2所示。

　　1) Ago ra Manager 　Agora M anager 是一种特殊类型的Agent , 相当于系统管理员的角色, 对组成虚拟企业的各个Agent 进行管理。同时还为各个注册Agent 提供各种服务, 如为有参加虚拟企业愿望的各个自治成员Agent 进行注册和身份验证服务, 建立有合作及交互愿望的Agent 网络, 供虚拟企业使用。各个注册Agent 向Ago ra 管理

员、、图2　原型系统运作流程图

　　3) 执行阶段　系统按照前面的规划结果启动运行。首先销售结点向设计结点发出设计请求, 并传递设计要求。设计结点进行设计, 然后将

设计结果送到检验结点, 验收认证之后, 设计结果, ,

第6期　　　　　　曹春平等:基于多Agent 的虚拟企业结构与信息交互到各个机床。产品加工完成后, 生产结点向销售结点提交任务。检验结点进行验收, 验收合格后, 销售结点将产品交付给最终用户。至此, 整个制造过程全部完成。

4) 联盟解散　在成功地完成整个制造过程后, 联盟解散。当有新的目标和机会出现时, 各个结点重新组合, 创建一个新的联盟。3. 2　基于多Agent 的原型系统控制结构

基于上述原型系统的功能和运作流程, 设计了9个智能代理:Agora Manager 、4个功能代理(销售代理、设计代理、生产代理和检验代理) 、通讯代理、协商代理、合作代理和服务代理, 构成一个基于多A -gent 的虚拟企业原型系统。一个基于多Agent 的虚拟企业控制结构示意图如图3所示

。

·15·

将设计结果交给检验代理进行验收, 验收合格后, 将设计结果交给生产代理;

③生产代理　根据设计结果, 进行产品的加工, 分配任务给其下属的单元代理, 单元代理进行加工, 产品加工完毕后将产品交给检验代理进行验收;

④检验代理　对设计结点和加工结点传递来的设计结果和产品进行验收, 最后将验收结果交付给销售代理。

3) 通讯代理、协商代理、合作代理和服务代理　为各个功能代理之间的合作与协调提供各种支持和服务。

3. 3　多Agent 之间的合作、协调及信息交互

下面以动态联盟执行阶段为例, 说明组成虚拟企业的各个Agent 之间合作与协调过程, 最后再给出执行阶段各个Agent 之间的信息交互过程。

1) Agent 之间的合作与协调　根据动态联盟执行阶段的运作过程, 针对手中的订单, 销售代理和设计代理、生产代理、检验代理相互合作和协商, 共同完成整个虚拟企业的运作过程。每两个需要进行协商或合作的代理可以通过创建一个新的Agora , 并在该Agora 内进行注册, 就所需完成的工作, 在相应的合作代理和协商代理支持下共同完成Agent 之间的协商与合作活动。本文引进一种面向委托代理的方法(commitment -oriented method ) 来完成各个Agent 之间的合作与协调[6]。面向委托机制的多Agent 之间的合作和协调将在另一篇文章中具体论述。动态联盟执行阶段该Agent 之间的合作与协商过程如图4所示

。

图3　基于多Agent 的虚拟企业控制结构示意图

　　1) Ago ra M anager 是一种特殊类型的A -gent , 对组成虚拟企业的各个Agent 以及他们之间的通讯进行管理, 还为各个注册Agent 提供注册/注销和身份验证服务。

2) 功能代理有以下几项:

①销售代理　向设计代理发送设计请求, 传递设计要求, 并能够根据检验结果将产品最后交付给用户使用;

