基于多智能体的可重构制造系统

· 20·第 l5卷第5期2013年 1O月黄 山 学 院 学 报Joumal of Huangshan UniversityVo1．15，NO．50ct．2Ol3基于多智能体的可重构制造系统王建彬 ，汪洪峰(1．安徽工程大学 机械与汽车工程学院，安徽 芜湖241000；2．黄山学院 机电与信息工程学院，安徽 黄山245o41)摘 要：按照面向智能体的程序设计思想，构建基于多智能体的可重构制造模型，把制造企业中各生产管理部门设计成独立的智能体。并借助多智能体系统开发平台JAFMAS来实现系统模型的运行。这一概念的提出，不仅符合制造模式的发展方向，还对多智能体技术的应用推广起到一定的促进作用。

关键词：可重构：多智能体系统；JAFMAS中图分类号：TP391；TH78 文献标识码：A 文章编号：1672-447X(2013)05—0020—031 引 言可重构制造系统因其具有重构性、集成性和调整性 3大特点。较好地克服了传统制造模式的缺点，自上世纪末由美国密执安大学提出以后，受到国内外专家学者的强力关注，其研究领域已渗透到机械制造业、半导体工业等行业，成为先进制造研究的热点之一。Lee GH等人【 1对可重构制造系统的理论研究方面做出了重要的贡献；蔡宗琰、姬鹏华等剐等人对可重构制造系统的建模及体系结构提出了新的见解。但是许多关键的技术问题还没有得到很好的解决。作为研究基础的建模及优化实践还需要进一步的完善。

智能体技术这一人工智能研究的热点，由于其具有自主性、适应性和分布性等性质，符合可重构制造系统的固有的特点，本文构建的基于多智能体的可重构制造系统模型就是按照面向智能体的设计方法，把制造企业中的各生产管理部门都设计成独立的智能体。再由这些智能体动态组合而成的制造系统将具有高度的自适应性和良好的可重构性。

并借助多智能体系统开发框架JAFMAS，实现基于多智能体的可重构制造系统的运行管理。

2 可重构制造系统的结构分析融合了机械、电子等高新技术为一体的现代机械产品的生产制造，由于全球经济一体化和人们个性化发展的需求。其可重构制造性具有更迫切的要求。制造系统的可重构性是多方面的，它包含制造的全过程。主要有制造企业内外部组织结构的可重构性：从产品的设计、加工、装配到销售等业务过程的可重构性；满足不断变化的用户要求和生态保护等因素的产品可重构性 ：涉及物料加工处理设备动态变化的车间；~ta q-系统的可重构性；以及制造信息平台的可重构l生等方面。

信息技术作为先进制造业的主要技术驱动因素，其对可重构性的实现具有决定性的作用。在可重构的制造系统中，信息网络平台需要具有较高的可扩展性和可延伸性，各节点应当透明，在不考虑物理联结的情况下，易于重组。本文构建的基于多智能体的可重构制造系统模型就是基于制造信息平台的可重构陛方面考虑的。

基于信息平台的可重构制造系统，其系统的软收稿日期：2013—06—19基金项目：安徽省教育厅优秀青年人才基金项目(2011SQRL077)；地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(201210363216)作者简介：王建彬(1982一)，安徽临泉人，安徽工程大学讲师，博士，研究方向为先进制造技术。

第 期 王建彬，等：基于多智能体的可重构制造系统 ．21.

件设计核心主要包括应用软件的开发环境、数据库的管理和用户界面 3部分组成。嗍应用软件的开发环境：提供支持系统正常运行所需要的软硬件环境。包括建模与仿真的工具、计算机集成仿真开发平台、计算机操作系统及网络、中间件等。

数据库的管理：主要是用于存取、生成、维护和管理系统运行过程中的各种数据信息。包括各种资源数据库、加工工艺数据库、装配数据库及各种优化算法库和知识库等。

用户界面：指用户的使用界面，用户与系统交互的接口。一方面用户通过界面输入信息：男一方面系统通过图形化的方式将系统的处理结果反馈给用户。

3 基于多智能体的可重构制造系统体系结构多智能体系统(MAs)是将多个分散的智能体联结起来的组合，这些智能体具有自主性、反应性等属性。阎在M_AS中各个智能体相互独立并能通过消息进行交互，它们是一个整体，可以动态地处理单个智能体的加入和退出，讯速地回应外界环境的变化，具有系统的扩展性和重构性等特征，符合分布式复杂问题的特殊要求。

现代化的先进制造系统对于生产要素的配备、生产资源的调整以及生产经营的运作提出了诸多要求。本文根据多智能体技术和可重构制造系统的特点，结合制造企业的生产要求，建立了的基于多智能体的可重构制造系统体系，结构如图1所示。

