基于Agent 結(jié)構(gòu)的工藝流程并行自動觸發(fā)系統(tǒng)*

姜 康 梁 真 張夢雅

(合肥工業(yè)大學交通運輸工程學院，安徽 合肥230009)

現(xiàn)代車間，零件的加工大多需要在不同設(shè)備完成不同的工序與工步。工序在設(shè)備之間的計劃模式尤為重要，加工信息的共享是實現(xiàn)車間合理調(diào)度和提高車間加工效率的主要因素。車間加工過程自動觸發(fā)可以依據(jù)工藝的工序順序來實現(xiàn)不同工序之間的無縫銜接。

基于Multi － Agent［1－3］的自 動 觸 發(fā) 系統(tǒng) 與傳 統(tǒng)的系統(tǒng)相比較，有很多優(yōu)點:①適應性強，能夠適應不同的突發(fā)情況;②擴展性強，能夠不用調(diào)整各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及流程就能實現(xiàn)新的業(yè)務(wù)流程;③優(yōu)化性好，Agent 自身的智能性使得每一個Agent 都能達到其預定目標的最大值，從而使得整個系統(tǒng)處于較優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。

1 系統(tǒng)并行加工分析

傳統(tǒng)的加工方式是以計劃和大批量產(chǎn)為基礎(chǔ)。能夠?qū)崿F(xiàn)以量取勝的生產(chǎn)模式，但是對小批量產(chǎn)沒有優(yōu)勢，不能有效利用資源。

在網(wǎng)絡(luò)化加工［4－5］的車間加工背景下，需要改變傳統(tǒng)的車間加工方式實現(xiàn)無縫銜接、提高效率?；贏gent 的自動觸發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)以工序為任務(wù)的最小單位，以單件零件為最小批量，實現(xiàn)了并行流水式加工［6］，更適合靈活的緊急任務(wù)的加工。

傳統(tǒng)的工作流管理系統(tǒng)不能事先準確、完善地定義業(yè)務(wù)的流程。文獻［7］引入Agent 的概念并對傳統(tǒng)的工作流進行了改進，說明了Agent 技術(shù)在系統(tǒng)管理中的先進性。

文獻［8］中對系統(tǒng)動態(tài)的任務(wù)進行重構(gòu)，形成敏捷制造單元。當生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化時，需要重新構(gòu)造單元。這樣就能更好地利用車間的資源。

本文根據(jù)車間的實際情況和車間任務(wù)的重構(gòu)設(shè)計了系統(tǒng)，該系統(tǒng)的并行加工流程圖如圖1 所示。

圖1 描述了兩個最小單位的任務(wù)在各機床Agent之間的并行加工過程，兩個任務(wù)能夠在不同的機床上同時加工。其中箭頭表示任務(wù)的流向，矩形表示工作機床，虛線與實線表示分別表示零件的加工順序。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

基于Agent 的工藝流程自動觸發(fā)系統(tǒng)包括3 個組成部分:管理Agent、黑板Agent 和機床Agent，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.1 管理Agent

管理Agent 是工藝流程的起始端，用來實現(xiàn)任務(wù)的初始化和加工過程的調(diào)度，其主要功能包括:

(1)發(fā)布任務(wù)。根據(jù)管理操作人員提交的加工信息(任務(wù)名稱、數(shù)量、級別、加工模型、零件號、圖紙、計劃加工時間等)，確定加工任務(wù)。將任務(wù)按照工序關(guān)系自動拆分成最小單位的工序任務(wù)，保存任務(wù)信息，記錄工序與任務(wù)的相互聯(lián)系，并將任務(wù)發(fā)布到黑板上去。

(2)處理機床Agent 反饋的任務(wù)信息。每一道工序完成以后都需要將信息反饋到管理Agent 處，管理Agent 根據(jù)反饋的工序加工信息確認最終處理結(jié)果。

