1 引言

　　敏捷制造是面向21世紀的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和模式，虛擬企業(yè)(或企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟)是實現(xiàn)敏捷制造的主要途徑。虛擬企業(yè)克服了傳統(tǒng)企業(yè)的封閉性、局限性和設計、制造能力的不完備性，強調充分利用社會上已有的設計、制造資源，通過組織動態(tài)聯(lián)盟，減少資源的重復投入，縮短生產準備周期，提高產品從設計、制造到銷售全過程的整體柔性和敏捷性，增強企業(yè)(群體)的競爭能力。

　　如上所述，在虛擬企業(yè)中，由于組織的分散化和國際化，產品的工藝設計將由核心企業(yè)和合作企業(yè)分別完成，跨地域的聯(lián)合工藝設計將成為虛擬企業(yè)工藝設計的主要方式。

　　2 基于多Agent的虛擬工藝設計系統(tǒng)一VPPS

　　2.1 虛擬工藝設計的三層體系結構

　　傳統(tǒng)的工藝設計系統(tǒng)采用的是二級體系——車間級、企業(yè)級，企業(yè)級進行總體工藝設計，主要包括：產品結構工藝性審查，產品工藝零件組劃分，產品工藝流程(亦稱分工計劃)制定;車間級進行專項工藝設計，包括毛壞制造工藝設計，零件加工工藝設計，各種熱處理、表面處理等工藝設計，焊接、裝配等工藝設計，監(jiān)測、試驗等其他工藝設計等。

　　在虛擬企業(yè)中，異地聯(lián)合設計將成為工藝設計的主要方式，傳統(tǒng)的工藝設計系統(tǒng)已無法適應新形勢下的要求，為此，在傳統(tǒng)的一級體系基礎上，增加一個企業(yè)合作級，構建了虛擬工藝設計系統(tǒng)的二級體系結構—車間級、企業(yè)級和企業(yè)合作級。具體地說，當某一新產品的工藝設計任務下達給某一企業(yè)后，企業(yè)首先根據(jù)自身的加工能力、工藝設計要求、原材料供應狀況等做出判斷是否承接，當自身能力不足或部分滿足時，可將工藝設計任務的個部或部分轉讓給其他協(xié)科企業(yè)(企業(yè)合作級)，以保證工藝設計任務順利、高效的完成。

　　2.2 Agent和多Agent聯(lián)邦

　　作為一種能代表用戶去執(zhí)行計算和信息處理任務的智能化軟件實體，Agent一般都具有社交和領域知識，能依據(jù)心理狀態(tài)(信念、期望和意向)自主工作，并具有語義互操科和合作的協(xié)調能力。

　　定義1： Agent可表示為一個五元組，Agent=(Activity-Mod-el，Self-Model，Behavior-Controller，Info-Blackboard，Commnnication-Interface)，其中：

　　Activity-Model——描述一組由該Agent調度和監(jiān)控的活動，活動(參見定義2)可以是基本的(不可分解)或復合的，復合活動往往需要由多Agent系統(tǒng)(Multi-agent System，MAS)中的多個Agent協(xié)作執(zhí)行。

　　Self-Model——描述該Agent擁有的執(zhí)行基本活動的技能和執(zhí)行復合活動的意向。

　　Behavior-Controller負責控制Agent的行為，分兩個層次：協(xié)作層和領域層，協(xié)作層實行對復合活動的聯(lián)合，領域層則啟動執(zhí)行面向基本活動的技能。

　　Info-Blackboard—記載該Agent接受的外部信息和自身運行時產生的中間結果或信息。

　　Communication-Interface—支持與其它Agent(或人)間的通信。

　　多Agent系統(tǒng)是由多個Agent組成的集合，其中每個Agent都能作用于自身和環(huán)境，并與其他Agent進行通訊。在MAS中，Agent之間的合們起著極重要的們用，通過合作，MAS提高了整個系統(tǒng)求解問題的水平。

　　定義2：作為一類特殊的Agent系統(tǒng)(Multi-agent Sys-tem，MAS)，Agent聯(lián)邦(Agent-Federation)可以定義為一個兩元組(Manager-Agent，Member-Agent-Set)，其中：

　　Manager-Agent代表該聯(lián)邦的管理Agent，負責過程的調度、規(guī)劃和分配，是本Agent聯(lián)邦的核心;

　　Member-Agent-Set代表該聯(lián)邦內除管理Agent外其它成員Agent組成的集合，以BNF范式描述為：

　　::={}

　　成員Agent在Manager-Agent中注冊并接受Manager-Agent分配的子過程并加以執(zhí)行。

　　類似于MAS，在Agent聯(lián)邦中，Agent之間的合作起著極重要的作用，通過合作，Agent聯(lián)邦提高了求解問題的水平，表現(xiàn)出比單個Agent更優(yōu)越的性能。

　　定義3：Agent之間的合作(Agent-Collaboration)分縱向合們(Vertical-Collaboration)和橫向合作(Horizontal-Collabora-tion)兩種，以BNF范式描述為：