图1 基于多智能体的可重构制造系统体系结构系统中各智能体之间按照信息和控制关系，构成分层的组织结构。其中，与用户界面直接交互的系统智能体位于系统的顶层(策略层)，执行整个系统的宏观管理，包括任务智能体、资源智能体、调度智能体、监控智能体和重构智能体 5个子智能体模块。这里任务智能体负责对接收到的任务进行初步的规划和分解，形成不同的子任务和相应的任务列表；资源智能体负责收集、保存、更新、维护和检索制造资源的所有信息，根据自身的运行状态和任务状态，和任务智能体进行协商对任务进行分解；调度智能体负责对任务队列的数据进行调度优化。并适时反馈给资源智能体；监控智能体负责对系统的整个运行隋况进行适时的监控：重构智能体负责调用相应的重构算法，对系统运行中的资源进行局部的配置和优化。

支链智能体位于系统的中层(管理层)。管理本支链所属的所有制造单元智能体。制造单元智能体(对应具体的制造环节)处于系统的底层(执行层)，每个智能体根据系统环境的变化自主确定行为反应，并与同支链的其它制造单元智能体相互协作完成目标。

智能体之间的通讯拟采用黑板模型和消息传递相结合的通信机制。消息传递用来处理智能体间的文本信息，实现智能体间的基本通信功能；黑板主要用来存放智能体间传递的有关求解问题的结果信息，实现智能体间核心信息的传递和共享。

4 基于多智能体的可重构制造系统的实现基于多智能体的可重构制造系统是一个基于人工智能的分布式多智能体系统。因此，如何方便快捷地构建多智能体系统成为系统实现的关键因素。本文借用现成的多智能体开发平台JAFMAS来实现基于多智能体的可重构制造系统原型开发，较好地解决了系统模型难以具体体现的问题。并利用IAFMAs这个基于Java的MAS通用开发平台，解决了各个智能体之间的通信、交互和协调机制等关键性节点。大大推进了系统中各智能体功能交互的实现。嗍同时。本系统原型的实现只需要扩展JAFmAS提供的 16个Java基类的 CreateAgent类、Agent类、Conversation类和 ConvR．ule类。这 4个基类的扩展可以完成智能体的生产和加入，并对其进行初始化和定义它们之间的通信机制，方便快捷地解决了程序编制的繁琐难题，嗍为原型系统的实现提供了技术支持。

比如某微型机械产品制造企业接到1 50台个性化产品的订单，企业的技术运行管理部门可以启动· 22· 黄山学院学报 2013隹基于多智能体的可重构制造系统原型，并通过原型系统提供的用户界面由系统智能体发起并组建相应的可重构制造系统。策略层的智能体通过相互间的协作对任务进行分解，形成合理的任务列表，并传达给管理层的各支链智能体，各支链智能体再根据自身的资源进行优化重构下达给执行层的各单元智能体。由其来实施具体任务，并实时向上层反馈至任务的完成。

在现代制造企业中构建基于多智能体的可重构制造系统模型．把企业不同的生产管理部门按其功能设计成各个不同的智能体， 形成一个相互协调的多智能体系统， 根据现有的生产资料和生产目标，实现机器、材料、人力等共享资源的合理配置和有效利用，从而可以达到生产成本最低和生产效率最高的目的。

5 基于多智能体的可重构制造系统的特点1．系统的扩展性好。通讯是智能体间的唯一联系，所以只要新加入的制造单元智能体遵循公共的通讯协议，系统便可正常工作。

2．系统的可重构性强。动态重构模型的建立为构建制造平台提供了可靠的保证，使制造系统具有柔陛、动态性、自组织性、自适应性。

3．系统的智能化水平高。利用智能体拥有的知识库，根据知识解决局部问题，各智能体之间通过交互协商完成系统全局任务。

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责任编辑：胡德明Reconfigurable Manufacturing System Based on Multi-Agent SystemWang Jianbin ，Wang Hongfeng(1．Anhui Polytechnic University of School of Mechanical and Automobile Engineering，Wuhu241000，China；2．School of Electromechanical& Information Engineering，Huangshan University，Huangshan24504 1，China)Abstract： According to the program design idea of being agent-oriented， the model of intelligentreconfigurable manufacturing system is constructed．The different production management departments ofmanufacturing enterprises are designed as an independent agent．And the manufacturing system based onthe muhi-agent system is developed with the muhi-agent system framework JAFMAS．This concept not onlyconforms to the developing direction of the automobile manufacturing model， but also promotes thedevelopment of muhi-agent technology application.

Key words：reconfigurable；muhi-agent system；JAFMAS