(3)任務(wù)的管理。包括對任務(wù)的添加、刪除、修改、升降緊急度、任務(wù)的終止與恢復等操作。

(4)各Agent 的處理。各Agent 的信息需要管理Agent 管理，各Agent 的產(chǎn)生與銷毀都需要管理Agent來進行控制。

2.2 機床Agent

機床Agent 是任務(wù)加工的終端，完成管理Agent 下達的加工工序任務(wù)，其主要功能有:

(1)向黑板投標，接受由黑板發(fā)出的標段。每個任務(wù)都需要機床Agent 從黑板處取得，只有機床Agent在黑板登記了信息，才可能獲得相應的任務(wù)標段。

(2)將信息(加工信息、機床信息等)反饋給管理Agent。任務(wù)完成后需要將任務(wù)提交給管理Agent，由管理Agent 決定該任務(wù)是否可以提交，以及任務(wù)是否全部完成。

(3)向管理Agent 發(fā)出狀態(tài)信息。機床的暫停與恢復都需要在管理Agent 登記，機床加工過程中的突發(fā)情況需向管理Agent 發(fā)送報告信息。

2.3 黑板Agent

黑板Agent 主要提供信息共享服務(wù)。其功能包括:

(1)接受Agent 的任務(wù)信息。接受管理Agent 生成的加工工序信息。管理Agent 下達的任務(wù)必須通過黑板才能發(fā)布到機床Agent 中，管理Agent 不直接給機床Agent 下達任務(wù)。

(2)登記與消除機床的狀態(tài)。黑板有標段需要招標，只會向在黑板中有記錄的機床Agent 詢問，確定標段的投注方向。

3 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程

3.1 任務(wù)生成與發(fā)布流程

管理Agent 接受管理人員的指令，根據(jù)管理人員下達的任務(wù)名稱、數(shù)量、加工圖號、零件、級別以及加工的工序順序等信息生成任務(wù)信息，確定第一道工序，將第一道工序分解成更細的工序任務(wù)發(fā)送給黑板，黑板將工序任務(wù)拆分并向外部發(fā)布標段。

3.2 任務(wù)緊急度調(diào)整

任務(wù)緊急度流程如圖3 所示。管理Agent 根據(jù)管理人員的操作，對任務(wù)進行緊急度的處理，該處理只針對還在黑板標段中的任務(wù)，而對于已經(jīng)接受的任務(wù)，管理Agent 無法進行任務(wù)級別的升降。

3.3 任務(wù)的終止與恢復

管理Agent 根據(jù)管理人員的操作對任務(wù)進行終止和恢復的操作。終止只能對還沒有進行的工序進行，不能終止正在加工的工序。若已經(jīng)終止的任務(wù)沒有下一道工序，管理Agent 對該任務(wù)進行記錄。當需要對該任務(wù)重新恢復時，需要管理Agent 記錄數(shù)據(jù)并進行處理，從終止任務(wù)還沒有進行的工序開始恢復。業(yè)務(wù)流程如圖4 所示。

3.4 工序的招投標

機床在空閑時，向黑板發(fā)送相關(guān)的加工和機床狀態(tài)信息，黑板記錄該機床的能力和狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

黑板將工序拆分后，按照最小的單位發(fā)布出去，黑板不斷地向已經(jīng)登記過的機床Agent 發(fā)送工序信息，直到有機床Agent 發(fā)來確認信息。工序招投標業(yè)務(wù)流程如圖5。

3.5 任務(wù)的加工與反饋

當機床Agent 加工任務(wù)完成或遇到突發(fā)情況，機床Agent 需要將信息發(fā)送給管理Agent，由管理Agent根據(jù)信息采取相應的處理。

3.6 機床Agent 的注冊與銷毀，報停與恢復

每當添加/報廢一臺設(shè)備，都需要在管理Agent 進行相關(guān)機床Agent 信息的登記和注銷操作。

3.7 機床報停與恢復

如圖6 所示，當機床出現(xiàn)故障時，操作人員根據(jù)需要將該設(shè)備報停，同時發(fā)送信息給管理Agent，由管理Agent 來決定是不是應該將該機床的加工任務(wù)轉(zhuǎn)移給其他設(shè)備。