　　其中，Composite-Process代表需要通過多個Agent合作才能完成的復合過程;Manager代表發(fā)起該復合過程的Agent，通常為Agent聯(lián)邦中的Manager-Agent：Other-Manager-Set代表參與橫向合作的其它Agent聯(lián)邦中的Manager-Agent所組成的集合。

　　通常情況下，Agent之間的縱向合作發(fā)生在Agent聯(lián)邦內部，為簡化起見，這種縱向合作以Manager-Agent對Member-Agent的調度方式進行，也就是說，Member-Agent只是負責接受Manager-Agent分配的Sub-Process并加以執(zhí)行;而Agent之間的橫向合作發(fā)生在Agent聯(lián)邦之間，由各聯(lián)邦的Manager-Agent和互協(xié)商確定是否參與合作。2.3 基于多Agent的虛擬工藝設計系統(tǒng)VPPS

　　針對虛擬企業(yè)工藝設計的上述特點，通過Agent技術的引入，筆者構建了一個虛擬工藝設計系統(tǒng)—VPPS< Virtual Process Planning System)，系統(tǒng)采用了較為合理的管理模式：整個系統(tǒng)中，各協(xié)作企業(yè)結成競爭和協(xié)作關系(各企業(yè)追求自身利益的最大化)，同企業(yè)內部所屬的各車間則采用完全合作的關系(以企業(yè)整體利益最人為目標)。

　　如圖11聽示，整個系統(tǒng)最主要分成了企業(yè)模塊和操作單元模塊兩大部分，企業(yè)接到工藝設計任務后，以“縱向招標”方式將各任務“預分配”給下屬的車間單元，若企業(yè)自身缺乏能力完成該工藝設計任務的全部或部分后(表現(xiàn)為子任務無相應的投標者)，則將不能完成的工藝設計任務以“橫向招標”方式“預轉讓”給其他協(xié)作企業(yè)。在工藝設計任務完成“預分配”(或“預轉讓”)后，企業(yè)可根據(jù)成本核算函數(shù)確定各子任務的最終完成者，并向滿足條件的車間(或協(xié)作企業(yè))發(fā)消息，將其從“預定完成人”確定為“完成人”，使子任務真正落實。

　　圖1 系統(tǒng)任務分配示意圖

　　整個虛擬企業(yè)工藝設計任務的主體是若干企業(yè)，系統(tǒng)為每個企業(yè)設立一個Agent聯(lián)邦，它下面包括一個企業(yè)級Agent(EA)，若干個車間級Agent(CA)和一個接口Agent(IA)，聯(lián)邦的框架結構如圖2所示。Agent聯(lián)邦可分層嵌套，層次的多少根據(jù)系統(tǒng)的復雜程度而定。如某一CA若發(fā)現(xiàn)承接的工藝設計子任務過于復雜，可將工藝設計任務進步劃分為各子任務，分配給再下一層的Agent聯(lián)邦執(zhí)行。

　　圖2 VPPS的Agent聯(lián)邦的框架

　　2.4 系統(tǒng)級Agent的面向對象分析

　　各Agent具體功能如下所述：

　　(1) 企業(yè)級Agent(EA)

　　進行總體工藝設計，主要包括：產品結構工藝性審查，產品工藝零件組劃分，產品工藝流程(亦稱分工計劃)制定;

　　將每一個工藝設計子任務“預分配”給下屬眾多的CA;

　　“預轉讓”工藝設計子任務給其協(xié)作的EA;

　　根據(jù)投標信息，實現(xiàn)工藝設計子任務的實際分配和轉讓;

　　出現(xiàn)異常情況時，將工藝設計子任務進行重新分配(或重新轉讓);

　　(2)車間級Agent(CA)

　　對到達的工藝設計子任務進行成本估算，并依據(jù)自身的能力決定是否投標，在投標的基礎上，將估算結果上報給上層EA;

　　接收異常信息，發(fā)送該異常情況信息給上層EA，并修改工藝設計任務集中的相應信息;

　　進行專項工藝設計;

　　(3)接口Agent(IA)

　　接收工藝設計任務，并通知其上層EA;

　　查詢本聯(lián)邦所屬CA的信息及其任務分配狀況信息;

　　查詢有協(xié)作關系的EA的信息。

　　3 結論

　　和以往的計算機輔助工藝設計系統(tǒng)相比，VPPS系統(tǒng)更加強調工藝的異地協(xié)同設計，充分利用合作企業(yè)已有的設計、制造資源，確保了產品工藝設計的可靠性和敏捷性，提高了企業(yè)的T、Q、C、S水平，較好地滿足了敏捷制造這一先進制造模式對計算機輔助工藝設計提出的新的要求。VPPS系統(tǒng)中的關鍵技術已在自主開發(fā)的商品化軟件GS-CAPP中得以實現(xiàn)，并在實際運用中取得了良好的效果。