②设计代理　根据设计要求, 进行设计, 然后

图4　联盟执行阶段Agent 之间的合作与协调

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控　制　工　程　　　　　　　　　　　　　　第9卷

示。虚线部分表示生产代理下的子代理-单元代理(Equipment agent ) 。

服务代理

检验代理

生产代理

单元代理

　　2) Agent 之间的信息交互过程　动态联盟执行阶段多Agent 之间的信息交互过程如图5所

销售代理

①Creat and

Dispatch Order From Appl ication

②StoreDispatch ③DispatchDes ign

④S toreDes ign Result 设计代理

⑤RetrieveDesignResult ⑥S toreDesignCerS tatus

⑦RetrieveDes ignCerS tatus

⑧R etrieveDesignCerStatus ⑨DispatchDesignResult

⑩Dis patch Job

21 S toreDispatch 3S toreProductInfo 1

4RetrieveProductInfo 1

5StoreProductCerS tatus 1

6RetrieveProductCerStarus 1

7Ass ignProduct 1

1Compl eteJob

图5　虚拟企业执行阶段多Agent 之间的信息交互过程

　　①由应用创建一个订单, 调用销售代理的DispatchOrder 方法, 分配订单给销售代理。

②销售代理调用服务代理的S toreDispatch 方法, 将订单保存在服务代理内。

③销售代理调用设计代理的DispatchDesign 方法, 分派设计要求给设计代理。

④设计代理开始进行设计, 完成后, 调用服务代理的StoreDesignResult 方法, 将设计结果保存到服务代理中。

⑤检验代理调用服务代理的RetrieveDesig n -Result 方法, 获得设计结果, 对设计结果进行验证。

⑥检验代理调用服务代理的StoreDesignCer -S tatus 方法, 将检验结果保存在服务代理。

⑦销售代理调用服务代理的RetrieveDesig n -CerStatus 方法, 获得检验结果信息。⑧设计代理调用服务代理的RetrieveDesig n -CerStatus 方法, 获得检验结果信息。⑨如果检验结果为合格, 设计代理调用加工代理的DispatchDesig nResult 方法, 将设计结果分派给生产代理。, 步分解, 调用生产代理下的各个单元代理的Dis -patchJob 方法, 分配任务, 进行生产加工。

1 各个单元代理调用生产代理的Complete -Job 方法, 包括生产加工完毕。

生产代理调用服务代理的StoreDispatch 21

方法, 更新其分派状态信息。

31生产代理调用服务代理的StoreProductIn -fo 方法, 将产品加工信息保存在服务代理。

41 检验代理调用服务代理的RetrieveProduc -tInfo 方法, 获得产品加工信息, 对产品进行检验。5检验代理调用服务代理的Sto rePro -1 ductCerStatus 方法, 将检验结果保存在服务代理。 销售代理调用服务代理的RetrievePro -61

ductCerStatus 方法, 获得检验结果信息。

71 如果检验结果为合格, 销售代理将产品提交给客户。

4　结　论

由于虚拟企业自身固有的分布性、动态性、异构性以及成员企业自身的自治性等特点, 传统的方法已经不能全面地描述虚拟企业及有效地支持

第6期　　　　　　曹春平等:基于多Agent 的虚拟企业结构与信息交互自治性、社会性等特点为构建虚拟企业提供了一种切实可行的方法。

基于Ago ra 的多Agent 虚拟企业体系结构的提出, 为多Agent 提供了一个合作与协调的平台, 面向委托机制的引进为多Agent 之间的合作与协调提供了一个新的方法和思路。

针对一个具体的联盟运行过程, 详细给出了Agent 之间的信息交互过程。参考文献:

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On M ulti -agent Based A rchitecture and Information Ex changing

for Virtual Enterprise

CAO Chun -ping , W ANG Y an , W ANG Ning -sheng

(CIM S Laboratory , Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , Nanjing 210016, China )

A bstract :To meet the characteristics of distributing , autonomy , cooperation and openness of Virtual Enterprise in a co ncurrent

competent environment , the multi -agent technolog y is applied to the Virtual Enterprise . T he feasibility and necessity of apply -ing multi -agent technology to Virtual Enterprise is analysed . A multi -agent infrastructure of Virtual Enterprise based ag ora is proposed . Based on the life cycle characteristic of V ir tual Enterprise , the cooperation and collabo ration of the agents in V ir tual Enterprise are studied . In o rder to illustrate this appro ach , a multi -agent pro to ty pe using the the agora multi -agent framew ork approach is finally presented . Key words :vir tual enterprise ; cooperation and collabo ration ; multi -agent ; architecture

(上接第9页)

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控制与决策, 1995, 10(3) :221-225.

Two -order ADRC Control for Integ ral Plants with Large Time Delay

(1. Department of Automatic Control , Beijing University of S cience and Technol ogy , Beijng 100081, China ;

2. Institute of Systems Science , Academy of Sciences of China , Beijing 110081, C hina )

Y AO Xiao -mei 1, WANG Qing -lin 1, H AN Jing -qing 2

A bstract :I nertial first -order sy stems are ty pically object of as time -delay sy stems , it is obvious that integral plants with large

time -delay are even mo re difficult to co ntrol , which is the problem this article deals with using a mo dified two -order A DRC (A u -to -Disturbance -Rejection Controller ) . Simulation results show that not only ADRC can effectively control such plants , and ex -hibit excellent robustness , disturbance -rejection ability , but there ex ist no model unmatched problems in a cer tain degree . In ad -dition , the ar ticle gives a table show ing the regular pattern the chang e of the parameters of the controller w ith the increase in time -delay from 0to a large one , and a parameter -adjustment rule based on the concept of time -scale , which are of much v alue w hen ADRC is put into practical use . Key words :Auto -Distrubance -Rejection Controller (A DRC ) ; integral plants w ith large time -delay ; time -scale ; robustness