當設(shè)備已經(jīng)修好能夠正常使用，需要改變該機床Agent 的狀態(tài)，允許該機床Agent 投標。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程

如圖7 所示，管理Agent 根據(jù)輸入創(chuàng)建任務(wù)，將任務(wù)分解成更小單位的工序任務(wù)，并將工序任務(wù)交給黑板。黑板取得每一個工序的基本信息，并查找具有加工能力的機床Agent，向這些Agent 發(fā)送招標信息。機床Agent 與黑板協(xié)商，由黑板選擇最優(yōu)的加工機床加工。機床Agent 加工完成以后需要向管理Agent 反饋信息。由管理Agent 確定任務(wù)信息是否完成，并決定是否允許機床Agent 修改狀態(tài)，是否能夠向黑板重新登記信息。當機床Agent 中途出現(xiàn)故障，需要通知管理Agent，由管理Agent 將任務(wù)收回，重新發(fā)布至黑板。

5 兩種加工模式加工時間比較

以往系統(tǒng)是以批次推進的加工，只有在一批零件加工完成以后才能進行下一步的加工，就會使得任務(wù)和設(shè)備處于等待的狀態(tài);而本系統(tǒng)是基于更小單位工序加工過程的加工，更具有靈活性。為了比較兩種情況作出如下的假設(shè):

(1)假設(shè)任務(wù)包含n 道工序，需要加工y 個零件。

(2)每一道依次由x1，x2，…，xn臺設(shè)備加工。

(3)整個車間只有這一個任務(wù)需要執(zhí)行。

(4)工序依次加工的時間為t1，t2，…，tn。

(5)將整個任務(wù)看成n 個加工工序的過程，求工序加工時間Tn。

依據(jù)假設(shè)可有:

令

則式(1)可以寫成

得出一般加工過程的總時間為:

以最小單位工序加工總時間為:

令

則

式(4)減式(5)，得出一般加工過程比以最小工序任務(wù)單位的加工方式多出的時間:

由式(6)可以看出，以批次加工的模式多出的時間即是除去最后一道工序，零件數(shù)比機床數(shù)多的工序的一個加工時間的總和。

6 結(jié)語

本文設(shè)計實現(xiàn)了基于Agent 的車間自動觸發(fā)系統(tǒng)，分別設(shè)計了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及業(yè)務(wù)流程。所設(shè)計開發(fā)的系統(tǒng)更能夠勝任緊急任務(wù)的下達，能夠更快地完成緊急度高的任務(wù)。

［1］Jacques Ferber. Multi-agent Systems:An Introduction to Distributed Artificial Intelligence［M］. Harlow，Addison-Wesley，1999.

［2］Li Sj，L you.Design of multi －agent based sensory agent for intelligent machine［J］. Industrial Electronics Society，2004. IECON 2004. 30th Annual Conference of IEEE，2004(2):1914 －1917.

［3］陳迎春.基于多Agent 的智能決策支持系統(tǒng)［J］. 合肥工業(yè)大學學報，2003，17(6):174 －178.

［4］梅予，王傲勝.網(wǎng)絡(luò)化制造的車間天車調(diào)度研究［J］.數(shù)字技術(shù)與應用，2011 (5):139 －140.

［5］劉燕，羅治平，朱建軍，等.基于DNC 無線網(wǎng)絡(luò)的車間信息化系統(tǒng)的研究［J］.制造業(yè)自動化，2009，31(11):51 －54.

［6］李應，楊善林，鄭家強.敏捷制造系統(tǒng)的多Agent 模糊車間調(diào)度［J］.合肥工業(yè)大學學報，2008，31(2):244 -247.

［7］王麗娜，肖明，趙晶.基于Agent 的工作流管理系統(tǒng)研究［J］.價值工程，2010(2):73 -74.

［8］張潔，劉世平，汪宇，等.基于多Agent 車間控制系統(tǒng)的框架［J］. 華中科技大學學報，2001，29(11):9 -12.